51单片机基础:定时器

1.定时器介绍

51单片机通常有两个定时器:定时器 0/1好一点的可能有定时器3。

在介绍定时器之前我们先科普下几个知识:

1,CPU 时序的有关知识
①振荡周期:为单片机提供定时信号的振荡源的周期(晶振周期或外加振荡
周期)。
②状态周期:2 个振荡周期为 1 个状态周期,用 S 表示。振荡周期又称 S 周
期或时钟周期。
③机器周期:1 个机器周期含 6 个状态周期,12 个振荡周期。
④指令周期:完成 1 条指令所占用的全部时间,它以机器周期为单位。
例如:外接晶振为 12MHz 时,51 单片机相关周期的具体值为:
振荡周期=1/12us;
状态周期=1/6us;(2个振荡周期)
机器周期=1us;(12个振荡周期)
指令周期=1~4us;
2,学习定时器前需要明白的几点
①51 单片机有两组定时器/计数器,因为既可以定时,又可以计数,故称之
为定时器/计数器。
②定时器/计数器和单片机的 CPU 是相互独立的。定时器/计数器工作的过程
是自动完成的,不需要 CPU 的参与。
③51 单片机中的定时器/计数器是根据机器内部的时钟或者是外部的脉冲信
号对寄存器中的数据加 1。
有了定时器/计数器之后,可以增加单片机的效率,一些简单的重复加 1 的
工作可以交给定时器/计数器处理。CPU 转而处理一些复杂的事情。同时可以实
现精确定时作用。我们之前写的延时函数都给大概的时间,是不精确的。但是定时器是精确的。

2. 单片机定时器原理

定时/计数器的实质是加 1 计数器(16 位),由高 8 位和低 8 位两
个寄存器 THx 和 TLx 组成。它随着计数器的输入脉冲进行自加 1,也就是每来一
个脉冲,计数器就自动加 1,当加到计数器为全 1 时,再输入一个脉冲就使计数
器回零,且计数器的溢出使相应的中断标志位置 1,向 CPU 发出中断请求(定时
/计数器中断允许时)。如果定时/计数器工作于定时模式,则表示定时时间已到;
如果工作于计数模式,则表示计数值已满。可见,由溢出时计数器的值减去计数
初值才是加 1 计数器的计数值。
51单片机基础:定时器_第1张图片
上图中的 T0 和 T1 引脚对应的是单片机 P3.4 和 P3.5 管脚。51 单片机定时/
计数器的工作由两个特殊功能寄存器控制。TMOD 是定时/计数器的工作方式寄存
器,确定工作方式和功能;TCON 是控制寄存器,控制 T0、 T1 的启动和停止及
设置溢出标志

1,工作方式寄存器 TMOD

工作方式寄存器 TMOD 用于设置定时/计数器的工作方式,低四位用于 T0,高
四位用于 T1。其格式如下:

》GATE 是门控位, GATE=0 时,用于控制定时器的启动是否受外部中断源信号
的影响。只要用软件使 TCON 中的 TR0 或 TR1 为 1,就可以启动定时/计数器工作;
GATA=1 时,要用软件使 TR0 或 TR1 为 1,同时外部中断引脚 INT0/1 也为高电平
时,才能启动定时/计数器工作。即此时定时器的启动条件,加上了 INT0/1 引脚
为高电平这一条件。

》 C/T :定时/计数模式选择位。C/T =0 为定时模式;C/T =1 为计数模式。

M1M0:工作方式设置位。定时/计数器有四种工作方式。
51单片机基础:定时器_第2张图片

2,控制寄存器 TCON 

TCON 的低 4 位用于控制外部中断,已在前面介绍。TCON 的高 4 位用于控制定
时/计数器的启动和中断申请。其格式如下:

》TF1(TCON.7):T1 溢出中断请求标志位。T1 计数溢出时由硬件自动置 TF1
为 1。CPU 响应中断后 TF1 由硬件自动清 0。T1 工作时,CPU 可随时查询 TF1 的
状态。所以,TF1 可用作查询测试的标志。TF1 也可以用软件置 1 或清 0,同硬
件置 1 或清 0 的效果一样
》TR1(TCON.6):T1 运行控制位。TR1 置 1 时,T1 开始工作;TR1 置 0 时,
T1 停止工作。TR1 由软件置 1 或清 0。所以,用软件可控制定时/计数器的启动
与停止。
TF0(TCON.5):T0 溢出中断请求标志位,其功能与 TF1 类同。
》TR0(TCON.4):T0 运行控制位,其功能与 TR1 类同。

3.定时/计数器的工作方式

1:方式 0
方式 0 为 13 位计数,由 TL0 的低 5 位(高 3 位未用)和 TH0 的 8 位组成。
TL0 的低 5 位溢出时向 TH0 进位,TH0 溢出时,置位 TCON 中的 TF0 标志,向 CPU
发出中断请求。其结构图如下所示:
51单片机基础:定时器_第3张图片
门控位 GATE 具有特殊的作用。当 GATE=0 时,经反相后使或门输出为 1,此时仅由 TR0 控制与门的开启,与门输出 1 时,控制开关接通,计数开始;当 GATE=1时,由外中断引脚信号控制或门的输出,此时控制与门的开启由外中断引脚信号 和 TR0 共同控制。当 TR0=1 时,外中断引脚信号引脚的高电平启动计数,外中断 引脚信号引脚的低电平停止计数。这种方式常用来测量外中断引脚上正脉冲的宽 度。计数模式时,计数脉冲是 T0 引脚上的外部脉冲。计数初值与计数个数的关
系为:X=2(13)-N。其中 2(13)表示 2 的 13 次方。
2:方式 1

方式 1 的计数位数是 16 位,由 TL0 作为低 8 位,TH0 作为高 8 位,组成了 16 位加 1 计数器。其结构图如下所示:

51单片机基础:定时器_第4张图片

计数初值与计数个数的关系为:X=2(16)-N。

3:方式 2(串口通信)

方式 2 为自动重装初值的 8 位计数方式。工作方式 2 特别适合于用作较 精确的脉冲信号发生器。其结构图如下所示:

51单片机基础:定时器_第5张图片

4:方式 3 
方式 3 只适用于定时/计数器 T0, 定时器 T1 处于方式 3 时相当于 TR1=0,
停止计数。工作方式 3 将 T0 分成为两个独立的 8 位计数器 TL0 和 TH0。其
结构如下所示
51单片机基础:定时器_第6张图片

这几种工作方式中应用较多的是方式 1 和方式 2。定时器中通常使用定时器
方式 1,串口通信中通常使用方式 2。

4.定时器配置

在使用定时器时,应该如何配置使其工作?其步骤如下(各步骤顺序可任
意):
①对 TMOD 赋值,以确定 T0 和 T1 的工作方式,如果使用定时器 0 即对 T0 配
置,如果使用定时器 1 即对 T1 配置。
②根据所要定时的时间计算初值,并将其写入 TH0、TL0 或 TH1、TL1。
③如果使用中断,则对 EA 赋值,开放定时器中断。(TCON)
④使 TR0 或 TR1 置位,启动定时/计数器定时或计数。(与GATE一起使用的)
上述中有一个定时/计数器初值的计算,下面我们来看下如何计算定时/计数
器初值。
前面我们介绍过机器周期的概念,它是 CPU 完成一个基本操作所需要的时间。
其计算公式是:机器周期=1/单片机的时钟频率。51 单片机内部时钟频率是外部
时钟的 12 分频,也就是说当外部晶振的频率输入到单片机里面的时候要进行 12
分频。比如说你用的是 12MHZ 晶振,那么单片机内部的时钟频率就是 12/12MHZ,
当你使用 12MHZ 的外部晶振的时候,机器周期=1/1M=1us。如果我们想定时 1ms
的初值是多少呢?1ms/1us=1000。也就是要计数 1000 个,初值=65535-1000+1
(因为实际上计数器计数到 66636(2 的 16 次方)才溢出,所以后面要加 1)
=64536=FC18H,所以初值即为 THx=0XFC,TLx=0X18。
知道了如何计算定时/计数器初值,那么想定时多长时间都可以计算出,当
然由于定时计数器位数有限,我们不可能直接通过初值定时很长时间,如果要实
现很长时间的定时,比如定时 1 秒钟。可以通过初值设置定时 1ms,每当定时 1ms
结束后又重新赋初值,并且设定一个全局变量累计定时 1ms 的次数,当累计到
1000 次,表示已经定时 1 秒了。需要其他定时时间类似操作,这样我们就可以
使用定时器来实现精确延时来替代之前的 delay 函数。
这里以定时器 0 为例介绍配置定时器工作方式 1、设定 1ms 初值,开启定时
器计数功能以及总中断,如下:
void Timer0Init()
{
TMOD|=0X01;//选择为定时器 0 模式,工作方式 1,仅用 TR0 打开启动。
TH0=0XFC; //给定时器赋初值,定时 1ms
TL0=0X18;
ET0=1;//打开定时器 0 中断允许
EA=1;//打开总中断
TR0=1;//打开定时器
}
对于定时器 1 的使用方法是一样的,只是将上述的 0 变为 1 即可,具体可参
考我们定时器 1 实验例程。

5.实例

1.通过定时器 0 中断控制 D1 指示灯间隔 1 秒闪烁。

代码如下:

#include 
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
	
sbit LED1=P2^0;

void Timer0Init()
{
   TMOD|=0X01;//选择为定时器 0 模式,工作方式 1,仅用 TR0 打开启动。
   TH0=0XFC; //给定时器赋初值,定时 1ms
   TL0=0X18;
   ET0=1;//打开定时器 0 中断允许
   EA=1;//打开总中断
   TR0=1;//打开定时器
}

void main()
{
	Timer0Init();
	while(1)
	{
		
	}
	
}

void Timer0() interrupt 1
{
	{
      static u16 i;
      TH0=0XFC; //给定时器赋初值,定时 1ms
      TL0=0X18;
      i++;
      if(i==1000)
      {
        i=0;
        LED1=~LED1;
      }
    }
}
2.按键控制LED流水灯模式
#include 

#include 
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;

u8 LEDMode;

//延时子函数
void Delay(unsigned int xms)
{
	unsigned char i, j;
	while(xms--)
	{
		i = 2;
		j = 239;
		do
		{
			while (--j);
		} while (--i);
	}
}

void Timer0Init()
{
   TMOD|=0X01;//选择为定时器 0 模式,工作方式 1,仅用 TR0 打开启动。
   TH0=0XFC; //给定时器赋初值,定时 1ms
   TL0=0X18;
   ET0=1;//打开定时器 0 中断允许
   EA=1;//打开总中断
   TR0=1;//打开定时器
}

void main()
{
	P2=0xfe;
	Timer0Init();
	while(1)
	{
		if(P3_1==0)
		{
			Delay(20);
			while(P3_1==0);
			Delay(20);
				LEDMode++;
			if(LEDMode>=2)
				LEDMode=0;
		}
	}
	
}
void Timer0() interrupt 1
{	
      static u16 i;
      TH0=0XFC; //给定时器赋初值,定时 1ms
      TL0=0X18;
      i++;
      if(i==500)
      {
        i=0;
        if(LEDMode==0)
		{
			P2=_crol_(P2,1);
		}
		if(LEDMode==1)
		{
			P2=_cror_(P2,1);
		}
      }  
}

你可能感兴趣的:(51单片机编程应用,51单片机,嵌入式硬件,单片机)