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定时/计数器的结构虽然看其来复杂,实质上它就是两个加1计数器,每个加1计数器均由两个8位寄存器组成,构成了一个16位寄存器。
这16位的加1计数器在工作时需要通过TMOD和TCON寄存器的控制。
有两种方式可以让这个计数器产生计数。
第一种方式计数脉冲由单片机内部的系统振荡器经12分频产生,这时构成的就是定时器;
第二种方式计数脉冲是由单片机外部的T0,T1引脚提供的,这个脉冲信号的频率和幅值都是随机变化的,这时构成的就是计数器。
二、定时/计数器工作原理
1、定时器
定时器是通过单片机内部的计数器实现的,他的计数脉冲来自单片机的内部,即每一个机器周期产生一个计数脉冲,也就是说每经过一个机器周期,计数器加1,直至计数器计满溢出为止。
在使用定时器时,我们通过软件对定时器进行设置,在系统运行时,定时器就会按照设定的工作方式自动运行,不再占用CPU的操作时间,除非发生定时器中断,才会中断当前操作,转而执行中断内容。
2、计数器
单片机的计数功能是对外来脉冲进行计数。
T0(P3.4)和T1(P3.5)分别是两个计数器的计数脉冲输入端。
当外部输入的脉冲发生负跳变时(由高-低),计数器加1,直到加满溢出时,向CPU申请中断。
虽然单片机具有对外来脉冲计数的功能,但并不是说任意频率的脉冲都可以直接通过单片机计数器计数,而是受到单片机的晶振频率的限制。
与外部中断的触发一样,单片机的CPU也是在每个机器周期的S5P2期间对外部计数引脚的输入脉冲进行采样,如果第一个机器周期采样为1,第二个机器周期采样为0,那么在紧跟着的下一个机器周期的S3P1期间计数器+1。
由于确认一次输入脉冲需要两个机器周期,也就是24个时钟周期,因此外部输入计数脉冲的最高频率为时钟周期的1/24。
例如:
6MHz晶振,则允许的输入外部脉冲最高频率为6/24=250kHz。
同时,为了保证每一种电平状态都能在电平变化之前被采样一次,所以待检测高、低电平必须保持一个机器周期。
计数器中断包含两种方式:
硬中断和软中断。
硬中断是指在允许单片机定时/计数中断的条件下,当单片机内部的计数器发生溢出时,系统硬件自动产生中断信号,使中断标志位置1,并进入中断服务程序执行中断内容。
软中断是在不打开系统中断的情况下,单独启动单片机的计数器,使其能够检测外部输入的信号,从而产生计数,此时我们在主程序中循环读取计数器的值,当计数器达到预定值时,再对计数器寄存器的值进行重置。
由于软中断需要循环扫描计数器寄存器的值,所以会占用大量的CPU,因此应尽量避免。
(类似于扫描法)
三、定时/计数器控制方法
定时/计数器是一种可编程部件,他不会自动开始工作,必须通过软件确定其工作方式,所以,在定时/计数器开始工作之前,CPU必须将一些命令写入定时/计数器的特殊功能寄存器。
将控制命令写入定时/计数器的过程称为定时/计数器的初始化。
首先,我们先来了解一下这些控制定时/计数器的特殊功能寄存器。
(1)定时/计数器特殊功能寄存器
51单片机定时/计数器的工作由TMOD和TCON两个特殊功能寄存器控制。
TMOD用于设置其工作方式,而TCON则用于控制其启动和中断申请。
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,低四位用于设置T0的工作方式,高四位用于设置T1的工作方式。
其格式如下:
1-GATE(TMOD.7和TMOD.3):
门控位。
当GATE=0时,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;
当GATA=1时,要用软件使TR0或TR1为1,同时外部中断引脚也为高电平时,才能启动定时/计数器工作。
2-
(TMOD.6和TMOD.2):
定时/计数模式选择位。
当
为定时模式;
为计数模式。
3-M1M0(TMOD.5,4和TMOD.1,0):
工作方式设置位。
定时/计数器有四种工作方式,由M1M0进行设置。
2、控制寄存器TCON
TCON的低4位其实在上一章已经介绍过了,用于控制外部中断。
而TCON的高4位用于控制定时/计数器的启动和关闭。
1-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。
2-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。
3-TF0(TCON.5):
T0溢出中断请求标志位,其功能与TF1类同。
4-TR0(TCON.4):
T0运行控制位,其功能与TR1类同。
(2)定时/计数器的初始化与启动
在使用定时/计数器之前,必须在主程序中对其进行初始化,定时/计数器初始化的一般步骤如下:
1-确定工作方式:
对TMOD赋值;
2-预置定时/计数器初值:
初值就是指计数器起始计数时的值,可直接将初值写入TH0、TL0或TH1、TL1;
3-根据需要开放定时/计数器的中断:
直接对IE寄存器的定式器中断位赋值;
4-启动定时/计数器:
对TCON赋值;
第二节定时/计数器工作方式
一、工作方式
通过M1M0位的设置,T0可以选择4种工作方式,T1可以选择3种工作方式。
(1)方式0:
定时/计数器T1和T0均可以设置为方式0,它是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,硬件自动置位TCON中的TF0标志,向CPU发出中断请求。
(2)方式1
定时/计数器T1和T0均可以设置为方式1,它是16位计数器,由TL0作为低8位、TH0作为高8位,组成了16位加1计数器,TH0溢出时,硬件自动置位TCON中的TF0标志,向CPU发出中断请求。
(3)方式2
在方式0和方式1中,当计数溢出后,计数器变为0,因此在循环定时或循环计数时必须要用软件反复设置计数初值,这必然会影响定时精度,定时器方式2可以解决反复重装初值的问题,定时/计数器T1和T0均可以设置为方式2,方式2为自动重装初值的8位计数器。
其中,TH0被作为常数缓冲期,存储计数器初值。
当TL0计数溢出时,自动地将TH0的常数重新装入TL0中,使TL0从初值开始重新计数,从而避免了人为软件重装初值所带来的时间误差。
工作方式2特别适合于用作较精确的脉冲信号发生器,当然此时的晶振频率必需选择准确,必须是12的整数倍。
(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。
定时器T0在方式3下被拆为两个独立的8位计数器TL0和TH0,而原来的T0控制位、引脚和中断源均用于TL0的控制。
TH0占用原定时器T1的控制位TR1和TF1,所以此时不能再使用定时器1中断了。
(这种方式不常用,了解就可以)
二、定时/计数器初值的确定方法
单片机内部的这个定时/计数器实质上就是一个增1计数器,这个计数器从我们设定给它的初值起开始计数,直到计满为止。
在不同工作模式下,计数器的位数各有不同,那么它所能承受的最大的计数值也就各不相同。
下面给大家介绍一下如何确定定时/计数器初值。
方式0:
13位计数器,当计数器的值达到0x3FF时,产生溢出中断。
此时最大的计数值M=213=8192
方式1:
16位计数器,当计数器的值达到0xFFF时,产生溢出中断。
M=216=65536
方式2:
8位计数器,当计数器的值达到0xFF时,产生溢出中断,并且自动重装初值。
M=28=256
方式3:
定时器T0分成2个8位计数器,所以2个M的值均为256
有了各种工作方式下计数器的最大计数值M,就可以计算初值X了
X=M-所希望的计数值
*举例来说,假设单片机的晶振频率为6MHz,要求产生1ms的定时,试计算初值。
在晶振频率为6MHz时,计数器每次加1所需的时间为2us。
要产生1ms的定式时间需要加1操作500次,则500即为期望的计数值。
如果在方式1下工作,则初值X=M-计数值=65536-500=65036=fe0cH,则初值为fe0Ch。
当计数器产生溢出中断时,除了方式2以外,其它方式在中断后不会自动将初值重新装入,而是归零,所以在中断服务程序中,须再次装入初值。
第三节定时/计数器设计及应用
一、定时器中断服务程序
这部分内容我们在上一章已经详细介绍过,这里给出两个定时/计数器的中断服务程序。
T0中断服务程序:
voidT0_time()interrupt1
{
TH0=(65536-45872)/256;
TL0=(65536-45872)%256;
……
}
T1中断服务程序:
voidT1_time()interrupt3
TH1=(65536-45872)/256;
TL1=(65536-45872)%256;
注意:
尽量不要将过多的程序写在中断服务程序中,能在主程序中完成的功能,尽量不要写在中断程序中,一定要高效简洁。
二、定时/计数器应用设计
(1)利用定时器0的方式2使发光二极管以200ms间隔闪烁,同时利用定时器1的方式1实现数码管前两位的60s循环计时。
思路:
先根据晶振计算定时/计数初值,根据题意设置定时/计数器工作方式
(2)利用计数器0的工作方式1实现计数,要求:
令P3.3引脚输出低电平,当按键S18按下时,计数器计数1次,并将所计的数值实时显示在数码管的前两位,计满100时清零,重新计数。
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