单片机原理及应用技术项目化教程 项目四

图4-1 51单片机定时器/计数器的内部结构图
由图4-1可知，定时器/计数器0、定时器/计数器1是16位 加法计数器，分别由两个8位专用寄存器组成：定时器0由 TH0和TL0组成，定时器1由TH1和TL1组成。TL0、TL1、 TH0、TH1的访问地址依次为8AH～8DH，每个寄存器均可 单独访问。定时器0或定时器1用作计数器时，对芯片引脚 T0(P3.4)或T1(P3.5)上输入的脉冲计数，每输入一个脉冲， 加法计数器加1；其用作定时器时，对内部机器周期脉冲计 数，由于机器周期是定值，故计数值确定时，时间也随之确 定。TMOD、TCON与定时器0、定时器1间通过内部总线及 逻辑电路连接，TMOD用于设置定时器的工作方式，TCON 用于控制定时器的启动与停止。
4.1 项 目 描 述
单片机的定时器/计数器在工业控制与测量领域有着 广泛的应用，比如定时检测、定时计数及定时扫描等。本 项目通过设计一个由定时器控制的报警旋转灯，使学生掌 握定时器/计数器的工作原理、工作方式和定时器/计数器 的初值计算。
4.2 项目目的与要求
本项目的目的就是设计一个由定时器控制的报警旋转 灯系统。通过控制P2口的8个LED灯，要求它们旋转闪烁红 灯并发出报警声。项目在实施过程中需要解决以下关键问题：
M1和M0：操作方式控制位。两位可形成四种编程，对 应于四种操作方式，如表4-1所示。
M1 M0 00 01 10 11
表 4-1 M1、M2 控制的四种工作方式
工作方式
功能说明
方式 0
13 位定时器/计数器工作方式
方式 1
16 位定时器/计数器工作方式
方式 2
自动再装入的 8 位定时器/计数器工作方式
1) 工作方式寄存器TMOD 特殊功能寄存器TMOD用于控制T0和T1的工作方式， 低4位用于控制T0，高4位用于控制T1。TMOD的地址为89H， 其各位状态只能通过CPU的字节传送指令来设定，而不能用 位寻址指令改变，复位时各位状态为0，其各位的定义如下：
其中，低4位用于T0，高4位用于T1，它们的含义是完 全相同的。TMOD各位的功能如下：
2) 定时器/计数器工作原理 当定时器/计数器设置为定时工作方式时，计数器对内 部机器周期计数，每过一个机器周期，计数器增1，直至计 满溢出。定时器的定时时间与系统的振荡频率紧密相关， C51单片机的一个机器周期由12个振荡脉冲组成。当采用12 MHz晶振时，一个机器周期为1 μs，计数频率为1 MHz。因 此，适当选择定时器的初值可获取各种定时时间。
所以，最高检测频率为振荡频率的1/24。计数器对外部 输入信号的占空比没有特别的限制，但必须保证输入信号的 高电平与低电平的持续时间在一个机器周期以上。当设置了 定时器的工作方式并启动定时器工作后，定时器就按被设定 的工作方式独立工作，不再占用CPU的操作时间，只有在计 数器计满溢出时，才可能中断CPU当前的操作。
【项目目标】 1. 知识目标 (1) 理解定时器/计数器的结构和工作原理； (2) 理解寄存器TMOD、TCON、TH0、TL0、TH1、 TL1的功能； (3) 掌握定时器/计数器的工作方式； (4) 掌握定时Байду номын сангаас的定时初值的计算。
2. 能力目标 (1) 根据需要会选择使用定时器/计数器的某种工作 方式； (2) 会计算定时器/计数器的初值； (3) 能熟练使用定时器/计数器； (4) 会运用C51语言对应用程序进行编程。
2．定时器/计数器的相关寄存器 如上所述，要使定时器/计数器按要求工作，得到所需 的定时时间或计数值，必须通过编程进行控制才能实现。通 过对工作方式控制寄存器(TMOD)和定时器/计数器控制寄存 器(TCON)的设置即可实现对定时器/计数器的控制。
51单片机的定时器/计数器(T0、T1)主要由工作方式寄 存器TMOD和控制寄存器TCON等组成。可以通过软件对 这些寄存器进行设置来实现不同的控制目的。其中，TH0 和TL0用来存放定时器T0的计数初值，TMOD用来控制定 时器的工作方式，TCON用作中断溢出标志并控制定时器 的启、停。
方式 3
T0 分为两个 8 位定时器/计数器，T1 停止计数
C/ T ：功能选择位。当C/ T 为0时，选择定时方式。 在定时方式中，以振荡器输出时钟脉冲的12分频信号作为计 数信号，也就是每一个机器周期定时器加1。若晶振频率为 12 MHz，则定时器的计数频率为1 MHz；当C/ T 为1时， 选择计数方式，采用外部引脚T0(P3.4)、T1(P3.5)的输入脉 冲作为计数脉冲，当外部输入脉冲发生1到0的负跳变时，计 数器加1，最高计数频率为时钟频率的1/24。
(1) 与定时器/计数器相关的寄存器的各位的功能是怎 样的；
(2) 选择哪种定时器，采用何种工作方式，如何计算定 时初值；
(3) 编写延时程序； (4) 如何装入初值。
4.3 项目支撑知识链接
4.3.1 定时器/计数器的结构
1．定时器的结构及工作原理 1) 定时器/计数器组成框图 89C51单片机内部有两个16位可编程定时器/计数器：定 时器0(T0)和定时器1(T1)。其逻辑结构如图4-1所示。
模块4 定时器控制的报警灯设计
4.1 项目描述 4.2 项目目的与要求 4.3 项目支撑知识链接 4.4 项目实施 项目小结 项目拓展技能与练习
【项目导入】 在单片机的应用系统中，往往会遇到要求用定时器对某 些控制系统进行设计，例如定时检测系统、定时扫描系统等。 51系列单片机中设置有2个16位定时器/计数器，分别是T0和 T1，要学会对定时器进行编程，必须掌握这两个定时器的 工作方式和初值的计算。在此，我们通过一个项目设计，让 同学们掌握定时器/计数器在单片机控制技术中的使用。
当定时器/计数器设置为计数工作方式时，计数器对来 自输入引脚T0(P3.4)和T1(P3.5)的外部信号计数，外部脉冲 的下降沿将触发计数。在每个机器周期的S5P2期间采样引 脚输入电平，若前一个机器周期采样值为1，后一个机器周 期采样值为0，则计数器加1。新的计数值是在检测到输入引 脚电平发生1到0的负跳变后，与下一个机器周期的S3P1期 间装入计数器中的。可见，检测一个由1到0的负跳变，需要 两个机器周期。