第9章定时器
第9章定时器
第9章定时器/计数器（2天）9.1 定时器/计数器的用途及工作原理80C51系列单片器的51子系列内部有两个定时器/计数器，它既可以作为定时器使用，也可以作为计数器使用。
定时器/计数器可以用与对某事件的计数结果进行控制，或按一定时间间隔进行控制。
9.1.1 定时器/计数器的用途在单片机应用技术中，往往需要定时检查某个参数，或按一定时间间隔来进行某种控制；有时还需要根据某种事件的计数结果进行控制，这就需要单片机具有定时和计数功能。
单片机内的定时器/计数器正是为此而设计的。
定时功能虽然可以用延时程序来实现，但这样做是以降低CPU的工作效为代价的，定时器则不影响CPU的效率。
由于单片机内集成了硬件定时器/计数器部件，这样就简化了应用系统的设计。
9.1.2定时器/计数器的结构80C51系列单片机的51子系列内部有两个16位定时器/计数器，简称定时器0和定时器1，分别用T0和T1表示，52子系列单片机还增加了另一个16位定时器/计数器T2。
定时器的基本结构如图9.1所示从图中可以看出，它是由两个16位定时器T0、T1和两个寄存器TCON、TMOD组成。
其中T0、T1又可分成两个独立的8位计数器即TH0、TL0和TH1、TL1，用于存储定时器、计数器的初值；TMOD为模拟控制寄存器，主要用来设置定时器/计数器的操作模式；TCON为控制寄存器，主要用来控制定时器/计数器的启动与停止图9.1 定时器/计数器结构框图9.1.3定时器/计数器的工作原理定时器和计数器的原理是一样的，都是进行计数操作，每次加1，加满溢出后，再从0开始计数，定时器和计数器不同之处是输入的计数信号来源不用。
下面以定时器T0为例，说明定时器/计数器的工作原理。
图9.2为定时器/计数器T0在模式0下的结构示意图。
在这种模式下，16为寄存器只用了13位，即由TL0的低5位和TH0的高8位组成的加法计数器。
图9.2 T0（T1）在模式0下的结构示意图K1为定时或计数的选择开关，由寄存器TMOD控制。
微机原理与接口技术9章8253
定时器/计数器
• 主要内容
– 定时与计数 – 可编程定时器/计数器接口芯片8253
定时与计数
• 定时技术在微机系统中必不可少
– 微机的工作在标准时钟控制下完成 – 为外设提供实时时钟 – 向外设定时发出控制信号
• 定时中断、定时检测、定时扫描、定时显示……
– 对外部事件进行计数
定时与计数
• 定时与计数
可编程定时/计数芯片8253
• 8253的工作方式
– 方式4——软件触发的选通信号发生器
• 波形图
可编程定时/计数芯片8253
• 8253的工作方式
– 方式4——软件触发的选通信号发生器
• 工作特点
– 计数由软件启动，每次写入计数初值只启动一次 计数 – 当计数值为N时，则间隔N＋1个CLK脉冲输出一 个负脉冲（计数一次有效） – 在计数过程中，可由GATE信号控制暂停。当 GATE＝0时，暂停计数；当GATE＝1时，继续计 数 – 在计数过程中写入新的计数初值，则按新的初值 重新开始计数
可编程定时/计数芯片8253
• 8253的工作方式
– 方式5——硬件触发的选通信号发生器
• 波形图
可编程定时/计数芯片8253
• 8253的工作方式
– 方式5——硬件触发的选通信号发生器
• 工作特点
– 计数由GATE上升沿启动，只要GATE端给触 发脉冲，则会装入计数值，并开始计数 – 在这种方式下，若设置的计数值是N，则在 GATE脉冲后，经过（N＋1）个CLK，OUT端 才输出一个负脉冲 – 在计数过程中修改计数初值，不会影响本次计 数，只有GATE端再次触发时，才按新的计数 值计数
微机原理与接口技术
第九章 8253
ARM Cortex-A9多核嵌入式系统开发教程(杨福刚)章 (3)
#define ulong unsigned long
void pwm_stop(void);
void timer_request(void);
void irq_handler(void);
void timer_init(ulong utimer,ulong uprescaler,ulong udivider,ulong utcntb,ulong utcmpb);
1/1
1/2
8 位预
1/4
分频器 1
1/8
1/16
TCMPB3 TCNTB3
6:1
MUX
控制逻辑
3
TCMPB4
XpwmTOUT3
6:1
MUX
控制逻辑
4
No pin
图9.1 Exynos 4412 PWM定时器的工作原理
第9章 PWM定时器和WatchDog定时器
PWM定时器工作的具体过程： ● 当时钟被使能后，定时器计数缓冲寄存器(TCNTBn)把计 数初始值下载到递减计数器(TCNTn)中，定时器比较缓冲寄 存器(TCMPBn)把其初始值下载到比较寄存器(TCMPn)中。 ●递减计数器从TCNTBn得到初值以后，按其时钟频率进行 递减计数。当其值达到0时，产生定时器中断请求并通知 CPU该次计时完成。 ● TCMPBn的值用于脉冲宽度调制。当定时器的递减计数 器的值和比较寄存器的值相等时，PWM输出将改变输出电 平的状态。
第9章 PWM定时器和WatchDog定时器
图9.4 Exynos 4412处理器的看门狗模块
第9章 PWM定时器和WatchDog定时器
看门狗定时器计数值的计算公式如下：
(1) 输入到计数器的时钟周期 t_WatchDog = 1/( PCLK / (预分频值 + 1) / 分频值) 其中：预分频器(Prescaler，取值范围为0～254)及分频
第9章_1_1中断控制向量、DMA控制器
5. 中断服务寄存器 中断服务寄存器ISR 这是一个8位寄存器 位寄存器， 这是一个 位寄存器，用来记录正在处理中的中断请 当任何一级中断被响应， 求。当任何一级中断被响应，CPU正在执行它的中 正在执行它的中 断服务程序时， 寄存器中相应位置“ ， 断服务程序时，ISR寄存器中相应位置“1”，一直 寄存器中相应位置 保持到该级中断处理过程结束为止。 保持到该级中断处理过程结束为止。多重中断情况 ISR寄存器中可有多位被同时置 1”。 寄存器中可有多位被同时置“ 下，ISR寄存器中可有多位被同时置“1”。 6. 中断屏蔽寄存器 中断屏蔽寄存器IMR 这是一个8位寄存器 位寄存器， 这是一个 位寄存器，用来存放对各级中断请求的屏 蔽信息。当该寄存器中某一位置“ 时 蔽信息。当该寄存器中某一位置“1”时，表示禁止 这一级中断请求进入系统，通过IMR寄存器可实现 这一级中断请求进入系统，通过 寄存器可实现 对各级中断的有选择的屏蔽。 对各级中断的有选择的屏蔽。
图9.19
图9.20
1. 数据总线缓冲存储器 这是8253与CPU之间的数据接口，它由 位双向三态 之间的数据接口， 这是 与 之间的数据接口 它由8位双向三态 缓冲存储器构成， 缓冲存储器构成，是CPU与8253之间交换信息的必 与 之间交换信息的必 经之路。 经之路。 2. 读/写控制电路 写控制电路 接收CPU送入的读 写控制信号，并完成对芯片内部 送入的读/写控制信号 接收 送入的读 写控制信号， 各功能部件的控制功能，因此，它实际上是8253芯 各功能部件的控制功能，因此，它实际上是 芯 片内部的控制器。可接收的控制信号如下： 片内部的控制器。可接收的控制信号如下： (1) A1A0——端口选择信号，由CPU输入。8253内部 端口选择信号， 输入。 端口选择信号 输入 内部 个独立的通道和一个控制字寄存器， 有3个独立的通道和一个控制字寄存器，它们构成 个独立的通道和一个控制字寄存器 8253芯片的 个端口，CPU可对 个通道进行读 写 芯片的4个端口 可对3个通道进行读 芯片的 个端口， 可对 个通道进行读/写 操作，对控制字寄存器进行写操作。 操作，对控制字寄存器进行写操作。这4个端口地 个端口地 址由最低2位地址码 位地址码A 来选择。 址由最低 位地址码 1Ａ0来选择。
第九章2 可编程接口芯片8254A
● 计数/定时技术 ● 8254的引脚及6种工作方式
● 8254的编程
第九章 可编程接口芯片及其与CPU的接口
定时器和计数器异同
• 定时器的实质——计数器 – 由数字电路中的计数电路构成，通过记录高精 度晶振脉冲信号的个数，输出准确的时间间隔 （周期性） • 计数器 • 计数电路如果记录外设提供的具有一定随机性 的脉冲信号时, 它主要反映脉冲的个数（一次性）
区分6种工作方式的标志:
①启动计数器的触发方式 ②输出波形
③计数过程中门控信号的作用
④在计数过程中写入新初值的处理 方式
第九章 可编程接口芯片及其与CPU的接口
方式0 计数结束中断(一次有效)
写入控制字之后，相应的输出信号OUT就开始 变成低电平。 计数器写完计数值时，开始计数。当计数器减 到零时，OUT立即输出高电平。
• 所有的输入输出都与TTL兼容
第九章 可编程接口芯片及其与CPU的接口
9.2.2 8254的内部结构和引脚
D7～D0
数据总线 缓冲器
内 RD WR A0 A1 部 读写控制 逻辑
CLK 计数器0 OUT
0 0
GATE
0
数
据 总
CLK 计数器1 OUT
1 1
GATE
1
CS
控制字 寄存器
CLK
计数器2 OUT
写入计数初值后，计数器并不立即开始工作； 等待到GATE上升沿，才开始工作，使输出OUT变 成低电平； 直到计数器值减到零后，输出才变高电平。 计数到0，初值自动重置，但要等到下一个GATE 上升沿触发才重新计数。 [单稳态触发器]只有一个稳态（高电平），一 个触发脉冲使触发器进入暂稳态（低电平）， 经过一段可调的时间间隔后，又回到稳态。所 以工作于方式1时相当于一个可重复触发的单稳 态触发器。
单片机应用技术(第四版)杨宏丽章 (9)
初始化值 00H 00H
FFH
F0
0
F1
0
第9章 单片机应用设计与实例
2. 软件流程 根据上述工作流程，软件设计可分为以下几个功能模块： (1) 主程序：初始化与键盘监控。 (2) 计时：为定时器0中断服务子程序，完成刷新计时缓冲 区的功能。 (3) 时间设置与闹钟设置：由键盘输入设置当前时间与定时 启闹时间。 (4) 显示：完成6位动态显示。 (5) 键盘扫描：判断是否有键按下，并求取键号。 (6) 定时比较：判断启闹时间到否，如时间到，则启动蜂鸣 器鸣叫。
第9章 单片机应用设计与实例
图9.7 键盘扫描流程图
第9章 单片机应用设计与实例
图9.8 键盘扫描流程图
第9章 单片机应用设计与实例
将显示缓冲区中的6位BCD码用动态扫描方式显示。为此，必 须首先将3字节计时缓冲区中的时、分、秒压缩BCD码拆分为6字 节(时、分、秒的十位、个位分别占用1字节)BCD码，这一功能由 拆字子程序SEPA来实现。
ALM键：闹钟设置/启闹/停闹键，键号为0BH。 其工作流程如下： (1) 时间显示：上电后，系统自动进入时钟显示，从00： 00：00开始计时，此时可以设定当前时间。
第9章 单片机应用设计与实例
(2) 时间调整：按下C/R键，系统停止计时，进入时间设定 状态，系统保持原有显示，等待键入当前时间。按下0～9数字 键可以顺序设置时、分、秒，并在相应LED管上显示设置值，直 至6位设置完毕。系统将自动由设定后的时间开始计时显示。
需要注意的是，当按下时间或闹钟设置键后，在6位设置完 成之前，应显示键入的数据，而不显示当前时间。为此，我们设 置了一个计时显示允许标志位F0，在时间/闹钟设置期间F0=1， 不调用SEPA，即调用SEPA刷新显示缓冲区的前提条件是F0=0。动 态显示程序在第6章中已给出，在此不再赘述。
第9章_计数器定时器8253
模式2的时序图 模式 的时序图 ：
模式3——方波发生器 模式 方波发生器
模式3的主要特点： 模式 的主要特点： 的主要特点 和模式2类似 类似， 和模式 类似，但输出为方波或基本对称 的矩形波。 的矩形波。 为偶数， 当N为偶数，输出端的高低电平持续时间 为偶数 相等各为N/2时钟，当N为奇数，输出端 时钟， 为奇数， 相等各为 时钟 为奇数 的高低电平持续时间分别为(N＋ 的高低电平持续时间分别为 ＋1)/2时 时 时钟。 钟、(N－1)/2时钟。 － 时钟
7.3 计数器/定时器 计数器 定时器8253 定时器
7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.3.4 7.3.5 可编程计数器/定时器概述 可编程计数器 定时器概述 8253的编程结构和引脚信号 的编程结构和引脚信号 8253的工作模式 的工作模式 8253的应用编程 的应用编程 实验分析
7.3.1 可编程计数器 定时器概述 可编程计数器/定时器概述
M2 0 0 X X 1 1
M1 0 0 1 1 0 0
M0 0 模式 模式0 1 模式 模式1 0 模式 模式2 1 模式 模式3 0 模式 模式4 1 模式 模式5
BCD位 设置计数值格式 位 1：计数值为 ：计数值为BCD码格式 码格式 0：计数值为二进制格式 ： 计数值即是计数初始寄存器里的值。 计数值即是计数初始寄存器里的值。
模式3的时序图 模式 的时序图 ：
7.3.4 8253的应用编程 的应用编程
8253的应用编程就是对 的应用编程就是对8253的初始化， 的初始化， 的应用编程就是对 的初始化 主要包括： 主要包括： （1）设置控制寄存器（即设置工作模式） ）设置控制寄存器（即设置工作模式） （2）设置初始寄存器的值。 ）设置初始寄存器的值。 初始化规则：先设置控制字、 初始化规则：先设置控制字、后设置计数 器初值。 器初值。
第章事件管理器之一通用定时器分析
/ 2 TCLKINA / TDIRA
ADC Start
GP Timer 1 Compare GP Timer 1
Output Logic
T1PWM_T1CMP
Data Bus
Compare Unit 1 Compare Unit 2 Compare Unit 3
PWM Circuits Output Logic PWM Circuits Output Logic PWM Circuits Output Logic
2、通用定时器
比较寄存器和周期寄存器的功能
T1PR和T1CMPR在一般情况下是在初始化的时候进 行赋值，然后就成为了一个参考标准，CPU会实时的 将T1CNT的值和这两个标准进行比较:
第09讲：F2812事件管理器（EVA/B）
本章内容
1. 事件管理器概述 2. 通用定时器 3. 比较单元与PWM输出 4. 捕获单元 5. 正交编码脉冲单元（QEP) 6. 事件管理器的中断问题
1. 事件管理器概述
每个事件管理器皆由4个部分组成 通用定时器 比较单元与PWM电路 捕获单元 正交编码脉冲（QEP)电路
T1的输入信号 1. 来自于CPU的内部时钟 2. 外部时钟输入TCLKINA，最大频率为器件自身时钟的
1/4，也就是1/4*150M 3. TDIRA/B，用于定时器的增/减计数模式（或增或减） 4. 复位信号RESET
T1的输出信号 1. 定时器的比较输出T1PWM_T1CMP 2. 送给ADC模块的AD转换启动信号 3. 下溢、上溢、比较匹配和周期匹配信号 4. 计数方向指示
1. 事件管理器概述
EVA和EVB模块信号引脚
事件管理器模块 通用定时器 比较单元
单片机原理及接口技术课后习题第9章 答案
第九章复习思考题1. 计算机系统中为什么要设置输入输出接口?输入/输出接口电路是CPU与外设进行数据传输的桥梁.外设输入给CPU的数据，首先由外设传递到输入接口电路，再由CPU从接口获取；而CPU输出到外设的数据，先由CPU 输出到接口电路，然后与接口相接的外设获得数据。
CPU与外设之间的信息交换，实际上是与I/O接口电路之间的信息交换.2。
简述输入输出接口的作用。
I/O接口电路的作用主要体现在以下几个方面：(1）实现单片机与外设之间的速度匹配；(2）实现输出数据锁存；（3）实现输入数据三态缓冲；（4)实现数据格式转换。
3. 在计算机系统中,CPU与输入输出接口之间传输数据的控制方式有哪几种？各有什么特点？在计算机系统中，CPU与I/O接口之间传输数据有3种控制方式：无条件方式，条件方式，中断方式,直接存储器存取方式。
在无条件方式下,只要CPU执行输入/输出指令，I/O接口就已经为数据交换做好了准备，也就是在输入数据时,外设传输的数据已经传送至输入接口，数据已经在输入接口端准备好;输出数据时，外设已经把上一次输出的数据取走，输出接口已经准备好接收新的数据.条件控制方式也称为查询方式。
CPU进行数据传输时，先读接口的状态信息，根据状态信息判断接口是否准备好,如果没有准备就绪，CPU将继续查询接口状态，直到其准备好后才进行数据传输.在中断控制方式下，当接口准备好数据传输时向CPU提出中断请求，如果满足中断响应条件,CPU则响应,这时CPU才暂时停止执行正在执行的程序，转去执行中断处理程序进行数据传输.传输完数据后,返回原来的程序继续执行.直接存储器存取方式即DMA方式，它由硬件完成数据交换，不需要CPU的介入,由DMA 控制器控制，使数据在存储器与外设之间直接传送.4. 采用74LS273和74LS244为8051单片机扩展8路输入和8路输出接口，设外设8个按钮开关和8个LED，每个按钮控制1个LED，设计接口电路并编制检测控制程序.80C51图9。
单片机原理及接口技术课后习题第9章答案
第九章复习思考题1. 计算机系统中为什么要设置输入输出接口？输入/输出接口电路是CPU与外设进行数据传输的桥梁。
外设输入给CPU的数据，首先由外设传递到输入接口电路，再由CPU从接口获取；而CPU输出到外设的数据，先由CPU 输出到接口电路，然后与接口相接的外设获得数据。
CPU与外设之间的信息交换，实际上是与I/O接口电路之间的信息交换。
2. 简述输入输出接口的作用。
I/O接口电路的作用主要表达在以下几个方面：〔1〕实现单片机与外设之间的速度匹配；〔2〕实现输出数据锁存；〔3〕实现输入数据三态缓冲；〔4〕实现数据格式转换。
3. 在计算机系统中，CPU与输入输出接口之间传输数据的控制方式有哪几种？各有什么特点？在计算机系统中，CPU与I/O接口之间传输数据有3种控制方式：无条件方式，条件方式，中断方式，直接存储器存取方式。
在无条件方式下，只要CPU执行输入/输出指令，I/O接口就已经为数据交换做好了准备，也就是在输入数据时，外设传输的数据已经传送至输入接口，数据已经在输入接口端准备好；输出数据时，外设已经把上一次输出的数据取走，输出接口已经准备好接收新的数据。
条件控制方式也称为查询方式。
CPU进行数据传输时，先读接口的状态信息，根据状态信息判断接口是否准备好，如果没有准备就绪，CPU将继续查询接口状态，直到其准备好后才进行数据传输。
在中断控制方式下，当接口准备好数据传输时向CPU提出中断请求，如果满足中断响应条件，CPU那么响应，这时CPU才暂时停止执行正在执行的程序，转去执行中断处理程序进行数据传输。
传输完数据后，返回原来的程序继续执行。
直接存储器存取方式即DMA方式，它由硬件完成数据交换，不需要CPU的介入，由DMA 控制器控制，使数据在存储器与外设之间直接传送。
4. 采用74LS273和74LS244为8051单片机扩展8路输入和8路输出接口，设外设8个按钮开关和8个LED，每个按钮控制1个LED，设计接口电路并编制检测控制程序。
[嵌入式系统设计(基于STM32F4)][徐灵飞][习题解答] (9)
![[嵌入式系统设计(基于STM32F4)][徐灵飞][习题解答] (9)](https://img.taocdn.com/s3/m/76e4d1c4866fb84ae55c8d61.png)
《嵌入式系统设计（基于STM32F429）》第9章课后题参考答案1．STM32F429定时器的计数方式有__递增计数__、__递减计数_、___中心对齐_。
2．STM32F429计数寄存器是__TIMx_CNT __，自动重载寄存器是__TIMx_ARR) _，预分频寄存器是__TIMx_PSC __。
3．若TIM x_PSC=4，则时钟源的预分频系数是____5____。
4．若TIM x_ARR=89，则一次计数溢出的计数次数是___90_____。
5．什么是PWM信号？什么是占空比？请绘图举例。
答：PWM（Pulse Width Modulation）：脉冲宽度调制，简称脉宽调制。
PWM信号：周期内高电平占空比可调的信号。
占空比：一个周期内高电平持续时间与一个周期时间的比值。
6．递增计数模式是从0计数到___ARR_____的值，然后产生一次__溢出事件___。
7．递减计数模式是从_ ARR _计数到0的值，然后产生一次向下溢出。
中心对齐计数模式是先以递增计数模式，从0计数到__ ARR -1___，然后产生一次向上溢出，再在从___ ARR _____计数到____1____，然后产生一次向下溢出。
8．当使能了比较输出功能，输出PWM波，在边沿比较模式下，寄存器___ARR_____控制PWM周期，寄存器___ CCR ___控制占空比。
9．当使能了比较输出功能，输出PWM波，在边沿比较模式下，当TIM x_CNT计数值在_0~ CCR-1 寄存器___范围时，输出有效电平；在CCR~ARR 范围时，输出反向电平。
10．定时器TIM2挂载在APB1总线上，假设PCLK1=45MHz，选择内部时钟作为计数时钟源（默认情况下这一时钟源频率=2×PCLK1），TIM2_PSC=8，TIM2_ARR=49，则计数溢出一次，时间为多长？怎么计算？答：（TIM2_PSC+1）＊（TIM2_ARR +1）/ 90000000 = 9 ＊ 50 / 90000000 = 5us11．使用内部时钟时，怎么确定各定时器的时钟基准频率？答：除非APB的分频系数是1，否则通用定时器的时钟等于APB时钟的2倍。
第九章 中断控制器8259A(9.1)
中断类型码:
D7D6D5D4D3 D2D1D0 0 0 0 0 0 1 … 1 1 1
2. 优先级的管理方式
(1)完全嵌套方式
在对8259进行初始化后,没有设置其它优先级方式, 则自动按此方式工作.即这是8259A默认的优先权设置方 式，在全嵌套方式下，8259A所管理的8级中断优先权是 固定不变的，其中IR0的中断优先级最高，IR7的中断优 先级最低。 特点:在全嵌套方式中，中断请求按优先级IR0~IR7级 进行处理，IR0级中断的优先级最高。 当一个中断被响应时，中断类型码被放到数据总线上， ISR中的对应位ISn被置1,然后进入中断服务程序。一般情 况下（除了中断自动结束方式外），在CPU发出中断结束 命令（EOI）前，此对应位一直保持“1”。
4.
结束中断处理的方式（EOI）
（1）中断自动结束方式： 用于系统中只有一片8259A，多个中断不会嵌 套的情形。系统一进入中断处理，就将当前中断服 务寄存器ISR的对应位清除。对8259A来说，好像已 经结束了当前中断。 在命令字ICW4中将AEOI（D1）位置“1”。 （2）一般的中断结束方式： 用在全嵌套的情形。 CPU用OUT指令往8259A偶地址发一个EOI命令， 8259A将使ISR最高非零IS位清0。结束当前正在处理 的中断。
⑦优先权判别器PR：用以比较正在处理的中断和刚刚进 入的中断请求之间的优先级别，以决定是否产生多重中断 或中断嵌套。 ⑧ 控制逻辑电路：对整个芯片内部各部件的工作进行协 调和控制。
9.1.2、8259A芯片的工作方式
8259A有多种工作方式，这些工作方式， 可以通过编程设置或改变。 下面，我们进行分类介绍。
CPU响应中断后， 请求中断的中断源 中，优先级最高的 中断源，在中断服 务寄存器ISR中的相 应位置位，而且把 它的中断矢量送至 系统数据总线，在 此中断源的中断服 务完成之前，与它 同级或优先级低的 中断源的中断请求 被屏蔽只有优先级 比它高的中断源的 中断请求才是有效 的，从而出现中断 嵌套。
82C54应用说明
第9章 计数器和定时器电路Intel 8253/8254-PIT在控制系统中，常常要求有一些实时时钟以实现定时或延时控制，如定时中断、定时检测、定时扫描等，也往往要求有计数器能对外部事件计数。
要实现定时或延时控制，有三种主要方法：软件定时、不可编程的硬件定时、可编程的硬件定时器。
软件定时——即让计算机执行一个程序段，这个程序段本身没有具体的执行目的，但由于执行每条指令都需要时间，则执行一个程序段就需要一个固定的时间。
通过正确地挑选指令和安排循环次数很容易实现软件定时，但软件定时占用了CPU的时间，降低了CPU的利用率。
不可编程的硬件定时可以采用小规模集成电路器件如555，外接定时部件——电阻和电容构成。
这样的定时电路简单，而且利用改变电阻和电容，可以使定时在一定的范围内改变。
但是，这种定时电路在硬件连接好以后，定时值及定时范围不能由程序(软件)来控制和改变，由此就生产了可编程的定时器电路。
可编程定时器电路的定时值及其范围，可以很容易地由软件来确定和改变。
所以，功能较强，使用灵活。
本章就介绍这种定时器电路。
§9.1 概述Intel系列的计数器/定时器电路为可编程序间隔定时器PIT(Programmable Interval Timer)，型号为8253，改进型为8254。
Intel 8253具有3个独立的16位计数器通道，使用单一5V电源，它是24个引脚的双列直插式器件。
9.1.1 8253-PIT的主要功能Intel 8253-PIT具有以下主要功能：(1) 一个芯片上有三个独立的16位计数器通道；(2) 每个计数器都可以按照二进制或二—十进制计数；(3) 每个计数器的计数速率可高达2MHz。
（82C54-2计数频率可达到10MHz）；(4) 每个通道有6种工作方式，可由程序设置和改变；(5) 所有的输入输出都与TTL兼容。
9.1.2 8253-PIT的内部结构8253的内部结构如图9-1所示。
单片微机原理及应用徐春辉第9章习题答案综述
练习与思考题9 参考答案1． A T89S51单片机中与定时器/计数器相关的特殊功能寄存器有哪几个？它们的功能各是什么？答：A T89S51单片机中与定时器/计数器相关的特殊功能寄存器有TMOD 、TCON 、IE 、IP 、TH0、TL0、TH1、TL1等8个。
TMOD 用于设定定时器/计数器的工作模式与工作方式；TCON 用于提供定时器/计数器启动或停止的软开关，另外还提供定时器/计数器的溢出标志位；IE 、IP 提供对定时器/计数器的溢出中断进行管理的控制位；TH0、TL0、TH1、TL1用于对定时器/计数器的初始值进行设定并实现对输入的计数信号进行计数的功能。
2． A T89S51单片机内设有几个可编程的定时器/计数器？它们可以有哪几种工作模式？哪几种工作方式？如何选择和设定？各有什么特点？答：A T89S51单片机内部有两个16位可编程的定时器/计数器，即定时器T0和定时器T1它们可以有定时和计数两种工作模式，由TMOD 中的C/T 位设定。
C/T =0为定时器模式，C/T =1为计数器模式。
每种工作模式下又有如下表所示的四种工作方式。
定时器/计数器四种工作方式由TMOD 中的M1 M0两位确定，如下表所3． 如果采用晶振的频率为3MHz ，定时器/计数器工作在方式0、1、2下，其最大的定时时间为多少？答：因为机器周期)(410312126s f T OSC cy μ=⨯==， 所以定时器/计数器工作方式0下，其最大定时时间为2)(192.81042261313ms T T C MAX =⨯⨯=⨯=-；同样可以求得方式1下的最大定时时间为262.144ms ；方式2下的最大定时时间为1024ms 。
4． A T89S51单片机内的定时器/计数器T0、T1工作在方式3时，有何不同？答：方式3对定时器T0和定时器T1是不相同的。
若T1设置为方式3，则停止工作。
方式3只适用于T0。
当T0设置为方式3时，将使TL0和TH0成为两个相互独立的8位计数器， TL0利用了T0本身的一些控制方式，它的操作与方式0和方式1类似。
电气控制与PLC(案例教程)教学课件第9章 S7-200 PLC程序控制指令及其应用 ——以两种液
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• （1）结束指令END和MEND • 结束指令分为有条件结束指令（END）和无条件结束指令（MEND）。 • （2）停止指令STOP • STOP指令的功能是输入有效时，立即终止程序的执行，能够使CPU从RUN状态切换到STOP 状态。 • （3）看门狗复位指令WDR • WDR（Watchdog Reset）称做看门狗复位指令，也称为警戒时钟刷新指令。 • 为了保证系统可靠运行，PLC内部设置了系统监视定时器（WDT），用于监视扫描周期是否 超时。
• 在循环指令中，FOR和NEXT之间的程序段称为循环体。当循环允许信号EN端为1时，开始执 行循环指令。每执行一次循环体，当前计数值增1，并且将结果同终值比较，如果大于终值，则 终止循环。
• 每条FOR指令必须对应一条NEXT指令，即必须成对使用。循环可以嵌套（一个FOR--NEXT 循环在另一个FOR--NEXT循环之内）使用，但嵌套深度最多为8层，各个嵌套之间不可有交叉现 象。
• （3）当一个子程序被调用时，系统自动保存当前的堆栈数据，并把栈顶置1，堆栈中的其他值 为0，子程序占有控制权。子程序执行结束，通过返回指令自动恢复原来的逻辑堆栈值，调用程 序又重新取得控制权。
• （4）子程序中的定时器和累加器。
• （5）当子程序在一个扫描周期内被多次调用时，在子程序中不能使用上升沿、下降沿、定时 器和计数器指令。
• 1. 建立子程序
• 建立子程序是通过编程软件来完成的。
• 可以采用下列方法建立：在编程软件“编辑”菜单中选择“插入子程序”；或者在程序编辑器窗 口中单击鼠标右键，从弹出的菜单中选择“插入子程序”。
• 2. 指令格式及功能 • 子程序指令包括两条：子程序调用指令和子程序条件返回指令。
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3) 自动返回稳定状态
t
O uC
2 VCC 3
VCC
O uO VOH VOL O
t tW
t
当 uC 上升到 uC ≥2/3 VCC 时， TH = uC ≥2/3 VCC，而TR = uI = UIH(> 1/3 VCC )，因此 uO 重新跃变 为低电平。同时，放电管导通，C 经 T 迅速放电 uC 0 V，放电完毕 后，电路返回稳态。
t
O uC
2 VCC 3
VCC
O uO VOH VOL O
t tW t
用555定时器组成单稳态触发器4
TH≥2/3 VCC
VIH
放电 T
VOL
uI VIH
1 VCC 3
2) 触发进入暂稳态 当输入 uI 由高电平跃变为低电平 (应< 1/3 VCC )时，使 TR <1/3 VCC，而TH = uC 0 V < 2/3 VCC，因此 uO 跃变为高 电平，进入暂稳态，这时放电管T截止， VCC 又经 R 向 C 充电，uC 上升。
8 7 6
VCC1 R
4
8 vI
vI
555 1
4 7 3 5
555 3
vO
vI
2
vO2
6 2
1 v5 O1
VIC 0.01F
vO
VT+ VTVI Vo
用555定时器组成施密特触发器3
3. 应用举例 1）波形产生电路（多谐振荡器）
R VCC
R
8 4 7
C
6 3 555 2 1 5
vI
0.01F
1 0 1
保持 0 1
保持
(1)
555定时器应用
VCC
VCC
Vi 8 4 3 5 Vo
R uI uC +
6
555
2 1
VCC RD TH OUT TR 555 DIS CO GND C
uO
0.01 F
555定时器及其应用
555定时器是一种应用方便的中规模集成电路, 广泛用于信号 的产生、变换、控制与检测。
GND 1
2、工作原理
VCC (8) RD
如果悬空
2 VCC 3
(4)
0 1
&
vIC (5) vI1 (6)
2 2 VCC CC 3 3 CC
5 k
+ 5 k
C1
1 0 1 0 1
T
R
1 VCC 3
vI2
(2)
+
5 k
S
&
&
0 1
G
1
(3)
1 0
vo
C2
vo’
1 VCC CC 3 (7)
脉冲波形的变换与产生
在数字系统中，矩形脉冲作为时钟信号控制和协调着整 个数字系统的工作，所以时钟脉冲的好坏直接关系整个系 统能否正常工作。 获得矩形脉冲的方法一般有两种： （1）使用各种形式的矩形波发生电路产生矩形波。（e.g. 多谐振荡器） （2）利用已有的周期性信号，通过整形电路变换为所需 的矩形波信号。（e.g. 施密特触发器、单稳态触发器）
双极型产品 单555型号的最后几位数码 双555型号的最后几位数码 优点 555 556 驱动能力较大 CMOS产品 7555 7556 低功耗、高输入阻抗
电源电压工作范围
负载电流
5~16V
可达200mA
3~18V
可达4mA
8.4.1 555定时器 8.4.2 用555定时器组成施密特触发器 8.4.3 用555定时器组成单稳态触发器 8.4.4 用555定时器组成多谐振荡器 小结
0 1 0 不变
施密特触发器
施密特触发器电压传输特性及工作特点： ① 施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号达到某一 定电压值时，输出电压会发生突变。 ② 电路有两个阈值电压。输入信号增加和减少时，电路的阈 值电压分别是正向阈值电压(VT+)和负向阈值电压(VT-) 。
vO
VOH
1
vo VOH
vO vI
vo
C
单稳态触发器
• 工作特点： – 电路有一个稳定状态和一个暂稳态； – 在没有外界触发信号作用时,电路处于稳定状态; – 在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态; – 暂稳态持续一段时间后，将自动返回稳定状态。暂稳态 的持续时间，即电路输出的脉冲宽度，仅取决于电路本 身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。
用555定时器组成多谐振荡ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1
1. 电路组成
VCC R1 5kΩ RD
R1
VCC 8 7 4 3 vO
(5) ＋ (6) C1 － 5kΩ R2
0.01uF
R2
R
6 2 C
& G
555 5
1 0.01F
vC
－ C2 (2) ＋ (7) 5kΩ C T
S
&
&
1
(3) vO
用555定时器组成多谐振荡器2
O uO VOH VOL O
该单稳态触发器为不可重复触发器， t 且要求输入脉宽 小于输出脉宽 t 。 W
tW
如果将5脚接电压VIC,电路的脉宽会 改变吗?VIC增加,脉宽如何改变?减小? t
用555定时器组成单稳态触发器6
4. 应用举例
a) 脉冲宽度调制器
VCC
R 8 4
vIC VCC 2 VCC 13V 3 CC t
uO UOH UOL O Ⅰ Ⅱ tPH tPL Ⅰ Ⅱ Ⅰ
uC
t
2) 第二暂稳态 当 uC 上升到 TH = TR = uC ≥ 2/3 VCC 时，uO 跃变为低电平，同时放电管 T导通，C 经 R2 和 T 放电，uC 下降， 电路进入暂稳态 Ⅱ。
t
用555定时器组成多谐振荡器4
1) 第一暂稳态 接通 VCC 后，开始时 TH = TR = uC 0，uO 为高电平，放电管截止，VCC 经 R1、R2 向 C 充电，uC 上升，这时电 路处于暂稳态Ⅰ。
1. 电路组成
VCC 5kΩ vI vIC vI1 ＋ C －1 5kΩ vI2
0.01uF
VCC
RD
R
& G
Vi
& 1 (3) vO
6
8
4
3 5 Vo
555
2 1
－ C2 ＋ T
S
&
vO 5kΩ
用555定时器组成施密特触发器2
2.工作原理
VCC 5kΩ vI (5) (6) ＋ C －1 5kΩ (2)
vI vIC
2 5 1
3 7 6
vO
O
vI O
t
C
vO O
t
VIC增加,阈值电压升高,脉宽增加；VIC减小,阈值电 压降低,脉冲宽度减小。
用555定时器组成单稳态触发器7
4. 应用举例 b) 用555定时器组成可重复触发单稳
VCC R 8 7 T ＋ － 6 C 2 1 4 3 5 0.01F vO R1
vI
vI
1V C 3 C0
vC
2VCC 3
0
0 vO
t
t
课堂练习
图题为一心律失常报警电路，图中vI是经过放大后的心电信号， 其幅值vIm=4V。 （1）对应vI分别画出图中vo1、vo2、vo三点的电压波形； （2）说明电路的组成及工作原理。
V C C (+5V) V C C(+5V)
8 7
4 555 3
VC Vo2
Vo
多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源后，不需 要外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲。 多谐振荡器在工作过程中没有稳定状态，故称为无稳 态电路。
多谐振荡器的基本组成：
开关器件：产生高、低电平 反馈延迟环节（ RC电路）：利用RC电路的充放电特性 实现延时，输出电压经延时后，反馈到开关器件输入端，改 变电路的输出状态，以获得脉冲波形输出。
用555定时器组成单稳态触发器3
充电 VOH
VIL
uI VIH
1 VCC 3
2) 触发进入暂稳态 当输入 uI 由高电平跃变为低电平 (应< 1/3 VCC )时，使 TR <1/3 VCC，而TH = uC 0 V < 2/3 VCC，因此 uO 跃变为高 电平，进入暂稳态，这时放电管T截止， VCC 又经 R 向 C 充电，uC 上升。
用555定时器组成单稳态触发器5
3. 参数计算
输出脉冲宽度 tW 即为暂稳态维持时 间，主要取决于充放电元件 R、C。
t w ln
uI VIH
1 VCC 3
V ( ) V (0 ) V () V (t )
O uC
t
2 VCC 3
VCC
VCC 0 RC ln 2 VCC VCC 3 RC ln 3 1.1RC
工作原理
VCC (8) RD
如果悬空
2 VCC 3
(4)
0 1
&
vIC (5) vI1 (6)
2 2 VCC CC 3 3 CC
5 k
+ 5 k
C1
1 0 1 0 1
T
R
1 VCC 3
vI2
(2)
+
5 k
S
&
&
0 1
G
1
(3)
1 0
vo
C2
vo’
1 VCC CC 3 (7)
用555定时器组成单稳态触发器1