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第六章 MCS-51 定时器 / 计数器

66.1.1 定时器定时器 // 计数器结构及工作方计数器结构及工作方式式

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66.2.2 定时器应用举例定时器应用举例2

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§6.1 定时器 /计数器结构及工作方式

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学习内容

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结构 工作方式

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寄存器

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1 、 MCS-51 单片机内有两个可编程的两个可编程的定时器 / 计数器 T0 、 T1 ，其逻辑结构如下图所示 :

图 6-1 MCS-51 定时器 / 计数器逻辑结构图

一、定时器 /计数器结构

T0T0 ：是 1616 位加法位加法计数器，分别由两个八位专用寄存器 TH0TH0 和 TL0TL0 组成。

T1T1 ：是 1616 位加法位加法计数器，分别由两个八位专用寄存器 TH1TH1 和 TL1TL1 组成。

用来设置定时器的工作工作方式方式。。

用来控制定时器的启启动、停止及中断动、停止及中断。

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2 、定时器 / 计数器功能定时器 是通过内部计数器的计数来实现的，计数脉冲计数脉冲来

自单片机的内部内部，其频率是振荡（晶体）频率的 1

/12 ，即每个机器周期每个机器周期产生一个计数脉冲，计数器计数器加加 11 ，直至计满溢出。

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计数器 是对外来脉冲来脉冲进行计数。计数器对来自输入引脚 P

3.4 和 P3.5 的外部信号计数，外部脉冲的负跳变负跳变（下降沿）触发计数触发计数。

检测一个由 1 到 0 的负跳变需要两个机器周期。所以最高计数频率为晶体频率的 1/24 。

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问题的提出

晶振频率为 12MHz 时，定时器和计数器的最高计数频率各是多少？

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回答：

晶振频率为 12MHz 时，定时器和计数器的最高计数频率各为 1MHz 、 500KHz .

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分三类： 定时器 / 计数器方式寄存器： TMOD

定时器 / 计数器控制寄存器： TCON

定时器初值寄存器： TH0 TL0 TH1 TL1

二、定时器 /计数器寄存器

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1 、定时器 / 计数器方式寄存器 TMOD （ 89H ）

TMOD GATE C/T M1 M0 GATE C/T M0M1

D7 D6 D5 D4 D3 D1D2 D0

T1方式控制 T0方式控制

图6-2 TMOD 寄存器各位定义

•GATE ：门控位，用来控制定时器 / 计数器的启动是否受外部中断请求信号的影响。GATE=0 ，不受影响，仅由控制位 TRx 控制；GATE=1 ，受 TRx 和外部中断请求信号共同控制。

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•C/T ：定时或计数功能选择位。C/T=1 ，为计数器方式；C/T=0 ，为定时器方式。

•M1M0: 定时器四种工作方式选择 :

00: 方式 0 ： 13 位定时器 / 计数器01: 方式 1 ： 16 位定时器 / 计数器10: 方式 2 ：自动重装初值的 8 位定时器 / 计数器11: 方式 3 ： T0 分成两个 8 位定时器 / 计数器

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[ 例 6-1]: 某一系统使 T1 作为定时器，采用方式 2 ，使T0 作为计数器采用方式 1 ， T0 、 T1 的门控位均为 0 ，请设置 TMOD 的值。

0 0 1 0 0 1 0 1

即： TMOD=25H.

TMOD GATE C/T M1 M0 GATE C/T M0M1

D7 D6 D5 D4 D3 D1D2 D0

T1方式控制 T0方式控制

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2 、定时器 / 计数器控制寄存器 TCON(88H ，可位寻址 )

•TRx: Tx 的运行控制位。 TRx=1 ，启动定时器 / 计数器TRx=0 ，关闭定时器 / 计数器

TCON

D7 D2 D1 D0D4D5D6 D3

TF1 TR1 TF0 TR0 I E1 I T1 I E0 I T0

图6-3 TCON寄存器各位定义用于外部中断

x=0 、1

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3 、定时器初值寄存器 TH0 TL0 TH1 TL1

用于存放计数初值，具有自动加 1 功能，加满后溢出，它们的字节地址是 :

TH1(8TH1(8 位位 ) TL1(8) TL1(8 位位 ) TH0(8) TH0(8 位位 ) TL0) TL0

(8(8 位位 ))

8DH 8BH 8CH 8AH8DH 8BH 8CH 8AH

根据定时器 / 计数器工作方式，计数长度可分别选择 :8 位， 13 位， 16 位。

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MCS-51 的定时器 / 计数器共有四种工作方式，其中：T0 有方式 0 、 1 、 2 、 3 四种；T1 有方式 0 、 1 、 2 三种。

三、工作方式

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1 、工作方式 0 （以 T0 为例）— 13 位定时器 / 计数器

TMOD

0

0

M0

M1

C/ T

GATE

INT0(P3.2)

T0(P3.4) C/ T=1

C/T=0振荡器 ÷ 12

控

制

TL0

（低 5 位）

TH0

TCON

TF0

TR0

中

断

图 6- 4 方式 0（13位计数器 ）

（高 8 位）

S1

S2

TL0 的高 3位没有用。。

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C/T=1 ， S1 接下面， T0 作计数器，对 P3.4 引脚输入的外部脉冲计数，当脉冲发生负跳变时，计数器加 1 ，计数值公式为：

N=213 – x=8192 – x

其中： N 为计数值， x 是 THx 、 TLx 的初值。 x=8191(1FFFH)8191(1FFFH) 时， N 最小值 =11;

x=00 时， N 最大值 =81928192 。 则 N 的范围： 11 ～～ 81928192 。

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C/T=0 时， S1 接上面， T0 作定时器，对机器周期脉冲 Tcy 计数。 求定时时间由下式确定： t=N·Tcy=(213 – x)Tcy= (8192 – x)Tcy

其中： t 为定时时间。 求计数初值计算公式： x=213 – t/Tcy=8192 – t/Tcy

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2 、工作方式 1 （以 T0 为例）— 16 位定时器 / 计数器

TMOD

1

0

M0

M1

C/T

GATE

INT0(P3.2)

T0(P3.4) C/T=1

C/T=0振荡器 ÷12

控

制

TL0

（ 8 位）

TH0

（ 8 位）

TCON

TF0

TR0

中

断

图 6-5 方式 1 （ 16 位计数器）

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C/T=1 ， S1 接下面， T0 作计数器，对 P3.4 引脚输入的外部脉冲计数，当脉冲发生负跳变时，计数器加 1 ，计数值公式为：

N=216 – x=65536 – x

其中： N 为计数值， x 是 THx 、 TLx 的初值。 x=65535(FFFFH)65535(FFFFH) 时， N 最小值 =11;

x=00 时， N 最大值 =6553665536;

则 N 的范围： 11 ～～ 6553665536 。

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C/T=0 时， S1 接上面， T0 作定时器，对机器周期脉冲 Tcy 计数。 求定时时间由下式确定： t=N·Tcy=(216 – x)Tcy= (65536 – x)Tcy

其中： t 为定时时间。 求计数初值计算公式： x=216 – t/Tcy=65536 – t/Tcy

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3 、工作方式 2 （以 T0 为例）— 8 位定时器 / 计数器

TMOD0

1

M0M1

C/ TGATE

I NT0

T0 C/ T=1

C/ T=0振荡器 ÷ 12

控制

TL0（8位）

TCONTF0

TR0中断

图6-6 方式2（初始常数自动装入）

TH0（8位）

重新装入

TL0 作为 8 位加法计数器， TH0 作为初值寄存器用。 TL0 加法计数器溢出时置 TF0=1 ，而且发出重装载信号，使三态门打开，将 TH0 中的初值自动送入 TL0 。

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C/T=1 ， S1 接下面， T0 作计数器，对 P3.4 引脚输入的外部脉冲计数，当脉冲发生负跳变时，计数器加 1 ，计数值公式为：

N=28 – x=256 – x

其中： N 为计数值， x 是 THx 、 TLx 的初值。 x=255(FFH)255(FFH) 时， N 最小值 =11;

x=00 时， N 最大值 =256256;

则 N 的范围： 11 ～～ 256256 。

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C/T=0 时， S1 接上面， T0 作定时器，对机器周期脉冲 Tcy 计数。 求定时时间由下式确定： t=N·Tcy=(28 – x)Tcy= (256 – x)Tcy

其中： t 为定时时间。 求计数初值计算公式： x=28 – t/Tcy=256– t/Tcy

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① 工作方式 0 ： x= 213 – t/Tcy=213 –500us/2us

=8192 – 250=7942=1F06H

=1111100000110B

则 TL0=00000110B=06H ， TH0=11111000B=0F8H

[ 例 6-2]: 已知晶振 6MHz ，要求定时 0.5ms ，试分别求出 T0 工作于方式 0 、方式 1 、方式 2 时的定时初值。解：机器周期 Tcy=12/fosc=12/6MHz=2us;

定时 t=0.5ms=500us.

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② 工作方式 1 ： x= 216 – t/Tcy=216 –500us/2us

=65536 – 250=65286=FF06H

则 TL0=06H ， TH0=0FFH

③ 工作方式 2 ： x= 28 – t/Tcy=28 –500us/2us=256 – 250=6=6H

则 TL0=06H

TH0=06H （重装初值寄存器，其值不变）

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§6.2 定时器应用举例

学习内容

1

应用步骤

2

应用举例

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1 、 T0 、 T1 的选择使用；2 、合理选择工作方式—— TMOD ；3 、计算初值 ;

x=2n –t/Tcy

其中， n 与工作方式有关， 方式 0 ， n=13 ； 方式 1 ， n=16 ； 方式 2 、 3 时， n=8 。

一、定时器应用步骤

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4 、编制应用程序：① 定时器 / 计数器的初始化：

写 TMOD ； 写入定时初值； 设置中断系统的 IP 、 IE ； 启动定时器运行（ TRx ）。

② 正确编制定时器 / 计数器中断服务程序。

一、定时器应用步骤

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[ 例 6-3]: 设单片机晶振频率 fosc=12MHz ，使用 T0以方式 0 产生周期为 1ms 的方波，并由 P1.0 输出。以中断方式完成编程。解：11 、、 TMODTMOD 配置配置 T1 不用，有关位设置为 0 ； T0 的 GATE=0 ， C/T=0 ， M1M0 ＝ 00 （方式0 ）。 则 TMOD 初始化设置为 00000000B ，即 00H 。

二、定时器编程举例

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2 、计算初值 产生 1ms 的方波，只需在 P1.0 端以 0.5ms 为周期

交替输出高低电平即可，因此定时时间为 0.5ms 。

Tcy=12/fosc=12/12MHz=1us

x=213–t/Tcy=8192-500us/1us=8192-500=7692

=1E0CH=1 1110 0000 1100B ， TH0=11110000B=0F0H ； TL0=00001100B=0CH

3 、启动和中断 定时器 T0 的启动由 TR0 控制，即 TR0=1 启动。 定时器 T0 的中断允许由 ET0 和 EA 控制， 即 ET0=1 、 EA=1 。

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4 、程序设计 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP DS0 ORG 0100HMAIN: MOV SP, #30H MOV TL0, #0CH MOV TH0, #0F0H MOV TMOD, #00H SETB ET0 SETB EA SETB TR0 SJMP $DS0: MOV TL0, #0CH MOV TH0, #0F0H CPL P1.0 RETI

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练习题：设单片机晶振频率 fosc=6MHz ，使用 T1 以方式 2 产生周期为 1ms 的方波，并由 P1.0 输出。以中断方式完成。