51單片機(jī)定時(shí)器應(yīng)用(C程序)

基本的51單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)16位可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1。它們各自具有4種工作狀態(tài)，其控制字和狀態(tài)均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，可以通過(guò)軟件對(duì)控制寄存器編程設(shè)置，使其工作在不同的定時(shí)狀態(tài)或計(jì)數(shù)狀態(tài)。

現(xiàn)在，許多廠家生產(chǎn)的8051兼容單片機(jī)上，還加入了定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2，使單片機(jī)的應(yīng)用更為靈活，適應(yīng)性更強(qiáng)。

很多8051單片機(jī)的書籍都對(duì)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器有詳細(xì)的介紹，我們?cè)诖瞬辉僭敿?xì)地討論。但因?yàn)榫帉懟蚧蜷喿x程序時(shí)經(jīng)常要查閱定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的設(shè)置情況，因此我們僅對(duì)一些編程時(shí)經(jīng)常要用到的較重要的寄存器和設(shè)置方式進(jìn)行簡(jiǎn)要簡(jiǎn)介。

1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介

8051單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器基本結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，定時(shí)器T0由兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器TH0和TL0構(gòu)成，定時(shí)器T1也由兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器TH1和TL1構(gòu)成，TMOD寄存器控制定時(shí)器的工作方式，TCON寄存器控制定時(shí)器的啟動(dòng)和停止以及定時(shí)器的狀態(tài)。

圖1-1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)

在作定時(shí)器使用時(shí)，輸入的時(shí)鐘脈沖是由晶體振蕩器的輸出經(jīng)12分頻后得到的。實(shí)際上，定時(shí)器就是單片機(jī)機(jī)器周期的計(jì)數(shù)器。因?yàn)槊總€(gè)機(jī)器周期包含晶體振蕩器的12個(gè)振蕩周期，而每一個(gè)機(jī)器周期定時(shí)器加1，故其頻率為晶振頻率的1/12。如果晶振頻率為12MHz，則定時(shí)器每接收一個(gè)輸入脈沖的時(shí)間為1μs。

選擇計(jì)數(shù)器工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自相應(yīng)的外部輸入引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）。在這種情況下，當(dāng)檢測(cè)到輸入引腳上的電平由高跳變到低時(shí)，計(jì)數(shù)器就加1。

2 控制和狀態(tài)寄存器

（1）定時(shí)器控制寄存器（TCON）

TCON為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器，同時(shí)也鎖存外部中斷請(qǐng)求標(biāo)志，各位定義如下。

? TF1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。當(dāng)定時(shí)器計(jì)數(shù)滿溢出回零時(shí)，由硬件置位，并可申請(qǐng)中斷。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷并進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，TF1自動(dòng)清零。

? TR1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1運(yùn)行控制位，靠軟件置位或清除。置位時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1接通工作，清除時(shí)停止工作。

? TF0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，其功能和操作情況類同于TF1。

? TR0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0運(yùn)行控制位，其功能和操作情況類同于TR1。

? IEl：外部中斷1的中斷申請(qǐng)標(biāo)志，檢測(cè)到在INT引腳上出現(xiàn)的外部中斷信號(hào)的下降沿時(shí)，由硬件置位，申請(qǐng)中斷。進(jìn)入中斷服務(wù)程序后被硬件自動(dòng)清除。

? IT1：外部中斷1的類型控制位。IT1=1，由下跳沿觸發(fā)；IT1＝0，由低電平觸發(fā)?？梢杂绍浖?lái)設(shè)置或清除。

? IE0：外部中斷0的中斷申請(qǐng)標(biāo)志。其功能和操作情況類同于IE1。

? IT0：外部中斷0的類型控制位。其功能和操作情況類同于IT1。

（2）工作方式寄存器（TMOD）。TMOD確定定時(shí)器的工作方式及功能選擇，不能位尋址。其中，高4位用于控制定時(shí)器1，低4位用于控制定時(shí)器0。TMOD各位的定義如下。

? GATE：門控位，當(dāng)GATE＝1時(shí)，只有?I?N?T?0或?I?N?T?1引腳為高電平，且TR0或TR1置1時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器才工作。當(dāng)GATE＝0時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器僅受TR0或TR1的控制，而不管?I?N?T?0或?I?N?T?1引腳的電平是高還是低。

? C/?T：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器功能選擇位，C/?T＝0時(shí)，設(shè)置為定時(shí)功能；C/?T＝1時(shí)，設(shè)置為計(jì)數(shù)功能。

? M1 M0 ：工作方式選擇位。由M1M0共2位形成4種編碼，對(duì)應(yīng)以下4種工作方式。

n M1M0＝00：工作方式0（13位方式）。

n M1M0＝01：工作方式1（16位方式）。

n M1M0＝10：工作方式2（8位自動(dòng)裝入時(shí)間常數(shù)方式）。

n MlM0＝11：工作方式3（2個(gè)8位方式——僅對(duì)T0）。

3 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器設(shè)置實(shí)例

以定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0為例，在方式0下，TL0的低5位和TH0的8位構(gòu)成13位計(jì)數(shù)器，因此計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)值的范圍是：1～8192（213）。

當(dāng)設(shè)定為定時(shí)工作方式時(shí)，定時(shí)時(shí)間的計(jì)算公式為：

（213－計(jì)數(shù)初值）×晶振周期×12 或（213－計(jì)數(shù)初值）×機(jī)器周期

這樣，我們可以算出，若單片機(jī)系統(tǒng)的外接晶振頻率為6MHz，則該系統(tǒng)的最小定時(shí)時(shí)間為：

[213－（213－1）]×[1/（6×106）]×12＝2×10－6＝2（?s）

最大定時(shí)時(shí)間為：

（213－0）×[1/（6×106）]×12＝16384×10－6＝16384（?s）=16.384（ms）

或：最小定時(shí)單位×1013＝16384（?s）=16.384（ms）

【例】某單片機(jī)系統(tǒng)的外接晶振頻率為6MHz，使用定時(shí)器1，以方式0定時(shí)，從P1.0輸出2ms方波的計(jì)算和設(shè)置方法如下：

① 計(jì)算計(jì)數(shù)初值。欲產(chǎn)生2ms的等寬正方波脈沖，只需在P1.0端以1ms為周期交替輸出高低電平即可實(shí)現(xiàn)，為此定時(shí)時(shí)間應(yīng)為1ms。使用6MHz晶振，則機(jī)器周期為：

機(jī)器周期=12/晶振頻率=12/（6×106）=2（?s）

方式0為13位計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)。設(shè)待求的計(jì)數(shù)初值為X，則：

（213-X）×2×10-6＝1×10-3

求解得：

X＝7692

化為二進(jìn)制數(shù)表示為1111000001100。

用十六進(jìn)制表示，高8位為F0H，放入TH1；低5位為0CH，放入TL1。

② TMOD寄存器初始化。為把定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1設(shè)定為方式0，設(shè)置M1M0＝00；為實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，應(yīng)使C/?T ＝0；為實(shí)現(xiàn)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的運(yùn)行控制，設(shè)置GATE＝0。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0不用，有關(guān)位設(shè)定為0。因此TMOD寄存器應(yīng)初始化為00H。

③ 由定時(shí)器控制寄存器TCON中的TR1位控制定時(shí)的啟動(dòng)和停止，TR1＝1啟動(dòng)，TR1＝0停止。

若使其工作在方式1，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，即加法計(jì)數(shù)器由 TH0 全部8位和TL0全部8位構(gòu)成16位，其余與方式0完全相同，因此計(jì)算TH0和TL0初值的方法也和工作方式0類似，只是需注意原來(lái)13位的地方現(xiàn)在要換成16位。

4 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2

8051單片機(jī)中，有一部分型號(hào)有三個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，如Intel的8032、Atmel的89C52、89C55、Philips的89C51RC、89C58，等等。這些單片機(jī)的第三個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器叫T2，其控制寄存器是T2CON，它的各位定義如下：

? TF2：定時(shí)器2溢出標(biāo)志。定時(shí)器溢出時(shí)置位，并申請(qǐng)中斷，只能靠軟件清除。當(dāng)RCLK或TCLK =1 時(shí)TF2 將不會(huì)置位。

? EXF2：定時(shí)器2外部標(biāo)志。當(dāng)EXEN2為1，且T2EX 引腳上出現(xiàn)負(fù)跳變產(chǎn)生捕獲或重裝時(shí)EXF2置位，申請(qǐng)中斷。若已允許定時(shí)器2 中斷，EXF2=1 將使CPU 從中斷向量處執(zhí)行定時(shí)器2中斷子程序。EXF2 位必須用軟件清零。當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2工作在向上遞增或向下遞減計(jì)數(shù)器模式（方式控制寄存器T2MOD的DCEN位=1）時(shí)，EXF2 不能激活中斷。

? RCLK：接收時(shí)鐘標(biāo)志。靠軟件置位或清除。RCLK=1時(shí)，用定時(shí)器2溢出脈沖作為串行口（工作于方式1或3時(shí)）的接收時(shí)鐘。RCLK=0時(shí)，用定時(shí)器1的溢出脈沖作為接收時(shí)鐘。

? TCLK：發(fā)送時(shí)鐘標(biāo)志。靠軟件置位或清除。TCLK=1時(shí)，用定時(shí)器2溢出脈沖作為串行口（工作于方式1或3時(shí)）的發(fā)送時(shí)鐘。TCLK=0時(shí)，用定時(shí)器1的溢出脈沖作為發(fā)送時(shí)鐘。

? EXEN2：定時(shí)器2外部允許標(biāo)志。靠軟件置位或清除。當(dāng)EXEN2=1時(shí)，如果定時(shí)器2未用作串行口的波特率發(fā)生器，在T2EX端出現(xiàn)負(fù)跳變脈沖時(shí)，激活定時(shí)器2捕獲或重裝，并置EXF2標(biāo)志為1，請(qǐng)求中斷。EXEN2=0時(shí)，T2EX端的外部信號(hào)無(wú)效。

? TR2：定時(shí)器2啟動(dòng)/停止控制位。靠軟件置位或清除。TR2=1時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器2，否則停止。

? C/?T?2：定時(shí)器2定時(shí)方式或計(jì)數(shù)方式控制位。C/?T?2=0，選擇定時(shí)方式；C/?T?2=1時(shí)，選擇對(duì)外部計(jì)數(shù)方式（下降沿觸發(fā)）。

? CP/?R?L?2：捕獲/重裝載選擇。CP/?R?L?2=1時(shí)，如果EXEN2=1，且T2EX端出現(xiàn)負(fù)跳變脈沖時(shí)發(fā)生捕獲操作，即把TH2和TL2的內(nèi)容傳遞給RCAP2H和RCAP2L。CP/?R?L?2=0時(shí)，若定時(shí)器2溢出或EXEN2=1，T2EX端出現(xiàn)負(fù)跳變脈沖，會(huì)出現(xiàn)重裝載操作，即把RCAP2H和RCAP2L的內(nèi)容傳遞給TH2和TL2。當(dāng)RCLK=1或TCLK=1時(shí)，該位無(wú)效，在定時(shí)器2溢出時(shí)強(qiáng)制其自動(dòng)重裝載。

通過(guò)軟件設(shè)置T2CON，可使定時(shí)/計(jì)數(shù)器以三種基本工作方式之一工作。第一種為捕捉方式。設(shè)置為捕捉方式時(shí)，和定時(shí)器0 或定時(shí)器1 一樣以16 位方式工作。這種方式通過(guò)復(fù)位EXEN2來(lái)選擇。當(dāng)置位EXEN2時(shí)，如果T2EX有負(fù)跳變電平，將把當(dāng)前的數(shù)鎖存在（RCAP2H和RCAP2L）中。這個(gè)事件可用來(lái)產(chǎn)生中斷。

第二種工作方式為自動(dòng)重裝方式，其中包含了兩個(gè)子功能，由EXEN2來(lái)選擇，當(dāng)EXEN2復(fù)位時(shí)，16 位定時(shí)器溢出將觸發(fā)一個(gè)中斷并將RCAP2H 和RCAP2L 中的數(shù)裝入定時(shí)器中。當(dāng)EXEN2 置位時(shí)，除上述功能外，T2EX 引腳的負(fù)跳變將產(chǎn)生一次重裝操作。

最后一種方式用來(lái)產(chǎn)生串行口通信所需的數(shù)據(jù)傳輸率，這通過(guò)同時(shí)或分別置位RCLK 和TCLK來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這種方式中，每個(gè)機(jī)器周期都將使定時(shí)器加1，而不像定時(shí)器0 和1 那樣，需要12個(gè)機(jī)器周期。這使得串行通信的數(shù)據(jù)傳輸率更高。

定時(shí)器2還有一個(gè)不可尋址的方式控制寄存器T2MOD，其內(nèi)容如下：

? —：保留位。

? T2OE：定時(shí)器2輸出允許位。

? DCNE：置位時(shí)，允許定時(shí)器2作為向上/向下計(jì)數(shù)器。

5 編程實(shí)例

【例1】這是一個(gè)簡(jiǎn)單的定時(shí)器程序，由一個(gè)循環(huán)組成，在點(diǎn)亮接在P1.0 口的LED之后，延時(shí)一段時(shí)間，再滅掉LED，又延時(shí)一段時(shí)間，之后循環(huán)到前面。按全速運(yùn)行，可以看到P1.0口上接的LED 燈不斷地閃爍。

#include //包括一個(gè)52標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核的頭文件

sbit P10 = P1^0; //要控制的LED燈

sbit K1= P3^2; //按鍵K1

//用定時(shí)器中斷閃爍LED

void main(void) //主程序

｛

TMOD=0x01; //定時(shí)器0，16位工作方式

TR0=1; //啟動(dòng)定時(shí)器

ET0=1; //打開定時(shí)器0中斷

EA=1; //打開總中斷

while(1) //程序循環(huán)

｛

; //主程序在這里就不斷自循環(huán)，實(shí)際應(yīng)用中，這里是做主要工作

｝

｝

//定時(shí)器0中斷

timer0() interrupt 1 // 定時(shí)器0中斷是1號(hào)

｛

TH0=0x00; //寫入定時(shí)器0初始值0x0005

TL0=0x06;

P10=~P10; //反轉(zhuǎn)LED燈的亮和滅

｝

程序中，使用了定時(shí)器0，工作在方式1，即16位工作方式。

【例2】這是一個(gè)跑馬燈程序，使用了定時(shí)器2。

#include //包括一個(gè)52標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核的頭文件

sbit P10 = P1^0; //頭文件中沒(méi)有定義的IO就要自己來(lái)定義了

sbit P11 = P1^1;

sbit P12 = P1^2;

sbit P13 = P1^3;

bit ldelay=0; //長(zhǎng)定時(shí)溢出標(biāo)記,預(yù)置是0

//定時(shí)器中斷方式的跑馬燈

void main(void) //主程序

｛

unsigned char code ledp[4]=｛0xfe,0xfd,0xfb,0xf7｝;//預(yù)定的寫入P1的值

unsigned char ledi; //用來(lái)指示顯示順序

RCAP2H =0x10; //賦T2的預(yù)置值0x1000，溢出30次就是1秒鐘

RCAP2L =0x00;

TR2=1; //啟動(dòng)定時(shí)器

ET2=1; //打開定時(shí)器2中斷

EA=1; //打開總中斷

while(1) //主程序循環(huán)

｛

if(ldelay) //發(fā)現(xiàn)有時(shí)間溢出標(biāo)記，進(jìn)入處理

｛

ldelay=0; //清除標(biāo)記

P1=ledp[ledi]; //讀出一個(gè)值送到P1口

ledi++; //指向下一個(gè)

if(ledi==4)ledi=0; //到了最后一個(gè)燈就換到第一個(gè)

｝

｝

｝

//定時(shí)器2中斷

timer2() interrupt 5 // 中斷向量是5

｛

static unsigned char t;

TF2=0;

t++;

if(t==30) //T2的預(yù)置值0x1000，溢出30次就是1秒鐘,晶振22.118400 MHZ

｛

t=0;

ldelay=1; //每次長(zhǎng)時(shí)間的溢出，就置一個(gè)標(biāo)記，以便主程序處理

｝