【C51】单片机定时器介绍

 

简介

 

C51中的定时器和计数器是同一个硬件电路支持的，通过寄存器配置不同，就可以将他当做定时器或者计数器使用。

确切的说，定时器和计数器区别是致使他们背后的计数存储器加1的信号不同。当配置为定时器使用时，每经过1个机器周期，计数存储器的值就加1。而当配置为计数器时，每来一个负跳变信号(信号从P3.4 或者P3.5引脚输入)，就加1，以此达到计数的目的。

 

标准C51有2个定时器/计数器：T0和T1。他们的使用方法一致。C52相比C51多了一个T2。

 

 

 

时钟周期与机器周期

 

定时器的本质原理就是：每经过1个机器周期，计数存储器的值就加1。因此当使用定时器时，就必须掌握时钟周期和机器周期的关系。

 

时钟周期 ：晶振频率的倒数。如果使用的是11.0592M的晶振，那么就是 1 / (11.0592x10^6) 秒   

注：1MHz = 10^6Hz

 

 

机器周期 ：标准51下，机器周期 =12倍的时钟周期。即：12 / (11.0592x10^6) 秒 。有的增强51单片机，1个机器周期等于4倍的时钟周期，还有的更短。

 

 

 

计数存储寄存器THx&TLx

 

定时器和计数器工作，都依赖于 计数。计数则是由计数存储器THx和TLx这2个8位寄存器完成的。

对于计数器，每来一个负跳变信号(信号从P3.4 或者P3.5引脚输入)，就加1，以此达到计数的目的。

对于定时器，每隔1个机器周期 加 1，假如（只是假如）一个机器周期为 1ms ， 当加到1000次时，我们就认为经过了1s，这就是定时器定时依据。

 

 

T0和T1都拥有一对8bit计数存储寄存器。他们的复位值都是0。

T0 对应：TH0 ,TL0

T1 对应 : TH1 , TL1

 

sfr TL0 = 0x8A; // TL中的L是LOW的意思，代表低位，同理H代表HIGH高位。2个8位组合起来就形成了一个16位的计数器。当然也可以配置为仅仅当做8bit计数存储器用。

sfr TL1 = 0x8B;

sfr TH0 = 0x8C;

sfr TH1 = 0x8D;

 

当计数器加满后，再加1，就溢出了，溢出后自动归0。且溢出时，溢出标识位TFx 就会自动变为1（T0的溢出标志位TF0，T1的溢出标志位TF1）。如果启用了对应的中断，单片机会调用中断处理函数。

 

 

 

若TH0 和 TL0 以 16位 模式工作，那它的计数范围为   [0 , 65535 ]  ,  也就是累加 65536次发生溢出。 每累加一次是  12 / (11.0592x10^6) 秒。

那么从 0 累加到溢出 历时  ≈ 0.071s = 71ms 。

可以延时 10的整数倍ms，这样就避免了误差，以便用倍数控制更长的延时时间。所以，我么要给 TH0 和  TL0赋一个初始值，使他们的溢出周期（TH0，TL0从初始值到溢出所用的时间）减少到 10ms。

就像一个瓶子，开始装了2/3，再来就只能装1/3就溢出了。通过比例式计算：

12 / (11.0592x10^6) s       -----     1   次

10x 10-3   s                        ------          x  次         （求出 x = 9216次 ，计数9216次后溢出）

65536 - 9216 = 56320  =  二进制（ 11011100   00000000）

也就是  TH0 = 11011100 ， TL0 = 00000000

 

 

 

 

工作模式寄存器TMOD

 

通过TMOD来配置T0和T1的工作模式。

注意，TMOD寄存器不可位寻址（例如sbit led = P0^0 就是P0寄存器位寻址的例子），因此对它的配置需要对这个8bit寄存器整体赋值。

注：51中有些特殊功能寄存器不支持位寻址。只有寄存器的地址值能够被8整除的（即以数字0或者8结尾的地址，如0xA8, 0xD0），才能支持位寻址。不支持位寻址的，只能整体赋值。

 

 

小技巧：在对寄存器整体赋值时，要注意只修改我们想修改的位而不影响其它无关位的值，避免影响了之前对这个寄存器的配置。

 

TMOD |= 0x01;   //仅仅修改TMOD的最低位，其他位保持不变。

 

 

 

 

C/T：计数器，定时器功能选择位。 1为计数器模式， 0 为定时器模式。

 

M0和M1：

 

M1	M0	模式
0	1	THx和TLx  组成一个16位计数存储器
1	0	8位重装模式。THx的值不变，负责在每次溢出后初始化TLx，仅仅由TLx计数
1	1	禁用定时器 1，定时器 0 变成 2 个 8 位定时器。很少使用。
0	0	兼容 8048 单片机的 13 位定时器，THn的 8 位和 TLn 的 5 位组 成一个 13 位定时器。很少使用。

 

GATE：门控位。

 

 

解释说明：

②处 C/T = 0 表示为定时器模式，触发信号为①处的单片机内部时钟信号。（若②处CT = 1，则触发信号为Tn脚）

③处表明，信号能触发使加法计数器加1，还得受④处控制。不然时钟信号是不能让加法计数器累加的。 ④处这个是与门，所以TRx（TR0和TR1）必须为1，表明我们要开启定时器。同时当，GATE为0，通过非门后为1，再通过或门，也是1，那么就让③处控制起来了。若GATE为1，那么，定时器的启动停止受 TRx和 INTx 共同控制。 INTx脚为1且TRx为1才能启动定时器/计数器。

于是在一般情况下使用定时器，我们需要如下配置：

 

TRx    为  1

GATE  为 0

INTx   任意

 

 

控制寄存器TCON

 

控制寄存器就是用来控制定时器/计数器 启动和停止的，以及溢出标志位的查询和修改。TFx是计数存储器溢出标志位，只要一溢出，就马上置为1。

 

TF1：定时器/计数器1的溢出标志位。1表示计数存储器溢出，0表示计数存储器正常计数。

        清0方式：①通过代码修改TF1为0

                       ②当通过中断机制来使用定时器/计数器1时，进入中断处理函数后自动归0

TR1：定时器/计数器1的启动和停止位。1表示启动，0表示停止。

 

 

 

TF0：定时器/计数器0的溢出标志位。1表示计数存储器溢出，0表示计数存储器正常计数。

        清0方式：①通过代码修改TF0为0

                       ②当通过中断机制来使用定时器/计数器0时，进入中断处理函数后自动归0

TR0：定时器/计数器0的启动和停止位。1表示启动，0表示停止。

 

 

低4位与外部中断INT0和INT1有关，与定时器/计数器无关。这里不做介绍。

 

 

 

 

 

查询法使用T0作为定时器

 

程序1：P0_0连接驱动的LED小灯，用T0作为16位定时器，完成间隔为1s 的 blink程序。

 

#include<REGX51.H>

#include"binary.h"

#include"int51.h"

/******************************/

void timer0_init(void);

void timer0_delay(uint16_t dly);

// P0_0驱动LED小灯

#define LEDpin P0_0

void main(void)

{

    LEDpin = 0;

    timer0_init();

    TR0 = 1;

    

    for(;;)

    {

       LEDpin = 1;

       timer0_delay(1000);         //延时1000ms

       LEDpin = 0;

       timer0_delay(1000);        //延时1000ms

    }

}

/*************************

T0作为定时器的初始化

**************************/

void timer0_init(void)

{

    TMOD |= B0000_0001;        //定时器0,16位存储计数器模式

    

    TH0 = B1101_1100;       //TH0 TL0 形成数是 56320  。这样,一次溢出代表经过10ms     

    TL0 = B0000_0000;

}

/**********************

参数:

    dly,延时的毫秒数，只能是10的整数倍

***********************/

void timer0_delay(uint16_t dly)

{

    

    while(dly)

    {    

        if(TF0){

             TF0 = 0;

             TH0 = B1101_1100;  

             TL0 = B0000_0000;

             dly -= 10;             //溢出一次代表10ms

        }

    }

}

 

 

程序2：通过T0定时器的8位重装模式，使得P0_0输出PWM信号，LED为呼吸灯效果。

 

#include<REGX51.H>

#include"binary.h"

#include"int51.h"

/******************************/

void timer0_init(void);

void timer0_delay(uint16_t dly);

void pwm_duty(uint16_t d);

// P0_0驱动LED小灯

#define LEDpin P0_0

void main(void)

{    

    uint16_t i;

    LEDpin = 0;

    timer0_init();

    TR0 = 1;

    

    

    for(;;)

    {

       for(i=0;i<=500;++i)

           pwm_duty(i);

       for(i=500;i>0;--i)

           pwm_duty(i);

    }

}

/*************************

T0作为定时器的初始化

**************************/

void timer0_init(void)

{

    TMOD |= B0000_0010;      //定时器0,8位重装模式

    

    TH0 = 250;           //一次溢出代表经过6.51us     

    TL0 = 250;

}

/**********************

一次溢出代表经过6.51us

参数 c乘以6.51us 就是这个函数延时的时间   

***********************/

void timer0_delay(uint16_t c)

{

    while(c)

    {    

        if(TF0){

             TF0 = 0;   //因为是自动重装，因此不用给计数存储器赋值。

             --c;             

        }

    }

}

/*************

参数d 的范围是[0,500]。d / 500 即为 pwm输出的占空比，控制LED灯的暗亮程度

**************/

void pwm_duty(uint16_t d)

{

    LEDpin = 1;

    timer0_delay(d);

    LEDpin = 0;

    timer0_delay(500-d);

}

 

 

注：如果需要精确的延时，使用8位自动重装模式最好，因为硬件装值（赋值给TH0）比软件装值快。但8位自动重装模式不宜做单次长时间延迟。毕竟溢出周期短。长时间延迟需要多个溢出周期，也挺消耗资源的。

 

尽量让溢出周期 越长越好。溢出周期为10ms 的优于 1ms 的。因为，在同样的延时时间下，如100ms，溢出周期为10ms 的 只需要溢出10次，为TH0 和 TL0重新赋值10次，而溢出周期为1ms的要溢出100次，为TH0 和 TL0重新赋值100次。减少溢出次数和赋值次数，可以减轻单片机的负担，提高定时的准确性。