單片機(jī)學(xué)習(xí)之十四：定時(shí)器應(yīng)用（模式1）

開機(jī)后程序作如下的燈光變換：第一次led0、led2亮；第二次led1、led3亮；第三次led4、led6亮；第四次led5、led7亮；第五次led0、led2、led4、led6亮；第六次led1、led3、led5、led7亮；第七次8個(gè)二極管全亮；第八次8個(gè)二極管全滅。然后重頭開始循環(huán)。每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換間隔時(shí)間是50ms。

二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

掌握內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器的作定時(shí)功能（模式1）的應(yīng)用

三、實(shí)驗(yàn)任務(wù)分析：

看到這個(gè)實(shí)驗(yàn)題目，大家可能會(huì)說，這個(gè)試驗(yàn)難度不大，我們只要把這幾種燈光對(duì)應(yīng)的輸出存到一個(gè)表里面，然后查表就可以啦，燈光轉(zhuǎn)換之間調(diào)用50ms的延時(shí)程序即可。 這樣的思路當(dāng)然可以，但是，如果這樣作，我們就沒有必要寫這個(gè)試驗(yàn)啦。今天，我們要老瓶裝新酒，看看這個(gè)50ms的定時(shí)時(shí)間除了用延時(shí)程序完成，還有沒有別的方法。以前的定時(shí)，我們常常采用延時(shí)程序來完成。其實(shí)這種方法不是很完美，由于程序的指令中還包含其他的判斷指令，所以延時(shí)程序作定時(shí)不是非常精確。由于日常的電子系統(tǒng)常常需要定時(shí)和計(jì)數(shù)的功能，所以MCS-51單片機(jī)內(nèi)部就自帶了兩個(gè)16位的寄存器，用來作定時(shí)/計(jì)數(shù)器，我們給它們起了名字，T0、T1。（我們的AT89S52里面有3個(gè)定時(shí)器，一般的程序兩個(gè)就夠啦，我們先介紹這兩個(gè)吧。）
現(xiàn)在就來學(xué)習(xí)這兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的用法。這個(gè)試驗(yàn)的實(shí)質(zhì)，就是利用自帶的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來產(chǎn)生50ms的定時(shí)。
先來看看這兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)吧，如下圖所示。

1、定時(shí)器的結(jié)構(gòu)：

從圖上可以看出，定時(shí)/計(jì)數(shù)器的核心是一個(gè)加1計(jì)數(shù)器（注：16位，計(jì)數(shù)范圍從0000h～ffffh），根據(jù)K0開關(guān)的不同方向，這個(gè)計(jì)數(shù)器可以對(duì)兩個(gè)脈沖來源計(jì)數(shù)，一個(gè)是系統(tǒng)的時(shí)鐘振蕩器，另外一個(gè)是外部的脈沖源。

2、定時(shí)器的工作方式

當(dāng)計(jì)數(shù)器對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)的時(shí)候，由于系統(tǒng)時(shí)鐘是一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，所以脈沖數(shù)×脈沖周期就是一段固定時(shí)間，因此工作于定時(shí)方式；當(dāng)計(jì)數(shù)器對(duì)外部的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的時(shí)候（也就是對(duì)TX端計(jì)數(shù)，TX端我們用到的時(shí)候再解釋吧），就可用于對(duì)外部事件計(jì)數(shù)，工作于計(jì)數(shù)方式。我們這個(gè)試驗(yàn)要產(chǎn)生50ms的定時(shí)，用的是定時(shí)功能，在后面的試驗(yàn)里我們還要作計(jì)數(shù)功能的試驗(yàn)。

我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)k0向上打的時(shí)候，工作于定時(shí)方式，向下打的時(shí)候工作于計(jì)數(shù)方式。那么k0又是由什么控制的呢？
K0是一位模擬開關(guān)，方向受 這一位的控制，當(dāng) ＝0時(shí)，K0向上，工作于定時(shí)方式；當(dāng) =1時(shí)，K0向下，工作于計(jì)數(shù)方式。（注：數(shù)電教材的《AD轉(zhuǎn)換》一章有模擬開關(guān)的原理，大家可以查閱），
那么， 又是什么呢，它是特殊功能寄存器tmod中的一位。tmod是用來控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式的，是一個(gè)8位的寄存器，它的各位情況如下圖所示：

（注：tmod是我們又新接觸的一個(gè)特殊功能寄存器，和別的特殊功能寄存器一樣，在內(nèi)部RAM的特殊功能寄存器區(qū)。）
看到了吧， 是tmod寄存器的D2和D6位，所以，如果我們想讓T0工作于定時(shí)方式，就應(yīng)該把D2置0；如果要讓T0工作于計(jì)數(shù)方式，就應(yīng)該把D2置1。對(duì)T1的控制也是一樣的。
注意，在這里我要特別說明一點(diǎn)，我們不能用setb指令給tmod的某一位置1，也不能用clr指令給某一位置0。為什么呢？記得我們以前對(duì)ie寄存器可以這樣作：setb ea（開中斷），clr ea（關(guān)中斷），那么tmod寄存器為什么不行呢？
這是因?yàn)閠mod寄存器是不能夠“位尋址”的，也就是說，我們不能單獨(dú)的對(duì)其中一位進(jìn)行操作，而必須對(duì)整個(gè)寄存器進(jìn)行賦值。而以前我們學(xué)過的ie、psw、tcon、acc這幾個(gè)特殊功能寄存器卻是可以“位尋址”的。具體的哪些寄存器可以位尋址，而哪些寄存器不行，大家可以參照相關(guān)教材，有很詳細(xì)的說明。
再看一下k1，它也是一個(gè)模擬開關(guān)，當(dāng)與門輸出是1的時(shí)候，開關(guān)閉合，啟動(dòng)計(jì)數(shù)器；當(dāng)與門輸出是0的時(shí)候，開關(guān)打開，計(jì)數(shù)器停止。至于它如何控制我們稍后介紹。

3、定時(shí)時(shí)間的計(jì)算

好啦，知道了怎樣選擇定時(shí)還是計(jì)數(shù)方式，我們就要考慮一下定時(shí)時(shí)間的計(jì)算了。要計(jì)算定時(shí)時(shí)間，我們就要知道計(jì)數(shù)器的輸入脈沖周期是多少。實(shí)際上，計(jì)數(shù)器是對(duì)機(jī)器周期計(jì)數(shù)的，而我們也知道，1個(gè)機(jī)器周期＝12×振蕩周期，所以，計(jì)數(shù)器的輸入脈沖周期是：12×（1/12MHZ）=1us。

可見，要產(chǎn)生50ms的定時(shí)，只要計(jì)數(shù)器記50000個(gè)脈沖就可以啦。那么，怎樣讓計(jì)數(shù)器在記入了50000個(gè)脈沖后，向單片機(jī)發(fā)出一個(gè)消息，表示定時(shí)時(shí)間到呢？這就要用到我們以前學(xué)習(xí)過的概念－中斷啦。我們以前說過，單片機(jī)有5個(gè)中斷源，兩個(gè)是外部中斷 和 ，兩個(gè)是T0和T1的溢出中斷，還有一個(gè)是串行口中斷。我們以前用過外部中斷 ，這個(gè)試驗(yàn)我們要用到T0的溢出中斷。

16位的計(jì)數(shù)器從0開始，記入216＝65536個(gè)脈沖的時(shí)候，會(huì)向外面產(chǎn)生溢出，這個(gè)溢出把TFX置一，（注：TF0是T0的溢出中斷標(biāo)志，TF1是T1的溢出中斷標(biāo)志），從而向CPU申請(qǐng)中斷，在進(jìn)入中斷處理程序后，由硬件對(duì)TFX清0，不需要我們操作。（注：順便說一下TF0和TF1，它是我們以前接觸過的tcon特殊功能寄存器中的兩位，tcon是一個(gè)可以“位尋址”的特殊功能寄存器，我們?cè)谠囼?yàn)七中用這個(gè)寄存器設(shè)置過外部中斷的觸發(fā)方式，想不起來的話，回頭看看前面的實(shí)驗(yàn)吧。）

4、計(jì)數(shù)初值的計(jì)算

繼續(xù)剛才的問題，16位的計(jì)數(shù)器要記入65536個(gè)脈沖才會(huì)產(chǎn)生溢出中斷，那么怎樣讓它在記入50000個(gè)脈沖后產(chǎn)生中斷呢？這就要用到我們?cè)跀?shù)電中間學(xué)習(xí)過的內(nèi)容啦。我們可以給計(jì)數(shù)器置一個(gè)初值65536－50000＝15536,這樣計(jì)數(shù)器在記入50000個(gè)脈沖之后就會(huì)產(chǎn)生溢出中斷了。

那么，怎樣給計(jì)數(shù)器置初值呢？T0和T1是兩個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，我們可以把它們分為高8位THX和低8位TLX。Cpu和T0、T1之間的關(guān)系如下圖所示（注：其中，P3.4和P3.5用作第二功能，是工作于計(jì)數(shù)方式的時(shí)候，外部的計(jì)數(shù)脈沖輸入，也就是定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)圖10-1中的TX端。）

我們以T0為例，要給它置入初值15536，就要對(duì)高8位的TH0和低8位的TL0分別置數(shù)。15536變換成16進(jìn)制的數(shù)是3CB0（注：轉(zhuǎn)換方法可以查閱數(shù)電教材《進(jìn)制轉(zhuǎn)換》一章），所以我們就這樣給T0置初值：mov th0,#3ch ；mov tl0,#0b0h，就可以啦。

5、計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和停止

在給T0置入初值之后，并且在允許T0溢出中斷（注：由IE寄存器中的ET0控制，詳細(xì)說明可見試驗(yàn)7），和cpu開啟中斷的前提下，我們就要啟動(dòng)T0開始定時(shí)了。我們前面說過T0的啟動(dòng)和停止是由圖10－1中與門的輸出決定的。當(dāng)與門輸出是1的時(shí)候，T0啟動(dòng)；當(dāng)與門輸出是0的時(shí)候，T0停止。
那么什么時(shí)候與門輸出是1呢？從圖上可知有兩種情況。
（1）、當(dāng)gate＝0時(shí)，只需要tr0＝1，即可啟動(dòng)T0計(jì)數(shù)
（2）、當(dāng)gate＝1，并且tr0＝1的時(shí)候，還需要int0＝1才能啟動(dòng)T0計(jì)數(shù)

在該試驗(yàn)中，我們用到第一種情況，也就是我們把gate賦值0，然后通過對(duì)tr0的置1和置0來啟動(dòng)和停止計(jì)數(shù)器。這是一種常用的方式，至于第二種方式，我們以后通過試驗(yàn)給大家分析它們之間的不同。

Gate在哪里呢？大家再看看上面給出的tmod寄存器圖，就是d3和d7位。所以我們?cè)趯?duì)T0初始化的時(shí)候，要給d3賦值0。至于d4～d7都和T0沒有關(guān)系，可以是任何狀態(tài)。
再說說tr0的問題，它也是tcon寄存器中的一位，它的各位功能如下圖所示，我們把用到的作個(gè)簡(jiǎn)單介紹。

1、TF0：T0的溢出中斷，當(dāng)T0溢出的時(shí)候由硬件置位，在進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，由硬件清0，不用我們操作；TF1類似。（注：如果我們采用查詢方式，通過查詢TFx的狀態(tài)判斷是否到達(dá)定時(shí)，而不進(jìn)入中斷服務(wù)程序，那就要對(duì)這1位用軟件清0啦！可不要忘啦！）
TR0：當(dāng)gate＝0時(shí)，置一啟動(dòng)T0計(jì)數(shù)，置0停止T0計(jì)數(shù)；TR1類似

好啦，現(xiàn)在基本上分析清楚了，我們來看看主程序和中斷服務(wù)程序的流程圖吧。

四、程序流程圖：

五、實(shí)驗(yàn)程序
（注意：在作這個(gè)試驗(yàn)的時(shí)候，不要忘了把JMP0跳線置于1、2的位置，選擇二極管顯示單元）
org 0000h
ajmp main

org 000bh ;T0溢出中斷入口地址
ajmp time0

org 0020h
main: clr p1.5
mov r1,#0ffh
mov sp,#70h ;設(shè)置堆棧
mov tmod,#01h ;T0初始化，工作于定時(shí)方式，詳細(xì)解釋見注釋
mov th0,#3ch ;T0置計(jì)數(shù)初值
mov tl0,#0b0h
setb et0 ;允許T0溢出中斷
setb ea ;cpu開中斷
setb tr0 ;啟動(dòng)T0計(jì)數(shù)
ajmp $ ;等待

time0:inc r1 ;查表求燈光，輸出到p0口，詳細(xì)解釋見多位數(shù)碼顯示試驗(yàn)
mov a,r1
mov dptr,#tab
movc a,@a+dptr
mov p0,a
cjne a,#0ffh,next
mov r1,#0ffh
next: mov th0,#3ch ;由于計(jì)數(shù)器已經(jīng)溢出，所以需要重設(shè)計(jì)數(shù)初值
mov tl0,#0b0h
reti

tab: db 0fah,0f5h,0afh,05fh ;按順序存儲(chǔ)燈光的表格
db 0aah,55h,00h,0ffh
end

六、幾點(diǎn)說明
我們來看看T0初始化的語句mov tmod,#01h，現(xiàn)在我們把tmod的各位功能詳細(xì)說明一下。

（1） d2是定時(shí)/計(jì)數(shù)方式選擇，這里應(yīng)該把d2置0，選擇T0工作于定時(shí)方式
（2）d3也應(yīng)該置0，這樣通過控制tr0即可啟動(dòng)T0
（3）d1d0（M1M0）用來指明T0的位數(shù)，說明如下：
M1M0＝00：13位的計(jì)數(shù)器；
M1M0=01：16位計(jì)數(shù)器；
M1M0=10：可自動(dòng)再裝入的8位計(jì)數(shù)器
M1M0=11：把定時(shí)器0分成兩個(gè)8位的計(jì)數(shù)器，或者關(guān)閉定時(shí)器1

（2） 在這個(gè)試驗(yàn)中，由于定時(shí)50ms需要16位的計(jì)數(shù)器，故d1d0＝01
從上面的分析可見，我們給tmod可以賦值：XXXX0001，可以是01h，也可以是0f1h，大家隨便吧。

現(xiàn)在把這個(gè)程序下載到學(xué)習(xí)板上，看看效果吧。我們發(fā)現(xiàn)，燈光變換的速度太快啦，幾乎沒有辦法看清楚，原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)?0ms的定時(shí)太短了。16位的計(jì)數(shù)器定時(shí)最多能夠達(dá)到65.536ms，那么如果我們需要更長(zhǎng)時(shí)間的定時(shí)，比如仍然是剛才的試驗(yàn)，但是時(shí)間要求是1s，該怎么辦呢？

其實(shí)也很簡(jiǎn)單，我們?cè)O(shè)一個(gè)計(jì)數(shù)器，初值是0，每次T0溢出中斷的時(shí)候，給這個(gè)計(jì)數(shù)器加一。在主程序里，我們反復(fù)檢測(cè)這個(gè)計(jì)數(shù)器的值，達(dá)到20的時(shí)候調(diào)用燈光子程序就可以啦。
下面就是這個(gè)定時(shí)1s的程序，其中，我們用r2作這個(gè)計(jì)數(shù)器。
org 0000h
ajmp main

org 000bh ;T0溢出中斷入口地址·
ajmp time0

org 0020h
main: clr p1.5
mov r1,#0ffh
mov r2,#00h ;給計(jì)數(shù)器r2賦初值0

mov sp,#70h ;設(shè)置堆棧
mov tmod,#01h ;設(shè)置T0工作方式
mov th0,#3ch ;T0置計(jì)數(shù)初值
mov tl0,#0b0h
setb et0 ;允許T0溢出中斷
setb ea ;cpu開中斷
setb tr0 ;啟動(dòng)T0開始計(jì)數(shù)

wait: cjne r2,#20,wait ;定時(shí)時(shí)間未到，繼續(xù)查詢等待
acall light ;定時(shí)時(shí)間到，調(diào)用查表求燈光子程序
ajmp wait

;以下是查表求燈光子程序
light: mov r2,#00h ;計(jì)數(shù)器重新賦初值

inc r1 ;查表求燈光，詳細(xì)解釋見試驗(yàn)5“多位數(shù)碼顯示”
mov a,r1
mov dptr,#tab
movc a,@a+dptr
mov p0,a
cjne a,#0ffh,next
mov r1,#0ffh
next: ret ;子程序返回

;以下是中斷服務(wù)程序
time0: inc r2 ;計(jì)數(shù)器加1
mov th0,#3ch ;重置計(jì)數(shù)初值
mov tl0,#0b0h
reti ;中斷返回

tab: db 0fah,0f5h,0afh,05fh ;燈光變換表格
db 0aah,55h,00h,0ffh
end

好啦，把這個(gè)程序下載到學(xué)習(xí)板上，就會(huì)很清楚的看到燈光的變換方式啦。

在這個(gè)試驗(yàn)里面，由于我們的定時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)，所以采用了16位的計(jì)數(shù)器，假如定時(shí)時(shí)間短的話，定時(shí)/計(jì)數(shù)器還可以采用別的工作方式，例如13位，或者8位等。