51單片機(jī)定時器應(yīng)用(C程序)
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基本的51單片機(jī)內(nèi)部有兩個16位可編程的定時器/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，可以通過軟件對控制寄存器編程設(shè)置，使其工作在不同的定時狀態(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)的書籍都對定時器/計(jì)數(shù)器有詳細(xì)的介紹，我們在此不再詳細(xì)地討論。但因?yàn)榫帉懟蚧蜷喿x程序時經(jīng)常要查閱定時器/計(jì)數(shù)器的設(shè)置情況，因此我們僅對一些編程時經(jīng)常要用到的較重要的寄存器和設(shè)置方式進(jìn)行簡要簡介。
1 定時器/計(jì)數(shù)器簡介
8051單片機(jī)的定時器/計(jì)數(shù)器基本結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，定時器T0由兩個8位計(jì)數(shù)器TH0和TL0構(gòu)成，定時器T1也由兩個8位計(jì)數(shù)器TH1和TL1構(gòu)成，TMOD寄存器控制定時器的工作方式，TCON寄存器控制定時器的啟動和停止以及定時器的狀態(tài)。
圖1-1 定時器/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)
在作定時器使用時，輸入的時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，定時器就是單片機(jī)機(jī)器周期的計(jì)數(shù)器。因?yàn)槊總€機(jī)器周期包含晶體振蕩器的12個振蕩周期，而每一個機(jī)器周期定時器加1，故其頻率為晶振頻率的1/12。如果晶振頻率為12MHz，則定時器每接收一個輸入脈沖的時間為1μs。
選擇計(jì)數(shù)器工作方式時，計(jì)數(shù)脈沖來自相應(yīng)的外部輸入引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）。在這種情況下，當(dāng)檢測到輸入引腳上的電平由高跳變到低時，計(jì)數(shù)器就加1。
2 控制和狀態(tài)寄存器
（1）定時器控制寄存器（TCON）
TCON為定時器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器，同時也鎖存外部中斷請求標(biāo)志，各位定義如下。
? TF1：定時器/計(jì)數(shù)器1中斷請求標(biāo)志位。當(dāng)定時器計(jì)數(shù)滿溢出回零時，由硬件置位，并可申請中斷。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷并進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，TF1自動清零。
? TR1：定時器/計(jì)數(shù)器1運(yùn)行控制位，靠軟件置位或清除。置位時，定時器/計(jì)數(shù)器1接通工作，清除時停止工作。
? TF0：定時器/計(jì)數(shù)器0中斷請求標(biāo)志位，其功能和操作情況類同于TF1。
? TR0：定時器/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的中斷申請標(biāo)志，檢測到在INT引腳上出現(xiàn)的外部中斷信號的下降沿時，由硬件置位，申請中斷。進(jìn)入中斷服務(wù)程序后被硬件自動清除。
? 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)?？梢杂绍浖碓O(shè)置或清除。
? IE0：外部中斷0的中斷申請標(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位用于控制定時器1，低4位用于控制定時器0。TMOD各位的定義如下。
? GATE：門控位，當(dāng)GATE＝1時，只有?I?N?T?0或?I?N?T?1引腳為高電平，且TR0或TR1置1時，定時器/計(jì)數(shù)器才工作。當(dāng)GATE＝0時，定時器/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：定時器/計(jì)數(shù)器功能選擇位，C/?T＝0時，設(shè)置為定時功能；C/?T＝1時，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位自動裝入時間常數(shù)方式）。
n MlM0＝11：工作方式3（2個8位方式——僅對T0）。
3 定時器/計(jì)數(shù)器設(shè)置實(shí)例
以定時器/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，計(jì)數(shù)值的范圍是：1～8192（213）。
當(dāng)設(shè)定為定時工作方式時，定時時間的計(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)的最小定時時間為：
[213－（213－1）]×[1/（6×106）]×12＝2×10－6＝2（?s）
最大定時時間為：
（213－0）×[1/（6×106）]×12＝16384×10－6＝16384（?s）=16.384（ms）
或：最小定時單位×1013＝16384（?s）=16.384（ms）
【例】某單片機(jī)系統(tǒng)的外接晶振頻率為6MHz，使用定時器1，以方式0定時，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)，為此定時時間應(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)定時功能，應(yīng)使C/?T ＝0；為實(shí)現(xiàn)定時器/計(jì)數(shù)器1的運(yùn)行控制，設(shè)置GATE＝0。定時器/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 由定時器控制寄存器TCON中的TR1位控制定時的啟動和停止，TR1＝1啟動，TR1＝0停止。
若使其工作在方式1，定時器/計(jì)數(shù)器為16 位定時器/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13位的地方現(xiàn)在要換成16位。
4 定時器/計(jì)數(shù)器2
8051單片機(jī)中，有一部分型號有三個定時器/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)的第三個定時器/計(jì)數(shù)器叫T2，其控制寄存器是T2CON，它的各位定義如下：
? TF2：定時器2溢出標(biāo)志。定時器溢出時置位，并申請中斷，只能靠軟件清除。當(dāng)RCLK或TCLK =1 時TF2 將不會置位。
? EXF2：定時器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EXF2置位，申請中斷。若已允許定時器2 中斷，EXF2=1 將使CPU 從中斷向量處執(zhí)行定時器2中斷子程序。EXF2 位必須用軟件清零。當(dāng)定時器/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，EXF2 不能激活中斷。
? RCLK：接收時鐘標(biāo)志?？寇浖梦换蚯宄CLK=1時，用定時器2溢出脈沖作為串行口（工作于方式1或3時）的接收時鐘。RCLK=0時，用定時器1的溢出脈沖作為接收時鐘。
? TCLK：發(fā)送時鐘標(biāo)志。靠軟件置位或清除。TCLK=1時，用定時器2溢出脈沖作為串行口（工作于方式1或3時）的發(fā)送時鐘。TCLK=0時，用定時器1的溢出脈沖作為發(fā)送時鐘。
? EXEN2：定時器2外部允許標(biāo)志?？寇浖梦换蚯宄?。當(dāng)EXEN2=1時，如果定時器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，激活定時器2捕獲或重裝，并置EXF2標(biāo)志為1，請求中斷。EXEN2=0時，T2EX端的外部信號無效。
? TR2：定時器2啟動/停止控制位?？寇浖梦换蚯宄?。TR2=1時，啟動定時器2，否則停止。
? C/?T?2：定時器2定時方式或計(jì)數(shù)方式控制位。C/?T?2=0，選擇定時方式；C/?T?2=1時，選擇對外部計(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，如果EXEN2=1，且T2EX端出現(xiàn)負(fù)跳變脈沖時發(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，若定時器2溢出或EXEN2=1，T2EX端出現(xiàn)負(fù)跳變脈沖，會出現(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，該位無效，在定時器2溢出時強(qiáng)制其自動重裝載。
通過軟件設(shè)置T2CON，可使定時/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，和定時器0 或定時器1 一樣以16 位方式工作。這種方式通過復(fù)位EXEN2來選擇。當(dāng)置位EXEN2時，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。這個事件可用來產(chǎn)生中斷。
第二種工作方式為自動重裝方式，其中包含了兩個子功能，由EXEN2來選擇，當(dāng)EXEN2復(fù)位時，16 位定時器溢出將觸發(fā)一個中斷并將RCAP2H 和RCAP2L 中的數(shù)裝入定時器中。當(dāng)EXEN2 置位時，除上述功能外，T2EX 引腳的負(fù)跳變將產(chǎn)生一次重裝操作。
最后一種方式用來產(chǎn)生串行口通信所需的數(shù)據(jù)傳輸率，這通過同時或分別置位RCLK 和TCLK來實(shí)現(xiàn)。在這種方式中，每個機(jī)器周期都將使定時器加1，而不像定時器0 和1 那樣，需要12個機(jī)器周期。這使得串行通信的數(shù)據(jù)傳輸率更高。
定時器2還有一個不可尋址的方式控制寄存器T2MOD，其內(nèi)容如下：
? —：保留位。
? T2OE：定時器2輸出允許位。
? DCNE：置位時，允許定時器2作為向上/向下計(jì)數(shù)器。
5 編程實(shí)例
【例1】這是一個簡單的定時器程序，由一個循環(huán)組成，在點(diǎn)亮接在P1.0 口的LED之后，延時一段時間，再滅掉LED，又延時一段時間，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
//用定時器中斷閃爍LED
void main(void) //主程序
｛
TMOD=0x01; //定時器0，16位工作方式
TR0=1; //啟動定時器
ET0=1; //打開定時器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
｝
｝
//定時器0中斷
timer0() interrupt 1 // 定時器0中斷是1號
｛
TH0=0x00; //寫入定時器0初始值0x0005
TL0=0x06;
P10=~P10; //反轉(zhuǎn)LED燈的亮和滅
｝
程序中，使用了定時器0，工作在方式1，即16位工作方式。
【例2】這是一個跑馬燈程序，使用了定時器2。
#include //包括一個52標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核的頭文件
sbit P10 = P1^0; //頭文件中沒有定義的IO就要自己來定義了
sbit P11 = P1^1;
sbit P12 = P1^2;
sbit P13 = P1^3;
bit ldelay=0; //長定時溢出標(biāo)記,預(yù)置是0
//定時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; //啟動定時器
ET2=1; //打開定時器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]; //讀出一個值送到P1口
ledi++; //指向下一個
if(ledi==4)ledi=0; //到了最后一個燈就換到第一個
｝
｝
｝
//定時器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; //每次長時間的溢出，就置一個標(biāo)記，以便主程序處理
｝
｝
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