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1、MCS-51单片机内部定时器单片机内部定时器/计数器计数器 及串行接口及串行接口一、一、定时器定时器/计数器的结构及工作原理计数器的结构及工作原理 二、二、方式和控制寄存器方式和控制寄存器 三、三、工作方式工作方式四、四、定时器定时器/计数器应用举例计数器应用举例 五、五、MCS-51单片机的串行接口单片机的串行接口六、六、串行口的应用串行口的应用 在工业检测、控制中，很多场合都要用到计数或者定时功能。例如对外部脉冲进行计数、产生精确的定时时间、作串行口的波特率发声器等。MCS51单片机内部有两个可编程的定时器/计数器，以满足这方面的需要。它们具有 两种工作模数（计数器模式、定时器模式）和四种
2、工作方式（方式0、方式1、方式2、方式3），其控制字均在相应的特殊功能寄存器（SFR）中，通过对它的SFR的编程，可以方便的选择工作模数和工作方式。定时器/计数器：Timer/Counter 本质上都是加法计数器，当对固定周期的脉冲信号计数时是定时器，对脉冲长度不确定的信号计数时是计数器。每接收到一个计数脉冲，加法计数器的值就加一，当计满时发生溢出，并从0开始继续计数。加法计数器的计满溢出信号就是定时/计数器的输出，该信号使TCON的某位（TF0或TF1位）置一，作为定时器/计数器的溢出中断标志。6.1 定时器定时器/计数器的结构及工作原理计数器的结构及工作原理 图图 6.1 定时器定时器/计
3、数器结构框图计数器结构框图 6.2 方式和控制寄存器方式和控制寄存器 一、一、定时器定时器/计数器的方式寄存器计数器的方式寄存器TMOD 图 6.2 TMOD各位定义 8位分为两组，高四位控制T1，低4位控制T0。对对TMOD的各个位的说明：的各个位的说明：GATE位：门控位。位：门控位。GATE1时，T0、T1是否计数要受到外部引脚输入电平的控制，INT0引脚控制T0，INT1引脚控制T1。可用于测量在INT0和INT1引脚出现的正脉冲的宽度。若GATE0，即不使能门控功能，定时计数器的运行不受外部输入引脚INT0、INT1的控制。C/T位：计数器模式和定时器模式的选择位。位：计数器模式和定
4、时器模式的选择位。C/T0，为定时器模式，内部计数器对晶振脉冲12分频后的脉冲计数，该脉冲周期等于机器周期，所以可以理解为对机器周期进行计数。从计数值可以求得计数的时间，所以称为定时器模式。C/T1，为计数器模式，计数器对外部输入引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脉冲（负跳变）计数，允许的最高计数频率为晶振频率的1/24。M1 M0：四种工作方式的选择位：四种工作方式的选择位 表 6.1 工作方式选择表 M1 M0 方式方式说说 明明0 0013 位定时器(TH的 8 位和TL的低 5 位）0 1116 位定时器/计数器 1 02自动重装入初值的 8 位计数器 1 13 T0 分成两
5、个独立的 8 位计数器,T1 在方式 3 时停止工作 定时器初值的确定定时器初值的确定：加法计数器是计满溢出时才申请中断,所以在给定时器/计数器赋初值时,不能直接输入所需的计数值,而应输入的是计数器计数的最大值与这一计数值的差值,设最大值为 M,计数值为 N,初值为 X,则 X的计算方法如下:计数状态:X=MN 定时状态:X=M定时时间/T 而 T=12晶振频率 二、二、定时器定时器/计数器控制寄存器计数器控制寄存器TCON TF0、TF1分别是定时器/计数器T0、T1 的溢出标志位,加法计数器计满溢出时置 1,申请中断,在中断响应后自动复 0。TF产生的中断申请是否被接受,还需要由中断是否开
6、放来决定。TR1、TR0 分别是定时器/计数器T1、T0 的运行控制位,通过软件置 1 后,定时器/计数器才开始工作,在系统复位时被清 0。TF1TF1TR1TR1TF0TF0TR0TR0IE1IE1IT1IT1IE0IE0IT0IT06.3 工作方式工作方式 一、一、方式方式 0 图图6.3 方式 0（13位计数器）在方式0下，T0和T1工作在13位的定时/计数器方式，由TH的高 8 位和TL的低 5 位组成。当T0的13位计数器加到全部为 1 以后，再加1就产生溢出，这时置TCON的TF0为 1，同时把计数器全部变 0，然后从 0 开始继续计数。方式0的计数长度M为2的13次方。初值也是1
7、3位二进制数，但要注意是高8位赋值给TH0，低5位前面补足 3 个 0 凑成 8 位赋给TL0。例如，如要求计数值为1000，则初值为 xM100081921000 1C18H1 1100 000 1 1000B 则赋初值时，TH00E0H，TL018H。二、二、方式方式1 图 6.4 方式 1（16位计数器）方式1和方式0的工作原理基本相同，唯一不同是T0和T1工作在方式1时是16位位的计数/定时器。方式1时的计数长度计数长度M是2的16次方。16位的初值初值直接拆成高低字节，分别送入TH和TL即可。三、方式三、方式 2图 6.5 方式 2（初始常数自动重装载）工作方式0和工作方式1的最大特
8、点就是计数溢出后，计数器为全0，因而循环定时或循环计数应用时就存在反复设置初值的问题，这给程序设计带来许多不便，同时也会影响计时精度。工作方式2就针对这个问题而设置，它具有自动重装载功能，即自动加载计数初值，所以也称为自动重加载工作方式。在这种工作方式中，16位计数器分为两部分，即以TL0为计数器，以TH0作为预置寄存器，初始化时把计数初值分别加载至TL0和TH0中，当计数溢出时，不再象方式0和方式1那样需要“人工干预”，由软件重新赋值，而是由预置寄存器TH以硬件方法自动给计数器TL0重新加载。四、四、方式方式 3 图 6.6 方式 3（两个 8 位独立计数器）在工作方式3模式下，定时/计数器
9、0被拆成两个独立的8位计数器TL0和TH0。其中TL0既可以作计数器使用，也可以作为定时器使用，定时/计数器0的各控制位和引脚信号全归它使用。其功能和操作与方式0或方式1完全相同。TH0就没有那么多“资源”可利用了，只能作为简单的定时器使用，而且由于定时/计数器0的控制位已被TL0占用，因此只能借用定时/计数器1的控制位TR1和TF1，也就是以计数溢出去置位TF1，TR1则负责控制TH0定时的启动和停止。由于TL0既能作定时器也能作计数器使用，而TH0只能作定时器使用而不能作计数器使用，因此在方式3模式下，定时/计数器0可以构成二个定时器或者一个定时器和一个计数器。如果定时/计数器0工作于工作
10、方式3，那么定时/计数器1的工作方式就不可避免受到一定的限制，因为自己的一些控制位已被定时/计数器借用，只能工作在方式0、方式1或方式2下，如果设置T1工作在方式3，则T1停止工作，相当于其他方式时令TR10。6.4 定时器定时器/计数器应用举例计数器应用举例 一、一、方式方式 0 的应用的应用 例例 1 利用定时器输出周期为 2 ms的方波,设单片机晶振频率为 6 MHz。选用定时器 /计数器T0 作定时器,输出为P1.0 引脚,2 ms 的方波可由间隔 1 ms的高低电平相间而成,因而只要每隔 1 ms对 P1.0 取反一次即可得到这个方波。定时 1 ms的初值:因为 机器周期=126 M
11、Hz=2 s所以 1 ms内T0 需要计数N次:N=1 ms2 s=500 由此可知:使用方式 0 的 13 位计数器即可,T0 的初值X为 X=MN=8 192500=7 692=1E0CH 但是,因为 13 位计数器中,低 8 位 TL0 只使用了 5 位,其余码均计入高 8 位TH0 的初值,则 T0 的初值调整为 TH0=0F0H,TL0=0CHTMOD初始化:TMOD=00000000B=00H （GATE=0,C/T=0,M1=0,M0=0）TCON初始化:启动TR0=1 IE初始化:开放中断EA=1,定时器T0 中断允许ET0=1 程序清单如下:ORG 0000H AJMP ST
12、ART;复位入口 ORG 000BH AJMP TOINT ;T0中断入口 ORG 0030HSTART:MOV SP,60H;初始化程序 MOV TH0,0F0H ;T0赋初值 MOV TL0,0CH MOV TMOD,00H SETB TR0 ;启动T0 SETB ET0;开T0中断 SETB EA ;开总允许中断 MAIN:AJMP MAIN;主程序 T0INT:CPL P1.0 MOV TL0,0CH MOV TH0,0F0H RETI 二、二、方式方式 1应用应用 方式 1 与方式 0 基本相同,只是方式 1 改用了 16 位计数器。要求定时周期较长时,13 位计数器不够用,可改用
13、16 位计数器。例例 2 已知某生产线的传送带上不断地有产品单向传送,产品之间有较大间隔。使用光电开关统计一定时间内的产品个数。假定红灯亮时停止统计,红灯灭时才在上次统计结果的基础上继续统计,试用单片机定时器 /计数器T1的方式 1完成该项产品的计数任务。图 6.7 硬件原理图 (1)初始化:TMOD=11010000B=0D0H （GATE=1,C/T=1,M0M1=01）TCON=00H (2)T1在方式1时,溢出产生中断,且计数器回零,故在中断服务程序中,需用R0计数中断次数,以保护累积计数结果。(3)启动T1计数,开T1中断。程序清单如下:ORG 0000H AJMP START;复位
14、入口 ORG 001BH AJMP T1INT ;T1中断入口 ORG 0100H START:MOV SP,60H ;初始化程序 MOV TCON,00H MOV TMOD,0D0H MOV TH1,00H MOV TL1,00H MOV R0,00H ;清中断次数计数单元 MOV P3,28H;设置P3.5第二功能 SETB TR1 ;启动T1 SETB ET1;开T1中断 SETB EA ;开总中断 MAIN:ACALL DISP;主程序,调显示子程序 ORG 0A00H T1INT:INC R0 ;中断服务子程序 RETI DISP:;显示子程序 RET 三、三、方式方式 2 应用应用
15、 方式 2 是定时器自动重装载的操作方式,在这种方式下,定时器 0 和 1 的工作是相同的,它的工作过程与方式 0、方式 1 基本相同,只不过在溢出的同时,将 8 位二进制初值自动重装载,即在中断服务子程序中,不需要编程送初值,这里不再举例。定时器 T1 工作在方式 2 时,可直接用作串行口波特率发生器,四、四、方式方式 3 的应用的应用 定时器 T0 工作在方式 3 时是 2 个 8 位定时器 /计数器。且TH0 借用了定时器 T1 的溢出中断标志TF1和运行控制位 TR1。例例 3 假设有一个用户系统中已使用了两个外部中断源,并置定时器 T1 于方式 2,作串行口波特率发生器用,现要求再增
16、加一个外部中断源,并由 P1.0 口输出一个 5K Hz的方波（假设晶振频率为 6 MHz）。在不增加其它硬件开销时,可把定时器/计数器 T0 置于工作方式 3,利用外部引脚 T0端作附加的外部中断输入端,把 TL0 预置为 0FFH,这样在 T0 端出现由 1至 0 的负跳变时,TL0 立即溢出,申请中断,相当于边沿激活的外部中断源。在方式 3下,TH0 总是作 8 位定时器用,可以靠它来控制由 P1.0 输出的 5 kHz方波。由 P1.0 输出 5 kHz的方波,即每隔 100 s使 P1.0 的电平发生一次变化。则TH0中的初始值 X=MN=256100/2=206。下面是有关的程序。MOV TL0,0FFH MOV TH0,206 MOV TL1,BAUD ;BAUD根据波特率要求设置常数 MOV TH1,BAUD MOV MOD,27H ;置T0工作方式3;TL0工作于计数器方式 MOVTCON,55H ;启动定时器 T0、T1,置外部中断 0 和 1;为边沿激活方式MOVIE,9FH ;开放全部中断 TL0 溢出中断服务程序（由 000BH单元转来）:TL0INT:MOV
