定时器计数器综合应用实例讲解

【例1】 编写定时器T0产生1秒的定时程序，通过P1.0口输出高、低电平均为1s的方波(假设单片机采用12MHz的晶振)。

分析如下：

12MHz的晶振，机器周期为1us，各种工作方式直接定时的最大定时时间分别为：

方式0: 2 13 =8192us=8.192ms

方式1: 2 16 =65536us=65.536ms

方式2、3: 2 8 =256us

编程思路：

任何一种方式都无法直接实现1s的定时，可以考虑采用方式1实现50ms定时中断，设置一变量对中断的次数进行计数，计数到20时即为1秒。

c语言源程序如下：

【例2】 脉冲宽度的检测：要求对外部输入的高电平脉冲持续的时间进行检测，即检测高电平脉冲宽度，将检测的脉宽以微秒为单位显示在数码管上(假设单片机的晶振频率为12MHz)。

脉宽检测系统电路如图5-8所示。

图5-8　脉冲宽度检测系统电路图

分析如下：

TMOD的GATE位为门控位，当GATE置1时，只有当对应的外部中断引脚

为1，且TRn置1时，定时器n才会启动定时(n=0或1)。利用该特点，可以检测

口脉冲高电平持续的时间，在信号的上升沿启动定时器，下降沿停止定时器。

在本实例中，采用T0的方式1定时功能对脉冲宽度进行测量，直接测量的最大值为65535，如果晶振为12MHz，则机器周期为1us，直接可检测的最大脉冲宽度为65.535ms。如果需要检测更宽的脉冲，可对定时器0溢出的次数进行计数，将溢出次数乘以65536，来计算。将外部中断设为下降沿触发，当检测到下降沿信号时，将进入外部中断处理程序，读取定时器的数值，此数值即为脉冲信号的宽度，通过数码管(关于数码管显示的知识参见8.3节)动态扫描显示检测的脉冲宽度值。

c源程序如下：

【例3】 单片机时钟：由6个数码管的动态扫描显示分别显示小时、分钟、秒，由四个按键对时间进行调节。数据调整采用移位的方式，根据移位键触发的次数去调节不同的时间对象，加1、减1键分别对时间进行加1和减1调整，清零键将时间清零。

单片机时钟系统电路如图5-9所示。

分析如下：

根据题目的功能要求，系统主要包括数码管动态扫描显示程序、按键检测调时程序、时间产生程序、系统初始化等程序模块。

➢ 时间产生的思路 ：由定时器产生50毫秒定时中断，中断20次为1秒，当秒加到60时，秒清零，分钟加1，当分钟加到60分时，分钟清零，小时加1，当小时加到24时，小时清零。

➢ 按键检测调时思路 ：设置时间变量setNum对移位按键的次数进行记录，默认为0，不进入调时状态，随着移位按键的触发，setNum值加1，程序根据setNum的值分别处于调节秒、分钟、小时状态，当setNum加到4时回到0。

➢ 数码管动态扫描显示思路 ：将秒、分、时时间分别拆分出个位和十位数，通过查询数字显示的代码表，送至P0口，通过P2.0~P2.5动态扫描驱动对应的数码管显示。

图5-9　单片机时钟系统电路图

c源程序如下：

【例4】 单片机频率计：将外部脉冲从P3.5口输入，利用利用单片机的定时/计数器功能，计算脉冲频率并将频率值通过数码管进行显示。

频率计系统电路如图5-10所示。

分析如下：

频率是周期的倒数，即每秒钟产生的周期信号的个数。根据频率的定义，充分的利用单片机的定时/计数器资源，由定时器0实现1秒定时，定时器1则对外部脉冲个数进行计数，这样1秒钟内所计的脉冲个数即为输入信号的频率。

编程说明：

在8051单片机中有两个16位的定时/计数器，分别为T0和T1，在这里设置T0为工作方式1定时，T1为工作方式1计数，则TMOD=0x51。

计数脉冲由单片机的P3.5口输入，利用定时器0产生50毫秒定时，定时中断20次即为1秒钟，将单片机定时器1设为计数模式，由P3.5(T1)口输入外部计数脉冲，在1秒钟计数的脉冲信号数即为所测信号的频率，然后由数码管动态扫描显示对应的频率值。

图5-10　频率及系统电路图

c源程序如下：

单片机定时器计数器的结构以及和工作原理

定时器/计数器的结构

定时器/计数器的实质是加1计数器(16位)，由高8位和低8位两个寄存器组成。TMOD是定时器/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能;TCON是控制寄存器，控制T0、T1的启动和停止及设置溢出标志。

定时器/计数器的工作原理

计数器输入的计数脉冲源

系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后产生;

T0或T1引脚输入的外部脉冲源。

计数过程

每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器为全1(即FFFFH)时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU发出中断请求(定时器/计数器中断允许时)。如果定时器/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到;如果工作于计数模式，则表示计数值已满。

定时应用

用作定时器：此时设置为定时器模式，加1计数器是对内部机器周期计数(1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12)。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t 。

计数运用

用作计数器：此时设置为计数器模式，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。每来一个外部脉冲，计数器加1。但单片机对外部脉冲有基本要求：脉冲的高低电平持续时间都必须大于1个机器周期。

工作方式寄存器(TMOD)

GATE：门控位。

GATE=0时，只要用软件使TCON中的TR0或TR1为1，就可以启动定时器/计数器工作;(即需要一个启动条件)

GATE=1时，要用软件使TR0或TR1为1，同时外部中断引脚也为高电平时，才能启动定时器/计数器工作，即需要两个启动条件。

C/T :定时/计数模式选择位。

C/T =0为定时模式; C/T =1为计数模式。

M1M0：工作方式设置位。

计数器工作方式选择

M1 M0 工 作 方 式 功 能 说 明

0 0 方式0 13位计数器

0 1 方式1 16位计数器

1 0 方式2 自动重装8位计数器

1 1 方式3 定时器0：分成两个8位

定时器1：停止计数

定时器/计数器的控制

控制寄存器TCON

TCON的低4位用于控制外部中断,已在前面介绍。TCON的高4位用于控制定时器/计数器的启动和中断申请。其格式如下：

TF1(TCON.7)：T1溢出中断请求标志位。T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1。CPU响应中断后TF1由硬件自动清0。TR1(TCON.6)：T1起/停控制位。1：启动 0：停止

TF0(TCON.5)：T0溢出中断请求标志位，其功能与TF1类同。

TR0(TCON.4)：T0起/停控制位。1：启动 0：停止

定时器/计数器的工作方式

方式0

方式0为13位计数，由TL0的低5位(高3位未用)和TH0的8位组成TL0的低5位溢出时向TH0进位，TH0溢出时，置位TCON中的TF0标志，向CPU发出中断请求。

方式1

方式1的计数位数是16位，由TL0(TL1)作为低8位、TH0(TH1)作为高8位，组成了16位加1计数器 。

方式2

方式2为自动重装初值的8位计数方式。

在方式2下，当计数器计满255(FFH)溢出时，CPU自动把TH 的值装入TL中，不需用户干预。因此特别适合于用作较精确的脉冲信号发生器。

方式3

方式3只适用于定时器/计数器T0，定时器T1方式3时相当于TR1=0，停止计数。

工作方式3将T0分成为两个独立的8位计数器TL0和TH0 。

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