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51單片機定時器的原理與使用(22頁詳細的word格式教程下載)

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ID:325686 發表于 2018-5-9 10:08 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
定時器是單片機的重要功能模塊之一，在檢測、控制領域有廣泛應用。定時器常用作定時時鐘，以實現定時檢測，定時響應、定時控制，并且可以產生ms寬的脈沖信號，驅動步進電機。定時和計數的最終功能都是通過計數實現，若計數的事件源是周期固定的脈沖則可實現定時功能，否則只能實現計數功能。因此可以將定時和計數功能全由一個部件實現。通過下圖可以簡單分析定時器的結構與工作原理。
一、定時器

1、51單片機計數器的脈沖輸入腳。主要的脈沖輸入腳有Px,y， 也指對應T0的P3.4和對應T1的P3.5，主要用來檢測片外來的脈沖。而引腳18和19則對應著晶振的輸入脈沖，脈沖的頻率和周期為

F = f/12 = 11.0592M/12 = 0.9216MHZ      T = 1/F = 1.085us
2、定時器有兩種工作模式，分別為計數模式和定時模式。對Px,y的輸入脈沖進行計數為計數模式。定時模式，則是對MCU的主時鐘經過12分頻后計數。因為主時鐘是相對穩定的，所以可以通過計數值推算出計數所經過的時間。
3、51計數器的計數值存放于特殊功能寄存器中。T0(TL0-0x8A, TH0-0x8C), T1(TL1-0x8B, TH1-0x8D)
4、TLx與THx之間的搭配關系
1）、TLx與THx之間32進制。即當TLx計到32個脈沖時，TLx歸0同時THx進1。這也稱為方式0。
        2）、TLx與THx之間256進制。即當TLx計到256個脈沖時，TLx歸0同時THx進1。這也稱為方式1。在方式1時，最多計65536個脈沖產生溢出。在主頻為11.0592M時，每計一個脈沖為1.085us，所以溢出一次的時間為1.085usx65536＝71.1ms。
3）、THx用于存放TLx溢出后，TLx下次計數的起點。這也稱為方式2。
4）、THx與TLx分別獨立對自己的輸入脈沖計數。這也稱為方式3。
5、定時器初始化
1）、確定定時器的計數模式。
2）、確定TLx與THx之間的搭配關系。
3）、確定計數起點值。即TLx與THx的初值。
4）、是否開始計數。TRx
（1）和（2）可以由工作方式寄存器TMOD來設定，TMOD用于設置定時/計數器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：
GATE：門控位，用于設置計數器計數與否，是否受P3.2或P3.3電壓狀態的影響。GATE＝0時，表示計數器計數與否與兩端口電壓狀態無關；GATA＝1時，計數器是否計數要參考引腳的狀態，即P3.2為高時T0才計數，P3.3為高時T1才計數。
C/T:定時/計數模式選擇位。      ＝0為定時模式；    =1為計數模式。
M1M0：工作方式設置位。定時/計數器有四種工作方式，由M1M0進行設置。
6、計數器的溢出
計數器溢出后，THx與TLx都歸0。并將特殊功能區中對應的溢出標志位TFx寫為1。
好了，理論就講述到這。現在我們通過一些實驗來看看怎么使用定時器。
實驗一、P1口連接的8個LED燈以1秒鐘的頻率閃爍。
首先上代碼：
  1. #include "reg51.h"  
  2.        char c;  
  3.          
  4.        void Timer0_Init() //初始化定時器  
  5.        {  
  6.           TMOD = 0x01;     //  
  7.           TH0 = 0;  
  8.           TL0 = 0;   //定時器的計數起點為0  
  9.           TR0 = 1; //啟動定時器0  
  10.    }  
  11.      
  12.    void main()  
  13.    {  
  14.        Timer0_Init();  
  15.        while(1)  
  16.        {  
  17.            if(TF0 == 1) //檢測定時器0是否溢出，每到65535次  
  18.            {  
  19.                TF0=0;  
  20.                c++;  
  21.                if(c==14)    //71ms乘以14為1s  
  22.                {  
  23.                    c=0;  
  24.                    P1=~P1;  
  25.                }  
  26.            }  
  27.        }  
  28.    }  
復制代碼

上述代碼的思路是每計算14個溢出，則翻轉P1口狀態。產生一個溢出的時間是71.1ms，14個則約為1s。

  1. #include "reg51.h"  
  2.        sbit LD1 = P1^0;  
  3.          
  4.        void Timer0_Init() //初始化定時器  
  5.        {  
  6.           TMOD = 0x01;     //  
  7.           TH0 = 0;  
  8.           TL0 = 0;   //定時器的計數起點為0  
  9.           TR0 = 1; //啟動定時器0  
  10.    }  
  11.      
  12.    void Timer0_Overflow()  //處理定時器0的溢出事件  
  13.    {  
  14.        static char c;  
  15.        if(TF0 == 1) //檢測定時器0是否溢出，每到65535次  
  16.            {  
  17.                TF0=0;  
  18.                c++;  
  19.                if(c==14)    //71ms乘以14為1s  
  20.                {  
  21.                    c=0;  
  22.                    LD1=!LD1;  
  23.                }  
  24.            }     
  25.    }  
  26.      
  27.    void main()  
  28.    {  
  29.        Timer0_Init();    //初始化定時器0  
  30.        while(1)  
  31.        {  
  32.            Timer0_Overflow();  
  33.        }  
  34.    }  
復制代碼


相比于上個例子，這里有兩個區別，首先是將timer0的溢出事件作為子函數單獨出來，其次是注意翻轉一個led燈時候用的是“！”。

例子三、讓連接到P1口的LED1和LED8燈每1秒鐘閃爍。

  1. #include "reg51.h"  
  2.          
  3.        void Timer0_Init() //初始化定時器  
  4.          
  5.        {  
  6.           TMOD |= 0x01;        //定時器0方式1，計數與否不受P3.2的影響  
  7.           TH0 = 0;  
  8.           TL0 = 0;   //定時器的計數起點為0  
  9.           TR0 = 1; //啟動定時器0  
  10.    }  
  11.      
  12.    void Timer0_Overflow()  //´處理定時器0的溢出事件  
  13.    {  
  14.        static char c;  
  15.        if(TF0 == 1) //檢測定時器0是否溢出，每到65535次  
  16.            {  
  17.                TF0=0;  
  18.                c++;  
  19.                if(c==14)    //71ms乘以14為1s  
  20.                {  
  21.                    c=0;  
  22.                    P1 ^= (1<<0);//LD1=!LD1;  
  23.                }  
  24.            }     
  25.    }  
  26.      
  27.    void Timer1_Init()  
  28.    {  
  29.        TMOD|=0x10; //定時器1方式1，計數與否不受P3.3的影響  
  30.        TH1=0;  
  31.        TL1=0; //定時器1的計數起點為0  
  32.        TR1=1; //啟動定時器1  
  33.    }  
  34.      
  35.    void Timer1_Overflow()  //處理定時器1的溢出事件  
  36.    {  
  37.        static char c;  
  38.        if(TF1==1) //軟件查詢，主循環每跑完一圈才會到這里。  
  39.        {  
  40.            TF1=0;  
  41.            c++;  
  42.            if(c==14)  
  43.            {  
  44.                c=0;  
  45.                P1 ^= (1<<7);//LD8=!LD8;  
  46.            }  
  47.        }     
  48.    }  
  49.      
  50.    void main()  
  51.    {  
  52.        Timer0_Init();    //初始化定時器0  
  53.        Timer1_Init();     //初始化定時器1  
  54.        while(1)  
  55.        {  
  56.            Timer0_Overflow();  
  57.            Timer1_Overflow();  
  58.        }  
  59.    }  
復制代碼


相較于例二，例子三有幾個點值得注意：

1、TMOD初始化為什么采用TMOD |= 0x01或0x10的形式？

      首先如果在定時器初始化函數中采用TMOD = 0x01和TMOD = 0x10，那么將造成LD1閃爍比LD8閃爍快8倍。分析一下，從main函數開始執行，先是初始化timer0，這時候定時器1設置為工作方式1。接著程序執行到Timer1_Init()，這時候TMOD=00010000，即選定了timer1在工作方式1，但同時timer0重新配置為工作方式0, 也就是32進制，所以產生快8倍現象。

     那為什么用|這個符號就可以做到互不影響呢？|是或運算符，即有1出1，全0出0。什么意思呢？舉個例子，a是11110000，b是10101010，那么a|b就是11111010。通過引入這個符號，可以實現tmod對兩個定時器的獨立操作。



2、為什么使用P1 ^= (1<<0)可以實現LD1的控制呢？

      首先解釋下^這個符號。^稱為異或運算符，相同出0，不同出1。舉個例子，a是11110000，b是10101010，那么a^b就是01011010。

      然后再來分析 x ^= (1<<i), 假設x為10101010，當i為1時， (1<<i)為00000010，那么x^ (1<<i)＝10101010^00000010＝10101000。當i為2時，(1<<i)為00000100，那么x^ (1<<i)＝10101010^00000100＝10101110，以此類推。我們發現，x ^= (1<<i)是在將x的第i位翻轉而同時不影響其他位。

     因此P1 ^= (1<<0)實際是在翻轉P0口第一位的值，因此也就是在閃爍LD1燈。



上面三個例子實際都是采用了軟件查詢法。即main函數會每次進入到溢出事件函數里去判斷TF0或1是否等于1，這樣就浪費了大量CPU時間。同時，實時性差，假如在執行Timer0_Overflow()的時候timer1也溢出了，這時候timer1的溢出事件就沒有及時處理。因此下面我們要引入中斷系統。



二、中斷系統

中斷系統是一套硬件電路，它可以在每個機器周期對所有的外設的標志位作查詢。相比于前面的軟件查詢（if(xx＝＝1)），中斷系統也可以叫做硬件查詢。51的中斷系統可查詢以下6個標志位。

IE0（TCON.1），外部中斷0中斷請求標志位。

IT1（TCON.2），外部中斷1觸發方式控制位。

IE1（TCON.3），外部中斷1中斷請求標志位。

TF0（TCON.5），定時/計數器T0溢出中斷請求標志位。

TF1（TCON.7），定時/計數器T1溢出中斷請求標志位。      

RI（SCON.0）或TI（SCON.1），串行口中斷請求標志。當串行口接收完一幀串行數據時置位RI或當串行口發送完一幀串行數據時置位TI，向CPU申請中斷。

當中斷系統查詢到外設的標志位變為1時，中斷系統可暫停當前的主循環，并且將程序跳轉到用戶預先指定的函數中執行。要啟動中斷系統，必須先進行中斷初始化，其流程如下：

a、是否要查詢外設標志（EA＝0或EA＝1，EA 也叫 CPU中斷允許（總允許）位）

b、查詢到標志1，是否要跳程序

c、跳轉的目標函數，即中斷服務子函數

所以在使用定時器中斷時，我們只需要首先初始化中斷系統，開啟總中斷（相當于總開關），開啟定時器對應的控制位（相當于支路開關），再初始化定時器即可。中斷系統作為單片機的外設，只有在某個中斷產生時才會打斷主循環，并由相應的中斷號引入到相應的中斷服務子函數。下圖是6個中斷標志位的信息。



實驗四、使用中斷系統實現LD1燈每1秒鐘閃爍。

  1. #include "reg51.h"  
  2.          
  3.        void Timer0_Init()  
  4.        {  
  5.            TMOD|=0x01;  
  6.            TH0=56320/256;   //計數起點為56320 ==10ms溢出一次  
  7.            TL0=56320%256;  
  8.            TR0=1;  
  9.        }  
  10.      
  11.    void Timer1_Init()  
  12.    {  
  13.          
  14.    }  
  15.      
  16.    void ISR_Init()    //初始化中斷系統  
  17.    {  
  18.        EA=1; //啟動中斷系統  
  19.        EX0=0; //-->IE0  
  20.        ET0=1; //-->TF0 控制位置1，表明當TF0置1時，中斷系統將介入   
  21.        EX1=0; //-->IE1  
  22.        ET1=0; //-->TF1  
  23.        ES=0; //-->RI,TI  
  24.      
  25.    }  
  26.      
  27.    //以下中斷服務子程序，我們希望中斷系統來調用，而不是我們在main函數里面調用，因此使用interrupt. */  
  28.      
  29.    void IE0_isr() interrupt 0  
  30.    {  
  31.      
  32.    }  
  33.      
  34.    /*void TF0_isr()    interrupt 1  //71.1ms 進入一次，但如果要求10MS進來一次呢？
  35.    {
  36.        static char c;
  37.        c++;
  38.        if(c==14)
  39.        {
  40.            P1^=(1<<0);
  41.            c=0;
  42.        }
  43.    }
  44.    */  
  45.    void TF0_isr()  interrupt 1  //10ms 進入一次  
  46.    {  
  47.        static char c;  
  48.        TH0=56320/256;   //重裝初值  
  49.        TL0=56320%256;  
  50.        c++;  
  51.        if(c==100)  
  52.        {  
  53.            P1^=(1<<0);  
  54.            c=0;  
  55.        }  
  56.    }  
  57.      
  58.    void IE1_isr()  interrupt 2  
  59.    {  
  60.      
  61.    }  
  62.      
  63.    void TF1_isr() interrupt 3  
  64.    {  
  65.          
  66.    }  
  67.      
  68.    void RI_TI_isr() interrupt 4  
  69.    {  
  70.      
  71.    }  
  72.      
  73.    void main()  
  74.    {  
  75.         Timer0_Init();  
  76.         Timer1_Init();  
  77.         ISR_Init();  
  78.      
  79.         while(1)  
  80.         {  
  81.             //...  
  82.             //發現溢出后，中斷系統根據中斷號尋找中斷子服務函數，并強行暫停主循環并進入子函數  
  83.             //...  
  84.         }  
  85.    }  
復制代碼

顯然使用中斷系統查詢得到的1s更為精確。因為中斷系統獨立于main函數運行。另外本程序還預裝了timer0的初值，這樣的話就可以實現比71ms更小的時間片，比如要求10ms就進入中斷。關于初值的設定，請參考下圖。

實驗五、用定時器實現數碼管顯示1234。
  1. //數碼管的定時掃描，每5ms顯示一個數碼管，也就是說相同的數碼管，每20ms會被重新裝入同樣的數值，根據人眼的延遲效應，人眼觀測到的數碼管上的數值是靜態的。  
  2.         #include "reg51.h"  
  3.         unsigned int count;  
  4.         extern void load_smg();  
  5.         void Timer0_Init()  
  6.         {  
  7.            TMOD|=0X01;  
  8.            TH0=60928/256;  
  9.            TL0=60928%256;//每5ms進入一次中斷  
  10.        TR0=1;  
  11.     }  
  12.      
  13.    void isr_Init()  
  14.     {  
  15.        EA=1;  
  16.        ET0=1; //TF0 如果這個標志為1，進入中斷子函數  
  17.     }  
  18.      
  19.     void TF0_isr() interrupt 1  
  20.     {  
  21.        TH0=60928/256;  
  22.        TL0=60928%256;//重裝初值  
  23.        load_smg();  
  24.     }  
  25.      
  26.     void main()  
  27.     {  
  28.        Timer0_Init();  
  29.        isr_Init();  
  30.        while(1)  
  31.        {  
  32.          
  33.        }  
  34.      
  35.     }  
  36.      
  37.     #include "reg51.h"   
  38.      //char seg[10]={0xC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90};  
  39.     code char seg[10]={0xC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90};  
  40.     char smgbuf[4]={1,2,3,4}; //從RAM的smgbuf這個地址開始連續存放4個數，并且每個數占一個單元。  
  41.     extern unsigned int count; //外部申明，表示并不在這里申明  
  42.      
  43.    void fill_smgbuf() //向LED緩沖區填充數據  
  44.    {  
  45.        smgbuf[0]=count/1000;  //千位  
  46.        smgbuf[1]=(count%1000)/100;  //百位  
  47.        smgbuf[2]=((count%1000)%100)/10;   //十位  
  48.        smgbuf[3]=((count%1000)%100)%10;   //個位  
  49.    }  
  50.      
  51.    void load_smg()   //將數碼管顯示緩沖區的數據，顯示到數碼管上  
  52.     {  
  53.        static char i;  
  54.        fill_smgbuf();  
  55.        i++;  
  56.        if(i>=4)  
  57.        {  
  58.            i=0;  
  59.        }  
  60.        P0=0xFF;   //消除上一個循環的影子  
  61.        P2 = ~(1<<i);  
  62.        P0 = seg[smgbuf[i]];      
  63.     }  
復制代碼

實驗六、實現按鈕控制數碼管上的數值加1或減1，并且當按住按鈕不放時，能實現快速的增減。

這里的關鍵點在于如何實現快速增減，具體請詳細分析代碼。代碼鏈接點擊打開鏈接

https://zhidao.baidu.com/question/561457023576622684.html

單片機中TCON和TMOD寄存器，無論是匯編程序還是C語言程序，都可以直接賦值。具體賦值多少，根據以上兩寄存器各位具體功能確定。

https://blog.csdn.net/zn2016/article/details/53353818

51定時器使用

2016年11月26日 18:56:03

閱讀數：1020

1.設置特殊功能寄存器TMOD，配置好工作模式。
TMOD中M0/M1的配置決定定時器（0或1）的工作模式。
M1  = 0,M0 = 0,工作模式0，由THn的8位和TLn的5位組成一個13位的定時器。
M1 = 0,M0 = 1,工作模式1，由THn和TLn組成1個16位的定時器。
M1 = 1,M0 = 0,工作模式2，8位自動重裝模式，定時器溢出后由THn重裝的TLn中。
M1 = 1,M0 = 1,工作模式3，禁用定時器1，定時器0變成兩個8位的定時器。
2.設置計數寄存器TH0,TL0的初值。
3.設置TCON,通過TR0置1，來讓定時器開始計數。
4.判斷TCON寄存器的TF0位，檢測定時器是否溢出。
注意：定時器計數溢出后，TF0會置位，如果沒有開定時器中斷則需要軟件清零TF0位。如果開定時器中斷則TF0位由硬件清理。謹記：定時器溢出后給TH0,TL0 重裝載值。
定時器在每一個機器周期計數向上加1。


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51單片機定時器的原理與使用.docx (1.34 MB, 下載次數: 52)



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沙發
ID:128463 發表于 2019-3-30 17:16 | 只看該作者
xiexie!!!
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