高娟 高英 崔艷萍

單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器資源在生活中有廣泛的應用。本文結合筆者實際教學的過程及任務介紹課堂設計。

首先介紹前一個任務——“控制流水燈顯示”中的延時程序存在的問題，即：延時時間是用軟件延時產(chǎn)生的，不夠精確，從而引出本次課的任務——用定時/計數(shù)器控制信號燈閃爍，通過這一任務來學習單片機的定時/計數(shù)器資源。要實現(xiàn)定時/計數(shù)器控制信號燈閃爍，就要知道使用定時/計數(shù)器的步驟，要掌握使用定時/計數(shù)器的步驟，就要先了解單片機定時/計數(shù)器的工作原理，這就是本次課的教學內(nèi)容。

一、單片機定時/計數(shù)器的工作原理

單片機本身是數(shù)字電路，它只能數(shù)脈沖。這個脈沖來自于兩個地方：一個是18，19腳接的晶振產(chǎn)生的脈沖信號，這個脈沖信號到單片機內(nèi)部經(jīng)過12分頻后提供給定時器，定時器每接收到1個脈沖就會自動把計的數(shù)加1，而這個脈沖的周期就是機器周期，對機器周期進行計數(shù)當然就實現(xiàn)了定時功能。計數(shù)脈沖的另一個來源是單片機輸入引腳P3.4和P3.5的外部脈沖信號，因為外部脈沖的周期不確定，所以這一次實現(xiàn)的就是計數(shù)功能。由此可見，定時和計數(shù)的本質(zhì)都是計數(shù)，只是計數(shù)的對象不同而已。因此，定時問題可以轉(zhuǎn)換成計數(shù)問題。

剛才講了單片機的定時/計數(shù)器每接到一個脈沖就自動把計的數(shù)加1，這個數(shù)就放在了TH0、TL0、TH1、TL1里。TH0、TL0、TH1、TL1稱之為計數(shù)容器。

單片機的定時/計數(shù)器到底是怎樣工作的呢？定時/計數(shù)器的計數(shù)也像是往一個水桶里注水一樣，水桶里面先存了一些水，然后再一滴滴往里面注水，直到水桶滿了溢出為止。先存的水加上后滴的水就等于水桶的容量。對于定時/計數(shù)器而言，水桶的容量相當于定時/計數(shù)器的計數(shù)范圍，設為M，先存的水相當于定時/計數(shù)器的計數(shù)初值，設為X，后滴的水相當于要計的數(shù)值，設為T。實際上我們總是已知要計的數(shù)值T，而計數(shù)器的計數(shù)范圍M是可以選擇的，也就是可變的，而初值X是未知的。顯然，M=X+T，因此我們首先確定定時/計數(shù)器的計數(shù)范圍M，接著計算初值X并將X裝入定時/計數(shù)器的計數(shù)容器中，再啟動定時/計數(shù)器，它就開始工作了。下面就來具體介紹定時/計數(shù)器的工作步驟。

二、使用定時/計數(shù)器的步驟

1.設置工作方式

設置工作方式可以解決兩個問題：選擇定時或計數(shù)功能，確定計數(shù)范圍M。這兩個功能合稱為設置工作方式。設置工作方式是通過配置工作方式寄存器TMOD來實現(xiàn)的。具體用到的是這條指令：MOV TMOD，#XXH。究竟為TMOD送什么值，就要看TMOD的格式了。TMOD的高四位為T1的方式字段，低四位是T0的方式字段。高四位和低四位的含義是相同的。

提問：定時1s，應該選用哪種工作方式？怎樣初始化呢？ 1s=106us，超出了任何一種工作方式的最長定時時間，那么是不是就不能定時1s了呢？實際上可以利用循環(huán)，把1s可以轉(zhuǎn)換成10ms×100次，20ms×50次或者50ms×20次，這樣可以定時小的時間，再循環(huán)一定的次數(shù)就可以實現(xiàn)了。定時1s，可以選用工作方式1；如果選用定時器0，則用MOV TMOD，#01H；如果選用定時器1，則用MOV TMOD，#10H。當完成了初始化以后，就該設定計數(shù)初值了。

2.預置計數(shù)初值。

要計的數(shù)值T是已知的，計數(shù)范圍M也已經(jīng)確定了，那么計數(shù)初值X=M-T，將X裝入16位計數(shù)容器就稱為預置計數(shù)初值。預置初值是通過這兩條指令實現(xiàn)的。

MOV TH0， #XXH

MOV TL0， #XXH

首先我們根據(jù)剛才講過的計數(shù)器工作原理來計算定時1s的計數(shù)初值。

10ms=10000μs，1個機器周期是1μs，計數(shù)器加1，因此10000μs就要計數(shù)10000次，最大值是65536，所以初始值應該設為65536-10000=55536。55536轉(zhuǎn)換為16進制數(shù)是3CB0，所以，應該通過以下兩條指令預置計數(shù)初值。

MOV TH0， #3CH

MOV TL0， #0B0H

完成了TMOD的初始化，又設定好了計數(shù)初值后，就該啟動定時/計數(shù)器工作了，這是靠控制寄存器TCON完成的。

3.啟動定時

TCON的作用是控制定時/計數(shù)器的啟動、停止，標志定時/計數(shù)器的溢出和中斷情況。定時/計數(shù)器控制TCON的格式如下圖所示。

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TOCN中的低4位用于控制外部中斷，與定時/計數(shù)器無關，將在中斷系統(tǒng)介紹。

TR1：定時/計數(shù)器1運行控制位。

TR0：定時/計數(shù)器0運行控制位。

通過指令SETB TR0/TR1將相應的位置1就可以啟動定時或計數(shù)了，就像賽跑時開發(fā)令槍就開始比賽一樣。

TF0：定時/計數(shù)器0溢出標志位。

TF1：定時/計數(shù)器1溢出標志位。

當定時/計數(shù)器1計滿溢出時，由硬件自動設置TF1=1，根據(jù)TF標志位CPU就知道什么時候定時結束了。

4.查詢等待完成定時

查詢等待完成定時通過這一條指令就可以了：JBC TF0/TF1，LP。

通過上面的介紹，學生已經(jīng)知道使用定時/計數(shù)器的步驟了，接下來就綜合以上各步，實現(xiàn)用定時/計數(shù)器控制信號燈閃爍，延時1s。

參考文獻：

范紅剛，魏學海，任思璟.51單片機自學筆記[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.