單片機學(xué)習之十四：定時(shí)器應用（模式1）
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開(kāi)機后程序作如下的燈光變換：第一次led0、led2亮；第二次led1、led3亮；第三次led4、led6亮；第四次led5、led7亮；第五次led0、led2、led4、led6亮；第六次led1、led3、led5、led7亮；第七次8個(gè)二極管全亮；第八次8個(gè)二極管全滅。然后重頭開(kāi)始循環(huán)。每次狀態(tài)轉換間隔時(shí)間是50ms。
二、實(shí)驗目的
掌握內部定時(shí)/計數器的作定時(shí)功能（模式1）的應用
三、實(shí)驗任務(wù)分析：
看到這個(gè)實(shí)驗題目，大家可能會(huì )說(shuō)，這個(gè)試驗難度不大，我們只要把這幾種燈光對應的輸出存到一個(gè)表里面，然后查表就可以啦，燈光轉換之間調用50ms的延時(shí)程序即可。 這樣的思路當然可以，但是，如果這樣作，我們就沒(méi)有必要寫(xiě)這個(gè)試驗啦。今天，我們要老瓶裝新酒，看看這個(gè)50ms的定時(shí)時(shí)間除了用延時(shí)程序完成，還有沒(méi)有別的方法。以前的定時(shí)，我們常常采用延時(shí)程序來(lái)完成。其實(shí)這種方法不是很完美，由于程序的指令中還包含其他的判斷指令，所以延時(shí)程序作定時(shí)不是非常精確。由于日常的電子系統常常需要定時(shí)和計數的功能，所以MCS-51單片機內部就自帶了兩個(gè)16位的寄存器，用來(lái)作定時(shí)/計數器，我們給它們起了名字，T0、T1。（我們的AT89S52里面有3個(gè)定時(shí)器，一般的程序兩個(gè)就夠啦，我們先介紹這兩個(gè)吧。）
現在就來(lái)學(xué)習這兩個(gè)定時(shí)/計數器的用法。這個(gè)試驗的實(shí)質(zhì)，就是利用自帶的定時(shí)/計數器來(lái)產(chǎn)生50ms的定時(shí)。
先來(lái)看看這兩個(gè)定時(shí)/計數器的結構吧，如下圖所示。
1、定時(shí)器的結構：
從圖上可以看出，定時(shí)/計數器的核心是一個(gè)加1計數器（注：16位，計數范圍從0000h～ffffh），根據K0開(kāi)關(guān)的不同方向，這個(gè)計數器可以對兩個(gè)脈沖來(lái)源計數，一個(gè)是系統的時(shí)鐘振蕩器，另外一個(gè)是外部的脈沖源。
2、定時(shí)器的工作方式
當計數器對系統時(shí)鐘脈沖計數的時(shí)候，由于系統時(shí)鐘是一個(gè)時(shí)間基準，所以脈沖數×脈沖周期就是一段固定時(shí)間，因此工作于定時(shí)方式；當計數器對外部的脈沖進(jìn)行計數的時(shí)候（也就是對TX端計數，TX端我們用到的時(shí)候再解釋吧），就可用于對外部事件計數，工作于計數方式。我們這個(gè)試驗要產(chǎn)生50ms的定時(shí)，用的是定時(shí)功能，在后面的試驗里我們還要作計數功能的試驗。
我們發(fā)現，當k0向上打的時(shí)候，工作于定時(shí)方式，向下打的時(shí)候工作于計數方式。那么k0又是由什么控制的呢？
K0是一位模擬開(kāi)關(guān)，方向受 這一位的控制，當 ＝0時(shí)，K0向上，工作于定時(shí)方式；當 =1時(shí)，K0向下，工作于計數方式。（注：數電教材的《AD轉換》一章有模擬開(kāi)關(guān)的原理，大家可以查閱），
那么， 又是什么呢，它是特殊功能寄存器tmod中的一位。tmod是用來(lái)控制定時(shí)/計數器的工作方式的，是一個(gè)8位的寄存器，它的各位情況如下圖所示：
（注：tmod是我們又新接觸的一個(gè)特殊功能寄存器，和別的特殊功能寄存器一樣，在內部RAM的特殊功能寄存器區。）
看到了吧， 是tmod寄存器的D2和D6位，所以，如果我們想讓T0工作于定時(shí)方式，就應該把D2置0；如果要讓T0工作于計數方式，就應該把D2置1。對T1的控制也是一樣的。
注意，在這里我要特別說(shuō)明一點(diǎn)，我們不能用setb指令給tmod的某一位置1，也不能用clr指令給某一位置0。為什么呢？記得我們以前對ie寄存器可以這樣作：setb ea（開(kāi)中斷），clr ea（關(guān)中斷），那么tmod寄存器為什么不行呢？
這是因為tmod寄存器是不能夠“位尋址”的，也就是說(shuō)，我們不能單獨的對其中一位進(jìn)行操作，而必須對整個(gè)寄存器進(jìn)行賦值。而以前我們學(xué)過(guò)的ie、psw、tcon、acc這幾個(gè)特殊功能寄存器卻是可以“位尋址”的。具體的哪些寄存器可以位尋址，而哪些寄存器不行，大家可以參照相關(guān)教材，有很詳細的說(shuō)明。
再看一下k1，它也是一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)，當與門(mén)輸出是1的時(shí)候，開(kāi)關(guān)閉合，啟動(dòng)計數器；當與門(mén)輸出是0的時(shí)候，開(kāi)關(guān)打開(kāi)，計數器停止。至于它如何控制我們稍后介紹。
3、定時(shí)時(shí)間的計算
好啦，知道了怎樣選擇定時(shí)還是計數方式，我們就要考慮一下定時(shí)時(shí)間的計算了。要計算定時(shí)時(shí)間，我們就要知道計數器的輸入脈沖周期是多少。實(shí)際上，計數器是對機器周期計數的，而我們也知道，1個(gè)機器周期＝12×振蕩周期，所以，計數器的輸入脈沖周期是：12×（1/12MHZ）=1us。
可見(jiàn)，要產(chǎn)生50ms的定時(shí)，只要計數器記50000個(gè)脈沖就可以啦。那么，怎樣讓計數器在記入了50000個(gè)脈沖后，向單片機發(fā)出一個(gè)消息，表示定時(shí)時(shí)間到呢？這就要用到我們以前學(xué)習過(guò)的概念－中斷啦。我們以前說(shuō)過(guò)，單片機有5個(gè)中斷源，兩個(gè)是外部中斷 和 ，兩個(gè)是T0和T1的溢出中斷，還有一個(gè)是串行口中斷。我們以前用過(guò)外部中斷 ，這個(gè)試驗我們要用到T0的溢出中斷。
16位的計數器從0開(kāi)始，記入216＝65536個(gè)脈沖的時(shí)候，會(huì )向外面產(chǎn)生溢出，這個(gè)溢出把TFX置一，（注：TF0是T0的溢出中斷標志，TF1是T1的溢出中斷標志），從而向CPU申請中斷，在進(jìn)入中斷處理程序后，由硬件對TFX清0，不需要我們操作。（注：順便說(shuō)一下TF0和TF1，它是我們以前接觸過(guò)的tcon特殊功能寄存器中的兩位，tcon是一個(gè)可以“位尋址”的特殊功能寄存器，我們在試驗七中用這個(gè)寄存器設置過(guò)外部中斷的觸發(fā)方式，想不起來(lái)的話(huà)，回頭看看前面的實(shí)驗吧。）
4、計數初值的計算
繼續剛才的問(wèn)題，16位的計數器要記入65536個(gè)脈沖才會(huì )產(chǎn)生溢出中斷，那么怎樣讓它在記入50000個(gè)脈沖后產(chǎn)生中斷呢？這就要用到我們在數電中間學(xué)習過(guò)的內容啦。我們可以給計數器置一個(gè)初值65536－50000＝15536,這樣計數器在記入50000個(gè)脈沖之后就會(huì )產(chǎn)生溢出中斷了。
那么，怎樣給計數器置初值呢？T0和T1是兩個(gè)16位的計數器，我們可以把它們分為高8位THX和低8位TLX。Cpu和T0、T1之間的關(guān)系如下圖所示（注：其中，P3.4和P3.5用作第二功能，是工作于計數方式的時(shí)候，外部的計數脈沖輸入，也就是定時(shí)/計數器結構圖10-1中的TX端。）
我們以T0為例，要給它置入初值15536，就要對高8位的TH0和低8位的TL0分別置數。15536變換成16進(jìn)制的數是3CB0（注：轉換方法可以查閱數電教材《進(jìn)制轉換》一章），所以我們就這樣給T0置初值：mov th0,#3ch ；mov tl0,#0b0h，就可以啦。
5、計數器的啟動(dòng)和停止
在給T0置入初值之后，并且在允許T0溢出中斷（注：由IE寄存器中的ET0控制，詳細說(shuō)明可見(jiàn)試驗7），和cpu開(kāi)啟中斷的前提下，我們就要啟動(dòng)T0開(kāi)始定時(shí)了。我們前面說(shuō)過(guò)T0的啟動(dòng)和停止是由圖10－1中與門(mén)的輸出決定的。當與門(mén)輸出是1的時(shí)候，T0啟動(dòng)；當與門(mén)輸出是0的時(shí)候，T0停止。
那么什么時(shí)候與門(mén)輸出是1呢？從圖上可知有兩種情況。
（1）、當gate＝0時(shí)，只需要tr0＝1，即可啟動(dòng)T0計數
（2）、當gate＝1，并且tr0＝1的時(shí)候，還需要int0＝1才能啟動(dòng)T0計數
在該試驗中，我們用到第一種情況，也就是我們把gate賦值0，然后通過(guò)對tr0的置1和置0來(lái)啟動(dòng)和停止計數器。這是一種常用的方式，至于第二種方式，我們以后通過(guò)試驗給大家分析它們之間的不同。
Gate在哪里呢？大家再看看上面給出的tmod寄存器圖，就是d3和d7位。所以我們在對T0初始化的時(shí)候，要給d3賦值0。至于d4～d7都和T0沒(méi)有關(guān)系，可以是任何狀態(tài)。
再說(shuō)說(shuō)tr0的問(wèn)題，它也是tcon寄存器中的一位，它的各位功能如下圖所示，我們把用到的作個(gè)簡(jiǎn)單介紹。
1、TF0：T0的溢出中斷，當T0溢出的時(shí)候由硬件置位，在進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，由硬件清0，不用我們操作；TF1類(lèi)似。（注：如果我們采用查詢(xún)方式，通過(guò)查詢(xún)TFx的狀態(tài)判斷是否到達定時(shí)，而不進(jìn)入中斷服務(wù)程序，那就要對這1位用軟件清0啦！可不要忘啦?。?br /> TR0：當gate＝0時(shí)，置一啟動(dòng)T0計數，置0停止T0計數；TR1類(lèi)似
好啦，現在基本上分析清楚了，我們來(lái)看看主程序和中斷服務(wù)程序的流程圖吧。
四、程序流程圖：
五、實(shí)驗程序
（注意：在作這個(gè)試驗的時(shí)候，不要忘了把JMP0跳線(xiàn)置于1、2的位置，選擇二極管顯示單元）
org 0000h
ajmp main
org 000bh ;T0溢出中斷入口地址
ajmp time0
org 0020h
main: clr p1.5
mov r1,#0ffh
mov sp,#70h ;設置堆棧
mov tmod,#01h ;T0初始化，工作于定時(shí)方式，詳細解釋見(jiàn)注釋
mov th0,#3ch ;T0置計數初值
mov tl0,#0b0h
setb et0 ;允許T0溢出中斷
setb ea ;cpu開(kāi)中斷
setb tr0 ;啟動(dòng)T0計數
ajmp $ ;等待
time0:inc r1 ;查表求燈光，輸出到p0口，詳細解釋見(jiàn)多位數碼顯示試驗
mov a,r1
mov dptr,#tab
movc a,@a+dptr
mov p0,a
cjne a,#0ffh,next
mov r1,#0ffh
next: mov th0,#3ch ;由于計數器已經(jīng)溢出，所以需要重設計數初值
mov tl0,#0b0h
reti
tab: db 0fah,
db 0aah,55h,00h,0ffh
end
六、幾點(diǎn)說(shuō)明
我們來(lái)看看T0初始化的語(yǔ)句mov tmod,#01h，現在我們把tmod的各位功能詳細說(shuō)明一下。
（1） d2是定時(shí)/計數方式選擇，這里應該把d2置0，選擇T0工作于定時(shí)方式
（2）d3也應該置0，這樣通過(guò)控制tr0即可啟動(dòng)T0
（3）d1d0（M
M
M
M
M
（2） 在這個(gè)試驗中，由于定時(shí)50ms需要16位的計數器，故d1d0＝01
從上面的分析可見(jiàn)，我們給tmod可以賦值：XXXX0001，可以是01h，也可以是
現在把這個(gè)程序下載到學(xué)習板上，看看效果吧。我們發(fā)現，燈光變換的速度太快啦，幾乎沒(méi)有辦法看清楚，原因很簡(jiǎn)單，因為50ms的定時(shí)太短了。16位的計數器定時(shí)最多能夠達到65.536ms，那么如果我們需要更長(cháng)時(shí)間的定時(shí)，比如仍然是剛才的試驗，但是時(shí)間要求是1s，該怎么辦呢？
其實(shí)也很簡(jiǎn)單，我們設一個(gè)計數器，初值是0，每次T0溢出中斷的時(shí)候，給這個(gè)計數器加一。在主程序里，我們反復檢測這個(gè)計數器的值，達到20的時(shí)候調用燈光子程序就可以啦。
下面就是這個(gè)定時(shí)1s的程序，其中，我們用r2作這個(gè)計數器。
org 0000h
ajmp main
org 000bh ;T0溢出中斷入口地址·
ajmp time0
org 0020h
main: clr p1.5
mov r1,#0ffh
mov r2,#00h ;給計數器r2賦初值0
mov sp,#70h ;設置堆棧
mov tmod,#01h ;設置T0工作方式
mov th0,#3ch ;T0置計數初值
mov tl0,#0b0h
setb et0 ;允許T0溢出中斷
setb ea ;cpu開(kāi)中斷
setb tr0 ;啟動(dòng)T0開(kāi)始計數
wait: cjne r2,#20,wait ;定時(shí)時(shí)間未到，繼續查詢(xún)等待
acall light ;定時(shí)時(shí)間到，調用查表求燈光子程序
ajmp wait
;以下是查表求燈光子程序
light: mov r2,#00h ;計數器重新賦初值
inc r1 ;查表求燈光，詳細解釋見(jiàn)試驗5“多位數碼顯示”
mov a,r1
mov dptr,#tab
movc a,@a+dptr
mov p0,a
cjne a,#0ffh,next
mov r1,#0ffh
next: ret ;子程序返回
;以下是中斷服務(wù)程序
time0: inc r2 ;計數器加1
mov th0,#3ch ;重置計數初值
mov tl0,#0b0h
reti ;中斷返回
tab: db 0fah,
db 0aah,55h,00h,0ffh
end
好啦，把這個(gè)程序下載到學(xué)習板上，就會(huì )很清楚的看到燈光的變換方式啦。
在這個(gè)試驗里面，由于我們的定時(shí)時(shí)間較長(cháng)，所以采用了16位的計數器，假如定時(shí)時(shí)間短的話(huà)，定時(shí)/計數器還可以采用別的工作方式，例如13位，或者8位等。
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