單片機學習之十四：定時器應用（模式1）

開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個二極管全亮；第八次8個二極管全滅。然后重頭開始循環(huán)。每次狀態(tài)轉換間隔時間是50ms。

二、實驗目的

掌握內(nèi)部定時/計數(shù)器的作定時功能（模式1）的應用

三、實驗任務分析：

看到這個實驗題目，大家可能會說，這個試驗難度不大，我們只要把這幾種燈光對應的輸出存到一個表里面，然后查表就可以啦，燈光轉換之間調用50ms的延時程序即可。 這樣的思路當然可以，但是，如果這樣作，我們就沒有必要寫這個試驗啦。今天，我們要老瓶裝新酒，看看這個50ms的定時時間除了用延時程序完成，還有沒有別的方法。以前的定時，我們常常采用延時程序來完成。其實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，所以延時程序作定時不是非常精確。由于日常的電子系統(tǒng)常常需要定時和計數(shù)的功能，所以MCS-51單片機內(nèi)部就自帶了兩個16位的寄存器，用來作定時/計數(shù)器，我們給它們起了名字，T0、T1。（我們的AT89S52里面有3個定時器，一般的程序兩個就夠啦，我們先介紹這兩個吧。）
現(xiàn)在就來學習這兩個定時/計數(shù)器的用法。這個試驗的實質，就是利用自帶的定時/計數(shù)器來產(chǎn)生50ms的定時。
先來看看這兩個定時/計數(shù)器的結構吧，如下圖所示。

1、定時器的結構：

從圖上可以看出，定時/計數(shù)器的核心是一個加1計數(shù)器（注：16位，計數(shù)范圍從0000h～ffffh），根據(jù)K0開關的不同方向，這個計數(shù)器可以對兩個脈沖來源計數(shù)，一個是系統(tǒng)的時鐘振蕩器，另外一個是外部的脈沖源。

2、定時器的工作方式

當計數(shù)器對系統(tǒng)時鐘脈沖計數(shù)的時候，由于系統(tǒng)時鐘是一個時間基準，所以脈沖數(shù)×脈沖周期就是一段固定時間，因此工作于定時方式；當計數(shù)器對外部的脈沖進行計數(shù)的時候（也就是對TX端計數(shù)，TX端我們用到的時候再解釋吧），就可用于對外部事件計數(shù)，工作于計數(shù)方式。我們這個試驗要產(chǎn)生50ms的定時，用的是定時功能，在后面的試驗里我們還要作計數(shù)功能的試驗。

我們發(fā)現(xiàn)，當k0向上打的時候，工作于定時方式，向下打的時候工作于計數(shù)方式。那么k0又是由什么控制的呢？
K0是一位模擬開關，方向受 這一位的控制，當 ＝0時，K0向上，工作于定時方式；當 =1時，K0向下，工作于計數(shù)方式。（注：數(shù)電教材的《AD轉換》一章有模擬開關的原理，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是用來控制定時/計數(shù)器的工作方式的，是一個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特殊功能寄存器，和別的特殊功能寄存器一樣，在內(nèi)部RAM的特殊功能寄存器區(qū)。）
看到了吧， 是tmod寄存器的D2和D6位，所以，如果我們想讓T0工作于定時方式，就應該把D2置0；如果要讓T0工作于計數(shù)方式，就應該把D2置1。對T1的控制也是一樣的。
注意，在這里我要特別說明一點，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（開中斷），clr ea（關中斷），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，我們不能單獨的對其中一位進行操作，而必須對整個寄存器進行賦值。而以前我們學過的ie、psw、tcon、acc這幾個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，大家可以參照相關教材，有很詳細的說明。
再看一下k1，它也是一個模擬開關，當與門輸出是1的時候，開關閉合，啟動計數(shù)器；當與門輸出是0的時候，開關打開，計數(shù)器停止。至于它如何控制我們稍后介紹。

3、定時時間的計算

好啦，知道了怎樣選擇定時還是計數(shù)方式，我們就要考慮一下定時時間的計算了。要計算定時時間，我們就要知道計數(shù)器的輸入脈沖周期是多少。實際上，計數(shù)器是對機器周期計數(shù)的，而我們也知道，1個機器周期＝12×振蕩周期，所以，計數(shù)器的輸入脈沖周期是：12×（1/12MHZ）=1us。

可見，要產(chǎn)生50ms的定時，只要計數(shù)器記50000個脈沖就可以啦。那么，怎樣讓計數(shù)器在記入了50000個脈沖后，向單片機發(fā)出一個消息，表示定時時間到呢？這就要用到我們以前學習過的概念－中斷啦。我們以前說過，單片機有5個中斷源，兩個是外部中斷 和 ，兩個是T0和T1的溢出中斷，還有一個是串行口中斷。我們以前用過外部中斷 ，這個試驗我們要用到T0的溢出中斷。

16位的計數(shù)器從0開始，記入216＝65536個脈沖的時候，會向外面產(chǎn)生溢出，這個溢出把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：順便說一下TF0和TF1，它是我們以前接觸過的tcon特殊功能寄存器中的兩位，tcon是一個可以“位尋址”的特殊功能寄存器，我們在試驗七中用這個寄存器設置過外部中斷的觸發(fā)方式，想不起來的話，回頭看看前面的實驗吧。）

4、計數(shù)初值的計算

繼續(xù)剛才的問題，16位的計數(shù)器要記入65536個脈沖才會產(chǎn)生溢出中斷，那么怎樣讓它在記入50000個脈沖后產(chǎn)生中斷呢？這就要用到我們在數(shù)電中間學習過的內(nèi)容啦。我們可以給計數(shù)器置一個初值65536－50000＝15536,這樣計數(shù)器在記入50000個脈沖之后就會產(chǎn)生溢出中斷了。

那么，怎樣給計數(shù)器置初值呢？T0和T1是兩個16位的計數(shù)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(shù)方式的時候，外部的計數(shù)脈沖輸入，也就是定時/計數(shù)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(shù)。15536變換成16進制的數(shù)是3CB0（注：轉換方法可以查閱數(shù)電教材《進制轉換》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(shù)器的啟動和停止

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，詳細說明可見試驗7），和cpu開啟中斷的前提下，我們就要啟動T0開始定時了。我們前面說過T0的啟動和停止是由圖10－1中與門的輸出決定的。當與門輸出是1的時候，T0啟動；當與門輸出是0的時候，T0停止。
那么什么時候與門輸出是1呢？從圖上可知有兩種情況。
（1）、當gate＝0時，只需要tr0＝1，即可啟動T0計數(shù)
（2）、當gate＝1，并且tr0＝1的時候，還需要int0＝1才能啟動T0計數(shù)

在該試驗中，我們用到第一種情況，也就是我們把gate賦值0，然后通過對tr0的置1和置0來啟動和停止計數(shù)器。這是一種常用的方式，至于第二種方式，我們以后通過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初始化的時候，要給d3賦值0。至于d4～d7都和T0沒有關系，可以是任何狀態(tài)。
再說說tr0的問題，它也是tcon寄存器中的一位，它的各位功能如下圖所示，我們把用到的作個簡單介紹。

1、TF0：T0的溢出中斷，當T0溢出的時候由硬件置位，在進入中斷服務程序后，由硬件清0，不用我們操作；TF1類似。（注：如果我們采用查詢方式，通過查詢TFx的狀態(tài)判斷是否到達定時，而不進入中斷服務程序，那就要對這1位用軟件清0啦！可不要忘啦?。?br /> TR0：當gate＝0時，置一啟動T0計數(shù)，置0停止T0計數(shù)；TR1類似

好啦，現(xiàn)在基本上分析清楚了，我們來看看主程序和中斷服務程序的流程圖吧。

四、程序流程圖：

五、實驗程序
（注意：在作這個試驗的時候，不要忘了把JMP0跳線置于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，工作于定時方式，詳細解釋見注釋
mov th0,#3ch ;T0置計數(shù)初值
mov tl0,#0b0h
setb et0 ;允許T0溢出中斷
setb ea ;cpu開中斷
setb tr0 ;啟動T0計數(shù)
ajmp $ ;等待

time0:inc r1 ;查表求燈光，輸出到p0口，詳細解釋見多位數(shù)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(shù)器已經(jīng)溢出，所以需要重設計數(shù)初值
mov tl0,#0b0h
reti

tab: db 0fah,0f5h,0afh,05fh ;按順序存儲燈光的表格
db 0aah,55h,00h,0ffh
end

六、幾點說明
我們來看看T0初始化的語句mov tmod,#01h，現(xiàn)在我們把tmod的各位功能詳細說明一下。

（1） d2是定時/計數(shù)方式選擇，這里應該把d2置0，選擇T0工作于定時方式
（2）d3也應該置0，這樣通過控制tr0即可啟動T0
（3）d1d0（M1M0）用來指明T0的位數(shù)，說明如下：
M1M0＝00：13位的計數(shù)器；
M1M0=01：16位計數(shù)器；
M1M0=10：可自動再裝入的8位計數(shù)器
M1M0=11：把定時器0分成兩個8位的計數(shù)器，或者關閉定時器1

（2） 在這個試驗中，由于定時50ms需要16位的計數(shù)器，故d1d0＝01
從上面的分析可見，我們給tmod可以賦值：XXXX0001，可以是01h，也可以是0f1h，大家隨便吧。

現(xiàn)在把這個程序下載到學習板上，看看效果吧。我們發(fā)現(xiàn)，燈光變換的速度太快啦，幾乎沒有辦法看清楚，原因很簡單，因為50ms的定時太短了。16位的計數(shù)器定時最多能夠達到65.536ms，那么如果我們需要更長時間的定時，比如仍然是剛才的試驗，但是時間要求是1s，該怎么辦呢？

其實也很簡單，我們設一個計數(shù)器，初值是0，每次T0溢出中斷的時候，給這個計數(shù)器加一。在主程序里，我們反復檢測這個計數(shù)器的值，達到20的時候調用燈光子程序就可以啦。
下面就是這個定時1s的程序，其中，我們用r2作這個計數(shù)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(shù)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(shù)初值
mov tl0,#0b0h
setb et0 ;允許T0溢出中斷
setb ea ;cpu開中斷
setb tr0 ;啟動T0開始計數(shù)

wait: cjne r2,#20,wait ;定時時間未到，繼續(xù)查詢等待
acall light ;定時時間到，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(shù)器重新賦初值

inc r1 ;查表求燈光，詳細解釋見試驗5“多位數(shù)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

;以下是中斷服務程序
time0: inc r2 ;計數(shù)器加1
mov th0,#3ch ;重置計數(shù)初值
mov tl0,#0b0h
reti ;中斷返回

tab: db 0fah,0f5h,0afh,05fh ;燈光變換表格
db 0aah,55h,00h,0ffh
end

好啦，把這個程序下載到學習板上，就會很清楚的看到燈光的變換方式啦。

在這個試驗里面，由于我們的定時時間較長，所以采用了16位的計數(shù)器，假如定時時間短的話，定時/計數(shù)器還可以采用別的工作方式，例如13位，或者8位等。