51單片機定時器/計數器的結構和原理

2021-01-08 電子產品世界

  定時器/計數器簡稱定時器,其作用主要包括產生各種時標間隔、記錄外部事件的數量等,是微機中最常用、最基本的部件之一。803l單片機有2個16位的定時器/計數器:定時器0(T0)和定時器1(T1)。

  T0由2個定時寄存器TH0和TL0構成,T1則由TH1和TL1構成,它們都分別映射在特殊功能寄存器中,從而可以通過對特殊功能寄存器中這些寄存器的讀寫來實現對這兩個定時器的操作。作定時器時,每一個機器周期定時寄存器自動加l,所以定時器也可看作是計量機器周期的計數器。由於每個機器周期為12個時鐘振蕩周期,所以定時的解析度是時鐘振蕩頻率的1/12。作計數器時,只要在單片機外部引腳T0(或T1)有從1到0電平的負跳變,計數器就自動加1。計數的最高頻率一般為振蕩頻率的l/24。

  工作方式:

  T0或T1無論用作定時器或計數器都有4種工作方式:方式0、方式1、方式2和方式3。除方式3外,T0和T1有完全相同的工作狀態。下面以T1為例,分述各種工作方式的特點和用法。

  1、工作方式0:

  13位方式由TL1的低5位和TH1的8位構成13位計數器(TL1的高3位無效)。工作方式0的結構見下圖:

  圖中,C/T為定時/計數選擇:C/T=0,T1為定時器,定時信號為振蕩周期12分頻後的脈衝;C/T=l,T1為計數器,計數信號來自引腳T1的外部信號。

  定時器T1能否啟動工作,還受到了R1、GATE和引腳信號INT1的控制。由圖中的邏輯電路可知,當GATE=0時,只要TR1=1就可打開控制門,使定時器工作;當GATE=1時,只有TR1=1且INT1=1,才可打開控制門。GATE,TR1,C/T的狀態選擇由定時器的控制寄存器TMOD,TCON中相應位狀態確定,INT1則是外部引腳上的信號。

  在一般的應用中,通常使GATE=0,從而由TRl的狀態控制Tl的開閉:TRl=1,打開T1;TRl=0,關閉T1。在特殊的應用場合,例如利用定時器測量接於INT1引腳上的外部脈衝高電平的寬度時,可使GATE=1,TRl=1。當外部脈衝出現上升沿,亦即INT1由0變1電平時,啟動T1定時,測量開始;一旦外部脈衝出現下降沿,亦即INT1由l變O時就關閉了T1。

  定時器啟動後,定時或計數脈衝加到TLl的低5位,從預先設置的初值(時間常數)開始不斷增1。TL1計滿後,向THl進位。當TL1和THl都計滿之後,置位T1的定時器回零標誌TFl,以此表明定時時間或計數次數已到,以供查詢或在打開中斷的條件下,可向CPU請求中斷。如需進一步定時/計數,需用指令重置時間常數。

  2、工作方式1:

  16位方式。與工作方式0基本相同,區別僅在於工作方式1的計數器TL1和TH1組成16位計數器,從而比工作方式0有更寬的定時/計數範圍。工作方式1的結構見下圖。


  3、工作方式2

  8位自動裝入時間常數方式。由TLl構成8位計數器,THl僅用來存放時間常數。啟動T1前,TLl和THl裝入相同的時間常數,當TL1計滿後,除定時器回零標誌TFl置位,具有向CPU請求中斷的條件外,THl中的時間常數還會自動地裝入TLl,並重新開始定時或計數。所以,工作方式2是一種自動裝入時間常數的8位計數器方式。由於這種方式不需要指令重裝時間常數,因而操作方便,在允許的條件下,應儘量使用這種工作方式。當然,這種方式的定時/計數範圍要小於方式0和方式1。工作方式2的結構見下圖.

  4、工作方式3

  2個8位方式。工作方式3隻適用於定時器0。如果使定時器1為工作方式3,則定時器1將處於關閉狀態。

  當T0為工作方式3時,THo和TL0分成2個獨立的8位計數器。其中,TL0既可用作定時器,又可用作計數器,並使用原T0的所有控制位及其定時器回零標誌和中斷源。TH0隻能用作定時器,並使用T1的控制位TRl、回零標誌TFl和中斷源,見下圖。

  通常情況下,T0不運行於工作方式3,只有在T1處於工作方式2,並不要求中斷的條件下才可能使用。這時,T1往往用作串行口波特率發生器(見1.4),TH0用作定時器,TL0作為定時器或計數器。所以,方式3是為了使單片機有1個獨立的定時器/計數器、1個定時器以及1個串行口波特率發生器的應用場合而特地提供的。這時,可把定時器l用於工作方式2,把定時器0用於工作方式3。

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