“单片机定时/计数器资源应用”课堂设计

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单片机内部的定时/计数器资源在生活中有广泛的应用。本文结合笔者实际教学的过程及任务介绍课堂设计。

首先介绍前一个任务――“控制流水灯显示”中的延时程序存在的问题，即：延时时间是用软件延时产生的，不够精确，从而引出本次课的任务――用定时/计数器控制信号灯闪烁，通过这一任务来学习单片机的定时/计数器资源。要实现定时/计数器控制信号灯闪烁，就要知道使用定时/计数器的步骤，要掌握使用定时/计数器的步骤，就要先了解单片机定时/计数器的工作原理，这就是本次课的教学内容。

一、单片机定时/计数器的工作原理

单片机本身是数字电路，它只能数脉冲。这个脉冲来自于两个地方：一个是18，19脚接的晶振产生的脉冲信号，这个脉冲信号到单片机内部经过12分频后提供给定时器，定时器每接收到1个脉冲就会自动把计的数加1，而这个脉冲的周期就是机器周期，对机器周期进行计数当然就实现了定时功能。计数脉冲的另一个来源是单片机输入引脚P3.4和P3.5的外部脉冲信号，因为外部脉冲的周期不确定，所以这一次实现的就是计数功能。由此可见，定时和计数的本质都是计数，只是计数的对象不同而已。因此，定时问题可以转换成计数问题。

刚才讲了单片机的定时/计数器每接到一个脉冲就自动把计的数加1，这个数就放在了TH0、TL0、TH1、TL1里。TH0、TL0、TH1、TL1称之为计数容器。

单片机的定时/计数器到底是怎样工作的呢？定时/计数器的计数也像是往一个水桶里注水一样，水桶里面先存了一些水，然后再一滴滴往里面注水，直到水桶满了溢出为止。先存的水加上后滴的水就等于水桶的容量。对于定时/计数器而言，水桶的容量相当于定时/计数器的计数范围，设为M，先存的水相当于定时/计数器的计数初值，设为X，后滴的水相当于要计的数值，设为T。实际上我们总是已知要计的数值T，而计数器的计数范围M是可以选择的，也就是可变的，而初值X是未知的。显然，M=X+T，因此我们首先确定定时/计数器的计数范围M，接着计算初值X并将X装入定时/计数器的计数容器中，再启动定时/计数器，它就开始工作了。下面就来具体介绍定时/计数器的工作步骤。

二、使用定时/计数器的步骤

1.设置工作方式

设置工作方式可以解决两个问题：选择定时或计数功能，确定计数范围M。这两个功能合称为设置工作方式。设置工作方式是通过配置工作方式寄存器TMOD来实现的。具体用到的是这条指令：MOV TMOD，#XXH。究竟为TMOD送什么值，就要看TMOD的格式了。TMOD的高四位为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义是相同的。

提问：定时1s，应该选用哪种工作方式？怎样初始化呢？ 1s=106us，超出了任何一种工作方式的最长定时时间，那么是不是就不能定时1s了呢？实际上可以利用循环，把1s可以转换成10ms×100次，20ms×50次或者50ms×20次，这样可以定时小的时间，再循环一定的次数就可以实现了。定时1s，可以选用工作方式1；如果选用定时器0，则用MOV TMOD，#01H；如果选用定时器1，则用MOV TMOD，#10H。当完成了初始化以后，就该设定计数初值了。

2.预置计数初值。

要计的数值T是已知的，计数范围M也已经确定了，那么计数初值X=M-T，将X装入16位计数容器就称为预置计数初值。预置初值是通过这两条指令实现的。

MOV TH0， #XXH

MOV TL0， #XXH

首先我们根据刚才讲过的计数器工作原理来计算定时1s的计数初值。

10ms=10000μs，1个机器周期是1μs，计数器加1，因此10000μs就要计数10000次，最大值是65536，所以初始值应该设为65536-10000=55536。55536转换为16进制数是3CB0，所以，应该通过以下两条指令预置计数初值。

MOV TH0， #3CH

MOV TL0， #0B0H

完成了TMOD的初始化，又设定好了计数初值后，就该启动定时/计数器工作了，这是靠控制寄存器TCON完成的。

3.启动定时

TCON的作用是控制定时/计数器的启动、停止，标志定时/计数器的溢出和中断情况。定时/计数器控制TCON的格式如下图所示。

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TOCN中的低4位用于控制外部中断，与定时/计数器无关，将在中断系统介绍。

TR1：定时/计数器1运行控制位。

TR0：定时/计数器0运行控制位。

通过指令SETB TR0/TR1将相应的位置1就可以启动定时或计数了，就像赛跑时开发令枪就开始比赛一样。

TF0：定时/计数器0溢出标志位。

TF1：定时/计数器1溢出标志位。

当定时/计数器1计满溢出时，由硬件自动设置TF1=1，根据TF标志位CPU就知道什么时候定时结束了。

4.查询等待完成定时

查询等待完成定时通过这一条指令就可以了：JBC TF0/TF1，LP。

通过上面的介绍，学生已经知道使用定时/计数器的步骤了，接下来就综合以上各步，实现用定时/计数器控制信号灯闪烁，延时1s。

参考文献：

范红刚，魏学海，任思.51单片机自学笔记[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.