单片机学习之十四：定时器应用（模式1）

开机后程序作如下的灯光变换：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个二极管全亮；第八次8个二极管全灭。然后重头开始循环。每次状态转换间隔时间是50ms。

二、实验目的

掌握内部定时/计数器的作定时功能（模式1）的应用

三、实验任务分析：

看到这个实验题目，大家可能会说，这个试验难度不大，我们只要把这几种灯光对应的输出存到一个表里面，然后查表就可以啦，灯光转换之间调用50ms的延时程序即可。 这样的思路当然可以，但是，如果这样作，我们就没有必要写这个试验啦。今天，我们要老瓶装新酒，看看这个50ms的定时时间除了用延时程序完成，还有没有别的方法。以前的定时，我们常常采用延时程序来完成。其实这种方法不是很完美，由于程序的指令中还包含其他的判断指令，所以延时程序作定时不是非常精确。由于日常的电子系统常常需要定时和计数的功能，所以MCS-51单片机内部就自带了两个16位的寄存器，用来作定时/计数器，我们给它们起了名字，T0、T1。（我们的AT89S52里面有3个定时器，一般的程序两个就够啦，我们先介绍这两个吧。）
现在就来学习这两个定时/计数器的用法。这个试验的实质，就是利用自带的定时/计数器来产生50ms的定时。
先来看看这两个定时/计数器的结构吧，如下图所示。

1、定时器的结构：

从图上可以看出，定时/计数器的核心是一个加1计数器（注：16位，计数范围从0000h～ffffh），根据K0开关的不同方向，这个计数器可以对两个脉冲来源计数，一个是系统的时钟振荡器，另外一个是外部的脉冲源。

2、定时器的工作方式

当计数器对系统时钟脉冲计数的时候，由于系统时钟是一个时间基准，所以脉冲数×脉冲周期就是一段固定时间，因此工作于定时方式；当计数器对外部的脉冲进行计数的时候（也就是对TX端计数，TX端我们用到的时候再解释吧），就可用于对外部事件计数，工作于计数方式。我们这个试验要产生50ms的定时，用的是定时功能，在后面的试验里我们还要作计数功能的试验。

我们发现，当k0向上打的时候，工作于定时方式，向下打的时候工作于计数方式。那么k0又是由什么控制的呢？
K0是一位模拟开关，方向受 这一位的控制，当 ＝0时，K0向上，工作于定时方式；当 =1时，K0向下，工作于计数方式。（注：数电教材的《AD转换》一章有模拟开关的原理，大家可以查阅），
那么， 又是什么呢，它是特殊功能寄存器tmod中的一位。tmod是用来控制定时/计数器的工作方式的，是一个8位的寄存器，它的各位情况如下图所示：

（注：tmod是我们又新接触的一个特殊功能寄存器，和别的特殊功能寄存器一样，在内部RAM的特殊功能寄存器区。）
看到了吧， 是tmod寄存器的D2和D6位，所以，如果我们想让T0工作于定时方式，就应该把D2置0；如果要让T0工作于计数方式，就应该把D2置1。对T1的控制也是一样的。
注意，在这里我要特别说明一点，我们不能用setb指令给tmod的某一位置1，也不能用clr指令给某一位置0。为什么呢？记得我们以前对ie寄存器可以这样作：setb ea（开中断），clr ea（关中断），那么tmod寄存器为什么不行呢？
这是因为tmod寄存器是不能够“位寻址”的，也就是说，我们不能单独的对其中一位进行操作，而必须对整个寄存器进行赋值。而以前我们学过的ie、psw、tcon、acc这几个特殊功能寄存器却是可以“位寻址”的。具体的哪些寄存器可以位寻址，而哪些寄存器不行，大家可以参照相关教材，有很详细的说明。
再看一下k1，它也是一个模拟开关，当与门输出是1的时候，开关闭合，启动计数器；当与门输出是0的时候，开关打开，计数器停止。至于它如何控制我们稍后介绍。

3、定时时间的计算

好啦，知道了怎样选择定时还是计数方式，我们就要考虑一下定时时间的计算了。要计算定时时间，我们就要知道计数器的输入脉冲周期是多少。实际上，计数器是对机器周期计数的，而我们也知道，1个机器周期＝12×振荡周期，所以，计数器的输入脉冲周期是：12×（1/12MHZ）=1us。

可见，要产生50ms的定时，只要计数器记50000个脉冲就可以啦。那么，怎样让计数器在记入了50000个脉冲后，向单片机发出一个消息，表示定时时间到呢？这就要用到我们以前学习过的概念－中断啦。我们以前说过，单片机有5个中断源，两个是外部中断 和 ，两个是T0和T1的溢出中断，还有一个是串行口中断。我们以前用过外部中断 ，这个试验我们要用到T0的溢出中断。

16位的计数器从0开始，记入216＝65536个脉冲的时候，会向外面产生溢出，这个溢出把TFX置一，（注：TF0是T0的溢出中断标志，TF1是T1的溢出中断标志），从而向CPU申请中断，在进入中断处理程序后，由硬件对TFX清0，不需要我们操作。（注：顺便说一下TF0和TF1，它是我们以前接触过的tcon特殊功能寄存器中的两位，tcon是一个可以“位寻址”的特殊功能寄存器，我们在试验七中用这个寄存器设置过外部中断的触发方式，想不起来的话，回头看看前面的实验吧。）

4、计数初值的计算

继续刚才的问题，16位的计数器要记入65536个脉冲才会产生溢出中断，那么怎样让它在记入50000个脉冲后产生中断呢？这就要用到我们在数电中间学习过的内容啦。我们可以给计数器置一个初值65536－50000＝15536,这样计数器在记入50000个脉冲之后就会产生溢出中断了。

那么，怎样给计数器置初值呢？T0和T1是两个16位的计数器，我们可以把它们分为高8位THX和低8位TLX。Cpu和T0、T1之间的关系如下图所示（注：其中，P3.4和P3.5用作第二功能，是工作于计数方式的时候，外部的计数脉冲输入，也就是定时/计数器结构图10-1中的TX端。）

我们以T0为例，要给它置入初值15536，就要对高8位的TH0和低8位的TL0分别置数。15536变换成16进制的数是3CB0（注：转换方法可以查阅数电教材《进制转换》一章），所以我们就这样给T0置初值：mov th0,#3ch ；mov tl0,#0b0h，就可以啦。

5、计数器的启动和停止

在给T0置入初值之后，并且在允许T0溢出中断（注：由IE寄存器中的ET0控制，详细说明可见试验7），和cpu开启中断的前提下，我们就要启动T0开始定时了。我们前面说过T0的启动和停止是由图10－1中与门的输出决定的。当与门输出是1的时候，T0启动；当与门输出是0的时候，T0停止。
那么什么时候与门输出是1呢？从图上可知有两种情况。
（1）、当gate＝0时，只需要tr0＝1，即可启动T0计数
（2）、当gate＝1，并且tr0＝1的时候，还需要int0＝1才能启动T0计数

在该试验中，我们用到第一种情况，也就是我们把gate赋值0，然后通过对tr0的置1和置0来启动和停止计数器。这是一种常用的方式，至于第二种方式，我们以后通过试验给大家分析它们之间的不同。

Gate在哪里呢？大家再看看上面给出的tmod寄存器图，就是d3和d7位。所以我们在对T0初始化的时候，要给d3赋值0。至于d4～d7都和T0没有关系，可以是任何状态。
再说说tr0的问题，它也是tcon寄存器中的一位，它的各位功能如下图所示，我们把用到的作个简单介绍。

1、TF0：T0的溢出中断，当T0溢出的时候由硬件置位，在进入中断服务程序后，由硬件清0，不用我们操作；TF1类似。（注：如果我们采用查询方式，通过查询TFx的状态判断是否到达定时，而不进入中断服务程序，那就要对这1位用软件清0啦！可不要忘啦！）
TR0：当gate＝0时，置一启动T0计数，置0停止T0计数；TR1类似

好啦，现在基本上分析清楚了，我们来看看主程序和中断服务程序的流程图吧。

四、程序流程图：

五、实验程序
（注意：在作这个试验的时候，不要忘了把JMP0跳线置于1、2的位置，选择二极管显示单元）
org 0000h
ajmp main

org 000bh ;T0溢出中断入口地址
ajmp time0

org 0020h
main: clr p1.5
mov r1,#0ffh
mov sp,#70h ;设置堆栈
mov tmod,#01h ;T0初始化，工作于定时方式，详细解释见注释
mov th0,#3ch ;T0置计数初值
mov tl0,#0b0h
setb et0 ;允许T0溢出中断
setb ea ;cpu开中断
setb tr0 ;启动T0计数
ajmp $ ;等待

time0:inc r1 ;查表求灯光，输出到p0口，详细解释见多位数码显示试验
mov a,r1
mov dptr,#tab
movc a,@a+dptr
mov p0,a
cjne a,#0ffh,next
mov r1,#0ffh
next: mov th0,#3ch ;由于计数器已经溢出，所以需要重设计数初值
mov tl0,#0b0h
reti

tab: db 0fah,0f5h,0afh,05fh ;按顺序存储灯光的表格
db 0aah,55h,00h,0ffh
end

六、几点说明
我们来看看T0初始化的语句mov tmod,#01h，现在我们把tmod的各位功能详细说明一下。

（1） d2是定时/计数方式选择，这里应该把d2置0，选择T0工作于定时方式
（2）d3也应该置0，这样通过控制tr0即可启动T0
（3）d1d0（M1M0）用来指明T0的位数，说明如下：
M1M0＝00：13位的计数器；
M1M0=01：16位计数器；
M1M0=10：可自动再装入的8位计数器
M1M0=11：把定时器0分成两个8位的计数器，或者关闭定时器1

（2） 在这个试验中，由于定时50ms需要16位的计数器，故d1d0＝01
从上面的分析可见，我们给tmod可以赋值：XXXX0001，可以是01h，也可以是0f1h，大家随便吧。

现在把这个程序下载到学习板上，看看效果吧。我们发现，灯光变换的速度太快啦，几乎没有办法看清楚，原因很简单，因为50ms的定时太短了。16位的计数器定时最多能够达到65.536ms，那么如果我们需要更长时间的定时，比如仍然是刚才的试验，但是时间要求是1s，该怎么办呢？

其实也很简单，我们设一个计数器，初值是0，每次T0溢出中断的时候，给这个计数器加一。在主程序里，我们反复检测这个计数器的值，达到20的时候调用灯光子程序就可以啦。
下面就是这个定时1s的程序，其中，我们用r2作这个计数器。
org 0000h
ajmp main

org 000bh ;T0溢出中断入口地址·
ajmp time0

org 0020h
main: clr p1.5
mov r1,#0ffh
mov r2,#00h ;给计数器r2赋初值0

mov sp,#70h ;设置堆栈
mov tmod,#01h ;设置T0工作方式
mov th0,#3ch ;T0置计数初值
mov tl0,#0b0h
setb et0 ;允许T0溢出中断
setb ea ;cpu开中断
setb tr0 ;启动T0开始计数

wait: cjne r2,#20,wait ;定时时间未到，继续查询等待
acall light ;定时时间到，调用查表求灯光子程序
ajmp wait

;以下是查表求灯光子程序
light: mov r2,#00h ;计数器重新赋初值

inc r1 ;查表求灯光，详细解释见试验5“多位数码显示”
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

;以下是中断服务程序
time0: inc r2 ;计数器加1
mov th0,#3ch ;重置计数初值
mov tl0,#0b0h
reti ;中断返回

tab: db 0fah,0f5h,0afh,05fh ;灯光变换表格
db 0aah,55h,00h,0ffh
end

好啦，把这个程序下载到学习板上，就会很清楚的看到灯光的变换方式啦。

在这个试验里面，由于我们的定时时间较长，所以采用了16位的计数器，假如定时时间短的话，定时/计数器还可以采用别的工作方式，例如13位，或者8位等。