利用单片机定时器实现信号采样和PWM控制
利用单片机定时器实现信号采样和PWM控制
PWM控制方式广泛应用于各种控制系统中，但对脉冲宽度的调节一般采用硬件来实现。如使用PWM控制器或在系统中增加PWM电路[1]等，则成本高、响应速度慢，而且PWM控制器与系统之间存在兼容问题。另外，控制系统中的信号采样通常是由A/D转换器来完成，因此检测精度要求较高时，调理电路复杂，而且因A/D的位数高，从而使设计的系统成本居高不下。
本文以应用于温度控制系统为例，介绍利用Motorola公司生产的新型单片机MSP430F413内的定时器Time_A 设计可以用时间量进行温度采样以及实现PWM调节的方法。为了可在使用少量外围电路的情况下实现控制系统的高精度测量和控制，一方面用时间量采样，在省去1片A/D的情况下得到12位的高精度；另一方面在定时中断内完全用软件实现PWM调节，以易于进行数据的通信和显示。该系统在中断内可以解决波形产生的实时在线计算和计算精度问题，可精确、实时地计算设定频率下的脉冲宽度。
1 单片机MSP430F413及定时器
MSP430系列的单片机F413在超低功耗和功能集成上都有一定的特色，可大大减小外围电路的复杂性，它的实时处理能力及各种外围模块使其可应用在多个低功耗领域[2]。MSP430F413中通用16位定时器Timer_A有如下主要功能模块。
(1)一个可连续递增计数至预定值并返回0的计数器。
(2)软件可选择时钟源。
(3)5个捕获/比较寄存器，每个有独立的捕获事件。
(4)5个输出模块，支持脉宽调制的需要。
定时器控制寄存器TACTL的各位可控制Timer_A的配置，并定义16位定时器的基本操作，可选择原始频率或分频后的输入时钟源及4种工作模式。另外还有清除功能和溢出中断控制位。5个捕获/比较寄存器CCRx的操作相同，它们通过各自的控制寄存器CCTLx进行配置。
2 时间量采样及PWM控制的实现原理
以应用于温度控制系统为例，介绍用定时器实现信号采样和PWM控制的方法。该温度控制系统包括单片机、温度测量电路、负载驱动电路及电源控制、低电压检测和显示电路等其他外围部分。
单片机MSP430F413中用于测量和控制温度的主要I/O口有：
P1.0：输出50Hz方波，用于产生三角波。
P1.2：驱动温度控制执行元件，2kHz方波PWM输出。
P2.0：脉宽捕捉。
2.1 单片机端口的中断设置
温度控制系统的50Hz方波输出、PWM输出和输入捕捉都是由定时中断来实现。这3个中断分别由P0、P1和P2口的外围模块引起，属于外部可屏蔽中断。初始化时，对这3个I/O口进行中断设置，并对Time_A 控制寄存器TACTL设置，包括输入信号2分频、选用辅助时钟ACLK等。当定义完捕获/比较寄存器后，重新赋值TACTL，启动定时器，开始连续递增计数。
2.2 脉宽捕捉实现温度值的采样
温度测量电路将温度值转换为电压值，同时单片机产生的50Hz方波经电容充放电电路变换得到同频率的三角波，其电压值切割三角波，从而将温度值转换为相应宽度的脉冲送入单片机。波形变化如图1所示。
通过设置CCTLx中的模式位，可将对应的捕获/比较寄存器CCRx设定为捕获模式，用于时间事件的精确定位。如果在选定的输入引脚上发生选定脉冲的触发沿，则定时器计数的值将被复制到CCRx中。根据这一原理，选定P2.0为输入引脚，设置CCTL2为捕获模式，所测温度值由模拟量经测量电路转换为脉冲后，P2.0捕捉脉冲下降沿，进入中断T2，得到与温度值一致的单位时间内的脉冲数，存入CCR2作进一步处理。
这样，系统就在不使用A/D转换器的情况下完成了模数转换。因为单片机的时钟精确度高，而且时间量是一个相对精度极高的量，但本系统中用时间量进行温度采样可获得12位的高精度，同时采用50Hz脉冲，可以大大消除工频干扰。这些都为进行精确的温度控制提供了必要的条件。
2.3 PWM信号生成原理
将捕获/比较寄存器CCR0和CCR1定义为比较模式，它们的输出单元OUT0和OUT1分别对应单片机引脚P1.0（TA0）和P1.2（TA1）。进入比较模式后，如果定时器CCRx的计数值等于比较寄存器x中的值，则比较信号EQUx输出到输出单元OUTx中，同时根据选定的模式对信号置位、复位或翻转。其中：设置EQU0将OUT0信号翻转，信号时钟与定时器时钟同步，这样就可以在P1.0引脚上得到50Hz的方波信号；设置EQU1输出模式为PWM复位/置位。
设定模式下定时中断的输出如图2所示。根据设定的PWM复位/置位模式，若CCR1计数器溢出，则EQU1将OUT1复位；若CCR0计数器溢出，则EQU0将OUT1置位。利用CCR0和CCR1计数起始点的差值，实现占空比的变化，从而在P1.2上完成PWM输出。系统对占空比的调节是通过改变CCR1的基数来实现的。定时器时钟为2MHz、CCR1和CCR0的计数值为1 000时，可获得2kHz的PWM输出频率。负载驱动电路将单片机P1.2引脚输出的PWM信号放大滤波，用于驱动大功率的执行元件。
3 软件设计
3.1 系统主程序
在主程序中包括系统初始化、定时器的初始化、温度采样值的读入、负载驱动和显示等。系统进行温度值采样和PWM输出均在定时中断内完成，PWM输出脉冲的占空比则由PID算法得到。系统主程序流程图如图3所示。
3.2 PID脉宽调节
系统对脉宽的调制由PID算法实现。根据算法原理，本系统设计了一套完全由软件实现的PID算法，并且在控制过程中完成参数的自整定。PID调节的控制过程：单片机读出数字形式的实际温度Tn，然后和设定温度Tg相比较，得出差值en=Tn-Tg，根据en的正负和大小，调用PID公式，计算得到与输出电压Δun 一致的占空比，调节温度的升降，同时寻找最优条件，改变PID参数。
增量式PID控制算法的输出量[3]：
PID调节程序直接写入单片机内，根据得到的值改变计数器CCR1的基数值，从而改变输出脉冲的占空比，达到调节PWM的目的。
3.3 定时中断
定时中断子程序流程如图4所示。系统采用的晶振频率为2MHz，T0中断的作用是得到频率为50Hz、占空比为90%的方波，用以产生三角波，并检查1个周期内是否有漏采的数据。T0模溢出翻转为高电平，输出比较间隔为18ms。其中，CCR0加了PWM的模，该值即为CCR0和CCR1的差值，用以产生输出所需的脉冲宽度。
T1中断内处理的是控制端口的PWM输出，并检查1个周期内是否重复采集数据，T1输出比较产生低电平，输出比较间隔为20ms。T2中断捕捉温度测量端口的脉宽，得到所测的温度值。
4 结束语
利用单片机MSP430F413内的定时器Time_A进行温度采样以及实现PWM调节的方法，可以广泛用于具有端口捕捉功能的单片机中。与传统方法比较，它不仅可以简化测量和控制电路的硬件结构，而且可以方便地建立人机接口，实现用软件调整参数，使控制更精确、实时、可靠。经过实验，该方法应用于温度控制系统中获得了预期的精确PWM调节波形。该方法同样可以用于其他单片机控制系统中。
实验三单片机定时计数器实验
实验三单片机定时/计数器实验 1、实验目的 1、学习计数器的使用方法。 2、学习计数器程序的编写。 3、学习定时器的使用方法。 4、学习定时器程序的编写。 5、熟悉汇编语言 2、实验说明 1、8051内部定时计数器T0，按计数器模式和方式1工作，对P3.4（T0）引脚进行计数。将其数值按二进制数在P1口驱动LED灯上显示出来。 2、用CPU内部定时器中断方式计时,实现每一秒钟输出状态发生一次反转 3、实验仪器和条件 计算机 伟福实验箱（lab2000P） 4、实验内容 1、8051内部定时计数器T0，按计数器模式和方式1工作，对P3.4（T0）引脚进行计数。将其数值按二进制数在P1口驱动LED灯上显示出来。 2、外部事件计数脉冲由P3.4引入定时器T0。单片机在每个机器周期采样一次输入波形，因此单片机至少需要两个机器周期才能检测到一次跳变。这就要求被采样电平至少维持一个完整的机器周期，以保证电平在变化之前即被采样。同时这就决定了输入波形的频率不能超过机器周期频率。 3、用CPU内部定时器中断方式计时,实现每一秒钟输出状态发生一次反转 4、定时器有关的寄存器有工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON。TMOD
用于设置定时器/计数器的工作方式0-3，并确定用于定时还是用于计数。TCON 主要功能是为定时器在溢出时设定标志位，并控制定时器的运行或停止等。 5、在例程的中断服务程序中，因为中断定时常数的设置对中断程序的运行起到关键作用，所以在置数前要先关对应的中断，置数完之后再打开相应的中断。 五、思考题 1、使用其他方式实现本实验功能； 2、改为门控方式外部启动计数； 3、如果改为定时间隔为200us，如何改动程序； 4、使用其他方式实现本实验功能，例如使用方式1，定时间隔为10ms，如何改动程序。 六、源程序修改原理及其仿真结果 思考题一：使用其他方式实现本实验功能 方法一： movTMOD, #00000100b;方式0,记数器 movTH0, #0 movTL0, #0 setbTR0;开始记数;由于方式0的特点是计数时使用TL0的低五位和八位 TH0，故用加法器a用“与”（ANL）取TL0的低五位，再用yiwei子程序实现TH0的低三位变为高三位与TL0相加，这样赋给P1时就是八位计数的结果。 Loop: mova,TL0 anla,#1fh
单片机定时器详解
一、MCS-51单片机的定时器/计数器概念 单片机中的定时器和计数器其实是同一个物理的电子元件,只不过计数器记录的是单片机外部发生的事情(接受的是外部脉冲),而定时器则是由单片机自身提供的一个非常稳定的计数器,这个稳定的计数器就是单片机上连接的晶振部件;MCS-51单片机的晶振经过12分频之后提供给单片机的只有1MHZ的稳定脉冲;晶振的频率是非常准确的,所以单片机的计数脉冲之间的时间间隔也是非常准确的,这个准确的时间间隔是1微秒; MCS-51单片机外接的是12MHZ的晶振(实际上是,所以,MCS-51单片机内部的工作频率(时钟脉冲频率)是12MHZ/12=1MHZ=1000000次/秒=1000000条指令/秒=1000000次/1000000微秒=1次/微秒=1条指令/微秒;也就是说,晶振振荡一次,就会给单片机提供一个时钟脉冲,花费的时间是1微秒,此时,CPU会执行一条指令,经历一个机器周期;即:1个时钟脉冲=1个机器周期=1微秒=1条指令; 注:个人PC机上的CPU主频是晶振经过倍频之后的频率,这一点恰好与MCS-51单片机的相反,MCS-51单片机的主频是晶振经过分频之后的频率; 总之:MCS-51单片机中的时间概念就是通过计数脉冲的个数来测量出来的;1个脉冲=1微秒=1条指令=1个机器周期; MCS-51单片机定时器/计数器的简单结构图: 8051系列单片机有两个定时器:T0和T1,分别称为定时器和定时器T1,这两个定时器都是16位的定时器/计数器;8052系列单片机增加了第三个定时器/计数器T2;它们都有定时或事件计数功能,常用于时间控制、延时、对外部时间计数和检测等场合; 二、定时器/计数器的结构
单片机定时器实验程序
ORG 0000H LJMP START ORG 001BH ;定时器/计数器1中断程序入口地址 LJMP INT ORG 0100H START: MOV TMOD,#10H ;计数器置为方式1 MOV TL1,#0B0H ;装入时间常数 MOV TH1,#03CH SETB ET1 ;允许定时器T1中断 SETB EA ;允许总中断 SETB TR1 ;开始计数 MOV R0,#05H ;05是进入中断的次数LOOP: MOV R1,#00H MOV R2,#26H ;灯的状态循环次数LOOP1: MOV A,R1 ACALL TABLE MOV P1,A INC R1 LOOP2: CJNE R0,#00H,LOOP2 MOV R0,#05H DJNZ R2,LOOP1 LJMP LOOP TABLE: INC A ;从表中取显示码入累加器 MOVC A,@A+PC RET DB 0FFH,0FEH,0FCH,0F8H,0F0H,0E0H,0C0H,80H,0H DB 01H,03H,07H,0FH,1FH,3FH,7FH,0FFH,00H,0FFH,0FEH DB 0FDH,0FBH,0F7H,0EFH,0DFH,0BFH,07FH,0BFH,0DFH DB 0EFH,0F7H,0FBH,0FDH,0FEH,0FFH,00H,0FFH,00H INT: CLR TR1 ;停止计数 DEC R0 ;计数值减一 MOV TL1,#0B0H ;重置时间常数初值 MOV TH1,#03CH SETB TR1 ;开始计数 RETI ;中断返回 END
将T1改为T0，并且溢出间隔为0.05s ORG 0000H LJMP START ORG 001BH ;定时器/计数器1中断程序入口地址 LJMP INT ORG 0100H START: MOV TMOD,#01H ;计数器置为方式1 MOV TL1,#78H ;装入时间常数 MOV TH1,#0CH SETB ET0 ;允许定时器T1中断 SETB EA ;允许总中断 SETB TR0 ;开始计数 MOV R0,#05H ;05是进入中断的次数 LOOP: MOV R1,#00H MOV R2,#25H ;灯的状态循环次数 LOOP1: MOV A,R1 ACALL TABLE MOV P1,A INC R1 LOOP2: CJNE R0,#00H,LOOP2 MOV R0,#05H DJNZ R2,LOOP1 LJMP LOOP TABLE: INC A ;从表中取显示码入累加器 MOVC A,@A+PC RET DB 0FFH,07FH,3FH,1FH,0FH,07H,03H,01H,00H DB 80H,81H,0C1H,0C3H,0E3H,0E7H,0F7H,0FFH DB 00H,0FFH,00H,0FFH,0EFH,0E7H,0C7H,0C3H,83H,81H,01H,00H DB 01H,03H,07H,0FH,1FH,3FH,7FH,0FFH INT: CLR TR1 ;停止计数 DEC R0 ;计数值减一 MOV TL1,#78H ;重置时间常数初值 MOV TH1,#0CH SETB TR1 ;开始计数 RETI ;中断返回 END
定时器实验报告
定时器实验报告 文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]
电子信息工程学系实验报告课程名称：单片机原理及接口应用 实验项目名称：51定时器实验 实验时间： 班级：姓名：学号： 一、实验目的: 熟悉keil仿真软件、protues仿真软件的使用和单片机定时程序的编写。了解51单片机中定时、计数的概念，熟悉51单片机内部定时/计数器的结构与工作原理。掌握中断方式处理定时/计数的工作过程，掌握定时/计数器在C51中的设置与程序的书写格式以及使用方法。 二、实验环境: 软件：KEIL C51单片机仿真调试软件，proteus系列仿真调试软件 三、实验原理： 1、51单片机定时计数器的基本情况 8051型有两个十六位定时/计数器T0、T1，有四种工作方式。 MCS－51系列单片机的定时/计数器有几个相关的特殊功能寄存器： 方式控制寄存器TMOD； 加法计数寄存器TH0、TH1 （高八位）;TL0、TL1 （低八位）； 定时/计数到标志TF0、TF1（中断控制寄存器TCON） 定时/计数器启停控制位TR0、TR1（TCON） 定时/计数器中断允许位ET0、ET1（中断允许寄存IE） 定时/计数器中断优先级控制位PT0、PT1（中断优IP）
2 、51单片机的相关寄存器设置 方式控制寄存器TMOD: D7D6D5D4D3D2D1D0 GATE C/T M1 M0GATE C/T M1M0 TMOD的低四位为T0的方式字，高四位为T1的方式字。TMOD不能位寻址，必须整体赋值。 TMOD各位的含义如下: 1. 工作方式选择位M1、M0 M1、M0的状态决定定时器的工作方式： M1M0功能说明 0 0 1 10 1 1 方式0，为13位的定时／计数器 方式1，为16位的定时／计数器 方式2，为常数自动重装入的8位定时／计数器 方式3，T0分为两个8位定时／计数器， T1在该方式时停止 3、51单片机定时器的工作过程（逻辑）方式一方式1：当M1M0=01时，定时器工作于方式1。
51单片机定时器秒表设计程序
51单片机定时器秒表设计程序 #include 单片机定时器实验 实验三单片机内部定时器应用 实验目的 1、理解单片机内部定时器的工作原理及使用方法 2、了解单片机定时中断程序的编写和调试方法 3、掌握定时器的基本使用方法 实验仪器 单片机开发板、万利仿真机、稳压电源、计算机 实验原理 1、单片机定时器的工原理 MCS-51 单片机内部有两个16 位可编程的定时器/计数器T0 和T1。它们即可用作定时器方式，又可用作计数器方式。其中T0 由TH0 和TL0 计数器构成；T1 由TH1 和TL1 计数器构成。 工作于定时器方式时，通过对机器周期（新型51单片机可以对振荡周期计数）的计数，即每一个机器周期定时器加1，来实现定时。故系统晶振频率直接影响定时时间。如果晶振频率为 图4-8 定时控制寄存器数据格式编写程序控制这两个寄存器就可以控制定时器的运行方式。 单片机内部定时器/计数器的使用，简而概之：（1）如需用中断，则将EA和相关中断控制位置1；（2）根据需要设置工作方式，即对TMOD设置；（3）然后启动计数，即对TR0或TR1置1。（4）如使用中断，则计数溢出后硬件会自动转入中断入口地址；如使用查询，则必须对溢出中断标志位TF0或TF1进行判断。 2、用定时器编写一个秒计时器 假设系统使用的晶振频率为12MH Z，即每个机器周期为1us。如使用方式1，则定时时间最长是216×1us=65536us=65.536ms，小于1s。故必须设置一个软件计数单元，即假设定时器定时中断时间为50ms，则必须定时中断20次才达到1s并对秒计时单元加1，20即为软件计数次数。最后再把秒计时单元的值转成显示数码送显示缓冲区。 电子信息工程学系实验报告 课程名称：单片机原理及接口应用Array实验项目名称：51定时器实验实验时间： 班级：姓名：学号： 一、实验目的: 熟悉keil仿真软件、protues仿真软件的使用和单片机定时程序的编写。了解51单片机中定时、计数的概念，熟悉51单片机内部定时/计数器的结构与工作原理。掌握中断方式处理定时/计数的工作过程，掌握定时/计数器在C51中的设置与程序的书写格式以及使用方法。 二、实验环境: 软件：KEIL C51单片机仿真调试软件，proteus系列仿真调试软件 三、实验原理： 1、51单片机定时计数器的基本情况 8051型有两个十六位定时/计数器T0、T1，有四种工作方式。MCS－51系列单片机的定时/计数器有几个相关的特殊功能寄存器： 方式控制寄存器TMOD； 加法计数寄存器TH0、TH1 （高八位）;TL0、TL1 （低八位）； 定时/计数到标志TF0、TF1（中断控制寄存器TCON） 定时/计数器启停控制位TR0、TR1（TCON） 定时/计数器中断允许位ET0、ET1（中断允许寄存IE） 定时/计数器中断优先级控制位PT0、PT1（中断优IP） 2、51单片机的相关寄存器设置 方式控制寄存器TMOD: TMOD的低四位为T0的方式字，高四位为T1的方式字。TMOD不能位寻址，必须整体赋值。TMOD各位的含义如下: 1. 工作方式选择位M1、M0 3、51单片机定时器的工作过程（逻辑）方式一 方式1：当M1M0=01时，定时器工作于方式1。 T1工作于方式1时，由TH1作为高8位，TL1作为低8位，构成一个十六位的计数器。若T1工作于定时方式1，计数初值为a，晶振频率为12MHz，则T1从计数初值计数到溢出的定时时间为t =（216－a）μS。 4、51单片机的编程 使用MCS－51单片机的定时/计数器的步骤是： ．设定TMOD，确定： 工作状态(用作定时器/计数器)； 工作方式； 控制方式。 如：T1用于定时器、方式1，T0用于计数器、方式2，均用软件控制。则TMOD的值应为：0001 0110，即0x16。 ．设置合适的计数初值，以产生期望的定时间隔。由于定时/计数器在方式0、方式1和方式2时的最大计数间隔取决于使用的晶振频率fosc，如下表所示，当需要的定时间隔较大时，要采用适当的方法，即将定时间隔分段处理。 计数初值的计算方法如下，设晶振频率为fosc，则定时/计数器计数频率为fosc/12，定时/计数器的计数总次数T_all在方式0、方式1和方式2时分别为213 = 8192、216 = 65536和28 = 256，定时间隔为T，计数初值为a，则有 T = 12×(T_all – a)/fosc a = T_all – T×fosc/12 a = – T×fosc/12 （注意单位） THx = a / 256；TLx = a % 256； ．确定定时/计数器工作于查询方式还是中断方式，若工作于中断方式，则在初始化时开放定时/计数器的中断及总中断： ET0 = 1；EA = 1； 还需要编写中断服务函数： void T0_srv（void）interrupt 1 using 1 { TL0 = a % 256； TH0 = a / 256； 中断服务程序段} ．启动定时器：TR0（TR1）= 1。 四、实验内容过程及结果分析: 利用protues仿真软件设计一个可以显示秒表时间的显示电路。利用实验板上的一位led数码管做显示，利用中断法编写定时程序，控制单片机定时器进行定时，所定时间为1s。刚开始led数码管显示9，每过一秒数码管显示值减一，当显示到0时返回9，依此反复。然后设计00-59的两位秒表显示程序。 （1）实现个位秒表，9-0 昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告 ( 201 —201学年第1 学期) 课程名称:单片机技术 开课实验室: 年月日 一、实验目的 1. 掌握定时器 T0、T1 的方式选择与编程方法,了解中断服务程序的设计方法, 学会实时程序的调试技巧。 2. 掌握 LED 数码管动态显示程序设计方法。 二、实验原理 1.89C51 单片机有五个中断源(89C52 有六个),分别就是外部中断请求 0、外部中断请求 1、定时器/计数器 0 溢出中断请求、定时器/计数器 0 溢出中断请求及串行口中断请求。每个中断源都对应一个中断请求位,它们设置在特殊功能寄存器 TCON 与 SCON 中。当中断源请求中断时,相应标志分别由 TCON 与SCON 的相应位来锁寄。五个中断源有二个中断优先级,每个中断源可以编程为高优先级或低优先级中断,可以实现二级中断服务程序嵌套。在同一优先级别中,靠内部的查询逻辑来确定响应顺序。不同的中断源有不同的中断矢量地址。 中断的控制用四个特殊功能寄存器 IE、IP、TCON (用六位)与 SCON(用二位), 分别用于控制中断的类型、中断的开／关与各种中断源的优先级别。中断程序由中断控制程序(主程序)与中断服务程序两部分组成: 1)中断控制程序用于实现对中断的控制; 2)中断服务程序用于完成中断源所要求的中断处理的各种操作。 C51 的中断函数必须通过 interrupt m 进行修饰。在 C51 程序设计中,当函数定义时用了 interrupt m 修饰符,系统编译时把对应函数转化为中断函数,自动加上程序头段与尾段,并按 MCS-51 系统中断的处理方式自动把它安排在 程序存储器中的相应位置。 在该修饰符中,m 的取值为 0~31,对应的中断情况如下: 0——外部中断 0 1——定时/计数器 T0 2——外部中断 1 3——定时/计数器 T1 4——串行口中断 5——定时/计数器 T2 其它值预留。 89C51 单片机内设置了两个可编程的 16 位定时器 T0 与 T1,通过编程,可以设定为定时器与外部计数方式。T1 还可以作为其串行口的波特率发生器。 2. 定时器 T0 由特殊功能寄存器 TL0 与 TH0 构成,定时器 T1 由 TH1 与TL1 构成, 特殊功能寄存器 TMOD 控制定时器的工作方式,TCON 控制其运行。定时器的中断由中断允许寄存器 IE,中断优先权寄存器 IP 中的相应位进行控制。定时器 T0 的中断入口地址为 000BH,T1 的中断入口地址为 001BH。 定时器的编程包括: 1) 置工作方式。 2) 置计数初值。 的定时器中断后便认为是1s，这样便可精确控制定时时间啦。要计50000个数时，TH0和TL0中应该装入的总数是65536-50000=15536.，把15536对256求模：15536/256=60装入TH0中，把15536对256求余：15536/256=176装入TL0中。 以上就是定时器初值的计算法，总结后得出如下结论：当用定时器的方式1时，设机器周期为T CY，定时器产生一次中断的时间为t，那么需要计数的个数为N=t/T CY ，装入THX和TLX中的数分别为： THX=(65536-N)/256 , TLX=(65536-N)%256 实验三：定时器实验 一、实验要求 实验目的：了解MCS-51单片机中定时器/计数器的基本结构、工作原理和工作方式，掌握工作在定时器模式下的编程方法。 实验内容：设单片机的晶振频率f=12Mhz，使用T0定时100ms，在p1.2引脚产生周期为200ms的方波信号，并通过示波器观察P1.2的输出波形。 二、实验原理 定时器和外部计数方式选择位C/T C/T=0为定时器方式，采用晶振频率的1/12作为计数器的计数脉冲，几对及其周期进行计数。若选择12MHz晶振，则定时器的计数频率为1MHz。 C/T=1为计数方式，采用外部引脚的输入脉冲作为计数脉冲。当T0或T1输入发生由高到低的负跳变时，计数器加1，其最高计数频率为晶振频率的1/24。 工作方式2 当TMOD的M1、M0未为10是，计时器/计数器工作在工作方式2.当方式0、方式1用于循环重复定时计数时，计数器全部为0，下一次计数还得重新装入计数初值，这样编程麻烦，而且影响定时时间的精度。方式2是能自动重新装入计数初值的8位计数器，可以解决这个问题。 方式2把16位计数器分成两个8为的计数器，低8为作为计数器使用，高8位用以保存计数初值，当低8位计数产生溢出是，将TF0或TF1置1，同时又将保存在高8位的计数初值重新自动装入低8位计数器汇总，又继续计数，循环重复。 计数初值X=2^8-t*f osc/12；其中t为定时时间。 初试化编程是，TH0和TL0（或TH1和TL1）都装入次X值。方式2适用于作较为精确的脉冲信号发生器，尤其适用于串口波特率发生器。 三、程序设计 1、程序流程图 图 1 定时器实验流程图 2、程序代码 ORG 0100H MAIN: MOV A, 0H MOV TMOD, #61H ;外部引脚脉冲计数，工作方式2 MOV TL1, #0FFH MOV TH1, #0FFH ;计数1次，以CP1.0为脉冲连接计数器 CPL P1.0 SETB TR1; LP1: CPL P1.2 LP2: MOV TL0, #0B0H MOV TH0, #3CH ;一次计数50ms,P1.0的脉冲周期为100ms SETB TR0 LP3: JBC TF0, LP4 SJMP LP3 LP4: CPL P1.0 JBC TF1, LP1 SJMP LP2 END 四、程序验证 1、在Proteus中连接电路图如下： XXXX大学信息工程与自动化学院学生实验报告 （2009 —2010 学年第二学期） 课程名称：单片机开课实验室： 2010年 5月14日 一．实验目的： 掌握定时器T0、T1的方式选择和编程方法，了解中断服务程序的设计方法，学会实时程序的调试技巧。 二．实验原理： MCS－51单片机内设置了两个可编程的16位定时器T0和T1，通过编程，可以设定为定时器和外部计数方式。T1还可以作为其串行口的波特率发生器。 定时器T0由特殊功能寄存器TL0和TH0构成，定时器T1由TH1和TL1构成，特殊功能寄存器TMOD控制定时器的工作方式，TCON控制其运行。定时器的中断由中断允许寄存器IE，中断优先权寄存器IP中的相应位进行控制。定时器T0的中断入口地址为000BH，T1的中断入口地址为001BH。 定时器的编程包括： 1）置工作方式。 2）置计数初值。 3）中断设置。 4）启动定时器。 定时器/计数器由四种工作方式，所用的计数位数不同，因此，定时计数常数也就不同。 在编写中断服务程序时，应该清楚中断响应过程：CPU执行中断服务程序之前，自动将程序计数器PC内容（即断点地址）压入堆栈保护（但不保护状态寄存器PSW，更不保护累加器A和其它寄存器内容），然后将对应的中断矢量装入程序计数器PC使程序转向该中断矢量地址单元中以执行中断服务程序。定时器T0和T1对应的中断矢量地址分别为000BH 和001BH。 中断服务程序从矢量地址开始执行，一直到返回指令“RETI”为止。“RETI”指令的操作一方面告诉中断系统该中断服务程序已经执行完毕，另一方面把原来压入堆栈保护的断点地址从栈顶弹出，装入到程序计数器PC，使程序返回到被到中断的程序断点处，以便继续执行。 因此，我们在编写中断服务程序时注意。 1．在中断矢量地址单元放一条无条件转移指令，使中断服务程序可以灵活地安排在64K 字节程序存储器的任何空间。 2．在中断服务程序中应特别注意用软件保护现场，以免中断返回后，丢失原寄存器、累加器的信息。 3．若要使执行的当前中断程序禁止更高优先级中断，可以先用软件关闭CPU中断，或禁止某中断源中断，在返回前再开放中断。 三．实验内容： 编写并调试一个程序，用AT89C51的T0工作方式1产生1s的定时时间，作为秒计数时间，当1s产生时，秒计数加1；秒计数到60时，自动从0开始。实验电路原理如图1所示。 计算初值公式 定时模式1 th0=(216-定时时间) /256 tl0=(216-定时时间) mod 256 实验五8051单片机定时中断实验 一实验目的： 了解8051系列单片机的定时中断基本工作原理。掌握8051系列单片机定时中断的用法。 二实验原理: 在上一个实验里我们介绍了8051单片机的外中断应用，本实验要介绍的是定时器中断的应用。 8051系列单片机至少有两个16位的内部定时器/计数器，既可以编程为定时器使用，也可以作为计数器使用。如果是计数内部晶振驱动时钟，它是定时器，如果是计数8051的输入管脚的信号，就是计数器。 MCS-51单片机内部的定时/计数器的结构如图5-1所示，定时器T0特性功能寄存器TL0（低8位）和TH0（高8位）构成，定时器T1由特性功能寄存器TL1（低8位）和TH1（高8位）构成。特殊功能寄存器TMOD控制定时寄存器的工作方式，TCON则用于控制定时器T0和T1的启动和停止计数，同时管理定时器T0和T1的溢出标志等。程序开始时需对TL0、TH0、TL1和TH1进行初始化编程，以定义它们的工作方式和控制T0和T1的计数。 图5-1 TMOD特殊功能寄存器的格式参见下表（表5-1）： 表5-1 高4位为定时器/计数器1的控制字，低4位为定时器/计数器0的控制字。其中GATE 为门控信号，C/T为定时器或计数器的选择，而M1,M0是工作方式选择位。 当M1M0=00时，T/C工作在方式0。方式0为13位的T/C，其计数器由TH的8位和TL的5 位构成，计数器的计数值范围是： 1—8192（213），但是启动前可以预置计数初值。当C/T为 0时，T/C为定时器，计数脉冲为振荡源12分频的信号；当C/T为1时，T/C为计数器，对输入端T0或T1输入的脉冲进行计数。计数脉冲加到计数器上与否决定于启动信号。当GATE=0时，TR=1时T/C便启动，当GATE=1时，启动受到TR与INT的双重控制，即二者同时为高 时才启动。当计数满时，TH向高位进位，这时中断溢出标志TF置1，即产生中断请求。而当CPU转向中断服务程序时，TF自动清零。 当M1M0=01时，T/C工作在方式1。方式1和方式0的区别仅在于方式0的计数器位数为13位，而方式1的为16位。 当M1M0=10时，T/C工作在方式2。区别于前面的两种工作方式的是，方式2具有自动重装载的功能。TH和TL作为两个8位的计数器，TH中的8位初值始终保持不变，由TL进行8位计数。在计数溢出时不但会产生中断请求，而且自动将TH中的值加载至TL 中，即自动重装载。 当M1M0=11时，T/C工作在方式3。但是这种工作方式只存在于T/C0中，这时TH0与TL0成为两个独立的计数器。只有在T/C1作为串行口的波特率发生器使用，而造成定时器不够用时，T/C0才能工作在方式3。 下面是定时器时间常数计算公式，这个公式在方式1，即16 位定时或计数模式可用。 THX=（65536-定时时长[μS]/(机器周期数/时钟频率[MHz])/256； TLX=（65536-定时时长[μS]/(机器周期数/时钟频率[MHz])%256； 在定时器重装载过程中因为TL1=0可以不写。 三实验内容： 利用中断方式在LED上输出10HZ方波，系统晶体频率11.059MHz。 四实验电路图： 单片机定时器实验 Prepared on 22 November 2020 实验三单片机内部定时器应用实验目的 1、理解单片机内部定时器的工作原理及使用方法 2、了解单片机定时中断程序的编写和调试方法 3、掌握定时器的基本使用方法 实验仪器 单片机开发板、万利仿真机、稳压电源、计算机 实验原理 1、单片机定时器的工原理 MCS-51 单片机内部有两个16 位可编程的定时器/计数器T0 和T1。它们即可用作定时器方式，又可用作计数器方式。其中T0 由TH0 和TL0 计数器构成；T1 由TH1 和TL1 计数器构成。 工作于定时器方式时，通过对机器周期（新型51单片机可以对振荡周期计数）的计数，即每一个机器周期定时器加1，来实现定时。故系统晶振频率直接影响定时时间。如果晶振频率为12MHZ，则定时器每隔（1/12MHZ）×12=1us 加1。 工作于计数器方式时，对或管脚的负跳变（1→0）计数。它在每个机器周期的 S5P2 时采样外部输入，当采样值在这个机器周期为高，在下一个机器周期为低时，计数器加1。因此需要两个机器周期来识别一个有效跳变，故最高计数频率为晶振频率的1/24。 特殊功能寄存器TMOD 用于定时器/计数器的方式控制。高4 位用于设置T1，低4 位用于设置T0。如图4-7所示。 图4-7 定时器模式控制字格式 TCON 寄存器用于定时器的计数控制和中断标志。如图4-8所示。 图4-8 定时控制寄存器数据格式 编写程序控制这两个寄存器就可以控制定时器的运行方式。 单片机内部定时器/计数器的使用，简而概之：（1）如需用中断，则将EA和相关中断控制位置1；（2）根据需要设置工作方式，即对TMOD设置；（3）然后启动计数，即对TR0或TR1置1。（4）如使用中断，则计数溢出后硬件会自动转入中断入口地址；如使用查询，则必须对溢出中断标志位TF0或TF1进行判断。 2、用定时器编写一个秒计时器 假设系统使用的晶振频率为12MH Z，即每个机器周期为1us。如使用方式1，则定时时间最长是216×1us=65536us=，小于1s。故必须设置一个软件计数单元，即假设定时器定时中断时间为50ms，则必须定时中断20次才达到1s并对秒计时单元加1，20即为软件计数次数。最后再把秒计时单元的值转成显示数码送显示缓冲区。 图4-9 second: ds 1 minute: ds 1 hour: ds 1 TIMECOUNT EQU 50000 CSEG at 0000H SJMP MAIN 实验十一定时器实验三 一、实验要求 1.将P2口和四个数码管的数据口相连，P1口和位选线相连接，电路用共阳极； 2.数码管显示４位从前两位分钟、后两位为秒；分钟和秒的值从00到59增加； 3.实现定时器1S的定时，每１S时间到时，使秒钟加一，当秒钟为60时，显示为00 秒，分钟加一；当分钟为60时，显示为00分，从新开始一个小时的计时。 #include （ 2009 —2010 学年第二学期） 课程名称：单片机开课实验室： 2010年 5月14日 一．实验目的： 掌握定时器T0、T1的方式选择和编程方法，了解中断服务程序的设计方法，学会实时程序的调试技巧。 二．实验原理： MCS－51单片机内设置了两个可编程的16位定时器T0和T1，通过编程，可以设定为定时器和外部计数方式。T1还可以作为其串行口的波特率发生器。 定时器T0由特殊功能寄存器TL0和TH0构成，定时器T1由TH1和TL1构成，特殊功能寄存器TMOD控制定时器的工作方式，TCON控制其运行。定时器的中断由中断允许寄存器IE，中断优先权寄存器IP中的相应位进行控制。定时器T0的中断入口地址为000BH，T1的中断入口地址为001BH。 定时器的编程包括： 1）置工作方式。 2）置计数初值。 3）中断设置。 4）启动定时器。 定时器/计数器由四种工作方式，所用的计数位数不同，因此，定时计数常数也就不同。 在编写中断服务程序时，应该清楚中断响应过程：CPU执行中断服务程序之前，自动 将程序计数器PC内容（即断点地址）压入堆栈保护（但不保护状态寄存器PSW，更不保护累加器A和其它寄存器内容），然后将对应的中断矢量装入程序计数器PC使程序转向该中断矢量地址单元中以执行中断服务程序。定时器T0和T1对应的中断矢量地址分别为000BH 和001BH。 中断服务程序从矢量地址开始执行，一直到返回指令“RETI”为止。“RETI”指令的操作一方面告诉中断系统该中断服务程序已经执行完毕，另一方面把原来压入堆栈保护的断点地址从栈顶弹出，装入到程序计数器PC，使程序返回到被到中断的程序断点处，以便继续执行。 因此，我们在编写中断服务程序时注意。 1．在中断矢量地址单元放一条无条件转移指令，使中断服务程序可以灵活地安排在64K 字节程序存储器的任何空间。 2．在中断服务程序中应特别注意用软件保护现场，以免中断返回后，丢失原寄存器、累加器的信息。 3．若要使执行的当前中断程序禁止更高优先级中断，可以先用软件关闭CPU中断，或禁止某中断源中断，在返回前再开放中断。 三．实验内容： 编写并调试一个程序，用AT89C51的T0工作方式1产生1s的定时时间，作为秒计数时间，当1s产生时，秒计数加1；秒计数到60时，自动从0开始。实验电路原理如图1所示。 计算初值公式 定时模式1 th0=(216-定时时间) /256 tl0=(216-定时时间) mod 256 单片机定时器详解 一、MCS-51单片机的定时器/计数器概念 单片机中的定时器和计数器其实是同一个物理的电子元件,只不过计数器记录的是单片机外部发生的事情(接受的是外部脉冲),而定时器则是由单片机自身提供的一个非常稳定的计数器,这个稳定的计数器就是单片机上连接的晶振部件;MCS-51单片机的晶振经过12分频之后提供给单片机的只有1MHZ的稳定脉冲;晶振的频率是非常准确的,所以单片机的计数脉冲之间的时间间隔也是非常准确的,这个准确的时间间隔是1微秒; MCS-51单片机外接的是12MHZ的晶振(实际上是11.0592MHZ),所以,MCS-51单片机内部的工作频率(时钟脉冲频率)是12MHZ/12=1MHZ=1000000次/秒=1000000条指令/秒 =1000000次/1000000微秒=1次/微秒=1条指令/微秒;也就是说,晶振振荡一次,就会给单片机提供一个时钟脉冲,花费的时间是1微秒,此时,CPU会执行一条指令,经历一个机器周期;即:1个时钟脉冲=1个机器周期=1微秒=1条指令; 注:个人PC机上的CPU主频是晶振经过倍频之后的频率,这一点恰好与MCS-51单片机的相反,MCS-51单片机的主频是晶振经过分频之后的频率; 总之:MCS-51单片机中的时间概念就是通过计数脉冲的个数来测量出来的;1个脉冲=1微秒=1条指令=1个机器周期; MCS-51单片机定时器/计数器的简单结构图: 8051系列单片机有两个定时器:T0和T1,分别称为定时器和定时器T1,这两个定时器都是16位的定时器/计数器;8052系列单片机增加了第三个定时器/计数器T2;它们都有定时或事件计数功能,常用于时间控制、延时、对外部时间计数和检测等场合; 二、定时器/计数器的结构 8051单片机的两个定时器T0和T1分别都由两个特殊功能寄存器组成;T0由特殊功能寄存器TH0和TL0构成,而T1则是由TH1和TL1构成; 作为定时器使用时,定时器计数8051单片机片内振荡器输出经过12分频后的脉冲个数,即:每个机器周期使定时器T0/T1的寄存器值自动累加1,直到溢出,溢出后继续从0开始循环计数;所以,定时器的分辨率是时钟振荡频率的1/12; 作为计数器使用时,通过引脚T0(P3.4)或T1(P3.5)对外部脉冲信号进行计数,当输入的外部脉冲信号发生从1到0的负跳变时,计数器的值就自动加1;计数器的最高频率一般是时钟振荡频率的1/24; 由此可知,不论是定时器还是计数器工作方式,定时器T0和T1均不占用CPU的时间,除非定时器/计数器T0和T1溢出,才可能引起CPU中断,转而去执行中断处理程序;所以说,定时器/计数器是单片机中效率高而工作灵活的部件; 三、定时器/计数器的工作模式 除了可选择定时器和计数器的这两种工作方式外,每个定时器/计数器都有4种工作模式; 在模式0、1和2时,T0和T1的工作模式相同;在模式3时,两个定时器/计数器的工作模式不同; 工作模式0: 由TL0的低5位和TH0的全部8位共同构成一个13位的定时器/计数器;定时器/计数器启动后,定时或计数脉冲个数加到TL0上,从预先设置的初值(时间常数)开始累加,不断递增1;当 单片机60s定时器程序c语言 #include led3=1; P0=tey[kx]; time(1); led2=0; led1=1; led0=1; led3=1; P0=tey[cx]; time(1); led3=0; led0=1; led1=1; led2=1; P0=0xBF; time(1); } //中断函数// void teyond()interrupt 1 {TH0=0X3C; TL0=0XB0; tion++; if(tion==20) {tion=0; cx++; P0=tey[cx]; if(cx==10) {cx=0; kx++; P0=tey[kx]; if(kx==6) {cx=0; kx=0; TR0=0;}}}} 单片机定时器实验报告 篇一：单片机实验报告——定时器 实验四定时器实验 自动化121班 36 张礼 一．实验目的 掌握定时器的工作原理及四种工作方式，掌握定时器计数初始值的计算，掌握如何对定时器进行初始化，以及程序中如何使用定时器进行定时。 二．实验仪器 单片机开发板一套，计算机一台。 三．实验任务 编写程序，使用单片机开发板上8位共阴极数码管的其中一位来显示0～9这九个字符，先从“0”开始显示，数字依次递增，当显示完“9”这个字符后，又从“0”开始显示，循环往复，每1秒钟变换一个字符，1秒钟的定时时间必须由定时器T0（或T1）提供。 开发板上的8位共阴极数码管与单片机的输入输出端口P1的硬件接线如图4-1所示，单片机P1口的8条数据线通过J3端子同时连接到 2片74HC573D锁存器的输入端，数码管的各个同名端分别连接后再与锁存器U2的8个输出端相连，每一位数码管的位选端分别与锁存器U3的8个输出端相连。两片锁存器的输出使能端OE都恒接地，使得锁存器 的内部数据保持器输出端与锁存器的输出端保持接通。而U2的锁存使能端LE由P2.1控制，所 以P2.1是段锁存；U3的锁存使能端LE由P2.0控制，所以P2.0是位锁存。当锁存使能端为“1”时，则锁存器输入端的数据传送到输出端；当锁存使能端为“0”时，锁存器输入端的数据则不能传送到输出端；因此段码和位码通过锁存器分时输出。 汇编语言程序流程如图4-2： 四．实验步骤： 1.数码管的0～9的字型码表如下： 2．参考图4-2所给的程序流程图编写实验程序。(注：以下程序为两位60秒计数程序) #include sbit wei=P2^0; sbit duan=P2^1; char table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x 7f,0x6f}; int i,j,k,num,shi,ge; void delay(int a) { for(i=0;i void display(int shi,int ge){wei=1;P1=0xfe;wei=0; duan=1;P1=table[shi];duan=0; wei=1; delay(5); P1=0xfd;wei=0; duan=1;P1=table[ge];duan=0; }单片机定时器实验
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