单片机原理和开发应用（9） 第九讲 学习与实验（五）

(周振安)这一讲我们将学习有关8031单片机定时/计数器的原理，并进行有关实验。

8031单片机的2个16位可编程定时／计数器，即定时／计数器0和定时／计数器1，实际上都是8031单片机片内RAM区中的存储单元。对于定时／计数器0来讲，它由高位字节单元TH0和低位字节单元TL0一同构成，TH0是片内RAM中的8CH单元，TL0则是8AH单元。定时／计数器1由高位字节单元TH1和低位字节单元TL1联合构成，TH1和TL1分别是片内RAM中的8DH和8BH（请参见讲座第五讲的表1）。在定时／计数器x（即THx＋TLx，x=0或1）中置入一个数据作为定时或计数的初值。当定时／计数器x被专用寄存器TMOD中的C/T-位设置为定时器功能（见1条）并被专用寄存器TCON中的TRx位启动运行后（见2条），THx＋TLx中内容会在每个机器周期（即晶振周期的12倍）到来时加1（即由片内时钟脉冲触发）；当THx＋TLx中内容加到2\(^{16}\)（FFFFH，16位定时／计数器）后再来一个内部时钟脉冲就会导致溢出，这时发出中断请求信号使TCON寄存器中的中断标志位TFx置为1（见2条）。当定时／计数器x被TMOD内容设置为计数器功能并被TCON的TRx位启动后，每当8031单片机的0T（或1T）脚输入的外部信号有一个从1到0的跳变时，THx＋TLx内容便会加1（即被外部脉冲触发）；当加到FFFFH值（指16位定时／计数器）后如再有一个外部脉冲信号到来，则产生溢出，此时发出中断请求信号使TCON中的TFx位置为1。

从上面内容可以看出，定时／计数器x的定时或计数功能选择由TMOD寄存器决定，而中断请求标志及定时／计数器x的启动运行又与TCON有关。下面介绍专用寄存器TMOD和TCON。

1．功能选择及工作方式控制专用寄存器TMOD：

专用寄存器TMOD各位定义如下：

高4位控制定时／计数器1，低4位控制定时／计数器0。M1、M0用来设定定时／计数器的工作方式，当M1，M0排列为00、01、10、11时，分别决定工作方式为0、1、2、3。关于工作方式0～3将在3条中详细介绍。C／T-位为定时／计数器功能选择位，当 C／T-=0时，为定时器功能；当C/T-=1时为计数器功能。GATE为门控位，用于控制定时／计数器x的启动是否与外部中断源0INT-、1INT-有关。当GATE=0时，定时／计数器x的启动与外部中断源无关，即只要TRx=1，定时／计数器x就可以启动工作；当GATE=1时，只有在没有外部中断（即0INT-或1INT-为高电平）时，才允许TRx置1启动定时/计数器x工作。这个意思也可以表示为，当GATE=1时，如TRx=1，定时／计数器x是否启动工作还取决于xINT-（x=0或1），当xINT-由0→1跳变时，定时计数器x才开始工作；当xINT-由1→0时，定时/计数器x停止工作。

2．定时／计数器中断标志及启动控制寄存器TCON：

专用寄存器TCON在上一讲中断内容中已有所介绍，这里再介绍与定时／计数器有关的高4位如下：

其中TF1、TF0分别为定时／计数器1和0的中断标志位，当定时／计数器发生溢出时，相应的标志位置1。TR1，TR0分别为定时／计数器1和0的运行启动控制位，当TR1（或TR0）为1时，定时／计数器1（或0）被启动运行；当TR1（或TR0）为0时，定时／计数器1（或0）停止运行。

3．定时／计数器工作方式介绍：

①工作方式0:在这种工作方式下，THx＋TLx的16位只用了13位，TLx的高3位未用。

②工作方式1：这时定时/计数器x的16位全部运行。

③工作方式2：亦称自动恢复初值的8位定时／计数器工作方式。在这种工作方式下，THx用作存放一个常数，由程序预先放置初值常数；TLx用作8位定时／计数器，当它发生溢出时，除中断标志位TFx置1外，还自动将THx中的常数重新装入TLx中作为下一次定时或计数的初值。重装后，THx中内容仍然保持不变。

④工作方式3：工作方式3只对定时／计数器0而言，定时／计数器1无此工作方式。在此工作方式下，16位定时／计数器0分成2个8位定时／计数器TH0和TL0。TL0可工作于定时／计数状态，仍然使用原来的专用寄存器TMOD和TCON中的控制位；而TH0只能用作定时器，它使用了定时/计数器1原来的控制位TR1和TF1。一般地，只有当定时／计数器1不使用控制位TR1和TF1（如作为串行口波特率发生器）时，定时／计数器0才定义为工作方式3，用以增加一个8位定时器（即TH0）。

［实验1］利用定时／计数器0的工作方式0，①使定时／计数器0产生1ms定时，②使0P1端输出一个周期为2ms的方波。

我们首先计算定时初值。定时／计数器0工作于方式1时，只有13位参与加1运算。当我们设置了一个定时初值X，则它加到2\(^{13}\)时再来一个内部时钟脉冲就会产生溢出，即过了213－X个时钟周期（设晶振频率为6MHz，时钟周期为12／6MHz=2×10\(^{-}\)6S=2μs）会产生溢出。故要产生1ms定时则有1ms=（213-X）×2μs，解得X=7692。换算为16进制数的方法是：设16进制数为ABCDH，则A=|X／16\(^{3}\)|，B＝|（X－A×163）／16\(^{2}\)|，C=|（X－A×163-B×16\(^{2}\)）／16|，D=|X—A×163－B×16\(^{2}\)－C×16|。“|…|”表示取整操作，如A=|7692／4096|=|1＋3596／4096|=1，B=|3596／256|=|14＋12／256|=14（即E－H），C=|12/16|=0，D=12（即CH），故7692的16进制数为1E0CH，即2进制数1111000001100B，TH0＋TL0的高8位放11110000，低5位放01100。

由于8031单片机复位后TMOD=00H，中断允许控制字IE也为00H，故程序不必送控制字了。参考程序如下：

请查出程序机器码并输入学习（开发）机，运行后用示波器观察0P1端的波形。如无示波器，可将0P1端串一扬声器接至+5V电源端，运行程序后，通过听声音判断0P1端的频率变化。

［实验2］利用定时／计数器0的工作方式2实现计数功能。实验程序如下：

查出机器码并输入到TD－Ⅰ型机中，然后运行。用一根导线将8031单片机的0T（第14）脚与地线短接，每短接一次相当于0T端电平有一个由1→0的跳变。程序采取的中断方式，比上例的查询方式显然要节省CPU的时间。从本例看，启动计数后，CPU可继续执行LOOP以后的程序，而不必象上例那样原地等待着定时／计数器0中断的到来。本例中一旦走时／计数器0产生中断请求，则由中断服务程序SER进行响应。在实际应用中，有时利用工作方式2，在TLx中装入初值FFH，这样一旦0T（或1T）端有1→0跳变，就会溢出并发出中断请求，从而相当于增加了一个外部中断源0T（或1T）。

［实验3］ 利用定时／计数器0的门控位GATE测量脉冲宽度。

当GATE=1，且TR0=1时，若外部中断源引脚0INT-电平为1，则启动定时／计数器0的定时功能开始运行；当0INT-电平为0时，定时停止。利用这一特点，可测量脉冲的宽度。实验程序如下：

查出程序机器码并输入TD－Ⅰ型机，然后从0INT-（12）脚输入一方波脉冲，运行上述程序，最后停止。读出0051H、0050H单元中的高、低8位数据（如ABCDH），换算为10进制数（即A×16\(^{3}\)＋B×162＋C×16＋D），然后乘以2μs就是所测脉冲的宽度。手头没有脉冲发生器时，可从地线引出低电平信号，经过一按钮开关接至0INT-端。运行上述程序后，迅速按动按钮两下（间隔不大于131ms，即2\(^{16}\)×2μs）即可。

［实验4］时钟程序练习。

利用单片和定时／计数器0产生100ms定时，每100ms定时满后产生的中断使B040H单元（在此称为100毫秒累计单元）内容加1；100毫秒单元内容加1十次，则产生1秒的定时，每产生一次1秒钟定时，B041H单元（称为秒单元）内容加1；秒单元内容加1六十次产生1分钟定时，每产生一次1分钟定时，B042H单元（称为分单元）内容加1；每60个分单元内容加1，产生1小时定时，B043H单元（称为时单元）内容加1，从而实现24小时时钟。这些时钟单元内容均以BCD码表示。100ms中断服务子程序如下（由于TD－Ⅰ型机无数码管，实验在TD－Ⅲ型机上进行）

上述子程序对定时/计数器0每100ms产生的中断请求信号进行响应，并产生秒、分、时的数值。定时初值设置、启动、显示秒、分、时由下面的时钟主程序完成。