目錄

• 一、實驗要求
• 二、知識要點
• • （一）單片機定時器/計數(shù)器
  • （二）相關(guān)的特殊功能寄存器
  • • 1、工作方式寄存器TMOD
    • 2、定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON
  • （三）定時器/計數(shù)器的工作方式
  • • 1、工作方式0
    • 2、工作方式1
    • 3、工作方式2
    • 4、工作方式3
  • （四）預(yù)置定時器/計數(shù)器的初值
  • • 1、預(yù)置計數(shù)器初值
    • 2、預(yù)置定時器初值
  • （五）四類定時/計數(shù)方法
  • （六）定時器/計數(shù)器的初始化過程
• 三、Proteus仿真軟件畫原理圖
• 四、Keil編程軟件編寫程序
• 五、實驗結(jié)果
• • （一）仿真結(jié)果
  • （二）連接電路
  • （三）燒錄并觀察實驗現(xiàn)象
• 結(jié)語

一、實驗要求

【實驗?zāi)康摹?br /> 1、掌握定時器控制寄存器的設(shè)置方法;掌握定時器初始化流程;
2、掌握定時器中斷服務(wù)程序的編寫方法。
【實驗內(nèi)容】
數(shù)碼管上顯示定時器中斷計數(shù)（定時時間1s)。
【硬件要求】
連接方法：P2.0-P2.7連接一只共陽型7段LED數(shù)碼管，P1.0連接至單片機P3.5（T1）引腳。
【軟件實現(xiàn)】
編程實現(xiàn)實現(xiàn)數(shù)碼管上顯示定時器中斷計數(shù)（定時時間1s）。

二、知識要點

（一）單片機定時器/計數(shù)器

單片機有兩個16位的可編程的定時器/計數(shù)器T0和T1，可用作定時或延時，它們具有兩種工作模式（計數(shù)模式和定時模式）和四種工作方式（工作方式0、工作方式1、工作方式2、工作方式3），定時器/計數(shù)器的核心部件是二進(jìn)制加1計數(shù)器（TH0、TL0或TH1、TL1）。

定時器/計數(shù)器的兩種工作模式都是對脈沖信號進(jìn)行計數(shù)的，只是計數(shù)信號的來源不同，定時模式來自內(nèi)部，而計數(shù)模式來自外部。與T0和T1相關(guān)的寄存器有：兩個8位的控制寄存器TMOD和TCON、兩個16位的計數(shù)器TH0、TL0或TH1、TL1。

（二）相關(guān)的特殊功能寄存器

1、工作方式寄存器TMOD

8位特殊功能寄存器TMOD用于選擇定時器/計數(shù)器T0、T1的工作方式，它分為兩組，高4位決定T1的工作方式，低4位決定T0的工作方式，以下是TMOD的格式：

（1）GATE為門控位，當(dāng)GATE=0時，使TCON的TR0或TR1為1就可以啟動定時器/計數(shù)器工作，而當(dāng)GATE=1時，除了需要使TCON以外，同時還需要使外部中斷引腳為高電平時才能啟動定時器/計數(shù)器工作，即T0、T1的是否計數(shù)受到外部引腳輸入電平的控制，其中INT0引腳控制T0，INT1引腳控制T1，可用于測量在INT0和INT1引腳出現(xiàn)的正脈沖寬度。
（2）C/T為定時/計數(shù)模式選擇位，通過該位選擇工作模式，當(dāng)C/T=0時，工作模式為定時模式，即此時脈沖周期等于機器周期，計數(shù)器對機器周期計數(shù)，通過計數(shù)值就可以得到計數(shù)的時間；而當(dāng)C/T=1時，工作模式為計數(shù)模式，計數(shù)器輸入信號外部引腳，即計數(shù)器對外部輸入引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脈沖（負(fù)跳變）計數(shù)，允許的最高計數(shù)頻率位晶振頻率的1/24。
（3）M1、M0為工作方式選擇位，通過該位選擇工作方式，如下表，當(dāng)M1、M0為不同值時對應(yīng)相應(yīng)的四種工作方式：

M1M0工作方式功能

0	0	工作方式0	13位計數(shù)器（TH的8位和TL的低5位）
0	1	工作方式1	16位計數(shù)器
1	0	工作方式2	自動重裝8位計數(shù)器
1	1	工作方式3	T0分成兩個8位；T1停止計數(shù)

不能對TMOD采用位尋址方法，只能采用字節(jié)尋址（例TMOD=0xXX）設(shè)置定時器的工作方式。

2、定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON

定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON控制定時器/計數(shù)器的啟動與停止以及標(biāo)志定時器的溢出和中斷情況，對TCON既可以采用字節(jié)尋址也可以采用位尋址，當(dāng)51單片機系統(tǒng)復(fù)位時，TCON的所有位都會清零。
TCON的格式如下，高4位用于控制定時器/計數(shù)器的啟動和中斷請求，低4位控制外部中斷：

（1）TR1和TR0為運行控制位，等于0時停止定時器工作，等于1時啟動定時器工作（例啟動定時器T1工作：TR1=1）；
（2）TF1和TF0為溢出中斷標(biāo)志位，定時器溢出由硬件自動置為1，CPU響應(yīng)中斷后，硬件自動清零（例TF1=0無溢出，TF1=1時溢出）；
（3）IT1和IT0為外部中斷INT0、INT1的觸發(fā)方式控制位，由軟件來置1或清0，以控制外部中斷的觸發(fā)方式。（例IT1=1時，外部中斷INT1為下降沿觸發(fā)，IT1=0時，外部中斷INT1為低電平觸發(fā)）；
（4）IE1和IE0為外部中斷的請求標(biāo)志位，當(dāng)引腳上出現(xiàn)中斷請求信號（低電平或脈沖下降沿）時，硬件自動將IEX置1，從而產(chǎn)生中斷請求標(biāo)志，而當(dāng)CPU響應(yīng)中斷時，由硬件消除（例外部中斷INT0P3.2引腳有中斷請求信號時，IE0置1，即IE0=1）。

（三）定時器/計數(shù)器的工作方式

定時器/計數(shù)器T0和T1的工作原理相同，唯一區(qū)別在于在工作方式3時，定時器/計數(shù)器T1停止計數(shù)。前面講過通過TMOD的M1、M0工作方式選擇位可選擇工作方式。

1、工作方式0

當(dāng)M1、M0為0時是工作方式0，工作方式0的計數(shù)位數(shù)為13位，由THx（x=0，1）的8位和TLx（x=0，1）的低5位（高3位未用）組成13位加1計數(shù)器，TLx（x=0，1）低5位溢出時向THx（x=0，1）進(jìn)位，THx（x=0，1）計數(shù)溢出則TCON中的溢出標(biāo)志位TFx（x=0，1）置1。

工作方式0的最大計數(shù)值（計數(shù)外部脈沖個數(shù)）為2¹³=8192，即方式0的計數(shù)范圍為1?2¹³。

2、工作方式1

當(dāng)M1、M0分別為0、1時是工作方式1，工作方式1的計數(shù)位數(shù)為16位，由THx高8位和TLx低8位構(gòu)成16位加1計數(shù)器，其控制方式與操作方式與方式0相同。

工作方式1的最大計數(shù)值（計數(shù)外部脈沖個數(shù)）為2¹⁶=65536，即方式1的計數(shù)范圍為1?2¹⁶。

3、工作方式2

當(dāng)M1、M0分別為1、0時是工作方式2，它是自動重裝初值的8位計數(shù)方式，當(dāng)TLx計數(shù)溢出時，除了使TCON中的溢出標(biāo)志位TFx置1，還自動打開TLx與THx之間的三態(tài)門，使THx內(nèi)的內(nèi)容重新轉(zhuǎn)入TLx中，并繼續(xù)進(jìn)行計數(shù)操作，通過這個操作可以省去用戶重新裝入計數(shù)初值的程序從而簡化定時初值的計算方法，精確地確定定時時間。

工作方式2的最大計數(shù)值（計數(shù)外部脈沖個數(shù)）為2⁸=256，即方式2的計數(shù)范圍為1?2⁸。

4、工作方式3

方式3只適用于定時器/計數(shù)器T0，定時器T1工作于方式3相當(dāng)于TR1=0，停止計數(shù)（可用于串行口波特率產(chǎn)生器），當(dāng)M1、M0分別為1、1時是工作方式3，工作方式3的計數(shù)位數(shù)為8位，將T0分為兩個獨立的8位計數(shù)器TL0和TH0，TL0使用T0的狀態(tài)控制位C/T、GATE、TR0、TF0，其既可以當(dāng)計數(shù)使用也可以當(dāng)定時使用，即T0的各控制位和引腳信號歸TL0使用，而TH0由于只能對機器周期計數(shù)，不能作為外部計數(shù)模式，所以則只能作為定時器使用。

工作方式3的最大計數(shù)值（計數(shù)外部脈沖個數(shù)）為2⁸=256，即方式3的計數(shù)范圍為1?2⁸。
一般情況下，當(dāng)T1用作串行口的波特率發(fā)生器時，T0才工作在方式3。T0處于工作方式3時，T1可定為方式0、方式1和方式2，用來作為串行口的波特率發(fā)生器，或不需要中斷的場合。

（四）預(yù)置定時器/計數(shù)器的初值

1、預(yù)置計數(shù)器初值

根據(jù)不同工作方式下的其最大計數(shù)值，可得到最大計數(shù)值M分別是：方式0：8192；方式1：65536；方式2：256；方式3：256。
計數(shù)脈沖由外部T0或T1引入，對外部脈沖進(jìn)行計數(shù)，則初值X=M-要求的計數(shù)值=[要求的計數(shù)值]求補。

2、預(yù)置定時器初值

定時器模式下，計數(shù)器由系統(tǒng)時鐘頻率fosc經(jīng)12分頻后計數(shù)，則初值X=M-要求的定時值/(fosc/12)。

例、設(shè)單片機的晶振頻率為fosc=12MHz，在定時器模式下：
（1）一個機器周期是多少微秒？
（2）定時器處于不同工作方式時，最大定時時間是分別是多少？
(1)因為fosc=12MHz，所以一個機器周期為1μs
(2)處于方式0時，最大定時時間為8192×1μs=8192μs
處于方式1時，最大定時時間為65536×1μs=65536μs
處于方式2時，最大定時時間為
256×1μs=256μs
處于方式3時，最大定時時間為
256×1μs=256μs。

例、設(shè)單片機的晶振頻率f=12MHz，應(yīng)用T0定時器的方式0，定時時間為2ms，求定時器T0的初值以及TH0、TL0的值。
X=2¹³-2×10^-3×12×10⁶/12=8192-2000=6192=1830H=1100000110000B，
將T0的初值低5位送至TL0，則TL0=10000B=10H；
高8位送至TH0，則TH0=11000001B=0C1H。

（五）四類定時/計數(shù)方法

定時/計數(shù)方法分為四類：
1、軟件延時；
2、硬件定時；
3、硬件定時+軟件計數(shù)；
4、硬件定時+硬件計數(shù)；

（六）定時器/計數(shù)器的初始化過程

1、第一步
選擇定時器/計數(shù)器的工作方式，即通過TMOD中的工作方式選擇位M1和M0賦值實現(xiàn)選擇。
2、第二步
預(yù)置定時/計數(shù)初值，根據(jù)定時時間/計數(shù)次數(shù)將所計算的初值寫入TH0、TL0或TH1、TL1中。
3、第三步
開放定時器/計數(shù)器的中斷，設(shè)置中斷優(yōu)先級，通過給IE寄存器中相關(guān)位賦值實現(xiàn)。
4、第四步
啟動定時器/計數(shù)器，通過TCON中的TR1=1或TR0=1實現(xiàn)。

三、Proteus仿真軟件畫原理圖

原理圖如下：

四、Keil編程軟件編寫程序

首先和之前的外部中斷實驗一樣，定義數(shù)組變量，將數(shù)組Tab定義為unsigned char code Tab[]，定義一個無符號字符型（自動變量）數(shù)組Tab[]，且該變量位于ROM中，根據(jù)共陽極數(shù)碼管段碼，即unsigned char code Tab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};。
然后延時函數(shù)沒必要說，這里簡單略過，依然是延時1s：

void delay(unsigned int x) {unsigned int i,j;for(i=0;i<x;i++)for(j=0;j<125;j++); }delay(1000);

選擇定時器/計數(shù)器的工作方式，通過TMOD中的工作方式選擇位M1和M0賦值實現(xiàn)選擇，這里使用定時器T0，工作方式1，即TMOD=0x01=0000 0001，然后啟動定時器0，即TR0=1。

設(shè)置一個無限循環(huán)，while(1){}，首先預(yù)置計數(shù)初值，因為采用定時器工作方式且晶振為12MHz，即fosc=12MHz，所以一個機器周期為12/fosc=1μs，若要計數(shù)1ms，則需計數(shù)1000次。
算出初值65536-1000，由于選擇的是定時器T0且工作方式1，列出計算TH0和TL0的式子：

TH0=(65536-1000)/256; TL0=(65536-1000)%256;

這里初值/256是取其商高8位寫入TH0中，%256取其余數(shù)低8位寫入TL0中，寫入后T0從65536-1000=64536開始加1，加了1000次，就會溢出產(chǎn)生中斷。然后設(shè)置一個do……while循環(huán)等待定時時間完成，即do{}while(!TF0)，循環(huán)體內(nèi)為空，括號里的！TF0相當(dāng)于為0，即直到TF0等于0時定時時間結(jié)束。
之前還要定義一個變量n來記錄顯示數(shù)字的個數(shù)，即unsigned char n=0;，另外還有一個if……else語句來判斷0-9共十個數(shù)字是否都顯示完，如下：

if(n>=9) n=0; elsen++;

以下是整個程序代碼：

#include<reg51.h> unsigned char code Tab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; //共陽極數(shù)碼管段碼，定義一個無符號字符型（自動變量）數(shù)組Tab[]，且該變量位于ROM中 void delay(unsigned int x)//延時函數(shù) {unsigned int i,j;for(i=0;i<x;i++)for(j=0;j<125;j++); } void main() {unsigned char n=0; //記錄顯示數(shù)字的個數(shù)P2=Tab[0];TMOD=0x01; //TMOD=0x01=0000 0001，即對應(yīng)定時器T0，工作方式1TR0=1; //啟動定時器T0while(1) //無限循環(huán){TH0=(65536-1000)/256; //預(yù)置計數(shù)初值，65536-1000是初始值，/256取其高8位寫入TH0中，%256取其低8位寫入TL0中//寫入后，T0從64536開始加1，加了1000次，就會溢出產(chǎn)生中斷TL0=(65536-1000)%256; do{}while(!TF0); //等待定時時間完成if(n>=9) //判斷0-9十個數(shù)字是否都顯示完n=0;elsen++;P2=Tab[n]; //依次取數(shù)組Tab內(nèi)的元素，即取數(shù)組中數(shù)字對應(yīng)的段碼delay(1000); //調(diào)用延時函數(shù)，參數(shù)為1000，即1s} }

五、實驗結(jié)果

（一）仿真結(jié)果

仿真結(jié)果如下，數(shù)碼管依次顯示0-9無限循環(huán)：



……，依次到數(shù)字9：

（二）連接電路

P1.0和P3.5連接，P2.0-P2.7排線與數(shù)碼管連接，如下圖：

（三）燒錄并觀察實驗現(xiàn)象

燒錄可執(zhí)行文件，觀察現(xiàn)象，數(shù)碼管依次顯示0-9無限循環(huán)：



……，依次到數(shù)字9：

結(jié)語

感謝您的閱讀和支持，若程序代碼和其它方面有不當(dāng)之處，當(dāng)指出！您的指出和建議能給作者帶來很大的動力！！！

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的单片机原理及其应用——单片机定时器中断实验（八段数码管依次显示0~9数字）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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