51单片机计算定时器初值

前言

• 芯片使用AT89S51
• 参考书目《单片机原理与应用设计 C51编程+Proteus仿真》(第二版) 张毅刚主编 电子工业出版社

理论分析

工作方式寄存器 TMOD

TMOD的字节地址位89H, 不能位寻址, TMOD共八位, 高四位控制T1工作方式, 低四位控制T0工作方式

GATE 门控位

1. GATE = 0 : 定时器/计数器是否计数仅由控制位TRx(x = 0,1))来控制, TRx(x = 0,1)为高电平允许T1(T0)对脉冲计数
2. GATE = 1 : 定时器/计数器是否计数由外中断引脚INT1’ or INT0’和TRx(x = 0,1)共同控制, 当二者全为1时允许T1(T0)对脉冲计数

C/T’ 计数器模式和定时器模式选择位

1. C/T’ = 0 : 定时器模式, 对系统时钟12分频后的内部脉冲进行计数
2. C/T’ = 1 : 计数器模式, 对外部输入引脚T0(P3.4)或T1(P3.5)的外部脉冲(负跳变)进行计数

M1 M0 工作方式选择位

定时器/计数器控制寄存器 TCON

TCON的字节地址为88H, 可位寻址

其低四位与外部中断有空

1. TF1, TF0 计数溢出标志位: 当计数器计数溢出时, 该位置1. 使用查询方式时, 该位可供CPU查询, 但应注意查询后, 应使用软件计时将该位清0. 使用中断方式时, 该位作为中断请求标志位, 进入中断服务程序后由硬件自动清0.
2. TR1 , TR0 计数运行控制位 : TRx = 1时, 启动定时器/计数器计数的必要条件(由于GATE位的不确定, 只知道TRx = 1不能确定定时器/计数器是否启动).TRx = 0时, 停止定时器/计数器计数该位可由软件置1或清0.

TCON补充（中断相关）

1. IT0: 选择外部中断请求0, 1为下降沿触发方式, 0为低电平触发.
2. IT1: 选择外部中断请求1, 触发方式选择与IT0类似.

计算过程

若使用定时器T0, 采用方式2定时, 输出周期为400us占空比位25%的矩形脉冲(晶振频率为12MHz)

1. 使用定时器T0 -> 对TH0和TL0写入数据(TH0为T0的高八位, TL0为T0的第八位)
2. 采用方式2定时 -> TMOD的M1 M0为10(方式2的运行原理在补充内容中)
3. 输出周期为400us, 占空比为25% -> 高电平持续时间为400*25%us = 100us, 低电平持续时间为400us - 100us = 300us

定时时间 = 计数值 * 机器周期

• 定时时间 : 高电平持续时间和低电平持续时间的最大公约数, 此例中为100us
• 计数值 : 记为n, 需计算求出
• 机器周期 : 机器周期 = 1/晶振频率 = 1/12Mhz = 1us

所以, 100us = n * 1us -> n = 100

计数值 = 最大计数值 - 计算初值

• 计数值 : 上式中的n, 解得为100
• 最大计数值 : 方式2为8位计数器/定时器, 最大计数值为2^8 = 256
• 计算初值: 记为x, 需计算解出

所以, 100 = 256 - x, 解得x = 256 - 100

综上, TH0 = TL0 = 256 - 100;

补充： 方式2运行原理

工作方式2为自动恢复初值(初值自动装入)的8为定时器/计数器, TLx(x = 0, 1)作为常数缓冲器, 当TLx计数溢出时, 在溢出标志位TFx置1的同时, 还自动将THx中的初值发送至TLx, 使TLx从初值开始重新计数.

源码

/* 
 * 功能实现:  使用T0, 采用方式2定时中断, 在P1.0引脚上输出周期为400us, 占空比为25%的矩形脉冲 
 * 编写环境: Neovim + Keil5
 * 硬件仿真: Proteus 8 Professional
 * 日期: 2022-11-15
 */

#include 

sbit Pluse = P1^0; // 定义P1.0口为Pulse

unsigned char count = 0;

int main(void)
{
    TMOD = 0x01; // 定时器T0为方式1

    TH0 = 256 - 100; // 设置定时器初值
    TL0 = 256 - 100; 

    Pluse = 0; // P1.1输出低电平
    EA = 1; // 总中断开
    ET0 = 1; // T0中断开
    TR0 = 1; // 启动T0

    while(1) // 循环等待
    {
        ;
    }

    return 0;
}

void timer0() interrupt 1 // T0中断程序
{

    TH0 = 256 - 100; // 重新赋值
    TL0 = 256 - 100; 

    count++;

    if (1 == count) // 100us过后, 高电平持续时间结束, 需将P1.1变为低电平
    {
        Pluse = 0;
    }
    else if (4 == count) // (4-1) * 100us过后, 低电平持续时间结束, 需将P1.1变为高电平
    {
        Pluse = 1;
		count = 0; // 一个脉冲周期结束, 将count清零 
    }

    return;
}
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