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单 片 机 应 用 技术

单 片 机 应 用 技术. 项目三 秒表的设计. 任务 2 基于 T0 查询法可控秒表的设计. 教学目标：. 1 、了解 51 单片机定时 / 计数器的结构组成、各特殊功能寄存器的用途 2 、 掌握 51 单片机定时 / 计数器的查询使用的设计方法。 2 、进一步熟悉并掌握独立按键、数码管的使用与编程方法。. 任务 2 教学提纲. 工作任务 任务解析 操作演示 课堂实训. 工作任务. 1 、基于两位一体数码管 0~99 计数器的设计法

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Presentation Transcript

  1. 单 片 机 应 用 技术 项目三 秒表的设计

  2. 任务2 基于T0查询法可控秒表的设计 教学目标： 1、了解51单片机定时/计数器的结构组成、各特殊功能寄存器的用途 2、掌握51单片机定时/计数器的查询使用的设计方法。 2、进一步熟悉并掌握独立按键、数码管的使用与编程方法。

  3. 任务 2 教学提纲 • 工作任务 • 任务解析 • 操作演示 • 课堂实训

  4. 工作任务 1、基于两位一体数码管0~99计数器的设计法 ★2、利用T0的查询法设计一个可控的秒表，可实现秒表的开始、暂停与复位。用数码管显示，仿真其功能，并在实验板上完成系统的制作。

  5. 任务解析 • 在本任务中，要完成按键功能模块、显示功能模块、计时功能模块的设计。要确定这几个功能模块的设计，首先应了解有哪些可行的设计方案。 • 按键的设计方案：独立按键； • 显示的设计方案：数码管的静态显示法、数码管的动态显示法。 • 计时模块：软件延时法、采用时基电路定时、采用可编程芯片定时、定时/计数器计时法

  6. 1.定时/计数器的结构：C51单片机内部有两个16位的可编程定时/计数器，称为T0和T11.定时/计数器的结构：C51单片机内部有两个16位的可编程定时/计数器，称为T0和T1 8051定时器/计数器逻辑结构

  7. 定时/计数器的结构： 定时/计数器的实质是加1计数器（16位），由高8位和低8位两个寄存器组成。TMOD是定时/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的启动和停止及设置溢出标志。 2.定时/计数器的工作原理 加1计数器输入的计数脉冲有两个来源,一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；一个是T0或T1引脚输入的外部脉冲源。每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU发出中断请求（定时/计数器中断允许时）。如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。 可见，由溢出时计数器的值减去计数初值才是加1计数器的计数值。

  8. 设置为定时器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数（1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12）。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t。设置为定时器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数（1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12）。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t。 • 设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。在每个机器周期的S5P2期间采样T0、T1引脚电平。当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加1，更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时，最高计数频率不超过1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于2 s。

  9. 3.定时/计数器的控制 80C51单片机定时/计数器的工作由两个特殊功能寄存器控制。TMOD用于设置其工作方式；TCON用于控制其启动和中断申请。 （1）工作方式寄存器TMOD 工作方式寄存器TMOD用于设置定时/计数器的工作方式，低四位用于设置T0，高四位用于设置T1。其格式如下：

  10. GATE：门控位。GATE＝0时，只要用软件使TCON中的TR0或TR1为1，就可以启动定时/计数器工作；GATA＝1时，要用软件使TR0或TR1为1，同时外部中断引脚或也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。即此时定时器的启动多了一条件。GATE：门控位。GATE＝0时，只要用软件使TCON中的TR0或TR1为1，就可以启动定时/计数器工作；GATA＝1时，要用软件使TR0或TR1为1，同时外部中断引脚或也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。即此时定时器的启动多了一条件。 :定时/计数模式选择位。 ＝0为定时模式； =1为计数模式。 M1M0：工作方式设置位。定时/计数器有四种工作方式，由M1M0进行设置。

  11. （2）控制寄存器TCON TCON的低4位用于控制外部中断,已在前面介绍。TCON的高4位用于控制定时/计数器的启动和中断申请。其格式如下： • TF1（TCON.7）：T1溢出中断请求标志位。T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1。CPU响应中断后TF1由硬件自动清0。T1工作时，CPU可随时查询TF1的状态。所以，TF1可用作查询测试的标志。TF1也可以用软件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一样。 • TR1（TCON.6）：T1运行控制位。TR1置1时，T1开始工作；TR1置0时，T1停止工作。TR1由软件置1或清0。所以，用软件可控制定时/计数器的启动与停止。 • TF0（TCON.5）：T0溢出中断请求标志位，其功能与TF1类同。 • TR0（TCON.4）：T0运行控制位，其功能与TR1类同。

  12. 4.定时/计数器的工作方式 （1）方式0、方式1 方式0为13位计数，方式1为16位计数 定时器的方式0、1示意图

  13. （2）方式2 定时器的方式2示意图

  14. （3）方式3 方式3只适用于定时/计数器T0，定时器T1处于方式3时相当于TR1=0，停止计数。 工作方式3将T0分成为两个独立的8位计数器TL0和TH0。 5.定时/计数器的使用步骤 ①设置定时/计数器工作方式 ②设置计数初值 ③启动定时/计数器 ④设计数溢出标志

  15. 设置计数初值 • T0、T1是16位加法计数器，分别由两个8位专用寄存器组成，T0由TH0和TL0组成，T1由TH1和TL1组成。TL0、TL1、TH0、TH1的访问地址依次为8AH8DH，每个寄存器均可被单独访问，因此可以被设置为8位、13位或16位计数器使用。 • 在计数器允许的计数范围内，计数器可以从任何值开始计数，对于加1计数器，当计到最大值时（对于8位计数器，当计数值从255再加1时，计数值变为0），产生溢出。 • 定时/计数器允许用户编程设定开始计数的数值，称为赋初值。初值不同，则计数器产生溢出时，计数个数也不同。例如：对于8位计数器，当初值设为100时，再加1计数156个，计数器就产生溢出；当初值设为200时，再加1计数56个，计数器产生溢出。

  16. 定时器的初始值的计算 对于不同的工作方式，计数器位数不同，故最大计数值M也不同： 方式0：M=213=8192 方式1：M=216=65536 方式2：M=28=256 方式3：定时器0分为2个8位计数器，每个M均为256。 因为定时/计数器是作加1计数，并在计满溢出时产生中断，因此初值X的计算如下： X = M – 计数值 计算出来的结果X转换为16进制数后分别写入TL0（TL1）、TH0（TH1）。 注意！方式0时初始值写入时，对于TL不用的高3位应填入0！

  17. 举 例1 用T1、工作方式0实现1秒延时函数，晶振频率为12MHz。 方式0采用13位计数器，其最大定时时间为：8192×1s = 8.192ms，因此，定时时间不可能象任务7中一样选择50ms，可选择定时时间为5ms，再循环200次。 定时时间为5ms，则计数值为5ms/1s =5000，T1的初值为： X = M 计数值= 8192  5000 = 3192 = C78H = 0110001111000B 13位计数器中TL1的高3位未用，填写0，TH1占高8位，所以，X的实际填写值应为： X = 0110001100011000B = 6318H

  18. 举 例1 用T0方式0实现任务7中1秒延时函数如下： void delay1s() { unsigned char i; TMOD=0x00; // 置T1为工作方式0 for(i=0;i<0xc8;i++){ // 设置200次循环次数 TH0=0x63; // 设置定时器初值 TL0=0x18; TR0=1; // 启动T1 while(!TF0); // 查询计数是否溢出，即定时5ms时间到，TF0=1 TF0=0; // 5ms定时时间到，将定时器溢出标志位TF1清零 } }

  19. 举 例2 用T1、工作方式2实现1秒延时，晶振频率为12MHz。 因工作方式2是8位计数器，其最大定时时间为：256×1s = 256s，为实现1秒延时，可选择定时时间为250s，再循环4000次。定时时间选定后，可确定计数值为250，则T1的初值为：X = M 计数值=256  250 = 6 = 6H。采用T1方式2工作，因此，TMOD =0x20。

  20. 举 例2 用定时器工作方式2实现的1秒延时函数如下： void delay1s() { unsigned int i; // i取值范围为0～4000，因此不能定义成unsigned char TMOD=0x20; // 设置T1为方式2 TH1=6; // 设置定时器初值，放在for循环之外 TL1=6; for(i=0;i<4000;i++) // 设置4000次循环次数 { TR1=1; // 启动T1 while(!TF1); // 查询计数是否溢出，即定时250s时间到，TF1=1 TF1=0; // 250s定时时间到，将定时器溢出标志位TF1清零 } }

  21. 操作演示 1）根据确定的设计方案设计系统硬件电路 按键设计：独立的按键设计 显示模块：两个独立的数码管 计时模块：定时/计数的查询法计时 （2）根据硬件电路，编写软件系统。 （3）系统仿真、调试 （4）系统移植到实验板上进行调试。

  22. 课堂实训 活动一 ：完成系统控制要求，在仿真软件上实现； 活动二：在单路板上都能实现控制要求

  23. 小结 • 单片机 定时器/计数器用于较精确的时间定时的使用 • 数码管的动态显示方法

  24. 课后任务 • （1）复习本次课内容 • （2）设计基于两位一体数码管的可控秒表的设计，其余设计方案同上。

  25. Thank You !

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