51单片机的定时器

随着产业结构的不断调整、生产工艺的飞速发展、人们生活水平的不断提高及家用电器的逐渐普及， 市场对定时控制系统的需求越来越大。 如， 定时自动报警、定时自动打铃、定时开关烘箱、定时通断动力设备以及各种电气的定时启动等都属于定时控制系统［ 1］ 。 定时控制系统的实现方法很多， 本文主要介绍以80C51 系列单片机中的AT89C51 为核心的智能定时控制系统的设计实现方式。 80C51 系列单片机进入市场时间早， 总线开放， 仿真开发设备多， 芯片及其开发价格低廉、速度较快、电磁兼容性较好。 本文所述智能时钟控制系统主要包括时钟显示、时间校正、闹铃设置及各种设备定时开关机（ 可扩展功能） 等功能。 实时日历和时钟显示的设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件部分主要由AT89S52单片机，LED显示电路，以及调时按键电路等组成，系统通过LED显示数据，所以具有人性化的操作和直观的显示效果。软件方面主要包括时钟程序、键盘程序，显示程序等。

我们在日常生活中，经常碰到一些需要定时的事情，例如：印相或放大照片，需要定在零点几秒的时间，洗衣机洗涤衣物需要定在几分钟到几十分钟的时间，电风扇需要定在数十分钟的时间。完成这种定时的定时器有多种多样，在家用电器中采用机械定时器就是根据一般上弦钟表原理设计的，这种定时器虽然结构简单，成本低，维修也比较方便，但是它的触头频繁接触和断开，大大的缩减了它的使用寿命，也不利于进一步全自动化。在电子技术突飞猛进的今天，电子定时器一定会逐步取而代之，这是不言而喻的。

定时器的应用 

定时器在家用电器中经常用于延时自动关机、定时。延时自动关机可用于：收音机、电视机、录音机、催眠器、门灯、路灯、汽车头灯、转弯灯以及其他电器的延时断电及延时自停电源等。定时可用于：照相定时曝光、定时闪光、定时放大、定时调速、定时烘箱、冰箱门开定时报警、水位定时报警、延时催眠器、延时电铃、延时电子锁、触摸定时开关等。例如：空调中的定时器，在工作一段时间之后便能自动切断电源停止工作。夏季夜间使用，入睡前先顶好时间，等睡熟后到了预定时间，空调自动关机。方便节能。定时器除了应用于家用电器外，还广泛地用于工业农业生产和服务设施，甚至军事等。

51单片机内部机构 

51单片机内部有一个8位的CPU，同时CPU内部包含了运算器，控制器及若干寄存器如图（图1）所示。

计数原理 

STC单片机内部设有两个16位的可编程定时器/计数器。可编程的意思是指其功能（如工作方式、定时时间、量程、启动方式等）均可由指令来确定和改变。在定时器/计数器

中除了有两个16位的计数器之外，还有两个特殊功能寄存器（控制寄存器和方式寄存器）。          

从上面定时器/计数器的结构图中我们可以看出，16位的定时/计数器分别由两个8位专用寄存器组成，即：T0由TH0和TL0构成；T1由TH1和TL1构成。其访问地址依次为8AH-8DH。每个寄存器均可单独访问。这些寄存器是用于存放定时或计数初值的。此外，其内部还有一个8位的定时器方式寄存器TMOD和一个8位的定时控制寄存器TCON。这些寄存器之间是通过内部总线和控制逻辑电路连接起来的。TMOD主要是用于选定定时器的工作方式；TCON主要是用于控制定时器的启动停止，此外TCON还可以保存T0、T1的溢出和中断标志。当定时器工作在计数方式时，外部事件通过引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）输入。

基于51单片机的定时器

在这里，小编带你一起 从零开始学51单片机定时器。基于单片机的定时器电路原理图如下所示：

我们学单片机是首先学的就是 LED 闪烁，那是用延时程序做的，现在回想起来，这样做不很恰当，为什么呢？我们的主程序做了灯的闪烁，就不能再干其它的事了，难道单片机只能这样工作吗？当然不是，我们能用定时器来实现灯的闪烁的功能。

例 1：查询方式

ORG 0000H

AJMP START

ORG 30H

START：

MOV P1，#0FFH ;关所 灯

MOV TMOD，#00000001B ;定时/计数器 0 工作于方式 1

MOV TH0，#15H

MOV TL0，#0A0H ;即数 5536

SETB TR0 ;定时/计数器 0 开始运行

LOOP:JBC TF0，NEXT ;如果 TF0 等于 1，则清 TF0 并转 NEXT 处

AJMP LOOP ;不然跳转到 LOOP 处运行

NEXT:CPL P1.0

MOV TH0，#15H

MOV TL0，#9FH;重置定时/计数器的初值

AJMP LOOP

END AJMP LOOP

END

键入程序，看到了什么？灯在闪烁了，这可是用定时器做的，不再是主程序的循环了。简单地分析一下程序，为什么用 JBC 呢？TF0 是定时/计数器 0 的溢出标记位，当定时器产生溢出后，该位由 0 变 1，所以查询该位就可知宇时时间是否已到。该位为 1 后，要用软件将标记位清 0，以便下一次定时是间到时该位由 0 变 1，所以用了 JBC 指令，该指位在判 1转移的同时，还将该位清 0。

以上程序是能实现灯的闪烁了，可是主程序除了让灯闪烁外，还是不能做其他的事啊！不，不对，我们能在 LOOP：……和 AJMP LOOP 指令之间插入一些指令来做其他的事情，只要保证执行这些指令的时间少于定时时间就行了。那我们在用软件延时程序的时候不是也能用一些指令来替代 DJNZ 吗？是的，但是那就要求你精确计算所用指令的时间，然后再减去对应的 DJNZ 循环次数，很不方便，而现在只要求所用指令的时间少于定时时间就行，显然要求低了。当然，这样的办法还是不好，所以我们常用以下的办法来实现。

程序 2：用中断实现

ORG 0000H

AJMP START

ORG 000BH ;定时器 0 的中断向量地址

AJMP TIME0 ;跳转到真正的定时器程序处

ORG 30H

START：

MOV P1，#0FFH ;关所 灯

MOV TMOD，#00000001B ;定时/计数器 0 工作于方式 1

MOV TH0，#15H

MOV TL0，#0A0H ;即数 5536

SETB EA ;开总中断允许

SETB ET0 ;开定时/计数器 0 允许

SETB TR0 ;定时/计数器 0 开始运行

LOOP： AJMP LOOP ;真正工作时，这里可写任意程序

TIME0： ;定时器 0 的中断处理程序

PUSH ACC

PUSH PSW ;将 PSW 和 ACC 推入堆栈保护

CPL P1.0

MOV TH0，#15H

MOV TL0，#0A0H ;重置定时常数

POP PSW

POP ACC

RETI

END

上面的例程中，定时时间一到，TF0 由 0 变 1，就会引发中断，CPU 将自动转至 000B处寻找程序并执行，由于留给定时器中断的空间只有 8 个字节，显然不足以写下所有有中断处理程序，所以在 000B 处安排一条跳转指令，转到实际处理中断的程序处，这样，中断程序能写在任意地方，也能写任意长度了。进入定时中断后，首先要保存当前的一些状态，程序中只 演示了保存存 ACC 和 PSW，实际工作中应该根据需要将可能会改变的单元的值都推入堆栈进行保护（本程序中实际不需保存护任何值，这里只作个演示）。

上面的两个单片机程序运行后，我们发现灯的闪烁非常快，根本分辨不出来，只是视觉上感到灯有些晃动而已，为什么呢？我们能计算一下，定时器中预置的数是 5536，所以每计 60000 个脉冲就是定时时间到，这 60000 个脉冲的时间是多少呢？我们的晶体震荡器 是12M，所以就是 60000 微秒，即 60 毫秒，因此速度是非常快的。如果我想实现一个 1S 的定时，该怎么办呢？在该晶体震荡器濒率下，最长的定时也就是 65。536 个毫秒啊！上面给出 一个例程。

ORG 0000H

AJMP START

ORG 000BH ;定时器 0 的中断向量地址

AJMP TIME0 ;跳转到真正的定时器程序处

ORG 30H

START：

MOV P1，#0FFH ;关所 灯

MOV 30H，#00H ;软件计数器预清 0

MOV TMOD，#00000001B ;定时/计数器 0 工作于方式 1

MOV TH0，#3CH

MOV TL0，#0B0H ;即数 15536

SETB EA ;开总中断允许

SETB ET0 ;开定时/计数器 0 允许

SETB TR0 ;定时/计数器 0 开始运行

LOOP： AJMP LOOP ;真正工作时，这里可写任意程序

TIME0： ;定时器 0 的中断处理程序

PUSH ACC

PUSH PSW ;将 PSW 和 ACC 推入堆栈保护

INC 30H

MOV A，30H

CJNE A，#20，T_RET ;30H 单元中的值到了 20 了吗？

T_L1： CPL P1.0 ;到了，取反 P10

MOV 30H，#0 ;清软件计数器

T_RET：

MOV TH0，#15H

MOV TL0，#9FH ;重置定时常数

POP PSW

POP ACC

RETI

END

先自己分析一下，看看是怎么实现的？这里采用了软件计数器的概念，思路是这样的，先用定时/计数器 0 做一个 50 毫秒的定时器，定时是间到了以后并不是立即取反 P10，而是将软件计数器中的值加 1，如果软件计数器计到了 20，就取反 P10，并清掉软件计数器中的值，不然直接返回，这样，就变成了 20 次定时中断才取反一次 P10，因此定时时间就延长了成了 20*50 即 1000 毫秒了。

这个思路在工程中是非常有用的，有的时候我们需要若干个定时器，可 51 中总共才有 2个，怎么办呢？其实，只要这几个定时的时间有一定的公约数，我们就能用软件定时器加以实现，如我要实现 P10 口所接灯按 1S 每次，而 P11 口所接灯按 2S 每次闪烁，怎么实现呢？对了我们用两个计数器，一个在它计到 20 时，取反 P10，并清零，就如上面所示，另一个计到 40 取反 P11，然后清 0，不就行了吗？这部份的程序如下

ORG 0000H

AJMP START

ORG 000BH ;定时器 0 的中断向量地址

AJMP TIME0 ;跳转到真正的定时器程序处

ORG 30H

START：

MOV P1，#0FFH ;关所 灯

MOV 30H，#00H ;软件计数器预清 0

MOV TMOD，#00000001B ;定时/计数器 0 工作于方式 1

MOV TH0，#3CH

MOV TL0，#0B0H ;即数 15536

SETB EA ;开总中断允许

SETB ET0 ;开定时/计数器 0 允许

SETB TR0 ;定时/计数器 0 开始运行

LOOP： AJMP LOOP ;真正工作时，这里可写任意程序

TIME0： ;定时器 0 的中断处理程序

PUSH ACC

PUSH PSW ;将 PSW 和 ACC 推入堆栈保护

INC 30H

INC 31H ;两个计数器都加 1

MOV A，30H

CJNE A，#20，T_NEXT ;30H 单元中的值到了 20 了吗？

T_L1： CPL P1.0 ;到了，取反 P10

MOV 30H，#0 ;清软件计数器

T_NEXT：

MOV A，31H

CJNE A，#40，T_RET ;31h 单元中的值到 40 了吗？

T_L2：

CPL P1.1

MOV 31H，#0 ;到了，取反 P11，清计数器，返回

T_RET：

MOV TH0，#15H

MOV TL0，#9FH ;重置定时常数

POP PSW

POP ACC

RETI

END