【文章內容簡介】 綜上所述，我們已知定時器 /計數(shù)器是一種可編程部件，所以在定時器 /計數(shù)器開始工作之前， CPU 必須將一些命令（稱為控制字）寫入定時 /計數(shù)器。將控制字寫入定時 /計數(shù)器的過程叫定時器 /計數(shù)器初始化。在初始化過程中，要將工作方式控制字寫入方式寄存器，工作狀態(tài)字（或相關位）寫入控制寄存器，賦定時 /計 數(shù)初值。下面我們就提出的控制字的格式及各位的主要功能與大家詳細的講解。 11 控制寄存器 定時器／計數(shù)器 T0 和 T1 有 2 個控制寄存器 TMOD 和 TCON，它們分別用來設置各個定時器／計數(shù)器的工作方式，選擇定時或計數(shù)功能，控制啟動運行，以及作為運行狀態(tài)的標志等。其中， TCON 寄存器中另有 4位用于中斷系統(tǒng)。 定時器 /計數(shù)器方式寄存器 TMOD： 定時器方式控制寄存器 TMOD在特殊功能寄存器中，字節(jié)地址為 89H，無位地址。 TMOD的格式如下圖所示。 由圖可見， TMOD 的高 4位用于 T1，低 4使用于 T0， 4種符號的含義如下： GATE：門控制位。 GATE 和軟件控制位 TR、外部引腳信號 INT的狀態(tài) ,共同控制定時器／計數(shù)器的打開或關閉。 C／ T：定時器／計數(shù)器選擇位。 C/T＝ 1，為計數(shù)器方式； C／ T＝ 0，為定時器方式。 M1M0：工作方式選擇位，定時器／計數(shù)器的 4種工作方式由 M1M0設定。 定時器 /計數(shù)器方式控制寄存器 TMOD不能進行位尋址，只能用字節(jié)傳送指令設置定時器工作方式，低半字節(jié)定義為定時器 0，高半字節(jié)定義為定時器 1。復位時， TMOD所有位均為 0。 定時器 /計數(shù)器控制寄存器 TCON： TCON在特殊功 能寄存器中，字節(jié)地址為 88H，位地址 (由低位到高位 )為 88H一 8FH，由于有位地址，十分便于進行位操作。 TCON 的作用是控制定時器的啟、停，標志定時器溢出和中斷情況 。 12 TCON的格式如下圖所示。其中， TFl， TRl， TF0 和 TR0位用于定時器／計數(shù)器； IEl， ITl， IE0 和 IT0位用于中斷系統(tǒng)。 各位定義如下： TF1： 定時器 1溢出標志位。當字時器 1 計滿溢出時，由硬件使 TF1 置 “1” ，并且申請中斷。進入中斷服務程序后，由硬件自動清 “0” ，在查詢方式下用軟件清 “0” 。 TR1： 定時器 1 運行控制位。由軟 件清 “0” 關閉定時器 1。當 GATE=1，且INT1為高電平時， TR1 置 “1” 啟動定時器 1；當 GATE=0， TR1置 “1” 啟動定時器 1。 TF0： 定時器 0 溢出標志。其功能及操作情況同 TF1。 TR0： 定時器 0 運行控制位。其功能及操作情況同 TR1。 IE1： 外部中斷 1請求標志。 IT1： 外部中斷 1觸發(fā)方式選擇位。 IE0： 外部中斷 0請求標志。 IT0： 外部中斷 0觸發(fā)方式選擇位。 TCON中低 4位與中斷有關，我們將在下節(jié)課講中斷時再給予講解。由于 TCON是可以位尋址的，因而如果只清溢出或啟動定時器工作，可以用位操 作命令。例如：執(zhí)行 “CLR TF0” 后則清定時器 0 的溢出；執(zhí)行 “SETB TR1” 后可啟動定時器 1開始工作（當然前面還要設置方式定）。 定時器 /計數(shù)器的初始化： 由于定時器 /計數(shù)器的功能是由軟件編程確定的，所以一般在使用定時 /計數(shù)器前都要對其進行初始化，使其按設定的功能工作。初始貨的步驟一般如下： 13 確定工作方式（即對 TMOD賦值）； 預置定時或計數(shù)的初值（可直接將初值寫入 TH0、 TL0或 TH TL1）； 根據需要開放定時器 /計數(shù)器的中斷（直接對 IE位賦值）； 啟動定時器 /計數(shù)器（若已規(guī)定 用軟件啟動，則可把 TR0或 TR1 置 “1” ；若已規(guī)定由外中斷引腳電平啟動，則需給外引腳步加啟動電平。當實現(xiàn)了啟動要求后，定時器即按規(guī)定的工作方式和初值開始計數(shù)或定時）。 因為在不同工作方式下計數(shù)器位數(shù)不同，因而最大計數(shù)值也不同。 現(xiàn)假設最大計數(shù)值為 M，那么各方式下的最大值 M值如下： 方式 0： M=213=8 192 方式 1： M=216=65 536 方式 2： M=28=256 方式 3：定時器 0分成兩個 8位計數(shù)器，所以兩個 M均為 256。 因為定時器 /計數(shù)器是作 “ 加 1” 計數(shù)，并在計數(shù)滿溢出時產生中斷，因此初值 X可以 這樣計算： X=M計數(shù)值 定時器 /計數(shù)器的四種工作方式： 定 T0或 T1 無論用作定時器或計數(shù)器都有 4種工作方式：方式 0、方式 方式 2和方式 3。除方式 3外， T0和 T1有完全相同的工作狀態(tài)。下面以 T1為例，分述各種工作方式的特點和用法。 工作方式 0： 13 位方式由 TL1的低 5位和 TH1的 8位構成 13位計數(shù)器（ TL1的高 3位無效）。工作方式 0的結構見下圖： 14 為定時／計數(shù)選擇： C／ T＝ 0， T1 為定時器，定時信號為振蕩周期 12 分頻后的脈沖； C／ T＝ l， T1為計數(shù)器，計數(shù)信號來自引腳 T1的外部信號。 定時器 T1 能否啟動工作，還受到了 R GATE 和引腳信號 INT1 的控制。由圖中的邏輯電路可知，當 GATE＝ 0時，只要 TR1＝ 1就可打開控制門，使定時器工作；當 GATE＝ 1 時，只有 TR1＝ 1 且 INT1＝ 1，才可打開控制門。 GATE， TR1， C／ T的狀態(tài)選擇由定時器的控制寄存器 TMOD， TCON 中相應位狀態(tài)確定， INT1則是外部引腳上的信號。 在一般的應用中，通常使 GATE＝ 0，從而由 TRl的狀態(tài)控制 Tl的開閉： TRl＝ 1，打開 T1； TRl＝ 0，關閉 T1。在特殊的應用場合，例如利用定時器測量接于INT1引腳上的 外部脈沖高電平的寬度時，可使 GATE＝ 1， TRl＝ 1。當外部脈沖出現(xiàn)上升沿，亦即 INT1 由 0變 1電平時，啟動 T1定時，測量開始；一旦外部脈沖出現(xiàn)下降沿，亦即 INT1由 l變 O時就關閉了 T1。 定時器啟動后，定時或計數(shù)脈沖加到 TLl 的低 5 位，從預先設置的初值 (時間常數(shù) )開始不斷增 1。 TL1計滿后，向 THl 進位。當 TL1和 THl都計滿之后，置位 T1 的定時器回零標志 TFl，以此表明定時時間或計數(shù)次數(shù)已到，以供查詢或在打開中斷的條件下，可向 CPU 請求中斷。如需進一步定時 /計數(shù)，需用指令重置時間常數(shù)。 方式 0 是 13 位 計數(shù)結構的工作方式，其計數(shù)器由 TH0 全部 8 位和 TL0 的低5位構成。當 TL0的低 5位計數(shù)溢出時，向 TH0進位，而全部 13位計數(shù)溢出時，則向計數(shù)溢出標志位 TF0進位 。 ⑵ TMOD 寄存器初始化 為把定時器 /計數(shù)器 1 設定為方式 0，則 M1M0＝ 00；為實現(xiàn)定時功能，應使 C/T＝ 0；為實現(xiàn)定時 15 器 /計數(shù)器 1的運行控制，則 GATE＝ 0。定時器 /計數(shù)器 0不用，有關位設定為 0。因此 TMOD寄存 器應初始化為 00H。 ⑶ 由定時器控制寄存器 TCON 中的 TR1 位控制定時的啟動和停止 TR1＝ 1 啟動， TR1＝ 0停止。 工作 方式 1： 1 是 16 位計數(shù)結構的工作方式，計數(shù)器由 TH0 全部 8 位和 TL0 全部 8 位構成。與工作方式 0 基本相同，區(qū)別僅在于工作方式 1 的計數(shù)器 TL1 和 TH1 組成 16 位計數(shù)器，從而比工作方式 0 有更寬的定時 /計數(shù)范圍。 工作方式 2 8位自動裝入時間常數(shù)方式。由 TLl構成 8位計數(shù)器， THl僅用來存放時間常數(shù)。啟動 T1 前， TLl 和 THl 裝入相同的時間常數(shù)，當 TL1 計滿后，除定時器回零標志 TFl置位，具有向 CPU請求中斷的條件外， THl中的時間常數(shù)還會自動地裝入TLl，并重新開始定時或計數(shù)。所以，工作方式 2 是一種自動裝入時間 常數(shù)的 8位計數(shù)器方式。由于這種方式不需要指令重裝時間常數(shù)，因而操作方便，在允許的條件下，應盡量使用這種工作方式。當然，這種方式的定時／計數(shù)范圍要小于方式 0和方式 1。工作方式 2的結構見下圖． 當計數(shù)溢出后，不是像前兩種工作方式那樣通過軟件方法，而是由預置寄存器TH以硬件方法自動給計數(shù)器 TL重新加載。變軟件加載為硬件加載。 16 初始化時， 8 位計數(shù)初值同時裝入 TL0 和 TH0 中。當 TL0 計數(shù)溢出時，置位 TF0，同時把保存在預置寄 存器 TH0中的計數(shù)初值自動加載 TL0，然后 TL0重新計數(shù)。如此重復不止。這不但 省去了用戶程序中的 重裝指令，而且也有利于提高定時精度。但這種工作方式下是 8位計數(shù)結構，計數(shù)值有限，最大只能到 255。 這種自動重新加載工作方式非常適用于循環(huán)定時或循環(huán)計數(shù)應用，例如用于產生固定脈寬的脈沖， 此外還可以作串行數(shù)據通信的波特率發(fā)送器使用。 工作方式 3 2 個 8 位方式。工作方式 3 只適用于定時器 0。如果使定時器 1 為工作方式3，則定時器 1將處于關閉狀態(tài)。 當 T0為工作方式 3時， THo和 TL0分成 2個獨立的 8位計數(shù)器。其中， TL0既可用作定時器，又可用作計數(shù)器，并使用原 T0 的所有控制位及其定時器回零標志 和中斷源。 TH0 只能用作定時器，并使用 T1 的控制位 TRl、回零標志 TFl和中斷源，見下圖。 通常情況下， T0 不運行于工作方式 3，只有在 T1 處于工作方式 2，并不要求中斷的條件下才可能使用。這時， T1往往用作串行口波特率發(fā)生器 (見 1． 4)，TH0 用作定時器， TL0 作為定時器或計數(shù)器。所以，方式 3 是為了使單片機有 1個獨立的定時器／計數(shù)器、 1個定時器以及 1個串行口波特率發(fā)生器的應用場合而特地提供的。這時，可把定時器 l用于工作方式 2，把定時器 0用于工作方式3。 17 下才可能使用。這時， T1往往用作串行口波特率 發(fā)生器， TH0用作定時器，TL0作為定時器或計數(shù)器。所以，方式 3是為了使單片機有 1個獨立的定時器／計數(shù)器、 1個定時器以及 1個串行口波特率發(fā)生器的應用場合而特地提供的。這時，可把定時器 l用于工作方式 2，把定時器 0用于工作方式 3。 3 電子定時器的設計 總體的設計要求 本文所涉及的電子定時器要求能定時給電器供電或斷電，最大時間可以長達30h,操作使用方便，采用 AT89C2051單片機控制， 4位共陽數(shù)碼管顯示時間，繼電器做電器電源輸出控制。 18 系統(tǒng)硬件電路設計 芯片的選擇 硬件電路要實現(xiàn) 對交流大電流電源的控制、定時時間的設定顯示和到點提醒等功能。若采用 40 腳的單片機有利于設計，但會增大電路板的體積。本設計采用 ATMEL 公司的 AT89C2051 單片機，芯片位 20 腳，體積小，工作電壓范圍寬（ ~6V）。性價比比較高。 交流控制接口電路 交流接口電路可以選擇繼電器控制，也可采用可控硅控制等。本設計采用的是前一種 —— 繼電器控制。 顯示電路 顯示電路采用 4 個共陽極 LED 數(shù)碼管。為了在定時達到分（鐘）的時候能顯示出時鐘在計時，兩個數(shù)碼管之間增加一個發(fā)光二極管，以其閃爍來代 表秒走動；為了使硬件電路簡單，采用單片機直接驅動 LED 數(shù)碼管（ AT89C2051 輸出口能吸收 20mA 電流），用動態(tài)掃描法實現(xiàn) LED 顯示。 報警電路 報警電路采用普通的 5V 成品蜂鳴器。 系統(tǒng)程序的設計 程序采用模塊化、結構化設計，并采用軟件抗干擾，使軟件的可靠性比較高，可維護性較強。 主要模塊有： 1） 主程序 2） 菜單程序 3） 到點工作程序 4） 抗干擾程序 19 主程序流程圖 N Y N Y N 關中斷，設置堆棧 有上電復位標志？ 冷啟動 全面初始化 熱啟動 恢復正常 調用顯示程序 F 鍵被按下？ 調用顯示程序，設定時間 開始計時、工作 到點了嗎？ 停止計時， 調用到點工作程序 開始 結束 20 4 重要元件及重要電路 AT89C2051 的內部結構及功能和引腳說明 AT89C2051 是美國 ATMEL 公司生產的低電壓、高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 2k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128bytes 的隨機數(shù)據存儲器（ RAM），