课题六 简易频率计(课件）-《单片机技术与应用》同步教学（电子工业版）

课题六 简易频率计 定时器/计数器介绍 输出1kHz方波 定时1s 简易频率计 软件延时是通过不断执行指令，利用每条指令需要一定的机器周期消耗时间。 如循环：for（i=250；i>0；i--）； 软件定时的特点： 1.编程较为简单，时间计算较为麻烦； 2.更重要的问题是，软件定时执行的过程中，CPU在干嘛？—— 占用了宝贵的CPU资源。 软件延时 A：外加硬件电路实现，例如555时基电路。 缺点：增加成本、电路板尺寸等。 B：利用51单片机自带的定时计数器功能。 51单片机集成了2个16位的定时/计数器，可做定时用，可做计数用，可各自独立也可串联使用。 硬件定时的特点： 定时或计数由单独的电路完成，时间到或计数满，向CPU申请中断。 申请之前，CPU可以做其他事，节省了宝贵的资源。 硬件定时 51单片机的定时计数器 定时器/计数器的实质是一个能够自动加1的电路。 定时功能：是对机器周期计数，机器周期固定，时间就确定。 每一个机器周期结束时定时器自动加1，所以定时器相当于在对机器周期计数，如果机器周期是1us，那么定时器就是每1us加1。 定时器记满（16位/8位/13位几种方式），向CPU申请中断。 51单片机的定时计数器 计数功能：是对外部脉冲计数，脉冲不确定，如流水线上的零件。 只要单片机外部引脚T0或T1有从1到0的负跳变，相应的计数器就自动加1。即计数器实际上是对对应引脚的负跳变在计数，由于受振荡频率的限制，计数的最高频率只能达到振荡周期的1/24。 计数记满（和定时一样，有16/13/8位几种方式），向CPU申请中断。 定时器/计数器简介 T0和T1的工作方式和功能选择由特殊功能寄存器TMOD 的设置确定；定时时间由定时器的计数寄存器（TH0、TL0或TH1、TL1）的值确定；启动标志和定时中断标志在TCON高四位；定时中断允许由中断允许寄存器IE中的相应位确定。 计数器值置于16位的计数寄存器中。向计数寄存器赋值就是给定时器置初始计数数值，直接在表达式中引用计数寄存器就是读取定时器的值。 模式控制寄存器TMOD，是对定时器0和定时器1的计数方式和计数器控制方式进行设置的寄存器，低4位用于T0，高4位用于T1 。 GATE：门控位。为1由外部中断控制定时器工作。 :定时/计数模式选择位。 ＝0为定时模式； 当 =1为计数模式。 定时模式是对单片机内部的机器周期计数；计数模块是对外单片机引脚上的脉冲计数。 定时器/计数器的控制寄存器TMOD 定时器/计数器的控制寄存器TMOD M1M0 工作方式 功能描述 0 0 方式0 13位计数器（213=8192） 0 1 方式1 16位计数器（216=65536） 1 0 方式2 8位自动重装计数初值计数器 1 1 方式3 仅适用于T0，分为2个独立的8位计数器 方式0为13位计数，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位组成。TL0的低5位溢出时向TH0进位，TH0溢出时，置位TCON中的TF0标志，向CPU发出中断请求。最大计数值为：M=213=8192。 定时/计数器的工作方式 0 定时/计数器的工作方式 0 在方式0中，T0计数器的初始值设置命令为： TH0=(8192-t×f/12)/32； TL0=(8192-t×f/12)%32； 表达式中，如果为定时方式，则t为需要定时的时间，单位为μs，f为单片机的工作频率，单位为MHz；如果为计数方式，则t为需要计数的次数，f=12。 在程序编译时，编译程序自动将表达式进行计算，换算成对应的数值并赋值给TH和TL，与手动计算出对应的数值给TH、TL赋值一样。 定时/计数器的工作方式 1 在方式1中，由THx的高8位和TLx的低8位构成全16位定时器/计数器，其最大计数值为： M=216=65536 定时/计数器的工作方式 1 在方式1中，T0计数器的初始值设置命令为： TH0=(65536-t×f/12)/256； TL0=(65536-t×f/12)%256； T1与T0的初始化命令类似。 式中t和f的说明与方式0相同。在实际中这种方式应用较多。 方式2为自动重装初值的8位计数方式。 工作方式2特别适合于用作较精确的脉冲信号发生器。 计数个数与计数初值的关系为： 定时/计数器的工作方式 2 定时/计数器的工作方式2 在方式2中，T0计数器的初始值设置命令为： TH0=TL0=256-t×f/12 T1与T0的初始化命令类似。 式中t和f的说明与方式0相同。在实际中这种方式应用较多。 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 。 定时/计数器的工作方式3 TMOD=工作模式; //设置定时器的工作模式 THx=初始值; // 按工作方式写定时器计数的初值 TLx =初始值; ETx=1; //允许定时器x产生中断 EA =1; //开中断 TRx=1; //开始计数 定时器的初始化 方式0：13位定时/计数方式，≤8192机器周期 THx=（8192-t*f/12）/32； TLx=（8192-t*f/12）%32； 方式1：16位定时/计数方式，≤65536机器周期 THx=（65536-t*f/12）/256； TLx=（65536-t*f/12）%256； 方式2：自动重装初值的8位定时/计数方式，≤256机 器周期 THx= TLx =256-t*f/12； 方式3：两个8位定时/计数方式， ≤256机器周期 定时器的工作模式及定时器初值 定时中断服务程序格式 void 中断服务函数名( ) interrupt 中断号 { THx=高八位; //重装初值，方式2由硬件自 TLx=低八位; //动重装，不需要这两条命令 中断服务程序；//每中断一次就执行一次 } 输出1000Hz的方波 从P1.0输出1000Hz的方波，实际上就是要求从P1.0输出周期为1ms的方波。为了简化程序，将输出的方波的占空比设定为50%，则高电平和低电平的时间各为1ms的一半，即各为500μs。 单片机中实现500μs的定时，每次定时时间到了的时候，将P1.0的电平改变就可以了。一个引脚的电平的改变，使用取反指令就可以完成，具体的指令如“P10=~P10；” 输出1000Hz的方波 延时500μs P1.0电平取反 P1.0电平取反 重装定时器初值 定时时间到了 中断结束 采用指令延迟程序框图 中断服务程序的流程图 输出1000Hz的方波 TMOD=0x01; //定时器0定时模式方式1 TH0=(65536-500*110592/120000)/256; //高8位初值 TL0=(65536-500*110592/120000)%256; //低8位初值 ET0=1; //允许定时器0产生中断 EA=1; //开中断 TR0=1; //开始计数 void 中断服务函数名( ) interrupt 1 { TH0=(65536-500*110592/120000)/256; //高8位初值 TL0=(65536-500*110592/120000)%256; //低8位初值 CLK=~CLK; // 每次取反，产生方波 } 输出频率为 f 的方波 定时时间：t=1e6/f/2 TMOD=0x01; //定时器0定时模式方式1 TH0=(65536-11059200/f/2/12)/256; //高8位初值 TL0=(65536-11059200/f/2/12)%256; //低8位初值 ET0=1; //允许定时器0产生中断 EA=1; //开中断 TR0=1; //开始计数 void 中断服务函数名( ) interrupt 中断号 { TH0=(65536-11059200/f/2/12)/256; //高8位初值 TL0=(65536-11059200/f/2/12)%256; //低8位初值 CLK=~CLK; // 每次取反，产生方波 } 拓展示例: 钢琴频率输出 音符 频率（HZ） 简谱码（T值）   低1　DO 262 63628 #1　DO# 277 63731 低2　RE 294 63835 #2 RE# 311 63928 低 3 M 330 64021 低 4 FA 349 64103 # 4 FA# 370 64185 低 5 SO 392 64260 # 5 SO# 415 64331 低 6 LA 440 64400   # 6 466 64463 低 7 SI 494 64524 每秒闪烁一次的LED 分析： 为了实现控制LED每秒闪烁一次地显示，由于定时时间是由单片机内部的机器周期来得到，不需要外部的具体的硬件电路，而只需要有驱动LED的电路即可，所以，对应的硬件电路如右图所示。 AT89S51 P2.0 +Vcc 1、在前面的课题中，是怎么样实现每秒闪烁一次的LED控制？请参照右图，写出具体的控制程序。 2、能否用定时中断的方式实现LED闪烁的时间？如能，该怎么样实现？ 思 考 AT89S51 P2.0 +Vcc 回 顾 延时指定时间 P2.0电平取反 采用指令延迟程序框图 P2.0电平取反 重装定时器初值 定时时间到了 中断结束 中断服务程序的流程图 定时中断服务程序格式 void 中断服务函数名( ) interrupt 中断号 { THx=高八位; //重装初值，模式2由硬件自动重 TLx=低八位; //装，不需要这两条命令 中断服务程序；//每中断一次就执行一次 } 回 顾 程序的设计思路： #include <AT89X51.h> sbit CLK=P2^0; //声明引脚 void main(viod) ｛ 设置定时器的初始化命令； while( 1) { ; } //什么也不做，也可以是其他程序 ｝ void 中断服务函数名( ) interrupt 中断号 { 重装定时器的初始值； CLK=~ CLK; // P2.0取反 } 回 顾 例中的要求是从单片机的P2.0脚上输出方波，控制LED每秒闪烁一次。按LED的点亮时间和熄灭时间相同进行处理，需要进行0.5s的定时。具体处理是，每过0.5s，将LED的状态取反就可以实现目标了。或者说，与本课题中的任务一类似，只不过是频率变得很低了。 在单片机中，由于定时器最多只能计数65536次，所以在晶振频率较高时，不能够一次产生1s的中断。如晶振为12MHz时，机器周期为1μs，则大定时时间为65536μs，远小于1s。而本例中所采用的晶振为11.0592MHz，当然也不够定时0.5s。 分析 为了完成0.5s的定时，一般来说，采用方案有两种。 第一种是采用硬件定时的基础上，增加一个存储单元，用软件的方式进行计数，延长了定时的时间长度。 第二种方案是也是采用一个定时器进行硬件定时，然后采用硬件计数的方式进行延长定时时间。 分析 #include<Reg51.h> 声明引脚； 声明变量； void main(viod) ｛ 设置定时器的初始化； while( 1) {;} //什么也不做，也可以是其他程序 ｝ void 中断服务函数名( ) interrupt 中断号 { 重装定时器的初始值； 计数变量加一； if (次数到了) { 取反，输出方波； 计数变量=0； } } 1.采用硬件定时+软件计数的示例程序 #include<Reg51.h> 声明引脚； 声明变量； void main(viod) ｛ 设置定时器的初始化； while( 1) {;} //什么也不做，也可以是其他程序 ｝ void 中断服务函数名( ) interrupt 3 { 重装定时器的初始值； 在P3.4上输出一个方波; } void 中断服务函数名( ) interrupt 1 { 重装定时器的初始值； 将P2.0取反；; } 2.采用硬件定时+硬件计数的示例程序 思考与练习 1、用定时器定时的改写彩灯控制程序。 2、用定时中断实现数字钟。 任务目标 具体目标是：利用AT89S51单片机的T0、T1的定时/计数功能，完成对输入的信号的频率进行测量，测量的结果通过8位动态数码管显示出来。这里要求实现对0～200KHz的信号频率进行准确测量，测量误差不超过±1Hz。 简易频率计 频率计电路原理图 程序设计分析 因实验电路晶振fOSC＝11.0592MHz，所以T1的初值的装入语句如下： TH1=(65536-5*110592/12)/256; TL1=(65536-5*110592/12)%256; 每定时1s钟时间到了，就停止T0的计数，而从T0的计数单元中读取计数的数值，然后进行数据处理，送到数码管显示出来。 由本课题中的任务二中可知，T1工作在定时状态下，最大定时时间约为65ms，达不到1s的定时，所以采用定时50ms，共定时20次，即可完成1s的定时功能。 一、 定时1s 二、输入的脉冲计数 作为定时器T0，为了得到1s内的频率值，需要在定时1s之前将其初始值赋为0。同时，由于T0的最大计数值为65536，小于要求计数的频率的最大值，所以，在1s内，完全有可能产生溢出，对此，采用与定时1s的类似的方法，使用软件来记录计数器有几次溢出。 程序设计分析 频率计算 频率为原有数据的1/10 取出个位送显示数组 处理完毕？ 没有 处理结束 频率计算及数据转换程序框图 思考与练习 1、设置单片机的定时器，使单片机输出指定的频率，完成一首乐曲的播放。 2、针对本课题进行适当修改，分别实现下列要求： ⑴延长闸门时间，实现较低频率的测量。 ⑵在硬件电路上外加分频器，测量更高频率。 ⑶使用测量周期的方法，测量较低频率的信号。 ⑷综合使用测量周期和频率的方法，实现高精度的频率测量。 文本 TF1 TR1 TF0 TR0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 TH0 TL0 8位 5位 溢出 TCON TMOD D0 D7 1 & ≥1 1 0 T0引脚 INT0引脚 0 0 机器周期 D7 D0 申请 中断 1 文本 TF1 TR1 TF0 TR0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 1 & ≥1 1 0 T0引脚 INT0引脚 1 0 机器周期 TH0 TL0 8位 8位 溢出 TCON TMOD D0 D7 D7 D0 申请 中断 文本 TF1 TR1 TF0 TR0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 1 & ≥1 1 0 T0引脚 INT0引脚 1 0 机器周期 TH0 TL0 8位 溢出 TCON TMOD D0 D7 D7 D0 申请 中断 � ����� � � � TF1� TR1� TF0� TR0� � GATE� C/T� M1� M0� GATE� C/T� M1� M0� ��������� � � � � � � � � 1� &� ��1� � 1� 0� T0����� INT0����� 1� 1� ��������� TH0� TL0� � 8��� ����� TCON� TMOD� D0� � D7� D0� ���� ����� � 8��� � � � ���� ����� ����� $$