5.1.1 硬件電路與工作原理

　　1. 硬件電路

　　硬件電路同單元二中圖2.1。

　　2. 工作原理

　　用手按動按鍵S3，每按鍵一次S3引腳上出現(xiàn)一個(gè)負(fù)脈沖，單片機(jī)計(jì)數(shù)一次，并實(shí)時(shí)將按鍵次數(shù)以BCD碼方式，在發(fā)光二極管上面顯示。

　　5.1.2 控制程序

　　1. 主程序流程圖

　　

 

　　圖5.1

　　2. 控制程序

　　ORG 0000H

　　LJMP MAIN

　　ORG 0030H

　　MAIN: MOV TMOD,#06H ;設(shè)定T0的工作方式

　　MOV TH0,#00H ;設(shè)定計(jì)數(shù)初值

　　MOV TL0,#00H ;

　　SETB TR0 ;啟動計(jì)數(shù)器

　　MOV P1,TL0 ;送顯示

　　END

　　5.1.3 源程序的編輯、編譯、下載

　　打開“偉福”模擬仿真軟件進(jìn)行程序的編輯、編譯。

　　打開“ISP下載軟件”將目標(biāo)文件下載到ISP-4實(shí)驗(yàn)開發(fā)板上的AT89S51單片機(jī)芯片，觀察程序運(yùn)行結(jié)果。

　　5.1.4 相關(guān)知識

　　1. 單片機(jī)是如何進(jìn)行計(jì)數(shù)的?

　　本次任務(wù)中，單片機(jī)完成了對S3鍵按鍵次數(shù)的累計(jì)，那么，單片機(jī)是如何進(jìn)行計(jì)數(shù)的?

　　在單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，我們知道在MCS-51的單片機(jī)內(nèi)有兩個(gè)16位可編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，它們具有四種工作方式，其控制字和狀態(tài)均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過對控制寄存器的編程，就可方便地選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鞣绞?。下面我們對它們的特性進(jìn)行闡述。

　　(1) 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式

　　MCS-51單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)如圖5.2所示，

　　

 

　　圖5.2 MCS-51定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)圖

　　定時(shí)器T0特性功能寄存器TL0(低8位)和TH0(高8位)構(gòu)成，定時(shí)器T1由特性功能寄存器TL1(低8位)和TH1(高8位)構(gòu)成。特殊功能寄存器TMOD控制定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作方式，TCON則用于控制定時(shí)計(jì)數(shù)器T0和T1的啟動和停止計(jì)數(shù)，同時(shí)管理定時(shí)器T0和T1的溢出標(biāo)志等。程序開始時(shí)需對TL0、TH0、TL1和TH1進(jìn)行初始化編程，以定義它們的工作方式和控制T0和T1的計(jì)數(shù)。

　　TMOD和TCON這兩個(gè)特殊功能寄存器的格式參見下表：

　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器的方式控制字TMOD，字節(jié)地址為89H，其格式如表5.1：

　　表5.1 TMOD寄存器結(jié)構(gòu)

　　定時(shí)器控制積存器TCON，字節(jié)地址為88H，位地址為88H—8FH，其格式如表5.2：

　　表5.2 TCON結(jié)構(gòu)

　　TMOD和TCON各位的意義和用途我們將在下面的章節(jié)中予以介紹，需要注意的是，TCON的D0—D3位與中斷有關(guān)，我們會在中斷的內(nèi)容中加以說明，MCS-51的定時(shí)/計(jì)數(shù)器共有四種工作方式，我們逐個(gè)進(jìn)行討論。

　　1) 工作方式0

　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的工作方式0電路邏輯結(jié)構(gòu)見圖5.3(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1與其完全一致)，

　　

　　圖5.3

　　工作方式0是13位計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)的工作方式，其計(jì)數(shù)器由TH的全部8位和TL的低5位構(gòu)成，TL的高3位沒有使用。當(dāng)時(shí)，多路開關(guān)接通振蕩脈沖的12分頻輸出，13位計(jì)數(shù)器以次進(jìn)行計(jì)數(shù)。這就是定時(shí)工作方式。當(dāng)=1時(shí)，多路開關(guān)接通計(jì)數(shù)引腳(To)，外部計(jì)數(shù)脈沖由銀南腳To輸入。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器加1，這就是我們常稱的計(jì)數(shù)工作方式。不管是哪種工作方式，當(dāng)TL的低5位溢出時(shí)，都會向TH進(jìn)位，而全部13位計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，則會向計(jì)數(shù)器溢出標(biāo)志位TF0進(jìn)位。

　　我們討論門控位GATA的功能，GATA位的狀態(tài)決定定時(shí)器運(yùn)行控制取決于TR0的一個(gè)條件還是TR0和INT0引腳這兩個(gè)條件。當(dāng)GATA=1時(shí)，由于GATA信號封鎖了與門，使引腳INT0信號無效。而這時(shí)候如果TR0=1，則接通模擬開關(guān)，使計(jì)數(shù)器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，即定時(shí)/計(jì)數(shù)工作。而TR0=0，則斷開模擬開關(guān)，停止計(jì)數(shù)，定時(shí)/計(jì)數(shù)不能工作。

　　當(dāng)GATA=0時(shí)，與門的輸出端由TR0和INT0電平的狀態(tài)確定，此時(shí)如果TR0=1，INT0=1與門輸出為1，允許定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，在這種情況下，運(yùn)行控制由TR0和INT0兩個(gè)條件共同控制，TR0是確定定時(shí)/計(jì)數(shù)器的運(yùn)行控制位，由軟件置位或清“0”。

　　如上所述，TF0是定時(shí)/計(jì)數(shù)器的溢出狀態(tài)標(biāo)志，溢出時(shí)由硬件置位，TF0溢出中斷被CPU響應(yīng)時(shí)，轉(zhuǎn)入中斷時(shí)硬件清“0”，TF0也可由程序查詢和清“0”。

　　在工作方式下，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值范圍是：

　　1～8192(213)

　　當(dāng)為定時(shí)工作方式時(shí)，定時(shí)時(shí)間的計(jì)算公式為：

　　(213-計(jì)數(shù)初值)×晶振周期×12

　　或 (213-計(jì)數(shù)初值)×機(jī)器周期

　　其時(shí)間單位與晶振周期或機(jī)器周期相同。

　　如果單片機(jī)的晶振選為6.000MHz，則最小定時(shí)時(shí)間為：

　　[213—(213—1)]×1/6×10-6×12=2×10-6(s)=2(us)

　　(213—0)×1/6×10-6×12=16384×10-6(s)=16384(us)。

　　2) 工作方式1

　　當(dāng)M1，M0=01時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器處于工作方式1，此時(shí)，定時(shí)/及數(shù)器的等效電路如圖5.4所示，仍以定時(shí)器0為例，定時(shí)器1與之完全相同。

 

　　圖5.4

　　可以看出，方式0和方式1的區(qū)別僅在于計(jì)數(shù)器的位數(shù)不同，方式0為13位，而方式1則為16位，由TH0作為高8位，TL0為低8位，有關(guān)控制狀態(tài)字(GATA、、TF0、TR0)和方式0相同。在工作方式1下，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值范圍是：

　　1～65536(216)

　　當(dāng)為定時(shí)工作方式1時(shí)，定時(shí)時(shí)間的計(jì)算公式為：

　　(216—計(jì)數(shù)初值)× 晶振周期×12

　　或 (216—計(jì)數(shù)初值)× 機(jī)器周期

　　其時(shí)間單位與晶振周期或機(jī)器周期相同。

　　如果單片機(jī)的晶振選為6.000MHz，則最小定時(shí)時(shí)間為：

　　[213—(216—1)]×1/6×10-6×12=2×10-6(s)=2(us)

　　(216—0)×1/6×10-6×12=131072×10-6(s)=131072(us)。

　　3) 工作方式2

　　當(dāng)M1M0=10時(shí),定時(shí)/計(jì)數(shù)器處于工作方式2.此時(shí)定時(shí)器的等效電阻如圖5.5所示.我們還是以定時(shí)/計(jì)數(shù)器0為例,定時(shí)/計(jì)數(shù)器1與之完全一致。

　　

 

　　圖5.5 定時(shí)器等效電阻

　　工作方式0和工作方式1的最大特點(diǎn)就是計(jì)數(shù)溢出后，計(jì)數(shù)器為全0，因而循環(huán)定時(shí)或循環(huán)計(jì)數(shù)應(yīng)用時(shí)就存在反復(fù)設(shè)置初值的問題，這給程序設(shè)計(jì)帶來許多不便，同時(shí)也會影響計(jì)時(shí)精度，工作方式2就針對這個(gè)問題而設(shè)置，它具有自動重裝載功能，即自動加載計(jì)數(shù)初值，所以也有的文獻(xiàn)稱之為自動重加載工作方式。在這種工作方式中，16位計(jì)數(shù)器分為兩部分，即以TL0為計(jì)數(shù)器，以TH0作為預(yù)置寄存器，初始化時(shí)把計(jì)數(shù)初值分別加載至TL0和TH0中，當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，不再象方式0和方式1那樣需要“人工干預(yù)”，由軟件重新賦值，而是由預(yù)置寄存器TH以硬件方法自動給計(jì)數(shù)器TL0重新加載。

　　程序初始化時(shí)，給TL0和TH0同時(shí)賦以初值，當(dāng)TL0計(jì)數(shù)溢出時(shí)，置位TF0的同時(shí)把預(yù)置寄存器TH0中的初值加載給TL0，TL0重新計(jì)數(shù)。如此反復(fù)，這樣省去了程序不斷需給計(jì)數(shù)器賦值的麻煩，而且計(jì)數(shù)準(zhǔn)確度也提高了。但這種方式也有其不利的一面，就是這樣一來的計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)只有8位，計(jì)數(shù)值有限，最大只能到255。所以這種工作方式很適合于那些重復(fù)計(jì)數(shù)的應(yīng)用場合。例如我們可以通過這樣的計(jì)數(shù)方式產(chǎn)生中斷，從而產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的脈沖。也可以當(dāng)作串行數(shù)據(jù)通信的波特率發(fā)送器使用。

　　4) 工作方式3

　　當(dāng)M1M0=11時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器處于工作方式3，此時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器的等效電路如圖5.6所示，仍以定時(shí)器0為例，值得注意的是，在工作方式3模式下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的工作方式與之不同，下面我們分別討論。

　　

 

　　圖5.6

　　在工作方式3模式下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器0被拆成兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器TL0和TH0。其中TL0既可以作計(jì)數(shù)器使用，也可以作為定時(shí)器使用，定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的各控制位和引腳信號全歸它使用。其功能和操作與方式0或方式1完全相同。TH0就沒有那么多“資源”可利用了，只能作為簡單的定時(shí)器使用，而且由于定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的控制位已被TL0占用，因此只能借用定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的控制位TR1和TF1，也就是以計(jì)數(shù)溢出去置位TF1，TR1則負(fù)責(zé)控制TH0定時(shí)的啟動和停止。等效電路參見圖5.7。由于TL0既能作定時(shí)器也能作計(jì)數(shù)器使用，而TH0只能作定時(shí)器使用而不能作計(jì)數(shù)器使用，因此在方式3模式下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器0可以構(gòu)成二個(gè)定時(shí)器或者一個(gè)定時(shí)器和一個(gè)計(jì)數(shù)器。

　　如果定時(shí)/計(jì)數(shù)器0工作于工作方式3，那么定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的工作方式就不可避免受到一定的限制，因?yàn)樽约旱囊恍┛刂莆灰驯欢〞r(shí)/計(jì)數(shù)器借用，只能工作在方式0、方式1或方式2下，等效電路參見圖5.7

　　

 

　　圖5.7

　　在這種情況下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器1通常作為串行口的波特率發(fā)生器使用，以確定串行通信的速率，因?yàn)橐褯]有TF1被定時(shí)/計(jì)數(shù)器0借用了，只能把計(jì)數(shù)溢出直接送給串行口。當(dāng)作波特率發(fā)生器使用時(shí)，只需設(shè)置好工作方式，即可自動運(yùn)行。如要停止它的工作，需送入一個(gè)把它設(shè)置為方式3的方式控制字即可，這是因?yàn)槎〞r(shí)/計(jì)數(shù)器本身就不能工作在方式3，如硬把它設(shè)置為方式3，自然會停止工作。

　　從前面的任務(wù)中，我們看到了，首先必須對定時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)行初始化，然后再開啟定時(shí)或計(jì)數(shù)。簡單的總結(jié)一下，定時(shí)計(jì)數(shù)器的初始化包括以下內(nèi)容。

　　(1) 確定工作方式——對TMOD賦值;

　　如：任務(wù)中的MOV TMOD,#06H指令，設(shè)定T0為計(jì)數(shù)器工作方式。

　　(2) 預(yù)置定時(shí)計(jì)數(shù)器中計(jì)數(shù)的初值——直接寫入TH和TL;

　　如：任務(wù)中的MOV TH0,#00H 兩條指令，設(shè)定計(jì)數(shù)初值。

　　MOV TL0,#00H

　　(3) 根據(jù)需要開放定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的中斷——對IE位賦值;

　　(4) 啟動定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;

　　如：任務(wù)中的SETB TR0 指令

　　初值的計(jì)算方法

　　X=M-計(jì)數(shù)值

　　M是定時(shí)器的最大計(jì)數(shù)值。視工作方式不同而不同。

　　工作方式0： 13位定時(shí)/計(jì)數(shù)方式，因此，最多可以計(jì)到2的13次方，也就是8192次。

　　工作方式1： 16位定時(shí)/計(jì)數(shù)方式，因此，最多可以計(jì)到2的16次方，也就是65536次。

　　工作方式2和工作方式3，都是8位的定時(shí)/計(jì)數(shù)方式，因此，最多可以計(jì)到2的8次方，也說是256次。

　　預(yù)置值計(jì)算： 用最大計(jì)數(shù)量減去需要的計(jì)數(shù)次數(shù)即可。

　　通過上面的任務(wù)，我們掌握了計(jì)數(shù)程序的編制方法，下面我們再看看定時(shí)程序怎樣編制。

　　首先我們看一下下面的程序段。

　　MOV TMOD,#01H

　　MOV TL0,#00H

　　MOV TH0,#4CH

　　SETB TR0

　　以上程序是任務(wù)一中的定時(shí)程序段，它的初始化過程和計(jì)數(shù)方式類似。