《单片机原理与应用》教材

项目五 制作数字频率计

数字频率计是一种新型的数字测量仪器，以十进制数字来显示被测信号的频率。它不仅可以测量正弦波、方波、三角波、尖脉冲信号和其他具有周期特性信号的频率，还可以测量转速、脉搏等物理量，因此数字频率计在测量方面得到广泛的应用。

【知识目标】

?知道走时器/计数器的结构。

?熟记工作方式寄存器TM0D和拉制寄存器TC0N的各位含义。 ?熟记方式0、方式1、方式2和方式3的特点. 【技能目标】

?学会应用片内定时器T0和T1实现定时和计数功能。

?模仿数字频率计参考程序，能编写测量范围为0---9999HZ的数字频率计程序。

任务一 定时器/计数器

【任务目标】

知识1 定时器/计数器的结构

1.说明几个概念 （1）计数

在生活中计数的例子随处可见，例如班级选班委，对同学的选票统计就是计数。对单片机而言，计数功能就是对外部输入脉冲的个数进行统计。

（2）计数器的容量

从生活中的一个例子讲起，例如水龙头没关紧，水-滴一滴地滴入下雨的水盆中，7k盆里的水会逐渐变满，最终会有一滴水使盆中的水变满，若再有一滴水落下，水将会溢出水盆，说明水盆是有容量的，同样计数器也是如此。MCS-51

系列单片机的最大计数是216=65536。如果超出这个计数容量，就会溢出。

（3）定时器

单片机的计数器还可以用于定时，比如说要定时1个小时，相当于秒针走了3600次，在这里，时间就转换为秒走的次数，定时功能就是通过对单片机内部脉冲计数来实现的。

MCS-51系列单片机有两个可编程的定时器/计数器。分别称为定时器/计数器。和定时器/计数器1。它们都是十六位加法计数结构，分别由TH0、TL0和THl、TLl两对8位计数器组成，它们具有定时和计数两种功能。

2.定时器/计数器的结构

为了说明定时器/计数器的工作原理，图5-1给出了单片机定时器/计数器的结构方框图。

（1）计数器

定时器/计数器的核心就是一个加1计数器，它是由两个8位特殊功能寄存器TLi和THi组成（i=0或1）。利用软件的方法可将它们置为不同的工作方式，在不同的工作方式下，其组成结构就不同。

图5-1定时器/计数器的结构方框图

（2）计数脉冲输入

脉冲的来源有两个，一是外部脉冲，另一个是系统的时钟脉冲。当C/T=0时，对内部振荡频率的12分频脉冲计数，实现定时功能：当C/T=1时，对外部Ti的脉冲进行计数，实现计数功能。

（3）控制逻辑

从图5-1中可以看出，当GATE=0时，由TRi控制定时器的启动与停止：当GATE=l时，由TRi与时Ti共同控制定时器的启动与停止。

（4）计数溢出

计数器计数溢出时，TFiCi=l或0）置位（TFi=1），并请求中断，中断响应

后TFi自动请零。

3.工作方式寄存器TM0D和控制寄存器TC0N （1）工作方式寄存器TM0D

工作方式寄存器TM0D是一个可编程的特殊功能寄存器，字节地址为89H，不可位寻址，只能用字节传送指令设置其内容。复位后，TM0D=00H，通过软件可设定定时器/计数器的启动方式、计数脉冲源与工作方式。TM0D寄存器各位的含义如图5-2所示。

图5-2TM0D各位含义

（2）控制寄存器TC0N

控制寄存器TC0N是一个8位特殊功能寄存器，用来存放控制字，字节地址为88H，可以位寻址。低4位与外部中断有关，高4位控制定时器/计数器启动与记录溢出标志。复位后，TC0N=00H，其各位含义如图5-3所示。

图5-3TC0N各位含义

知识2 定时器/计数器的四种工作方式

定时器/计数器有4种工作方式，由TM0D中的M1M2两位来确定。T0/T1在4种工作方式中的方式。、方式1、方式2下的工作原理完全相同，但方式3仅T0具有。

1.方式0

用软件设置TM0D中的MIM0=00时，定时器/计数器工作于方式0，计数长度为13位，由TL噩（TL0）的低5位（高3位未使用）和THl（TH0）的8位构成。T1在方式。下的原理如图5-4所示。

图5-4定时器/计数器TI/T0方式0逻辑图

1）当C/T=0时：定时功能，计数器输入信号为系统晶振的12分频。 当C/T=1时：计数功能，计数器输入信号为外部信号。

2）当GATE=0时：启动控制仅由TRl决定，也就是当TR1=1时启动，当TR同时停止。

当GATE=l时：启动控制由TR1和INT1共同决定，即TR1=1、INT1=1时启动。

3）在方式0下，计数输入信号作用于TL1的低5位产生溢出时向TH1的最低位进位，当13位计数器计满时，控制寄存器TC0N中溢出标志位TF1置“1”，并使13位计数器清零，程序员需对计数器重赋初值。

例5-1T0定时器工作在方式0，要求单片机P1.0输出周期为2ms的方波，设单片机晶振频率为6MHz。

2ms的方波如图5-5所示。高、低电平各为1ms，故只要每隔1ms对P1.0取反一次即可得到这个方波。

定时初值可按式（5-1）计算。

式中，X为初值，T为定时时间（μs）。 由式（5-1）可知：T0定时器的初值X为 X=213-500=8192-500=7692=lE0CH=1111000001100

定时器工作于方式。时，低8位TL0只使用了5位，其余码均计入高8位TH0中，故T0的初值应为：TH0=0F0H，TL0=0CH。程序如下（中断方式）。