計(jì)時(shí)器,什么是計(jì)時(shí)器,計(jì)時(shí)器原理是什么

計(jì)時(shí)器,什么是計(jì)時(shí)器,計(jì)時(shí)器原理是什么

計(jì)時(shí)器，是利用特定的原理來(lái)測(cè)量時(shí)間的裝置。計(jì)時(shí)器的種類包括電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電火花計(jì)時(shí)器、堅(jiān)持計(jì)時(shí)器、停車計(jì)時(shí)器、反應(yīng)計(jì)時(shí)器、放大計(jì)時(shí)器以及windows計(jì)時(shí)器等等。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器最為常見(jiàn)。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用交流電源的計(jì)時(shí)儀器，其工作電壓是4-6V，電源的頻率是50Hz，它每隔0.02s打一次點(diǎn)。電火花計(jì)時(shí)器是利用火花放電在紙帶上打出小孔而顯示出點(diǎn)跡的計(jì)時(shí)儀器，使用220V交流電壓，當(dāng)頻率為50Hz時(shí)，它每隔0.02s打一次點(diǎn)，電火花計(jì)時(shí)器工作時(shí)，指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)所受到的阻力比較小，試驗(yàn)誤差比電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的要小。

計(jì)時(shí)器的說(shuō)明：
　　① 最小計(jì)時(shí)單位0.01秒，最長(zhǎng)計(jì)時(shí)9999小時(shí)59分59秒，2點(diǎn)預(yù)置輸出，啟動(dòng)、復(fù)位、停止三點(diǎn)開(kāi)入控制
　?、?外形尺寸：160×80（橫）、96×48（橫），96×96
　?、?儀表電源：220V AC，（9~30）V DC
　　計(jì)時(shí)器的基本配置：
　　4位或8位顯示，1點(diǎn)繼電器輸出
　　擴(kuò)展功能：
　?、?報(bào)警輸出：最多可加1點(diǎn)
　?、?外部開(kāi)入：3點(diǎn)（啟動(dòng)、停止、復(fù)位）
　?、?通訊接口：RS 485或RS 232

定時(shí)器／計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)稱定時(shí)器，其作用主要包括產(chǎn)生各種時(shí)標(biāo)間隔、記錄外部事件的數(shù)量等，是微機(jī)中最常用、最基本的部件之一。

定時(shí)和計(jì)數(shù)的本質(zhì)是相同的，它們都是對(duì)一個(gè)輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，如果輸入脈沖的頻率一定，則記錄一定個(gè)數(shù)的脈沖，其所需的時(shí)間是一定的，例如，輸入脈沖的頻率為2MHZ，則：計(jì)數(shù)2* 106 ---- 定時(shí)1秒。

因此，使用同一個(gè)接口芯片，既能進(jìn)行計(jì)數(shù)，又能進(jìn)行計(jì)時(shí)，統(tǒng)稱為計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器。（Timer/Counter簡(jiǎn)稱T/C）。計(jì)數(shù)器邏輯原理如圖6-４所示。主要構(gòu)成：　

(1)控制寄存器;決定工作模式。

(2)狀態(tài)寄存器;反應(yīng)工作狀態(tài)（可無(wú)，如8253無(wú)此寄存器）。

(3)初值寄存器;計(jì)數(shù)的初始值。

(4)計(jì)數(shù)輸出寄存器;CPU從中讀出當(dāng)前計(jì)數(shù)值。

(5)計(jì)數(shù)器;執(zhí)行計(jì)數(shù)操作，CPU不能訪問(wèn)。

工作原理：

對(duì)CLK信號(hào)進(jìn)行“減1計(jì)數(shù)”。首先CPU把“控制字”,寫(xiě)入“控制寄存器”，把“計(jì)數(shù)初始值”寫(xiě)入“初值寄存器”,然后， 定時(shí)/計(jì)數(shù)器按控制字要求計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)從“計(jì)數(shù)初始值 開(kāi)始，每當(dāng)CLK信號(hào)出現(xiàn)一次，計(jì)數(shù)值減1，當(dāng)計(jì)數(shù)值減為0時(shí)，從OUT端輸出規(guī)定的信號(hào)（具體形式與工作模式有關(guān)）。當(dāng)CLK信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，計(jì)數(shù)值是否減1（即是否計(jì)數(shù)），受到“門控信號(hào)”GATE的影響，一般，僅當(dāng)GATE有效時(shí)，才減1.門控信號(hào)GATE如何影響計(jì)數(shù)操作，以及輸出端OUT在各種情況下輸出的信號(hào)形式與定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作模式有關(guān)。這里，應(yīng)該指出如此三點(diǎn)。

803l單片機(jī)有2個(gè)16位的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器：定時(shí)器0(T0)和定時(shí)器1(T1)。

T0由2個(gè)定時(shí)寄存器TH0和TL0構(gòu)成，T1則由TH1和TL1構(gòu)成，它們都分別映射在特殊功能寄存器中，從而可以通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器中這些寄存器的讀寫(xiě)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這兩個(gè)定時(shí)器的操作。作定時(shí)器時(shí)，每一個(gè)機(jī)器周期定時(shí)寄存器自動(dòng)加l，所以定時(shí)器也可看作是計(jì)量機(jī)器周期的計(jì)數(shù)器。由于每個(gè)機(jī)器周期為12個(gè)時(shí)鐘振蕩周期，所以定時(shí)的分辨率是時(shí)鐘振蕩頻率的1／12。作計(jì)數(shù)器時(shí)，只要在單片機(jī)外部引腳T0(或T1)有從1到0電平的負(fù)跳變，計(jì)數(shù)器就自動(dòng)加1。計(jì)數(shù)的最高頻率一般為振蕩頻率的l／24。

工作方式：

T0或T1無(wú)論用作定時(shí)器或計(jì)數(shù)器都有4種工作方式：方式0、方式1、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(diǎn)和用法。

1、工作方式0：

13位方式由TL1的低5位和TH1的8位構(gòu)成13位計(jì)數(shù)器（TL1的高3位無(wú)效）。工作方式0的結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖：

圖中，C／T為定時(shí)／計(jì)數(shù)選擇：C／T＝0，T1為定時(shí)器，定時(shí)信號(hào)為振蕩周期12分頻后的脈沖；C／T＝l，T1為計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)信號(hào)來(lái)自引腳T1的外部信號(hào)。

定時(shí)器T1能否啟動(dòng)工作，還受到了R1、GATE和引腳信號(hào)INT1的控制。由圖中的邏輯電路可知，當(dāng)GATE＝0時(shí)，只要TR1＝1就可打開(kāi)控制門，使定時(shí)器工作；當(dāng)GATE＝1時(shí)，只有TR1＝1且INT1＝1，才可打開(kāi)控制門。GATE，TR1，C／T的狀態(tài)選擇由定時(shí)器的控制寄存器TMOD，TCON中相應(yīng)位狀態(tài)確定，INT1則是外部引腳上的信號(hào)。

在一般的應(yīng)用中，通常使GATE＝0，從而由TRl的狀態(tài)控制Tl的開(kāi)閉：TRl＝1，打開(kāi)T1；TRl＝0，關(guān)閉T1。在特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，例如利用定時(shí)器測(cè)量接于INT1引腳上的外部脈沖高電平的寬度時(shí)，可使GATE＝1，TRl＝1。當(dāng)外部脈沖出現(xiàn)上升沿，亦即INT1由0變1電平時(shí)，啟動(dòng)T1定時(shí)，測(cè)量開(kāi)始；一旦外部脈沖出現(xiàn)下降沿，亦即INT1由l變O時(shí)就關(guān)閉了T1。

定時(shí)器啟動(dòng)后，定時(shí)或計(jì)數(shù)脈沖加到TLl的低5位，從預(yù)先設(shè)置的初值(時(shí)間常數(shù))開(kāi)始不斷增1。TL1計(jì)滿后，向THl進(jìn)位。當(dāng)TL1和THl都計(jì)滿之后，置位T1的定時(shí)器回零標(biāo)志TFl，以此表明定時(shí)時(shí)間或計(jì)數(shù)次數(shù)已到，以供查詢或在打開(kāi)中斷的條件下，可向CPU請(qǐng)求中斷。如需進(jìn)一步定時(shí)/計(jì)數(shù)，需用指令重置時(shí)間常數(shù)。

2、工作方式1：

16位方式。與工作方式0基本相同，區(qū)別僅在于工作方式1的計(jì)數(shù)器TL1和TH1組成16位計(jì)數(shù)器，從而比工作方式0有更寬的定時(shí)/計(jì)數(shù)范圍。工作方式1的結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。

3、工作方式2

8位自動(dòng)裝入時(shí)間常數(shù)方式。由TLl構(gòu)成8位計(jì)數(shù)器，THl僅用來(lái)存放時(shí)間常數(shù)。啟動(dòng)T1前，TLl和THl裝入相同的時(shí)間常數(shù)，當(dāng)TL1計(jì)滿后，除定時(shí)器回零標(biāo)志TFl置位，具有向CPU請(qǐng)求中斷的條件外，THl中的時(shí)間常數(shù)還會(huì)自動(dòng)地裝入TLl，并重新開(kāi)始定時(shí)或計(jì)數(shù)。所以，工作方式2是一種自動(dòng)裝入時(shí)間常數(shù)的8位計(jì)數(shù)器方式。由于這種方式不需要指令重裝時(shí)間常數(shù)，因而操作方便，在允許的條件下，應(yīng)盡量使用這種工作方式。當(dāng)然，這種方式的定時(shí)／計(jì)數(shù)范圍要小于方式0和方式1。工作方式2的結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖．

4、工作方式3

2個(gè)8位方式。工作方式3只適用于定時(shí)器0。如果使定時(shí)器1為工作方式3，則定時(shí)器1將處于關(guān)閉狀態(tài)。

當(dāng)T0為工作方式3時(shí)，THo和TL0分成2個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器。其中，TL0既可用作定時(shí)器，又可用作計(jì)數(shù)器，并使用原T0的所有控制位及其定時(shí)器回零標(biāo)志和中斷源。TH0只能用作定時(shí)器，并使用T1的控制位TRl、回零標(biāo)志TFl和中斷源，見(jiàn)下圖。

通常情況下，T0不運(yùn)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(shí)，T1往往用作串行口波特率發(fā)生器(見(jiàn)1．4)，TH0用作定時(shí)器，TL0作為定時(shí)器或計(jì)數(shù)器。所以，方式3是為了使單片機(jī)有1個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、1個(gè)定時(shí)器以及1個(gè)串行口波特率發(fā)生器的應(yīng)用場(chǎng)合而特地提供的。這時(shí)，可把定時(shí)器l用于工作方式2，把定時(shí)器0用于工作方式3。

下才可能使用。這時(shí)，T1往往用作串行口波特率發(fā)生器，TH0用作定時(shí)器，TL0作為定時(shí)器或計(jì)數(shù)器。所以，方式3是為了使單片機(jī)有1個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、1個(gè)定時(shí)器以及1個(gè)串行口波特率發(fā)生器的應(yīng)用場(chǎng)合而特地提供的。這時(shí)，可把定時(shí)器l用于工作方式2，把定時(shí)器0用于工作方式3。

控制寄存器

定時(shí)器／計(jì)數(shù)器T0和T1有2個(gè)控制寄存器-TMOD和TCON，它們分別用來(lái)設(shè)置各個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的工作方式，選擇定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，控制啟動(dòng)運(yùn)行，以及作為運(yùn)行狀態(tài)的標(biāo)志等。其中，TCON寄存器中另有4位用于中斷系統(tǒng)。

1、定時(shí)器方式控制寄存器TMOD

TMOD在特殊功能寄存器中，字節(jié)地址為89H，無(wú)位地址。TMOD的格式如下圖年示。

由圖可見(jiàn)，TMOD的高4位用于T1，低4使用于T0，4種符號(hào)的含義如下：

GATE：門控制位。其作用見(jiàn)圖1．6。GATE和軟件控制位TR、外部引腳信號(hào)INT的狀態(tài),共同控制定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的打開(kāi)或關(guān)閉。

C／T：定時(shí)器／計(jì)數(shù)器選擇位。C/T＝1，為計(jì)數(shù)器方式；C／T＝0，為定時(shí)器方式。

M1M0：工作方式選擇位，定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的4種工作方式由M1M0設(shè)定。

M1M0＝00：工作方式0(13位方式)。

M1M0＝01：工作方式1(16位方式)。

M1M0＝10：工作方式2(8位自動(dòng)裝入時(shí)間常數(shù)方式)。

MlM0=11：工作方式3(2個(gè)8位方式--僅對(duì)T0)。

2．定時(shí)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(jìn)行位操作。

TCON的格式如下圖所示。其中，TFl，TRl，TF0和TR0位用于定時(shí)器／計(jì)數(shù)器；IEl，ITl，IEo和IT0位用于中斷系統(tǒng)。

TFl，TRl用于定時(shí)器T1；TF0，TR0用于定時(shí)器T0。兩組符號(hào)有相同的含義。

TF：定時(shí)器／計(jì)數(shù)器中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。當(dāng)定時(shí)器計(jì)滿回零時(shí)，TF＝1，并可申請(qǐng)中斷；當(dāng)CPU響應(yīng)中斷并進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，TF自動(dòng)清零。如對(duì)TF查詢，定時(shí)器回零后，要用指令將TF清零。

TR：定時(shí)器／計(jì)數(shù)器開(kāi)閉控制位。

IEl，ITl用于外部中斷1(1NTl)；IE0，IT0用于外部中斷0(1NT0)。兩組符號(hào)的含義相同。

IT：下跳沿／低電平引起外部中斷請(qǐng)求的選擇位。IT=1，由下跳沿引起；IT＝0，由低電平引起。

IE：外部中斷的中斷申請(qǐng)標(biāo)志。IE＝0，表明無(wú)外部中斷請(qǐng)求；IE＝1，表明有外部中斷請(qǐng)求。當(dāng)有外部中斷請(qǐng)求時(shí)，IE自動(dòng)為1，單片機(jī)CPU響應(yīng)此中斷后，IE自動(dòng)清零。

定時(shí)／計(jì)數(shù)初值的求取方法

8031單片機(jī)的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器采用增量式計(jì)數(shù)。也就是說(shuō)，當(dāng)運(yùn)行于定時(shí)器方式時(shí)，每隔一個(gè)機(jī)器周期定時(shí)器自動(dòng)加1；當(dāng)運(yùn)行于計(jì)數(shù)器方式時(shí)，每當(dāng)引腳出現(xiàn)下跳沿，計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1。無(wú)論是作定時(shí)用還是計(jì)數(shù)用，當(dāng)T0或Tl加滿回零后，定時(shí)器回零標(biāo)志置1。而當(dāng)允許中斷時(shí)，TF可以申請(qǐng)中斷進(jìn)而在中斷服務(wù)程序中作相應(yīng)的操作；TF也可用程序判斷定時(shí)到或計(jì)數(shù)滿的標(biāo)志位。

那么，怎樣確定定時(shí)或計(jì)數(shù)初值(又稱為時(shí)間常數(shù))，以便達(dá)到要求的定時(shí)時(shí)間或計(jì)數(shù)值呢?下面作簡(jiǎn)要介紹，并舉兩個(gè)例子加以說(shuō)明。

設(shè)T0(或T1)運(yùn)行于計(jì)數(shù)器方式，要求計(jì)數(shù)X個(gè)外部脈沖后T0(或T1)回零，則計(jì)數(shù)初值C的求取方法如下：

因?yàn)榛亓愕暮x是指加滿到計(jì)數(shù)器的模值，即

x十C＝模

所以 C＝模一x＝模十(一x)＝(x)求補(bǔ)

由此可見(jiàn)，計(jì)數(shù)初值的大小等于需要計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)x求補(bǔ)運(yùn)算后的結(jié)果。

又若T0（或T1）運(yùn)行于定時(shí)器方式，需定時(shí)tvs,則計(jì)數(shù)脈沖數(shù)為。其中，MC為機(jī)器周期（單片為us）同理可知，定時(shí)初值為。

值的指出的是，對(duì)于定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的4種不同工作方式，T0或T1的位數(shù)不同，模值也因而不同，求補(bǔ)運(yùn)算要按相應(yīng)位數(shù)的長(zhǎng)度來(lái)求。

例1：T0運(yùn)行于計(jì)數(shù)器狀態(tài)，工作于方式1（16位方式），要求外部引腳出現(xiàn)3個(gè)脈沖后，TH0，TL0全回零（以便申請(qǐng)中斷）。求計(jì)數(shù)初值C。

解：C=（0003H）求補(bǔ)=FFFDH

例2：T0運(yùn)行于定時(shí)器狀態(tài)，時(shí)鐘振蕩周期為12MHZ，要求定時(shí)100us。求不同工作方式時(shí)的定時(shí)初值。

解：因?yàn)闄C(jī)器周期MC=12/12MHZ=1us

所以要計(jì)數(shù)的賈器周期個(gè)數(shù)為64H。

應(yīng)注意定時(shí)器在工作方式0時(shí)的初值裝入方法。由于方式0是13位定時(shí)/計(jì)數(shù)方式，對(duì)于T0而言，高8位初值裝入TH0，低5位初值裝入TL0的低5位（TL0的高3位無(wú)效）。所以對(duì)于上例，要裝入1F9CH初值時(shí)，可安排成：

在具體裝入初值時(shí)，必須把11111100B裝入TH0，而把***11100B裝入TL0。用指令表示即：

MOV TH0，#0FCH ；#FCHTH0

MOV TL0，#1CH ；#1CHTL0

通過(guò)上面求定時(shí)／計(jì)數(shù)初值的分析可見(jiàn)，不同工作方式的最大計(jì)數(shù)值或定時(shí)機(jī)器周期數(shù)分 別為；

方式0--213

方式l--216

方式2，3--28

例如，當(dāng)晶振(外部振蕩時(shí)鐘)fosc＝6MHz時(shí)，方式1的最長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間tmax=216×12÷6MHZ=131．072ms。這在操作上，只需把TH和TL都預(yù)置成00H初值即可。