第5章

定时器应用案例




基于Proteus硬件仿真工具和Keil程序设计软件，本章设计了微控制器中定时/计数器技术原理及应用相关的案例，包括计数器功能应用、定时器控制流水灯、定时器控制交通灯，每个案例提供了详尽的软硬件设计，包括仿真电路和完整的参考程序。
5．1计数器功能的应用
5．1．1案例概述

通过8051系列微控制器控制实现如下功能：  
(1) 从外部输入2个计数脉冲到定时/计数器引脚T0后产生中断，在T0计数中断服务程序中，控制接在P1口的8个LED依次点亮200ms，返回主程序；  
(2) 从外部输入5个计数脉冲到定时/计数器引脚T1后产生中断，在T1计数中断服务程序中，控制接在P2．1引脚的蜂鸣器发出报警声5次，返回主程序； 
(3) 定时/计数器T0和T1总的中断次数通过P0口输出到七段BCD数码管显示。
5．1．2要求
(1) 了解中断的步骤及定时/计数器的工作方式； 
(2) 关闭和启动定时器的条件和关闭和打开中断的条件； 
(3) 计数初值的定义。
5．1．3知识点
定时/计数器硬件原理、计数器功能应用编程。
5．1．4电路原理图
案例电路原理图如图51所示。 


图51计数器应用电路图


在电路图中，利用虚拟元件脉冲信号发生器产生外部脉冲信号，然后送入定时/计数器的输入引脚P3．4、P3．5。因为定时/计数器T0、T1设置为计数功能，用来检测P3．4、P3．5引脚接收的脉冲信号个数，当达到设置的计数值的个数后，产生计数器溢出中断，然后暂停主程序，转而执行计数器中断子程序。
案例通过P0口驱动2个BCD七段数码管显示计数器总中断次数。BCD七段数码管的输入是4位二进制BCD码。BCD七段数码管按8421BCD编码来点亮数码管显示数字，例如，当输入8421码DCBA=0000时，数码管就显示0； 当 DCBA=0100时,应显示4； DCBA=0011时显示3； DCBA=1111时显示F，以此类推。另外，微控制器通过P2．3引脚输出高电平驱动蜂鸣器发音。




5．1．5案例应用程序

#include <intrins.h>

#include <REG51.H>

#define TRUE 1

#define uchar unsigned char

uchar t3=0; //总中断次数 

unsigned char ucTimes;

sbitBEEP=P2^3;

void Play(unsigned char t);

void time(unsigned int ucMs);   //延时单位： ms



void main(void)

{

TMOD=0x55; //设置定时器0、1为外部脉冲输入计数器工作，方式1，16位计数器 

TH0=0xFF; TL0=0xFE; //设置计时器0的初值为FFFEH，即2个计数脉冲产生中断

TH1=0xFF; TL1=0xFB; //设置计时器1的初值为FFFBH，即5个计数脉冲产生中断

TR0=1;//开启定时器0

TR1=1;//开启定时器1 

IE=0x8a;//打开定时器0、1中断

P0=t3;//总中断次数送P1口显示

while(1){}//等待定时器0、1的中断 

}



//定时器0的中断服务程序

void  timer0(void) interrupt 1

{

EA=0; //关总中断 

TR0=0; //停止计时 

t3++; //总中断次数加1

P0=t3;   //总中断次数送P0口显示 

for(ucTimes=0;ucTimes<=8;ucTimes++) //循环点亮P1口的8个灯

{

P1=0xff-(0x01<<ucTimes);   //亮灯需低电平驱动

time(700);

}

TH0=0xFF; TL0=0xFE;

TR0=1;

EA=1;

}



void timer1(void) interrupt 3

{

EA=0;//总中断 

TR1=0; //停止计时 

t3++;//总中断次数加1 

P0=t3; //总中断次数送P0口显示 



for(ucTimes=0;ucTimes<5;ucTimes++)

{

Play(2);

time(200);

}

TH1=0xFF; TL1=0xFB;

TR1=1;//开启定时器 

EA=1;//开总中断 

}



void DelayMS(unsigned intx)

{

uchar t;

while(x--)

{

for(t=0;t<120;t++);

}

}



void Play(unsigned char t)

{

uchar i;

for(i=0;i<100;i++)

{

BEEP=~BEEP;

DelayMS(t);

}

BEEP=0;

}



void delay_5us(void)//延时5μs 

{

_nop_();

_nop_();

}



void delay_50us(void)//延时50μs

{

unsigned char i;

for(i=0;i<4;i++)

{

delay_5us();

}

}



void delay_100us(void)//延时100μs

{

delay_50us();

delay_50us();

}



void time(unsigned int ucMs)//延时单位： ms

{

unsigned char j;

while(ucMs>0){

for(j=0;j<10;j++) delay_100us();

ucMs--;

}

}

5．1．6案例分析
案例代码中主要有3个函数： 主函数main()、计数器0中断函数timer0()和计数器1中断函数timer1()，3个函数是并行关系。主函数和两个计数器中断函数实现不同的功能，可以直观地理解3个函数的并行性以及中断函数timer0()和timer1()执行的随机性。
通过本案例，可以将计数器的中断工作方式、计数初值、计数溢出中断标识位、中断号与对应的C51语言程序控制语句关联起来，更好地理解定时计数器硬件结构和工作原理。
另外，在计数器1中断函数timer1()中要实现P2．3引脚驱动蜂鸣器发出5次报警声。通过改变P2．3引脚输出高低电平信号的间隔时间控制报警声的频率，具体实现代码如下： 

void Play(unsigned char t)

{

uchar i;

for(i=0;i<100;i++)

{

BEEP=~BEEP;

DelayMS(t);

}

BEEP=0;

通过改变P2．3引脚输出高低电平信号的次数控制报警声的长短，具体实现代码如下： 

for(ucTimes=0;ucTimes<5;ucTimes++)

{

Play(2);

time(200);

}

}

5．2定时器控制流水灯 
5．2．1案例概述

通过8051系列微控制器控制实现如下功能： 使用定时器T1的中断来控制P1连接的8个LED灯的流水闪烁，即依次轮流控制每个灯点亮50ms，实现流水闪烁效果。
5．2．2要求
(1) 学习使用微控制器定时器的工作原理、应用和编程方法； 
(2) 熟悉微控制器中定时器中断处理程序编写。
5．2．3知识点
定时器硬件结构、工作方式、定时器中断方式的应用。
5．2．4电路原理图
案例控制电路如图52所示，8个LED灯连接在微控制器的P1口的8个引脚上，限流作用的电阻阻值设定为200Ω，灯采用灌电流连接方式连接。


图52定时器控制流水灯电路图


5．2．5案例应用程序 

#include <REG51.H>

unsigned char kkk;

unsigned char Count=0;

void main(void)

{

TMOD=0x10;   //定时器T0的工作方式1

TH1=(65536-60536)/256;//定时器T0的高8位的初值

TL1=(65536-60536)%256;//定时器T0的低8位的初值

TR1=1;   //启动定时器T0

kkk=0xfe;

P1=kkk;//流水灯初始状态控制

EA=1;   //开总中断

ET1=1;   //定时器T0中断允许

while(1) ;//无限循环，等待定时器溢出中断

}



void Time1(void) interrupt 3 using 0 //定时器T0的中断服务程序

{

TH1=(65536-60536)/256;//重新设置定时器T0的高8位的初值

TL1=(65536-60536)%256;//重新设置定时器T0的低8位的初值



if(++Count!=10) return;// 50ms(10×5ms)延时切换

Count=0;

kkk=kkk<<1;//数据左移1位 

kkk=kkk|1;//数据末位置1

if(kkk==0xff)kkk=0xfe; //设置流水灯的控制数据初始值

P1=kkk;//更新流水灯状态控制数据 

 }

5．2．6案例分析 
案例中，需要控制每个LED灯点亮50ms，定时由定时器硬件实现。程序中设置定时器每次定时5ms，为了简化初值计算，其初值设置如下： 

TH1=(65536-60536)/256;   //重新设置定时器T0的高8位的初值

TL1=(65536-60536)%256;   //重新设置定时器T0的低8位的初值

50ms的时间实现通过定时器中断函数Time1()中的两条语句实现，即

if(++Count!=10) return;//50ms(10×5ms)延时切换

Count=0;

每当定时器硬件5ms定时到就产生溢出中断，暂停主程序main()函数后，CPU执行中断函数Time1()，通过if(++Count!=10) 判断10次5ms延时是否完成。具体方法是：++Count后变量Count的值不等于10，则return返回到调用此语句所在函数的地方，即返回到调用定时器1中断函数Timer1()的地方，就是主程序的while(1)处，即回到main()函数继续等待下一次50ms定时中断发生。这个过程重复10次后，即延时10次5ms之后(此时，P1口的引脚状态保持50ms，即流水灯状态保持了50ms)，不再return返回到主程序的while(1)处，而是顺序执行中断函数后续语句： 

Count=0;

kkk=kkk<<1;//数据左移1位 

kkk=kkk|1;//数据末位置1

if(kkk==0xff)kkk=0xfe; //设置流水灯的控制数据初始值

P1=kkk;//更新流水灯状态控制数据

通过这段代码，首先Count=0，为下次50ms定时做准备。然后更新P1口的引脚状态值，从而更新流水灯的状态。
5．3定时器控制交通灯
5．3．1案例概述

通过8051系列微控制器控制十字路口模拟交通灯的变化，分别实现如下功能： 
(1) 东西向绿灯与南北向红灯亮4s；
(2) 东西向黄灯开始闪烁6次，绿灯关闭；
(3) 东西向红灯与南北向绿灯亮4s；
(4) 南北向黄灯开始闪烁6次，绿灯关闭；
(5) 如此往复。

其中定时功能采用微控制器的定时器硬件模块实现。
5．3．2要求
(1) 掌握微控制器定时器的原理、工作方式和应用编程； 
(2) 掌握通过定时器硬件实现模拟交通灯的延时的时间控制方法。
5．3．3知识点
定时器硬件原理、定时器功能的应用编程。
5．3．4电路原理图
定时器控制十字路口模拟交通灯电路如图53所示。


图53交通灯电路


案例中，东西向的红、黄、绿3个灯分别由微控制器的P0．0、P0．1、P0．2 3个引脚控制。南北向的红、黄、绿3个灯分别由微控制器的P0．3、P0．4、P0．5 3个引脚控制。另外，所有LED灯都是通过灌电流连接方式连接的。
5．3．5案例应用程序

#include<reg51.h>

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit R_A=P0^0; //东西向指示灯

sbit Y_A=P0^1;

sbit G_A=P0^2;

sbit R_B=P0^3; //南北向指示灯

sbit Y_B=P0^4;

sbit G_B=P0^5;

uchar TC=0,FC=0,K=1; //定义延时倍数、闪烁次数、操作类型变量



//定时器1中断函数

void Timer1()interrupt3

{

TL1=-50000/256;

TH1=-50000%256;//50ms定时的初值

switch(K)

{

case 1: //东西向绿灯与南北向红灯亮4s

R_A=1;Y_A=1;G_A=0;//P0^2=0，灯亮

R_B=0;Y_B=1;G_B=1;

if(++TC!=80) return; //4s(80×50ms)切换

TC=0;

K=2;

break;

case 2://东西向黄灯开始闪烁，绿灯关闭

if(++TC!=10) return;//延时10×50ms

TC=0;

Y_A=~Y_A;G_A=1;

if(++FC!=12) return;   //闪烁6次

FC=0;

K=3;

break; 



case 3://东西向红灯与南北向绿灯亮4s

R_A=0;Y_A=1;G_A=1;

R_B=1;Y_B=1;G_B=0;

if(++TC!=50) return; //4s(80×50ms)切换

TC=0;

K=4;

break;



case 4://南北向黄灯开始闪烁，绿灯关闭

if(++TC!=10) return;   //延时10×50ms

TC=0;

Y_B=~Y_B;G_B=1;

if(++FC!=12) return;   //闪烁6次

FC=0;

K=1;

break;

}

}



//主程序

void main()

{

TMOD=0x10;   //T1方式1

TL1=-50000/256; //初值设置,方式1最多56ms

TH1=-50000%256;

IE=0x88;

TR1=1;

while(1);

}

5．3．6案例分析  
案例代码中主要有两个函数： 主函数main()和定时器1的中断函数timer1()。主函数完成定时器1的初始化工作，交通灯亮灭的4种效果控制代码由函数timer1()完成。
案例中，为了简化定时器初值的十六进制转换计算，初值高8位采取取商计算，即TH0=(65536-50000)/256； 初值低8位采取取余计算，即TL0=(65536-50000)%256。因此，定时器初值为： 

TL1=-50000/256;

TH1=-50000%256;

交通灯中的黄灯闪烁6次的实现在switch语句的case 2分支中，具体代码如下： 

if(++FC!=12) return;   //闪烁6次

FC=0;

Y_A=~Y_A; G_A=1;

每次执行语句++FC后判断变量FC的值。如果FC的值不等于12，则返回到调用此语句所在函数的地方，也就是返回到调用定时器1中断函数timer1()的地方，即主程序的while(1)处。此时黄灯状态为灭。
当定时器定时时间达到50ms后就产生溢出，随后程序重新进入中断函数timer1()，再次执行case 2分支，重新执行如下代码： 

if(++TC!=10) return;   //延时10×50ms

TC=0;

Y_A=~Y_A;G_A=1;

当定时器硬件定时50ms溢出过程达到10次，即延时10个50ms后，才继续执行代码Y_A=~Y_A和G_A=1，实现Y_A取反，此时黄灯状态为亮。从而实现黄灯亮灭一次，实现闪烁的效果。
直到上述过程执行12次后，FC=12，不再return返回到主程序的while(1)处，而是顺序执行后边语句(FC=0； K=3；)，为下次黄灯闪烁6次做准备，并切换交通灯的操作类型为3。另外，switch分支结构中的case 4分支实现的原理与case 2原理相同。
交通灯中的红灯或绿灯亮4s的实现在switch语句的case 1分支中，具体代码如下： 

if(++TC!=80) return;

TC=0;

每次执行语句++TC后判断变量TC的值。如果TC的值不等于80，则返回到调用此语句所在函数的地方，也就是返回到调用定时器1中断函数timer1()的地方，即主程序的while(1)处。
当定时器定时时间达到50ms后就产生溢出，随后程序重新进入中断函数timer1()，再次执行case 1分支，重新执行如下代码： 

if(++TC!=80) return;

TC=0;

当定时器硬件定时50ms溢出过程达到80次，即延时80次50ms后，不再return返回
到主程序的while(1)处，而是顺序执行TC=0，为下次延时4s做准备。此时已经延时80×50ms，实现绿灯或红灯持续亮4s的效果。另外，switch分支结构中的case 3分支实现的原理与case 1原理相同。