单片机原理及应用：定时器/计数器综合应用

本文是《单片机原理及应用》专栏中的最后一篇文章，笔者以编译器的安装配置——51单片机简介——LED和数码管外设——开关和按键控制功能切换——外部中断系统——定时器与计数器为知识大纲，介绍了C语言编程控制51单片机的入门教程。作为收尾，我们将一同学习三个定时器/计数器的实际应用，不同于之间灯光和按键的组合，在这三个应用中都加入了其他外设，更复杂也更有创意，希望大家对单片机的学习也能兴致盎然、不断进取。

定时器控制P1.0引脚产生1ms方波

首先选用系统时钟为12MHz的单片机， 要在P1.0上产生周期为2ms的方波，定时器应产生1ms的定时中断，定时时间到则在中断服务程序中对P1.0求反。在本案例我们使用定时器T0，方式1定时中断，GATE不起作用。此外对中断标志位采用查询法，查询法不经过中断程序，是最简单的I／O方式，数据在CPU和外设之间的传送完全靠计算机程序控制，外设和CPU之间是串行工作，CPU效率低。由于查询法效率低于中断函数，已经被逐渐淘汰，笔者此处仅作为知识补充。

#include <reg51.h>	  	
sbit P1_0=P1^0;			
void main(void)			
{
	TMOD=0x01;		 //设置T0为定时器工作方式1
	TR0=1;			 //允许T0中断
	while(1)		
	{
	TH0=0xfc;		 //赋初值，计数1000即溢出：X=65536-1000
	TL0=0x18;
	do{}while(!TF0); //使用查询法，TF0为0原地循环，为1则T0溢出，往下执行
	P1_0=!P1_0;		 //P1.0状态求反，高低电平转换
	TF0=0;			 //定时器T0溢出标志位TF0清零
	}
}

仿真如图所示，为了确认输出波形，在proteus中添加了虚拟示波器，添加方式是点击左侧菜单栏虚拟仪器模式，在弹出的窗口中选择OSCILLIOSCOPE即可。

另外请大家注意，左侧按键属于复位电路，对方波输出无影响。启动仿真后即可看到示波器图像，示波器右侧还有各类参数，大家可以自行调整。

?定时器控制发出1KHz音频

第二个应用是用定时器T1的中断控制P1.7引脚输出频率为1kHz方波音频信号，驱动蜂鸣器发声。单片机系统时钟为12MHz，音频信号周期1ms，因此T1的定时中断时间为0.5 ms，进入中断服务程序后，对P1.7求反。原理与应用一大致相同，区别在代码构架中采用了中断法，且在while循环中多次更改定时器初值。这几个应用或多或少都采用了与众不同的设计思路，更贴合实际使用场景。

#include<reg51.h>  			
sbit sound=P1^7;  			    //将蜂鸣器连接在P1.7引脚上
#define f1(a) (65536-a)/256		//宏定义输入计数值即按表达式输出初值
#define f2(a) (65536-a)%256    	
unsigned int i=500; 
unsigned int j=0; 
void main(void)
{
	 	EA=1;                  	//开启总中断允许.
  		ET1=1;                	//允许定时器T1中断 
		
   		TMOD=0x10; 		        //T设置定时器1工作方式1 
		TH1=f1(i);      		//初始化计数值i得到初值，此时i为500
   		TL1=f2(i);      	

   		TR1=1;                 	//启动定时器1
   		while(1)  
	{   /*i=500; 				//可以改变频率达到不同的声音效果
      	while(j<2000);
      	j=0;
      	i=1000; 
      	while(j<2000);
      	j=0;
		i=3000; 
      	while(j<2000);
      	j=0;*/					//返回第一种频率
    }
 }

void T1_int(void) interrupt 3 using 0	//定时器T1中断服务函数
{
    	TH1=f1(i);   		//重新赋初值.
    	TL1=f2(i);   		
	   	sound=~sound; 	    //对P1.7输出求反，形成方波
		j++;				//用于记录中断次数，也就是记录时间
}

仿真如下，为了更直观地看到频率的变化，在蜂鸣器旁并联了一个示波器，虽然会降低幅值，但是不影响频率。

?蜂鸣器声音较大，大家在观看视频演示时需要注意调节音量。

定时器测量INT1引脚正脉冲宽度

第三个应用是计数器测量INT1引脚正脉冲宽度，利用门控位GATE1可使T1启动计数受INT1控制：当GATE1=1，TR1=1时，只有INT1引脚输入高电平时，T1才被允许计数。利用该功能，可测量引脚正脉冲宽度，并在6位数码管上以机器周期数显示，能通过旋转信号源旋钮调整频率。

在中断处理上再次使用了查询法，另外需要注意INT1作为外部中断1的引脚，并未像之前我们介绍的那样设置TCON用于外部中断允许。作为最后一个应用，可能有些难以理解，大家了解相关原理内容就好。

#include<reg51.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
sbit P3_3=P3^3;			//读取INT1引脚电平
uchar count_high; 		//定义计数变量，用来读取TH0
uchar count_low;		//定义计数变量，用来读取TL0
uint num;
uchar shiwan, wan, qian, bai, shi, ge;	  //定义各数码管显示数位
uchar flag;				//控制刷新频率
uchar code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};  //数组记录共阴极数码管段码

void delay(uint z)			//自变量延时函数
{
	uint x,y;
	for(x=z;x>0;x--)
	for(y=110;y>0;y--);
}
void display(uint a,uint b,uint c,uint d,uint e,uint f)
                                                                 
{
	P2=0xfe; 	P0=table[f];	delay(2);		  //数码管段选，位选，消影
	P2=0xfd;	P0=table[e];	delay(2);		  //六个数位对应留个双管
	P2=0xfb;	P0=table[d];	delay(2);
	P2=0xf7;	P0=table[c];	delay(2);
	P2=0xef;	P0=table[b];	delay(2);
	P2=0xdf;	P0=table[a];	delay(2);
}
void read_count() 			//读取定时寄存器的内容
{
	do
 	{
 		count_high=TH1;		 //读取高字节
 		count_low=TL1;		 //读取低字节
 	}while (count_high!=TH1);//读取完成后继续往下执行	
	num=count_high*256+count_low; //将16位数据恢复为十进制数字
                             
}
void main( )
{
	while(1)
	{
		flag=0;
 		TMOD=0x90;		//设置定时器T1工作方式1，门控位为1，当INT1为高电平时定时器才开始工作
		TH1=0;			//计数初值为零
		TL1=0;
		while(P3_3==1); 	//等待INT1变为低电平
		TR1=1;		        //如果INT1为低电平，启动定时器器T1，此时未真正开始计数
		while(P3_3==0); 	//等待INT1变为高电平，变高后T1真正开始计数
		while(P3_3==1); 	//等待INT1变为低电平，变低后T1停止计数
		TR1=0;
		read_count(); 		//调用函数，读取定时寄存器内容的函数
		shiwan=num/100000;	//数据分割，每一位数码管显示对应数位
		wan=num%100000/10000;
		qian=num%10000/1000;
		bai=num%1000/100;
		shi=num%100/10;
		ge=num%10;
		while(flag!=100)	//运行100次显示数值后再读取下一次数值 			
			{
			flag++;
			display(ge,shi,bai,qian,wan,shiwan); //调用display函数，传入相应参数
			}
    }
}

仿真如下，为避免接线混乱，采用了之前介绍的总线接法；P0端口使用了上拉电阻，此时端口为准双向口，不存在高阻抗的悬浮状态；和示波器一样，信号发生器也在虚拟仪器界面，选择SIGNAL GENERATOR即可。

?

大家可以更改信号发生器的参数，包括频率、电压和波形，观察数码管示数的变化，详细的操作教程可以参考51单片机数字频率计开发

到此为止，这个专栏就算圆满落幕了，这部分单片机课程笔者也是学习了一月有余，对于非电子专业的同学来说这些知识足够了。以后如果有进一步的机会，或许会重启这个专栏。总之感谢陪伴我一同学习的每一个人，祝愿大家在新的一年里都能百尺竿头更进一步，谢谢大家，我们下个专栏再见。