項(xiàng)目三時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)3.1報(bào)警聲發(fā)生器設(shè)計(jì)“十四五”職業(yè)教育國(guó)家規(guī)劃教材單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目教程/learn/NTVU-1206695819?tid=1474236512#/learn/content項(xiàng)目導(dǎo)讀交通燈產(chǎn)品計(jì)數(shù)器電子鐘在我們的生產(chǎn)和生活中，離不開定時(shí)器、計(jì)數(shù)器及時(shí)鐘。用單片機(jī)如何實(shí)現(xiàn)這些功能呢？學(xué)海領(lǐng)航

[古老漏刻現(xiàn)代應(yīng)用]從古人最早嘗試用日晷測(cè)量時(shí)間，到原子鐘準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)，人類一直在為測(cè)量時(shí)間而奮斗。人們對(duì)科學(xué)技術(shù)的追求是無窮無盡的，它是人類社會(huì)不斷發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。任?wù)內(nèi)容組裝一個(gè)報(bào)警聲發(fā)生系統(tǒng)，由單片機(jī)外接蜂鳴器控制發(fā)聲，上電后發(fā)出“滴——嘟——滴——嘟——”高低音交錯(cuò)的報(bào)警聲。學(xué)習(xí)目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)

樹立文化自信，培養(yǎng)精益求精的工匠精神，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，厚植科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷。知識(shí)目標(biāo)1.了解51單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)、工作原理。學(xué)會(huì)用查詢的方法處理定時(shí)/計(jì)數(shù)溢出的情況。技能目標(biāo)1.了解蜂鳴器發(fā)聲原理，掌握單片機(jī)控制輸出不同聲調(diào)的方法。

知識(shí)點(diǎn)知識(shí)1

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)2

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器知識(shí)3

定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式知識(shí)4

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化/previewIndex/1060515知識(shí)1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及工作原理1．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器邏輯結(jié)構(gòu)圖2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1T0、T1分別由TH0、TL0，TH1、TL1構(gòu)成,存放定時(shí)或計(jì)數(shù)初始設(shè)定值（初值）工作方式寄存器控制寄存器知識(shí)1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及工作原理2．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作原理

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是一個(gè)二進(jìn)制的加1寄存器，當(dāng)啟動(dòng)后就開始從設(shè)定的計(jì)數(shù)初始值開始加1計(jì)數(shù)，寄存器計(jì)滿回零時(shí)能自動(dòng)置位標(biāo)志位TF，產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求。在定時(shí)器模式下，每個(gè)機(jī)器周期寄存器加1，即寄存器對(duì)機(jī)器周期計(jì)數(shù)。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期有12個(gè)振蕩周期，所以計(jì)數(shù)頻率是晶振頻率的1/12，即計(jì)數(shù)周期T=1/(晶振頻率×1/12)

例:若晶振頻率為6MHZ，求定時(shí)器模式的計(jì)數(shù)周期

解:T=1/(晶振頻率×1/12)=1/(6MHZ×1/12)=2μs。知識(shí)1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及工作原理2．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作原理在計(jì)數(shù)器模式下，該寄存器在相應(yīng)的外部輸入腳P3.4/T0和P3.5/T1上出現(xiàn)從1到0的變化時(shí)加1計(jì)數(shù)。

由于寄存器只在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣外部輸入信號(hào)，這樣，需要2個(gè)機(jī)器周期辨認(rèn)一次1到0的變化。所以對(duì)外部輸入信號(hào)，最大的計(jì)數(shù)頻率是振蕩器頻率的1/24，且外部輸入信號(hào)的高低電平保持時(shí)間均需大于一個(gè)機(jī)器周期。知識(shí)1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及工作原理2．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作原理定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是單片機(jī)中工作相對(duì)獨(dú)立的部件，當(dāng)將其設(shè)定為某種工作方式并啟動(dòng)后，它就會(huì)獨(dú)立進(jìn)行計(jì)數(shù)，不再占用CPU的時(shí)間，直到計(jì)滿溢出，才向CPU申請(qǐng)中斷處理。此時(shí)，用戶又可以重新設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式，以改變它的工作狀態(tài)，由此可見，它是一個(gè)工作效率高且工作靈活的部件。知識(shí)2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器對(duì)內(nèi)部定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制主要是通過TMOD和TCON兩個(gè)特殊功能寄存器的編程來實(shí)現(xiàn)的。1．工作方式寄存器TMOD

知識(shí)2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器（1）M0、M1：工作方式控制位

兩位可形成四種二進(jìn)制編碼，可控制產(chǎn)生四種工作方式。

知識(shí)2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器（2）C/T：模式控制選擇位

C/T=0為定時(shí)器模式；

C/T=1為計(jì)數(shù)器模式。（3）GATE：門選通位

當(dāng)GATE=0時(shí)，只要使TCON中的TR0（或TR1）置1，就可啟動(dòng)定時(shí)器T0（或T1）工作。（一般情況下，設(shè)置GATE=0）當(dāng)GATE=l時(shí)，只有/INT0（或/INT1）引腳為高電平且TR0（或TR1）置1時(shí)，定時(shí)器才能啟動(dòng)工作。知識(shí)2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器2定時(shí)器控制寄存器定時(shí)器控制寄存器TCON是一個(gè)8位特殊功能寄存器，其地址為88H，用于控制定時(shí)器的啟動(dòng)/停止以及標(biāo)志定時(shí)器溢出中斷申請(qǐng)。既可進(jìn)行字節(jié)尋址又可進(jìn)行位尋址。復(fù)位時(shí)所有位被清零。

TR0和TR1:分別用于控制T0和T1的啟動(dòng)與停止

TF0和TF1:T0和T1溢出標(biāo)志,可利用它們查詢定時(shí)/計(jì)數(shù)的結(jié)果，也可利用中斷處理。知識(shí)2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1是在TMOD和TCON的聯(lián)合控制下進(jìn)行定時(shí)或計(jì)數(shù)工作的，其輸入時(shí)鐘和控制邏輯可用下圖綜合表示。知識(shí)3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式

1．工作方式0（以T0為例）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被設(shè)置為一個(gè)13位的計(jì)數(shù)器，由TH的高8位和TL中的低5位組成，其中TL中的高3位不用。知識(shí)3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式知識(shí)3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式

2．工作方式1方式1時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被設(shè)置為一個(gè)16位加1的計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器由高8位TH和低8位TL組成。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在方式1下的工作情況與在方式0下的基本相同，差別只是計(jì)數(shù)器的位數(shù)不同。定時(shí)器模式下定時(shí)時(shí)間為：

T=（216-T0初值）×機(jī)器周期知識(shí)3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式

3．工作方式2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被設(shè)置成一個(gè)8位計(jì)數(shù)器TL0（或TL1）和一個(gè)具有計(jì)數(shù)初值重裝功能的8位寄存器TH0（或TH1）。知識(shí)3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式

3．工作方式2

當(dāng)計(jì)數(shù)器TL0（或TL1）從計(jì)數(shù)初值加1計(jì)數(shù)并溢出時(shí)，除了把相應(yīng)的溢出標(biāo)志位TF0（或TF1）置“l(fā)”外，同時(shí)還將TH0（或TH1）中的計(jì)數(shù)初值重新裝入TL0（或TL1）中，使TL0（或TL1）又重新開始計(jì)數(shù)。

在重裝過程中TH0（或TH1）中的數(shù)值保持不變。如果在TH0（或TH1）中由軟件改為新的計(jì)數(shù)初值，則下次向TL0（或TL1）中重裝時(shí)將裝入新的計(jì)數(shù)初值。定時(shí)器模式下定時(shí)時(shí)間為：

T=（28–TH0初值）×機(jī)器周期

說明：T1工作在方式2，常作為通信中波特率發(fā)生器使用。知識(shí)4

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化單片機(jī)上電復(fù)位后，TMOD、TCON等特殊功能寄存器都處于清零狀態(tài)，因而必須先進(jìn)行初始化設(shè)置和計(jì)數(shù)初值的確定等工作。

知識(shí)4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化

1．初始化（1）根據(jù)設(shè)計(jì)需要先確定定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作模式及工作方式，然后將相應(yīng)的控制字用賦值語句寫入TMOD寄存器中。（2）計(jì)算出計(jì)數(shù)初始值并寫入TH0、TL0、TH1、TL1中。（3）通過對(duì)中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP和中斷允許寄存器IE的設(shè)置，確定計(jì)數(shù)器的中斷優(yōu)先級(jí)和開放中斷。（4）給定時(shí)器控制寄存器TCON送命令字，控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和停止。知識(shí)4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化

2．初值的計(jì)算定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1不論是工作在計(jì)數(shù)器模式還是定時(shí)器模式下，都是加1計(jì)數(shù)器，因而寫入計(jì)數(shù)器的初始值和實(shí)際計(jì)數(shù)值并不相同，兩者的換算關(guān)系如下：設(shè)實(shí)際計(jì)數(shù)值為C，計(jì)數(shù)最大值為M，計(jì)數(shù)初始值為X，則X=M-C。其中計(jì)數(shù)最大值在不同工作方式下的值不同，具體如下：（1）工作方式0：M=213=8192（2）工作方式1：M=216=65536（3）工作方式2：M=28=256

知識(shí)4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化

2．初值的計(jì)算

T=C×T機(jī)=（M–X）×T機(jī)定時(shí)器模式下對(duì)應(yīng)的定時(shí)時(shí)間為：任務(wù)實(shí)施1．硬件電路設(shè)計(jì)任務(wù)實(shí)施圖中，單片機(jī)輸出的電流常常太小，導(dǎo)致喇叭聲音太小甚至不響，因此，通常單片機(jī)的輸出口還需要外接一個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)電路。任務(wù)實(shí)施2．軟件設(shè)計(jì)設(shè)報(bào)警聲高音為1kHz信號(hào)，低音為500Hz信號(hào)，因此問題就轉(zhuǎn)變?yōu)橛脝纹瑱C(jī)的P1.0口交替輸出1kHz和500Hz的方波。首先考慮輸出500Hz方波的問題。單片機(jī)晶振頻率為6MHz，P1.0口輸出500Hz方波，可用T0工作于方式1，用查詢方式完成。任務(wù)實(shí)施2．軟件設(shè)計(jì)（1）確定工作方式

使用T0工作于方式1的定時(shí)功能，GATE=0，則TMOD取0x1。任務(wù)實(shí)施2．軟件設(shè)計(jì)（2）確定定時(shí)初始值X欲產(chǎn)生500Hz的等寬方波脈沖，只需在P1.0端以2ms為周期交替輸出高低電平即可實(shí)現(xiàn)，為此定時(shí)時(shí)間應(yīng)為1ms即1000μs。使用12MHz晶振，則一個(gè)機(jī)器周期為1μs，所以計(jì)數(shù)為1000μs/1μs=1000，方式1為16位計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)，最大計(jì)數(shù)值為65536。則計(jì)數(shù)初值X為：任務(wù)實(shí)施2．軟件設(shè)計(jì)（3）由定時(shí)器控制寄存器TCON中的TR0控制T0的啟停。任務(wù)實(shí)施3．參考代碼初始化初值任務(wù)實(shí)施3．參考代碼判斷TF0標(biāo)志功能處理任務(wù)小結(jié)通過本任務(wù)的學(xué)習(xí)，讀者要掌握以下幾點(diǎn)：（1）了解51單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)、工作原理。（2）掌握定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初