第6章 AT89S51单片机的定时器计数器

2007年12月11日星期二 08:45AT89C2051是精简版的51单片机，精简掉了P0口和P2口，只有20引脚，但其内部集成了一个很实用的模拟比较器，特别适合开发精简的51应用系统，毕竟很多时候我们开发简单的产品时用不了全部32个I/O口，用AT89C2051更合适，芯片体积更小，而且AT89C2051的工作电压最低为2.7V，因此可以用来开发两节5号电池供电的便携式产品。

本文以ATMEL公司生产的51系列家族的AT89S51和AT89C2051两种单片机来讲解，两种单片机是目前最常用的单片机，其中AT89S51为标准51单片机，当然其功能比早期的51单片机更强大，支持ISP在系统编程技术，内置硬件看门狗。

一、AT89S51单片机引脚介绍AT89S51有PDIP、PLCC、TQFP三种封装方式，其中最常见的就是采用40Pin封装的双列直接PDIP封装，外形结构下图。

芯片共有40个引脚，引脚的排列顺序为从靠芯片的缺口（见右图）左边那列引脚逆时针数起，依次为1、2、3、4。

40，其中芯片的1脚顶上有个凹点（见右图）。

在单片机的40个引脚中，电源引脚2根，外接晶体振荡器引脚2根，控制引脚4根以及4组8位可编程I/O引脚32根。

1、主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源GND(Pin20)：接地线2、外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端3、控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。

ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。

4、可编程输入/输出引脚（32根）AT89S51单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。

AT89S51AT89S51单片机的硬件组成单片机内硬件组成结构如图2-1所示。

图2-1 AT89S51单片机片内结构有如下功能部件和特性：（1）8位微处理器（CPU）；（2）数据存储器（128B RAM）；（3）程序存储器（4KB Flash ROM）；（4）4个8位可编程并行I/O口（P0口、P1口、P2口和P3口）；（5）1个全双工的异步串行口；（6）2个可编程的16位定时器/计数器；（7）1个看门狗定时器；（8）中断系统具有5个中断源、5个中断向量；（9）特殊功能寄存器（SFR）26个；（10）低功耗模式有空闲模式和掉电模式，且具有掉电模式下的中断恢复模式；（11）3个程序加密锁定位。

与AT89C51相比，AT89S51有更突出的优点：（1）增加在线可编程功能ISP（In System Program），字节和页编程，现场程序调试和修改更加方便灵活；（2）数据指针增加到两个，方便了对片外RAM的访问过程；（3）增加了看门狗定时器，提高了系统的抗干扰能力；（4）增加断电标志；（5）增加掉电状态下的中断恢复模式。

单片机内各功能部件通过片内单一总线连接而成（见图2-1），基本结构依旧是CPU 加上外围芯片的传统微机结构。

CPU对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR，Special Function Register）的集中控制方式。

单片机内部件功能1）CPU（微处理器）8位的CPU，与通用CPU基本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，还有面向控制的位处理功能。

2）数据存储器（RAM）片内为128B （52子系列为256B ），片外最多可扩64KB 。

片内128B 的RAM 以高速RAM 的形式集成，可加快单片机运行的速度和降低功耗。

3）程序存储器（Flash ROM ）片内集成有4KB 的Flash 存储器（A T89S52 则为8KB ；A T89C55片内20KB ），如片内容量不够，片外可外扩至64KB 。

51单片机定时计数器的工作原理
51单片机是一种常用的微控制器，它具有多个定时计数器，其中包括定时器0和定时器1。

这些定时计数器是通过内部时
钟源提供的脉冲进行计数的。

定时器0和定时器1是独立的计数器，它们可以用于不同
的应用。

这里我们将主要关注定时器0的工作原理。

定时器0
由一个八位计数器和一个控制寄存器组成。

当定时器0启动时，它会根据时钟源提供的脉冲进行计数，每个脉冲会使计数器的值增加1。

定时器0的计数范围为0-255，即八位二进制数。

通过控制寄存器，我们可以设置定时器0的工作模式、计
数器的初始值以及时钟源的频率。

定时器0可以以不同的方式工作，包括定时模式和计数模式。

在定时模式下，我们可以设置一个初始值，并在每次计数
器增加到该值时产生一个中断。

这样就可以实现精确的定时功能。

定时器0的中断服务程序可以完成各种操作，例如控制其他外设、延时等。

在计数模式下，定时器0将简单地计数外部触发信号的脉
冲次数。

这可以用于测量外部事件的时间间隔或频率。

需要注意的是，定时器0的工作需要通过编程来完成。

我
们可以使用汇编语言或C语言来配置定时器0的寄存器，并
设计相应的中断服务程序。

51单片机定时器的工作原理是通过定时器0和定时器1实
现计数功能。

定时器0可以在定时模式或计数模式下工作，通过设置计数值和时钟源频率，实现精确的定时功能或测量外部
事件的时间间隔或频率。

编程则是必不可少的，通过配置寄存器和编写中断服务程序来实现定时器的工作。

一、AT89S51单片机简介AT89S51 为 ATMEL 所生产的可电气烧录清洗的 8051 相容单芯片,其内部程序代码容量为4KB(一）、AT89S51主要功能列举如下:1、为一般控制应用的 8 位单芯片2、晶片内部具时钟振荡器(传统最高工作频率可至 12MHz）3、内部程式存储器（ROM）为 4KB4、内部数据存储器（RAM）为 128B5、外部程序存储器可扩充至 64KB6、外部数据存储器可扩充至 64KB7、32 条双向输入输出线，且每条均可以单独做 I/O 的控制8、5 个中断向量源9、2 组独立的 16 位定时器Array10、1 个全多工串行通信端口11、8751 及 8752 单芯片具有数据保密的功能12、单芯片提供位逻辑运算指令（二)、AT89S51各引脚功能介绍：VCC：AT89S51 电源正端输入，接+5V。

VSS：电源地端。

XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。

XTAL2:系统时钟的反相放大器输出端,一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。

RESET：AT89S51的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。

EA/Vpp：”EA”为英文”External Access”的缩写,表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。

因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间.如果是使用 8751 内部程序空间时,此引脚要接成高电平。

此外,在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）.ALE/PROG:ALE是英文”Address Latch Enable"的缩写，表示地址锁存器启用信号。

《单片机原理与接口技术》教学大纲课程名称：单片机原理与接口技术Fundamentals of Mono-Chip b Computers and Interface Technology课程编号：202020课程类型：专业主干课学时/学分：32/2适用专业：电子信息工程一、前言（一）课程性质本课程是计算机科学与技术领域的专业理论课，它上承“电子技术基础”等专业理论基础课，下启“接口技术”和“计算机控制技术”等专业课，在其间起着桥梁和纽带的作用，因此是非常重要的应用技术专业理论课。

（二）教学目标通过本课程的学习，应使学生在掌握单片机基本理论知识的基础上，着重强化应用所学知识的能力和实际动手能力。

因此，在教学过程中既要重视基础理论的培养，也要重视实验等实践性环节，基础理论知识和基本应用能力并重，为后续专业课的学习及学生从业后自学相关知识、更好地从事相关技术工作奠定良好的基础。

（三）教学要求要求学生能够全面深入理解所学内容，并能够用分析、初步设计解答与网络相关的问题，能够举一反三。

了解单片机应用系统各主要环节的设计、调试方法，并了解单片机在测量、控制等电子技术应用领域的应用，要求学生能够较好地理解和掌握，并能够进行简单的分析和判断。

要求学生能够一般地了解所学内容。

掌握单片机应用系统设计与制作的基本方法与步骤，能够熟练运用仿真开发环境调试软、硬件。

（四）先修课程《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《微机原理及应用》、《电路基础》、《C 程序设计》。

二、课程内容第一章单片机概述教学内容及总体要求：本章介绍有关单片机的基础知识、发展历史、应用领域以及发展趋势，并对当前8位单片机的主流机型、且占有较大市场份额的MCS—51系列单片机及其兼容的单片机（统称为51系列单片机）进行简要概述。

对目前流行的51的单片机的代表性机型：美国ATMEL 公司的AT89C5x/AT89S5x系列单片机以及其中最具代表性的产品AT89S51进行详细介绍。

第6章思考题及习题6参考答案一、填空1、AT89S51的串行异步通信口为（单工/半双工/全双工）。

答：全双工。

2. 串行通信波特率的单位是。

答：bit/s3. AT89S52的串行通信口若传送速率为每秒120帧，每帧10位，则波特率为答：12004．串行口的方式0的波特率为。

答：fosc/125．AT89S51单片机的通讯接口有和两种型式。

在串行通讯中，发送时要把数据转换成数据。

接收时又需把数据转换成数据。

答：并行，串行，并行，串行，串行，并行6．当用串行口进行串行通信时，为减小波特率误差，使用的时钟频率为 MHz。

答：11.05927．AT89S52单片机串行口的4种工作方式中，和的波特率是可调的，与定时器/计数器T1的溢出率有关，另外两种方式的波特率是固定的。

答：方式1，方式38．帧格式为1个起始位，8个数据位和1个停止位的异步串行通信方式是方式。

答：方式1。

9．在串行通信中，收发双方对波特率的设定应该是的。

答：相同的。

10．串行口工作方式1的波特率是。

答：方式1波特率=（2SMOD/32）×定时器T1的溢出率二、单选1．通过串行口发送或接收数据时，在程序中应使用。

A．MOVC指令B．MOVX指令C．MOV指令D．XCHD指令答：C2．AT89S52的串行口扩展并行I/O口时，串行接口工作方式选择。

A. 方式0B.方式1C. 方式2D.方式3答：A3. 控制串行口工作方式的寄存器是。

A．TCON B.PCON C. TMOD D.SCON答：D三、判断对错1．串行口通信的第9数据位的功能可由用户定义。

对2．发送数据的第9数据位的内容是在SCON寄存器的TB8位中预先准备好的。

对3．串行通信方式2或方式3发送时，指令把TB8位的状态送入发送SBUF中。

错4．串行通信接收到的第9位数据送SCON寄存器的RB8中保存。

对5．串行口方式1的波特率是可变的，通过定时器/计数器T1的溢出率设定。

《单片机原理及接口技术》（第2版）人民邮电出版社第6章定时器/计数器思考题及习题61．下列哪些说法是正确的。

A.特殊功能寄存器SCON，与定时器/计数器的控制无关。

对B.特殊功能寄存器TCON，与定时器/计数器的控制无关。

错C.特殊功能寄存器IE，与定时器/计数器的控制无关。

错D.特殊功能寄存器TMOD，与定时器/计数器的控制无关。

错2．如果采用的晶振的频率为3MHz，定时器/计数器工作在方式0、1、2下，其最大定时时间各为多少？答：定时器/计数器工作方式0下，其最大定时时间为TMAX =8.192mS方式1下的最大定时时间为262.144ms；方式2下的最大定时时间为1024ms。

3．定时器/计数器用作定时器模式时，其计数脉冲由谁提供？定时时间与哪些因素有关？答：定时/计数器作定时时，其计数脉冲由系统振荡器产生的内部时钟信号12分频后提供。

定时时间与时钟频率和定时初值有关。

4．定时器/计数器用作计数器模式时，对外界计数频率有何限制？答：由于确认1次负跳变要花2个机器周期，即24个振荡周期，因此外部输入的计数脉冲的最高频率为系统振荡器频率的1/24。

5．采用定时器/计数器T0对外部脉冲进行计数，每计数100个脉冲后，T0转为定时工作方式。

定时1ms后，又转为计数工作方式，如此循环不止。

假定AT89S51单片机的晶体振荡器的频率为5MHz，请使用方式1实现，要求编写程序。

答：定时器/计数器T0在计数和定时工作完成后，均采用中断方式工作。

除了第一次计数工作方式设置在主程序完成外，后面的定时或计数工作方式分别在中断程序完成，用一标志位识别下一轮定时器/计数器T0的工作方式。

参考程序如下：ORG 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP IT0PMAIN: MOV TMOD,#06H ；定时器/计数器T0为计数方式2MOV TL0,#156 ；计数100个脉冲的初值赋值MOV TH0,#156SETB GATE ；打开计数门SETB TR0 ；启动T0，开始计数SETB ET0 ；允许T0中断SETB EA ；CPU开中断CLR F0 ；设置下一轮为定时方式的标志位WAIT: AJMP WAITIT0P: CLR EA ；CPU关中断JB F0,COUNT ；F0=1，转计数方式设置MOV TMOD,#00H ；定时器/计数器T0为定时方式0MOV TH0,#0FEH ；定时1ms初值赋值MOV TL0,#0CHSETB EARETICOUNT: MOV TMOD,#06HMOV TL0,#156SETB EARETI6．定时器/计数器的工作方式2有什么特点？适用于哪些应用场合？答：定时器/计数器的工作方式2具有自动恢复初值的特点，适用于精确定时，比如波特率的产生。

《单片机原理及接口技术》（第2版）人民邮电出版社第1章单片机概述思考题及习题11．除了单片机这一名称之外，单片机还可称为和。

答：微控制器，嵌入式控制器.2．单片机与普通微型计算机的不同之处在于其将、、和三部分，通过内部连接在一起，集成于一块芯片上。

答：CPU、存储器、I/O口、总线3．在家用电器中使用单片机应属于微计算机的。

答： BA．辅助设计应用B．测量、控制应用C．数值计算应用D．数据处理应用4．微处理器、微计算机、微处理机、CPU、单片机、嵌入式处理器它们之间有何区别？答：微处理器、微处理机和CPU它们都是中央处理器的不同称谓，微处理器芯片本身不是计算机。

而微计算机、单片机它们都是一个完整的计算机系统，单片机是集成在一个芯片上的用于测控目的的单片微计算机。

5．AT89S51单片机相当于MCS-51系列单片机中的哪一型号的产品？“S”的含义是什么？答：相当于MCS-51系列中的87C51，只不过是AT89S51芯片内的4K字节Flash存储器取代了87C51片内的4K字节的EPROM。

6．什么是“嵌入式系统”? 系统中嵌入了单片机作为控制器，是否可称其为“嵌入式系统”? 答：广义上讲，凡是系统中嵌入了“嵌入式处理器”，如单片机、DSP、嵌入式微处理器，都称其为“嵌入式系统”。

但多数人把“嵌入”嵌入式微处理器的系统，称为“嵌入式系统”。

目前“嵌入式系统”还没有一个严格和权威的定义。

目前人们所说的“嵌入式系统”，多指后者。

7．嵌入式处理器家族中的单片机、DSP、嵌入式微处理器各有何特点？它们的应用领域有何不同？答：单片机体积小、价格低且易于掌握和普及，很容易嵌入到各种通用目的的系统中，实现各种方式的检测和控制。

单片机在嵌入式处理器市场占有率最高，最大特点是价格低，体积小，应用广泛。

DSP是一种非常擅长于高速实现各种数字信号处理运算（如数字滤波、FFT、频谱分析等）的嵌入式处理器。

能够高速完成各种复杂的数字信号处理算法。

第6章思考题及习题6参考答案一、填空1．外部中断1的中断入口地址为。

定时器T1的中断入口地址为。

答：0013H；001BH2．若（IP）=00010100B，则优先级最高者为，最低者为。

答：外部中断1，定时器T13．AT89S51单片机响应中断后，产生长调用指令LCALL，执行该指令的过程包括：首先把的内容压入堆栈，以进行断点保护，然后把长调用指令的16位地址送入，使程序执行转向中的中断地址区。

答：PC、PC、程序存储器4．AT89S51单片机复位后，中断优先级最高的中断源是。

答：外部中断05．当AT89S51单片机响应中断后，必须用软件清除的中断请求标志是。

答：串行中断、定时器/计数器T2中断二、单选1．下列说法错误的是（）。

A. 同一级别的中断请求按时间的先后顺序响应B. 同一时间同一级别的多中断请求，将形成阻塞，系统无法响应C. 低优先级中断请求不能中断高优先级中断请求，但是高优先级中断请求能中断低优先级中断请求D. 同级中断不能嵌套答：B2．在AT89S51的中断请求源中，需要外加电路实现中断撤销的是（）。

A. 电平方式的外部中断请求B．跳沿方式的外部中断请求C．外部串行中断D．定时中断答：A3．中断查询确认后，在下列各种AT89S51单片机运行情况下，能立即进行响应的是（）。

A．当前正在进行高优先级中断处理B．当前正在执行RETI指令C．当前指令是MOV A，R3D．当前指令是DIV指令，且正处于取指令的机器周期答：C4．下列说法正确的是（）。

A. 各中断源发出的中断请求信号，都会标记在AT89S51的IE寄存器中B. 各中断源发出的中断请求信号，都会标记在AT89S51的TMOD寄存器中C. 各中断源发出的中断请求信号，都会标记在AT89S51的IP寄存器中D. 各中断源发出的中断请求信号，都会标记在AT89S51的TCON、SCON寄存器中答：D三、判断对错1．定时器T0中断可以被外部中断0中断。

单片机实用教程第6章AT89S51单片机并行扩展技术本章主要内容1、AT89S51系统扩展概述2、扩展外部ROM3、扩展外部RAM4、扩展并行I/O口一、并行扩展的内容1、外部的程序存储器2、外部的数据存储器3、I/O口扩展二、并行扩展的三总线1、地址总线（AB）P0（低8位）：A0-A7P2（高8位）：A8-A152、数据总线（DB）P0口8位的数据线（分时复用）3、控制总线（CB）（1）ALE：地址所存允许。

控制P0口分时复用。

地址数据ALE（2）PSEN：外ROM读选通信号。

用于片外程序存储器的读选通控制，一般与外部程序存储器的输出允许端OE相连。

（3）WR（P3.6口的第二功能）：用于外部数据存储器或I/O口的写选通控制，一般与所扩展芯片的写允许WE端相连。

（4）RD（P3.7口的第二功能）：用于外部数据存储器或I/O口的读选通控制，一般与所扩展芯片的输出允许OE端相连。

三、AT89S51并行扩展三总线电路的实现一、ROM分类1、Mask ROM（掩膜）2、OTPROM（Only Time Programmable一次性编程）3、EPROM（Erasable PROM）4、EEPROM（Electrically EPROM）5、Flash ROM二、EPROM芯片三、EPROM与AT89S51单片机典型连接电路表6-1 2764工作方式1、芯片的高位地址线（A8~A15）直接与单片机的P2口相连，低位地址（A0~A7）通过地址锁存器接到P0口。

2、芯片的数据线直接接到P0口。

3、芯片的片选接地，输出允许控制OE用单片机PSEN控制。

单片机的ALE接锁存器的控制端。

4、芯片、锁存器、单片机的其它控制线接有效信号。

一、RAM分类1、静态RAM2、动态RAM二、常用RAM芯片三、外RAM操作指令（1）MOVX A，@Ri ；（Ri）→A （2）MOVX A，@DPTR ；（DPTR）→A （3）MOVX @Ri，A ；A→（Ri）（4）MOVX @DPTR，A ；A→（DPTR）四、SRAM与AT89S51的典型连接电路表6-36264工作方式地址空间范围：6264的地址线只有13根，高3位地址线对其不影响，0000H和8000H都可以访问到6264的第一个单元，这种现象称为地址重叠。

单片机AT89S51的概述AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。

它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP)也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场介，可灵活应用于各种控制领域。

主要性能参数：·与MCS-51 产品指令系统完全兼容·4k字节在线系统编程(ISP) Flash闪速存储器·1000次擦写周期·4.0---5.5V的工作电压范围·全静态工作模式：0Hz---33MHz·三级程序加密锁·128×8字节内部RAM·32个可编程I/O口线·2个16位定时/计数器·6个中断源·全双工串行UART通道·低功耗空闲和掉电模式·中断可从空闲模式唤醒系统·看门狗(WDT)及双数据指针·掉电标识和快速编程特性·灵活的在线系统编程(ISP一字节或页写模式)功能特性概述：AT89S51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

引脚功能说明：·Vcc：电源电压·GND：地·P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

习题和思考题答案第一章单片机概述1. 第一台电子数字计算机发明的年代和名称。

1946年、ENIAC。

2. 根据冯·诺依曼提出的经典结构，计算机由哪几部分组成？运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。

3. 微型计算机机从20世纪70年代初问世以来，经历了哪四代的变化？经历了4位、8位、16位、32位四代的变化。

4. 微型计算机有哪些应用形式？系统机、单板机、单片机。

5. 什么叫单片机？其主要特点有哪些？单片机就是在一片半导体硅片上，集成了中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、并行I／O、串行I／O、定时器/计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线的用于测控领域的微型计算机，简称单片机。

单片机技术易于掌握和普及、功能齐全，应用广泛、发展迅速，前景广阔、嵌入容易，可靠性高。

6. 举例说明单片机的应用？略7. 当前单片机的主要产品有哪些？各自有何特点？MCS是Intel公司生产的单片机的系列符号，MCS-51系列单片机是Intel公司在MCS-48系列的基础上于20世纪80年代初发展起来的，是最早进入我国，并在我国应用最为广泛的单片机机型之一，也是单片机应用的主流品种。

其它型号的单片机：PIC单片机、TI公司单片机、A VR系列单片机。

8. 简述单片机应用系统的开发过程。

（1）根据应用系统的要求进行总体设计总体设计的目标是明确任务、需求分析和拟定设计方案，确定软硬件各自完成的任务等。

总体设计对应用系统是否能顺利完成起着重要的作用。

（2）硬件设计根据总体设计要求设计并制作硬件电路板（即目标系统），制作前可先用仿真软件（如Proteus软件）进行仿真，仿真通过后再用硬件实现并进行功能检测。

（3）软件设计软件编程并调试，目前一般用keil软件进行设计调试。

调试成功后将程序写入目标单片机芯片中。

（4）综合调试进行硬软件综合调试，检测应用系统是否达到设计的功能。

9. 说明单片机开发中仿真仪的作用。