51单片机定时器应用：产生500Hz方波信号

51单片机定时器应用：产生500Hz方波信号

一、实验目的

通过AT89C51单片机实现定时器/计数器的定时应用，具体要求：

1. 掌握定时器/计数器的工作原理

2. 掌握定时器/计数器的工作模式及工作方式

3. 掌握定时器初始化编程的基本步骤

二、实验原理

1. 定时器/计数器基本原理

51系列单片机内部含有两个定时器/计数器T0和T1，本质是16位的加法计数器，可实现对内部时钟脉冲信号的12分频信号或外部脉冲信号的计数。

定时器的核心在于计数：

- **定时模式**：对内部系统时钟进行计数（晶振频率的1/12）

- **计数模式**：对外部引脚(T0/P3.4或T1/P3.5)的脉冲信号进行计数

2. 定时器控制寄存器

TCON（定时器控制寄存器）

- TF1/TFO：定时器1/0溢出标志位

- TR1/TRO：定时器1/0运行控制位

- IE1/ITO：外部中断1/0请求标志

- IT1/ITO：外部中断1/0触发方式选择位

TMOD（定时器模式寄存器）

- GATE：门控位

- C/T：定时/计数模式选择位

- M1、M0：工作方式选择位（0-3四种模式）

3. 定时器工作模式

| M1 M0 | 工作模式       | 说明                     |

| 0 0      | 模式0（13位）  | 13位定时器/计数器        |

| 0 1      | 模式1（16位）  | 16位定时器/计数器（最常用） |

| 1 0      | 模式2（8位自动重装） | 8位自动重装定时器/计数器 |

| 1 1      | 模式3（仅T0）  | 两个8位定时器/计数器     |

 4. 定时器初值计算

本实验要求产生500Hz的方波信号，方波周期为2ms，需要定时器每1ms触发一次中断。

已知：

- 晶振频率：fosc = 12MHz

- 机器周期：12/fosc = 1μs

- 定时器溢出值：65536

- 定时时间：1ms = 1000μs

则定时器初值为：

初值 = 65536 - 1000 = 64536 = 0xFC66

即TH0 = 0xFC，TL0 = 0x66

 三、实验步骤

1. 硬件连接

在普中51实验板上找到蜂鸣器电路连接原理图：

- 蜂鸣器通常连接到P2.5引脚

- 通过三极管驱动（低电平有效）

- 单片机晶振频率设置为12MHz

 2. 软件设计

编写代码实现500Hz方波输出：

#include <reg52.h>

// 定义蜂鸣器控制引脚

sbit BEEP = P2^5;

// 定时器0初始化函数

void Timer0_Init(void) {

    TMOD = 0x01;    // 设置定时器0为模式1（16位定时器）

    TH0 = 0xFC;     // 设置定时器初值（高8位）

    TL0 = 0x66;     // 设置定时器初值（低8位）

    ET0 = 1;        // 使能定时器0中断

    EA = 1;         // 开总中断

    TR0 = 1;        // 启动定时器0

}

// 定时器0中断服务程序

void Timer0_ISR(void) interrupt 1 {

    TH0 = 0xFC;     // 重新加载定时器初值（高8位）

    TL0 = 0x66;     // 重新加载定时器初值（低8位）

    BEEP = !BEEP;   // 翻转蜂鸣器引脚状态（产生方波）

}

// 主函数

void main(void) {

    Timer0_Init();  // 初始化定时器0

   

    while(1) {      // 主循环空转，等待中断

        // 所有功能通过定时器中断实现

    }

}

```

3. 编译与烧录

1. 在Keil uVision中创建新项目，选择AT89C51单片机

2. 添加上述代码，编译生成HEX文件

3. 使用STC-ISP等烧录工具将HEX文件下载到单片机

 4. 运行与测试

1. 设置晶振频率为12MHz

2. 运行程序，观察蜂鸣器状态

3. 使用示波器测量P2.5引脚波形，验证是否为500Hz方波

四、实验结果与分析

1. 定时器初始化分析

- `TMOD = 0x01`：设置定时器0为16位定时器模式

- `TH0 = 0xFC` 和 `TL0 = 0x66`：设置定时器初值，确保每1ms溢出一次

- `ET0 = 1` 和 `EA = 1`：开启定时器0中断和总中断

- `TR0 = 1`：启动定时器0

2. 中断服务程序分析

- 每次定时器溢出时，自动调用中断服务程序

- 重新加载定时器初值，确保下一次溢出时间仍为1ms

- 翻转BEEP引脚状态，形成方波信号

3. 频率验证

- 定时器每1ms触发一次中断，BEEP引脚状态翻转一次

- 方波周期为2ms，频率为1/2ms = 500Hz

- 符合实验要求

五、总结

1. 实验总结

通过本次实验，我们需要掌握：

- 51单片机定时器/计数器的工作原理

- 定时器的四种工作模式及应用场景

- 定时器初始化编程的基本步骤

- 定时器初值计算方法

2. 拓展应用

定时器在单片机系统中应用广泛：

- 产生精确的时间延迟

- 生成PWM信号控制电机、LED亮度

- 测量脉冲宽度或频率

- 实现定时任务调度

 3. 常见问题及解决方法

- **定时器不准确**：检查晶振频率设置和初值计算

- **中断未触发**：检查中断使能位(ET0、EA)和中断向量号

- **方波不稳定**：确保中断服务程序执行时间短，不影响下次中断