51单片机-(定时/计数器)

51单片机-(定时/计数器)

了解CPU时序、特殊功能寄存器和定时/计数器工作原理,以定时器0实现每次间隔一秒亮灯一秒的实验为例理解定时/计数器的编程实现。

1.CPU时序

1.1.四个周期

  • 振荡周期:为单片机提供定时信号的振荡源的周期(晶振周期或外加振荡周期)
  • 状态周期:2个振荡周期为1个状态周期,用S表示。振荡周期又称S周期或时钟周期。
  • 机器周期:1个机器周期含6个状态周期,12个振荡周期。
  • 指令周期:完成1条指令所占用的全部时间,它以机器周期为单位。

例如:外接晶振为12MHz时,51单片机相关周期的具体值为:
振荡周期=1/12us;
状态周期=1/6us;
机器周期=1us;
指令周期=1~4us;

1.2.相关概念

  • 51单片机有两组定时器/计数器,因为既可以定时,又可以计数,故称之为定时器/计数器。
  • 定时器/计数器和单片机的CPU是相互独立的。定时器/计数器工作的过程是自动完成的,不需要CPU的参与。
  • 51单片机中的定时器/计数器是根据机器内部的时钟或者是外部的脉冲信号对寄存器中的数据加1。
  • 有了定时器/计数器之后,可以增加单片机的效率,一些简单的重复加1的工作可以交给定时器/计数器处理。CPU转而处理一些复杂的事情。同时可以实现精确定时作用。

1.3.定时/计数器的工作原理

定时/计数器实质上是一个加1计数器。它随着计数器的输入脉冲进行自加1,也就是每来一个脉冲,计数器就自动加1,,当加到计数器为全1时,再输入一个脉冲就使计数器回零,且计数器的溢出使相应的中断标志位置1,向CPU发出中断请求(定时/计数器中断允许时)。如果定时/计数器工作于定时模式,则表示定时时间已到;如果工作于计数模式,则表示计数值已满。
可见,由溢出时计数器的值减去计数初值才是加1计数器的计数值。

2.定时器

2.1.定时器结构

定时/计数器的实质是加1计数器(16位),由高8位和低8位两个寄存器THx和TLx组成。TMOD是定时/计数器的工作方式寄存器,确定工作方式和功能;
TCON是控制寄存器,控制T0、T1的启动和停止及设置溢出标志。
在这里插入图片描述

2.2.特殊功能寄存器

2.2.1.控制寄存器TCON

TCON的低4位用于控制外部中断,已在前面中断系统中介绍。TCON的高4位用于控
制定时/计数器的启动和中断申请。其格式如下:

76543210
字节地址:88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0
  • TF1(TCON.7):T1溢出中断请求标志位。T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1。CPU响应中断后TF1由硬件自动清0。T1工作时,CPU可随时查询TF1的状态。所以,TF1可用作查询测试的标志。TF1也可以用软件置1或清0,同硬件置1或清0的效果一样。
  • TR1(TCON.6):T1运行控制位。TR1置1时,T1开始工作;TR1置0时,T1停止工作。TR1由软件置1或清0。所以,用软件可控制定时/计数器的启动与停止。
  • TF0(TCON.5):T0溢出中断请求标志位,其功能与TF1类同。
  • TR0(TCON.4):T0运行控制位,其功能与TR1类同。
2.2.2.工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD用于设置定时/计数器的工作方式,低四位用于T0,高四位用于T1。其格式如下:

76543210
字节地址:89HGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0
  • GATE是门控位:
    GATE=0时,用于控制定时器的启动是否受外部中断源信号的影响。只要用软件使TCON中的TR0或TR1为1,就可以启动定时/计数器工作;
    GATA=1时,要用软件使TR0或TR1为1,同时外部中断引脚INT0/1也为高电平时,才能启动定时/计数器工作。即此时定时器的启动条件,加上了INT0/1引脚为高电平这一条件。

  • C/T :定时/计数模式选择位。
    C/T =0为定时模式;T上面有一杠代表=0时为定时
    C/T =1为计数模式。C上面没有一杠代表=1时为计数

  • M1M0:工作方式设置位。定时/计数器有四种工作方式。

M1M0工作方式说明
00方式 013位定时/计数器
01方式 116位定时/计数器
10方式 28位自动重装定时/计数器
11方式 3T0分成两个独立的 8 位定时/计数器;T1 此方式停止计数
  • 方式0
    方式0为13位计数,由TL0的低5位(高3位未用)和TH0的8位组成。TL0的低5位溢出时向TH0进位,TH0溢出时,置位TCON中的TF0标志,向CPU发出中断请求。
    在这里插入图片描述
    定时器模式时有:N=t/ Tcy
    计数初值计算的公式为:X=213-N。
    定时器的初值还可以采用计数个数直接取补法获得。
    计数模式时,计数脉冲是T0引脚上的外部脉冲。

门控位GATE具有特殊的作用。当GATE=0时,经反相后使或门输出为1,此时仅由TR0控制与门的开启,与门输出1时,控制开关接通,计数开始;当GATE=1时,由外中断引脚信号控制或门的输出,此时控制与门的开启由外中断引脚信号和TR0共同控制。当TR0=1时,外中断引脚信号引脚的高电平启动计数,外中断引脚信号引脚的低电平停止计数。这种方式常用来测量外中断引脚上正脉冲的宽度。

  • 方式1
    方式1的计数位数是16位,由TL0作为低8位,TH0作为高8位,组成了16位加1计数器 。
    在这里插入图片描述
    计数个数与计数初值的关系为:X=216-N
  • 方式2
    方式2为自动重装初值的8位计数方式。
    在这里插入图片描述
    计数个数与计数初值的关系为:X=28-N
    工作方式2特别适合于用作较精确的脉冲信号发生器。
  • 方式3
    方式3只适用于定时/计数器T0,定时器T1处于方式3时相当于TR1=0,停止计数。
    在这里插入图片描述
    工作方式3将T0分成为两个独立的8位计数器TL0和TH0 。

2.3.使用定时器步骤

  • 1.对TMOD赋值,以确定T0和T1的工作方式。
  • 2.计算初值,并将其写入TH0、TL0或TH1、TL1。
  • 3.中断方式时,则对EA赋值,开放定时器中断。
  • 4.使TR0或TR1置位,启动定时/计数器定时或计数。

2.4.计数器初值的计算

  • 机器周期也就是CPU完成一个基本操作所需要的时间。
  • 机器周期=1/单片机的时钟频率。
  • 51单片机内部时钟频率是外部时钟的12分频。也就是说当外部晶振的频率输入到单片机里面的时候要进行12分频。比如说你用的是12MHZ的晶振,那么单片机内部的时钟频率就是12/12MHZ,当你使用12MHZ的外部晶振的时候。机器周期=1/1M=1us。
  • 我们定时1ms的初值是多少呢,1ms/1us=1000。也就是要计数1000个数,初值=65535-1000+1(因为实际上计数器计数到65536才溢出)=64536=FC18H

3.定时器中断编程样例

3.1.声明和定义

3.2.定时器0来设置1毫秒定时

1.使用定时器0也就是要设置TMOD低八位,GATE=0,C/T=0,工作方式1所以M1M0=01
在这里插入图片描述
2.计算初值
方式1对应计算公式 :X=216-N;
也可以通过51初值设定软件快速生成;下载软件,被当成病毒时自行在安全中心允许并找回。
在这里插入图片描述
TH0=0XFC; //给定时器赋初值,定时1ms
TL0=0X18;
加上定时器0中断允许、总中断和开启定时器的函数代码:

void Timer0Init()
{
	TMOD|=0X01;//选择为定时器0模式,工作方式1,仅用TR0打开启动。
	TH0=0XFC;	//给定时器赋初值,定时1ms
	TL0=0X18;	
	ET0=1;//打开定时器0中断允许
	EA=1;//打开总中断
	TR0=1;//打开定时器			
}

想要每隔一秒就亮一秒LED,在定时1ms后还需要继续赋初值再定时,累加1000后刚好1秒。中断函数中断号为1。

void Timer0() interrupt 1
{
	static u16 i;
	TH0=0XFC;	//重新装载初值,定时1ms
	TL0=0X18;
	i++;
	if(i==1000)//累加1000次得到一秒
	{
		i=0;
		led=~led;	
	}	
}

完整代码如下:

#include "reg52.h"			 //此文件中定义了单片机的一些特殊功能寄存器
typedef unsigned int u16;	  //对数据类型进行声明定义
typedef unsigned char u8;

sbit led=P2^0;	 //定义P20口是led
/*
定时器0初始化函数
*/
void Timer0Init()
{
	TMOD|=0X01;//选择为定时器0模式,工作方式1,仅用TR0打开启动。
	TH0=0XFC;	//给定时器赋初值,定时1ms
	TL0=0X18;	
	ET0=1;//打开定时器0中断允许
	EA=1;//打开总中断
	TR0=1;//打开定时器			
}

void main()
{	
	Timer0Init();  //定时器0初始化
	while(1);		
}

void Timer0() interrupt 1
{
	static u16 i;
	TH0=0XFC;	//重新装载初值,定时1ms
	TL0=0X18;
	i++;
	if(i==1000)//累加1000次得到一秒
	{
		i=0;
		led=~led;	
	}	
}
<think>嗯,用户遇到了“Java不是内部或外部命令”的问题,这该怎么解决呢?首先,我得回忆一下这个错误的常见原因。根据引用[1]和[2],问题通常是因为JDK没安装或者环境变量配置不正确。用户可能在安装JDK时没有设置好环境变量,或者安装路径有误。 首先,应该确认用户是否正确安装了JDK。有时候用户可能安装了JRE而不是JDK,或者安装路径中有空格或特殊字符,导致系统找不到java.exe。需要指导用户检查安装路径,比如默认路径是C:\Program Files\Java\jdk版本号,确保路径存在。 接下来是环境变量的配置。用户需要将JDK的bin目录添加到系统的PATH变量中。如果用户是手动配置的,可能路径写错了,比如少了分号或者路径不正确。还要检查JAVA_HOME变量是否设置正确,因为有些工具依赖这个变量。引用[4]提到修改IDE的终端设置,这可能是在特定情况下需要的,比如IntelliJ IDEA中的Terminal设置如果指向了错误的cmd路径,也会导致问题。 另外,用户可能在配置环境变量后没有重启命令行工具,导致新的配置没有生效。这时候需要提醒用户关闭并重新打开CMD或者PowerShell再试一次。引用[3]提到输入javac命令报错,这和java命令的问题类似,都是环境变量的问题,所以解决方案应该是一致的。 还有可能用户同时安装了多个版本的JDK,导致路径冲突。这时候需要检查PATH变量中是否有多个Java路径,可能需要删除旧的或者调整顺序。此外,用户是否以管理员权限运行命令行?虽然这不常见,但有时候权限问题也可能导致命令无法识别。 总结下来,解决步骤应该是:确认JDK安装正确→检查环境变量配置→重启命令行→验证配置。如果这些都正确,可能需要检查系统变量是否有其他冲突,或者考虑重新安装JDK。同时,引用[4]中的IDE设置也是一个需要注意的地方,特别是当用户在IDE中使用终端时,可能需要调整Shell Path的设置。</think>### 为什么会出现“Java不是内部或外部命令”? 此错误表明系统无法在环境变量`PATH`中定位到Java的可执行文件(如`java.exe`或`javac.exe`)。常见原因包括: 1. **未安装JDK**:仅安装JRE(Java运行时环境)不包含完整的开发工具[^1][^2]。 2. **环境变量未配置**:未将JDK的`bin`目录添加到系统`PATH`变量中[^2][^3]。 3. **路径错误或拼写错误**:环境变量中路径格式错误或与实际安装路径不符[^4]。 --- ### 分步解决方案 #### 步骤1:验证JDK安装 1. 打开文件资源管理器,检查默认安装路径: `C:\Program Files\Java\jdk-版本号` (若路径包含空格或特殊字符,建议重新安装到简单路径如`C:\Java\jdk-版本号`) 2. 确认`bin`目录存在`java.exe`和`javac.exe`文件。 #### 步骤2:配置环境变量 1. **设置`JAVA_HOME`**(关键步骤): - 右键“此电脑” → 属性 → 高级系统设置 → 环境变量 → 新建系统变量: ``` 变量名:JAVA_HOME 变量值:C:\Program Files\Java\jdk-版本号 ``` 2. **修改`PATH`变量**: - 在系统变量中找到`Path` → 编辑 → 新建 → 添加两条路径: ``` %JAVA_HOME%\bin %JAVA_HOME%\jre\bin ``` - 确保路径间用英文分号分隔。 #### 步骤3:验证配置 1. 打开**新**的命令提示符(旧窗口不会加载新配置): ```bash java -version # 应显示版本号 javac -version # 应显示编译器版本 ``` 2. 若仍报错,尝试重启系统后再次验证。 --- ### 特殊情况处理 - **IDE终端报错**(如IntelliJ IDEA): 修改IDE的终端设置,将Shell Path设置为`C:\Windows\System32\cmd.exe`(根据系统盘调整路径)[^4]。 - **多版本冲突**: 删除`PATH`中其他Java相关路径,仅保留当前使用的JDK路径。 --- ### 示例配置 ```plaintext JAVA_HOME = C:\Java\jdk-21 PATH = ...;%JAVA_HOME%\bin;%JAVA_HOME%\jre\bin;... ```
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