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第六章  計時/計數器

§ 6-1  計時/計數器的功能

在8051單晶片的內部有2個計時/計數器，可接收外界輸入的驅動信號，而能產生一個輸出信號以供讀取外界輸入信號發生的次數。如果這個外界輸入信號代表某一事件發生的次數，則計時/計數器即是在作事件的計數；如果這個外界輸入信號是一個固定頻率的信號，則計時/計數器則可用以作計算時間的工作。因此，8051單晶片的計時/計數器為一體兩面，完全取決於驅動信號的特質而定。

§ 6-2  計時/計數器的驅動與使用

Timer0與Timer1是8051單晶片的兩個16位元計時/計數器，其計數值是存放於兩個8位元暫存器中，Timer0的計數是由TH0(High byte)及TL0(Low byte)來執行，Timer1的計數是由TH1(High byte)及TL1(Low byte)來執行。其位址分別位於SFR內部記憶體的8CH、8AH、8DH及8BH中，如第四章之SFR記憶體圖所示。在程式撰寫上，編輯器允許直接使用暫存器的名稱TH0、TL0、TH1及TL1，亦可直接使用其暫存器位址，來作直接定址。

在使用8051單晶片計時/計數器前須先設定計時/計數器模式控制暫存器(Timer/counter Mode Control Register，簡稱TMOD)及計時/計數器控制暫存器(Timer/counter Control Register，簡稱TCON)兩個暫存器，此二暫存器分別用來決定Timer0及Timer1的工作模式及中斷執行的控制設定。

§ 6-3  TMOD模式控制暫存器之設定

Timer的計時時脈來源有兩種，一種是8051單晶片的內部時脈，一種是從T0與T1接腳所輸入的外部時脈。在8051單晶片接收時脈計時/計數時，會在每個機械週期值由〝1〞變為〝0〞時，將Timer的值累加1。而8051單晶片對時脈來源的選擇是由TMOD暫存器中的C/T位元來決定。當C/T設定為1時，Timer使用外部時脈；當C/T設定為0時，Timer使用內部時脈。TMOD的結構如下：

TMOD檔

當TCON暫存器中的TR0(或TR1)為1時，則Timer0(或Timer1)由TMOD暫存器的GATE位元與INT0(或INT1)接腳構成Timer的軟體控制；當TCON暫存器中的TR0(或TR1)為0時，則Timer0(或Timer1)將停止計時/計數。若以布林帶數表示則為Y=(GATE+INTx)。Timer0與Timer1一共有四種模式，是由TMOD暫存器中的M0與M1位元來設定。以下為四種工作模式：

1. 模式0：(M1=M0=0，13位元計時/計數器)

將Timer設定為模式0時，會形成一個13位元計時/計數器，計時/計數暫存器是由THx的8位元與TLx的低5位元所組成。當TR0(或TR1)設定為1時，計時/計數器開始作動，若13個位元由全部為〝1〞變為全部為〝0〞時，則會將Timer溢位旗號TFx設定為1。結合IE暫存器(中斷致能暫存器，Interrupt Enable Register)致能Timer0(或Timer1)，則8051單晶片會擷取TF0(或TF1)的資料，以偵測是否要產生中斷。當8051單晶片執行中斷副程式時會自動將TF0(或TF1)清除為0。將在下一章介紹8051單晶片中斷服務。

Timer工作模式0時，13位元計時/計數值最大為8192(2的13次方)，因此，THx的值應為計時/計數值除以32的商，TLx的值則為計時/計數值除以32的餘數。若計時/計數值為5000時，即

TL0 = # (8192-5000)×MOD×32

TH0 = # (8192-5000)/32

則程式可寫為：

MOV  TL0，# (8192-5000)×MOD×32

MOV  TH0，# (8192-5000)/32

2. 模式1：(M1=0，M0=1，16位元計時/計數器)

模式0與模式1的動作幾乎相同，兩者之間的差別在於Timer工作在模式1時是16位元的計時/計數器。模式1計時/計數最大值為65536(2的16次方)，因此，THx的值應為計時/計數值除以256的商，TLx的值則為計時/計數值除以256的餘數。若計時/計數值為5000時，即

TH0 = # (65536-5000)/256

TL0 = # (65536-5000)×MOD×256

則程式可寫為：

MOV  TH0，# (65536-5000)/256

MOV  TL0，# (65536-5000)×MOD×256

或寫成：

MOV  TH0，# ＞ (65536-5000)

MOV  TL0，# ＜ (65536-5000)

其中，〝＜〞符號是通知編譯器將後面的值取16位元的低位元組，而〝＞〞符號是通知編譯器將後面的值取16位元的高位元組。

3. 模式2：(M1=1，M0=0，8位元自動重新載入計時器)

將Timer設定成模式2時，會形成一個8位元自動重新載入計時/計數器。當計時/計數完畢後會產生TFx溢位旗號設定為1，並會將THx的值自動載入TLx中，因此，THx的值須事先由軟體設定。此模式適合用在需要固定時間的計時。

模式2計時/計數最大值為256(2的8次方)，因此計時/計數值須同時存放於THx與TLx中。若計時/計數值為200時，即

TH0 = # (256-200)

TL0 = # (256-200)

則程式可寫成

MOV  TH0，# (256-200)

MOV  TL0，# (256-200)

4. 模式3：(M1=1，M0=1，兩個8位元的計時器)

Timer在模式3時，會將TH0與TL0分成兩個獨立的8位元計時器。TL0的計時器使用Timer0的控制信號，即C/T、GATE、TR0、INT0與TF0。而TH0則為計數機械週期的計數器，且使用Timer1的TR1及TF1做控制信號，因此TH0是控制Timer1計時/計數器。若使用Timer0的TL0計時/計數值為200時，即

TL0 = # (256-200)

則程式可寫成

MOV  TL0，# (256-200)

TMOD暫存器在各種情形下的設定值：

1. Timer0做計時器

 2. Timer0做計數器

3. Timer1 做計時器

4. Timer1 做計數器

 § 6-4  TCON控制暫存器之設定

TCON為Timer的計時控制暫存器，其結構如下：

TCON之圖

 § 6-5  計時/計數器實例

1. 利用模式1做為計時，其電路圖如下：

電路圖

  計時模式1程式

;
;                     本程式以計時方式掃描驅動,以P0.0為0.05秒的閃爍,
;                      P1到P3分別為秒分時的輸出
;
;                      應用指令:
;                                      位元設定指令SETB用以設定位元為1
;                                      比較跳躍指令CJNE若暫存器與參數值比較不相等實則跳躍
;                                      位元為1時清除並跳躍指令JBC若暫存器位元為1則清除並跳躍
;
;                      動作: P0.0之LED閃爍20Hz, 秒分時以十進制二進位法顯示
;                      說明: 利用Timer0做0.05秒計時, 並為求執行時間控制, 進位累加.
;                      顯示秒. 顯示分與顯示時分四次迴路執行, 以求可分別在0.05秒內
;                      執行完畢
;
                       ORG 00H
                       JMP START
                       ORG 30H
                       MOV SP,#30H              ;將堆疊指標重新指向
START:          MOV TMOD,#01          ;設定16位元計時模式
                       MOV P0,#0                   ;將埠0設定為全滅
                       MOV R6,#0                   ;頻率記數初值設定為0
                       MOV R0,#0                   ;時R2分R1秒R0初值設定為0
                       MOV R1,#0
                       MOV R2,#0

LOOP:            MOV TL0,#<(65536-46079)   ;儲存16位元之低8位元
                       MOV TH0,#>(65536-46079)   ;儲存16位元之高8位元
                       SETB TR0                                 ;啟動計時

                      CJNE R6,#20,SHOW
                      MOV R6,#0
                      SEC INC R0
                      CJNE R0,#60,WAIT
                     MOV R0,#0
                     INC R1
                     CJNE R1,#60,WAIT
                     MOV R1,#0
                     INC R2
                     CJNE R2,#12,WAIT
                     MOV R2,#0
                     JMP WAIT
SHOW:        CJNE R6,#10,SHOW1
                     MOV A,R0
                     CALL BCD                               ;呼叫轉換為二進位時進制副程式
                     MOV P1,A
SHOW1:      CJNE R6,#11,SHOW2
                     MOV A,R1
                     CALL BCD                               ;呼叫轉換為二進位時進制副程式
                     MOV P2,A
SHOW2:      CJNE R6,#12,WAIT
                     MOV A,R2
                     CALL BCD                               ;呼叫轉換為二進位時進制副程式
                     MOV P3,A

WAIT:          JBC TF0,OVERFLOW             ;測試是否計時完畢產生溢位
                     JMP WAIT                                ;否, 則持續測試溢位之發生
OVERFLOW:
                    CPL P0.0
PASS:          CLR TR0
                    INC R6
                    JMP LOOP

BCD:           MOV R3,A
                    MOV B,#10
                    DIV AB
                    MOV R4,B
                    MOV B,#16
                    MUL AB
                   ADD A,R4
                   RET
                   END

程式說明：此程式時分秒由零開始計時，顯示時分秒在P1、P2與P3，以二進制十進位方式(BCD)顯示。

練習： 1. 在本程式加上輸入目前的時分秒，做為計時初始值。

             2. 將本程式之二進制十進位(BCD)副程式，利用〝DA  A〞指令改寫。

2. 利用模式2做為計數，利用外部控制方式。其電路圖如下：

電路圖

  計時模式2程式

;
;                      本程式設定Timer0 Timer1為模式2計數使用,分別由輸入埠T0 T1輸入計數值5與3
;                      P0與P1分別為計數完成次數之輸出
;
;                      說明: 暫存器R0用以計數Timer0完成次數,
;                      暫存器R1用以計數Timer1完成次數,
;
                       ORG 00H
                       JMP INIT ;規避00H至2FH間之中斷向量執行位址
                       ORG 30H
INIT:              MOV SP,#30H              ;將堆疊指標重新指向
                       MOV TMOD,#66H       ;設定Timer0與Timer1為模式2計數方式
                       MOV TL0,#(256-5)       ;設定計數5次
                       MOV TH0,#(256-5)       ;儲存計數次
                       MOV TL1,#(256-3)        ;設定計數3次
                       MOV TH1,#(256-3)        ;儲存計數次
                       MOV R0,#0
                       MOV R1,#0
                       SETB TR0                       ;開始計數
                       SETB TR1                       ;開始計數
WAIT:            JBC TF0,OVERFLOW0 ;等待計數5完畢
                       JBC TF1,OVERFLOW1 ;等待計數3完畢
                      JMP WAIT
OVERFLOW0:
                      INC R0
                      MOV P0,R0
                      JMP WAIT
OVERFLOW1:
                      INC R1
                     MOV P1,R1
                     JMP WAIT
                     END

程式說明：本程式分別由T0、T1接腳輸入計數次數，Timer0與Timer1則分別設定為5與3做為計數溢位值。每當完成5次或3次，發生溢位，則會在P0與P1顯示值累加1(以二進制方式顯示亮燈)。