2021年10月21日 | 【自学51单片机】5 --- 定时器、数码管、逻辑运算、

定时器介绍、数码管静态显示、逻辑运算符和逻辑电路符号

1、逻辑运算和逻辑电路

引入逻辑概念：在生活中，逻辑存在 ‘真’ 和 ‘假’ 两个逻辑值，而逻辑对应到C语言和数字电路中， ‘真’ 对应C语言或数字电路中的一切 ‘非0值’，而 ’假‘ 对应为 ’0值‘。

1.1 C语言逻辑运算符

假定两个字节变量A和B，两者进行某种逻辑运算后结果为F。

以下为逻辑运算符（按变量整体值进行运算）

&& 逻辑与：F = A && B，当 A、B 的值都为真（即非 0 值，下同）时，其运算结果 F

为真（具体数值为 1，下同）；当 A、B 值任意一个为假（即 0，下同）时，结果 F 为假（具体数值为 0，下同）。

|| 逻辑或：F = A || B， A、B 值任意一个为真， F 为真； A、B 值都为假， F 为假。

! 逻辑非：F = !A，A 值为假， F 为真； A 值为真， F 为假。

以下为按位运算符（按变量的每一个位进行运算）

& 按位与：F = A & B，将 A、B 两个字节中的每一位都进行与运算，得到的每一位结果组合为总结果 F，例如 A = 0b00111100，B = 0b11011101，则结果 F 就等于0b00011100。

| 按位或: F = A | B，例如 A = 0b00111100，B = 0b11011101， F 就等于 0b11111101。

~ 按位取反: F = ~A，就是将 A 字节内的每一位进行非运算（就是取反），例如 A = 0b00111100， F 就等于 0b11000011；

^按位异或：异或的意思是，如果运算双方的值不同（即相异）则结果为真，双方值相

同则结果为假。F = A ^ B，A = 0b00111100，B = 0b11011101 , 结果 F 就等于 0b11100001。

1.2 逻辑电路符号

以下图为数字电路常用电路符号，重点认识国外流行符号，通过查阅来记住即可。

2、定时器学习（重点非难点）

2.1 时钟周期和机器周期的介绍

时钟周期：是时序中最小的时间单位，计算方法：时钟周期 = 1 / 时钟源频率。（注：1. 单位为秒 　2.时间源频率就是单片机的晶振，博主STC89C52RC的晶振电路晶振为：11.0592M）

机器周期：单片机完成一个操作的最短时间。标准架构下的51单片机的一个机器周期等于12个时钟周期（12 / 时钟周期 S），有的增强型51单片机一个机器周期等于4个时钟周期或等于1个时钟周期，以下讲解标准框架下的51单片机。

2.2 定时器的介绍

单片机中定时器和计数器是内部的同一模块，计数器功能读者自己去了解，我们来介绍定时器功能。

定时器：用于定时，标准51单片机有T0和T1两个定时器。定时器内部有一个寄存器，该寄存器的值每通过一个机器周期自动加1，可以把机器周期理解为定时器的计数周期，如同钟表，每经过一秒，数字自动加1，而寄存器每通过12/11059200秒，数值自动加1。当钟表加到60秒后，秒自动跳为0，这种情况在单片机和计算机中叫溢出，定时器不同工作模式，溢出的情况也不同，假如16位定时器，加到65535后，再加1就溢出，溢出后值直接变为0。

2.2.1 定时器寄存器介绍

定时器这模块有6个寄存器，下面来一一介绍，读者用到这些寄存器查手册即可。

定时值存储寄存器

表5-1中有四个寄存器，用于存储定时器的计数值，其中TH0和TL0用于定时器0，TH1和TL1用于定时器1。

TCON–定时器控制寄存器

(注：可位寻址指的是可以对该寄存器的每个位单独操作，比如该寄存器的一位TR1，可以直接用程序进行TR1 = 1操作)

(注：只要写到硬件置 1 或者清 0 的，就是指一旦符合条件，单片机将自动完成的动作，只要写软件置 1 或者清 0 的，是指我们必须用程序去完成这个动作)

表 5-2 是定时器控制寄存器 TCON 的位分配，表 5-3 是则是对每一位的具体含义的描述。TCON寄存器中TF0和TR0用于定时器0，TF1和TR1用于定时器1。我们以定时器1为例讲解，定时器0同理，TR1等于1，定时器值每过一个机器周期加1，若等于0，则停止加1。 TF1的作用是告诉们定时器溢出了，比如定时器16位模式下，每经过一个机器周期会使TL1加1，加到255后，再加1后，TL1变为0，而TH1加1，如此循环，待TL1和TH1为255后，再加1就会溢出，此时TL1和TH1变为0，TF1自动变成1，提供给读者一个溢出信号。

TMOD–定时器模式寄存器

(注：不可位寻址指的是不可以对该寄存器的每个位单独操作，对 TMOD 里的位比如M1 (T1)= 1 这样的操作就是错误的。我们要操作就必须一次操作这整个字节，也就是必须一次性对 TMOD 所有位操作)

上表为TMOD的位分配。

表5-5为TMOD的位描述，GATE位读者自行了解，C/T位为选择定时器或计数器功能，C/T=0为选择定时器功能，C/T=1为选择计数器功能。

表5-6为TMOD4中模式介绍，模式0和3现在很少应用，读者自行了解，下面介绍模式1和2。

模式1： 是 THn 和 TLn 组成了一个 16 位的定时器，计数范围是 0～65535，溢出后，只要不对 THn 和 TLn 重新赋值，则从 0 开始计数。

模式2： 是 8 位自动重装载模式，只有 TLn做加 1 计数，计数范围 0～255，THn 的值并不发生变化，而是保持原值，TLn 溢出后，TFn就直接置 1 了，并且 THn 原先的值直接赋给 TLn，然后 TLn 从新赋值的这个数字开始计数。 比如该模式下，TH1 = 0x66，TL1=0x00，每经过一个机器周期TL1加1，当TL1=0xFF时，再加1后TF1就会变为1，并且TL1会被赋值为TH1的值后计数，即TL1从0x66开始计数，而TH1的值保持不变。

2.2.2 定时器模式工作电路逻辑图

定时器模式一工作电路逻辑图

讲解：以定时器1为讲解，定时器0同理，OSC为时钟源频率，d为单片机机器周期对于时钟周期的倍数。

当C/T = 0打开定时器功能，C/T = 1打开计数器功能。

要达到控制效果，TR1和或门构成的电路要进行与运算，与运算两个为真才为真，所以TR1要为1，并且或门构成的电路进行或运算后结果要为1，

或门输出为1的方式有两种9：(1).当INT1引脚为1时，不过GATA位为什么，或运算后结果都为1，定时器1模式1开启。(2). 当GATA为0时，经过非运算后为1，不管INT1为什么，进行或运算结果都为1，定时器1模式1开启。

定时器模式二工作电路逻辑图

讲解： 模式二的电路逻辑图和模式一的相似，就不进行详细讲解，此模式下定时器作为可自动重装载的8位计数器(TLn), TLn的溢出，不仅置为TFn，而且将THn的内容重新装载到TLn，THn内容由软件预置，重装时THn内容不变。

2.3 定时器的应用

2.3.1 使用定时器的步骤

下面以使用定时器0为例，定时器1同理。

设置定时器模式寄存器TMOD，选择好定时器工作模式。

设置计数寄存器TH0和TL0的初值。

设置定时器控制寄存器TCON，使TR0 置1让定时器开始计数。

通过判断TCON中的TF0位，监测定时器的溢出情况。

2.3.2计算如何用定时器定时时间

我们知道标准51单片机机器周期为12个时钟周期，以STC89C52RC单片机为例，它的机器周期为：12/11059200秒，如果定时0.02s，设要经过x个机器周期，那么 x* (12/11059200) =0.02, 通过计算x等于18432，因16位定时器溢出值为65536，那么先让TH0和TL0等于初值y，经过18432个机器周期后溢出，这样就实现了定时0.02s，y值通过65536- 18432计算出为47104，转换为十六进制就是0xB800(链接：进制转换方法)，即TH0 = 0xB8，TL0 = 0x00。

2.3.3通过定时器控制小灯的闪烁

控制小灯进行0.5HZ频率闪烁的程序

#include

sbit LED = P0^7;

sbit ADDR3 = P1^3;

sbit ADDR2 = P1^2;

sbit ADDR1 = P1^1;

sbit ADDR0 = P1^0;

sbit ENLED = P1^4;

void main()

{

unsigned char cnt = 0;//定义一个计数变量，记录T1的溢出次数

ENLED = 0;

ADDR3 = 1;

ADDR2 = 1;

ADDR1 = 1;

ADDR0 = 0;

TMOD = 0x10;//配置T1的工作模式

TH1 = 0xB8;

TL1 = 0x00;//为T1赋初值

TR1 = 1;//启动T1

while(1)

{

if(TF1 == 1)//判断T1是否溢出

{

cnt++;// 计数值自加1

TF1 = 0;//T1溢出后，清零中断标志

TH1 = 0xB8;//并在重新赋初值

TL1 = 0x00;

if(cnt >= 50)//判断是否溢出50次

{

LED = ~LED;//LED取反，1--->0、0--->1

cnt = 0;//达到50次后计数值清零

}

}

}

}

通过定时器控制左右流水灯程序

#include

sbit ADDR0 = P1^0;

sbit ADDR1 = P1^1;

sbit ADDR2 = P1^2;

sbit ADDR3 = P1^3;

sbit ENLED = P1^4;

void main()

{

unsigned char cnt = 0;//定义计数变量，记录溢出次数

unsigned char dir = 0;//定义移位方向变量，用于改变流水灯流向

unsigned char shift = 0x01;//定义循环移位变量shift，并赋初值0x01

ENLED = 0;//使能U3

ADDR3 = 1;

ADDR2 = 1;

ADDR1 = 1;

ADDR0 = 0;

TMOD = 0x10;//设置T1为模式一

TH1 = 0xB8;//为T1赋初值

TL1 = 0x00;

TR1 = 1;//开启T1

while(1)//主循环，程序无限执行该循环

{

P0 = ~shift;//P0等于循环移位变量shift取反，控制8个LED小灯

while(TF1 == 0);//当TF1=0时循环执行空语句，直到定时器溢出

TF1 = 0;//TF1清零

TH1 = 0xB8;//重新为T1赋初值

TL1 = 0x00;

cnt++;//每溢出一次，cnt加一

if(cnt >= 10)//判断是否溢出10次

{

cnt = 0;//溢出次数置零

if(dir == 0)//移位方向变量为0时，左移

{

shift = shift << 1;//循环移位变量shift左移一位

if(shift == 0x80) //左移到最左端，改变移位方向变量

{

dir = 1;

}

}else //移位方向变量不为零时，右移

{

shift = shift >> 1;//循环移位变量右移一位

if(shift == 0x01) //右移到最右端，改变移位方向变量

{

dir = 0;

} 

}

}

}

}

3、数码管学习

3.1 数码管介绍

一个数码管由8个LED小灯组成。数码管分为共阳数码管和共阴数码管，共阳数码管的8个LED小灯阳极连在一起， 阳极为公共端，由阴极控制单个小灯亮灭。共阴数码管同理，数码管内部结构见下图5-4。

下图5-3为数码管的原理图

com引脚为公共端，图中有两个com公共端，为什么有两个公共端呢？ 一方面，为了起对称效果，刚好10个引脚，另一方面，因并联电流之和等于总电流，可以降低单条线路承受的电流。

3.2 数码管静态显示原理

下图为KST-51开发板中数码管电路图

从上图可以知道数码管每个LED小灯阳极都接在5v(VCC)上，所以上图6个数码管都是共阳数码管，下面讲解数码管点亮原理。

首先根据分析点亮数码管要先导通数码管对应连接的三极管，即让每个三极管的基极b输出低电平，也就是控制三八译码器将对应Y编号的引脚输出为低电平即能导通三极管，我们第三章中已经介绍了如何应用三八译码器，使用时查看芯片手册即可，就不再介绍。

P0的所有引脚对应连接DB编号引脚，控制P0引脚的输出电平，即可让数码管显示不同的数值。比如让数码管显示8，那么P0要为0b10000000，转换为十六进制就为0x80(链接：进制转换方法)。

3.3数码管真值表

数码管的 8 个段，我们直接当成 8 个 LED 小灯来控制，那就是 a、b、c、d、e、f、g、dp 一共 8 个 LED 小灯。我们控制这8个小灯来让数码管显示不同数值，而数码管显示的数字字符对应给 P0 的赋值，我们叫做数码管的真值表。 数码管真值表见下表5-7。

3.4 数码管的应用

让数码管静态显示字符程序

#include

sbit ADDR0 = P1^0;

sbit ADDR1 = P1^1;

sbit ADDR2 = P1^2;

sbit ADDR3 = P1^3;

sbit ENLED = P1^4;

void main()

{

ENLED = 0;//使能U3，导通三极管Q9，

ADDR3 = 1;

ADDR2 = 0;

ADDR1 = 1;

ADDR0 = 1;

P0 = 0x80;//点亮数码管DS4的a、b、c、d、e、f和g段，让数码管显示字符8

while(1);//让数码管DS4一直显示字符8

}

数码管静态显示秒表先计时后倒计时程序

先介绍C51中的关键字code，前面定义变量时使用关键字unsigned char或unsigned int，这样定义的变量都是放在单片机RAM中，并且程序中可以随意更改这些变量的值，而运用code关键字修饰下定义的变量，则可以存储到程序空间FLASH中，大大节省单片机RAM空间，但程序中不能更改这些变量的值。下面我们来看看运用了code关键字的程序。

#include

sbit ADDR0 = P1^0;

sbit ADDR1 = P1^1;

sbit ADDR2 = P1^2;

sbit ADDR3 = P1^3;

sbit ENLED = P1^4;

//用数组存储数码管真值表，数组将在下一章详细介绍

unsigned char code Ledchar[] = {

0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,

0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E

};

void main()

{

unsigned char cnt = 0;//定义溢出计数变量，记录溢出次数

signed char sec = 0;//记录经过的秒数

unsigned char dir = 0;//定义选择变量，0代表秒表，1代表倒计时

ENLED = 0;//使能U3，导通三极管Q8，准备点亮数码管DS5

ADDR3 = 1;

ADDR2 = 1;

ADDR1 = 0;

ADDR0 = 0;

TMOD = 0x01;//配置T0为工作模式一

TH0 = 0xB8;//为T0赋初值

TL0 = 0x00;

TR0 = 1;//打开定时器T0

while(1)

{

if(TF0 == 1)//判断T0是否溢出

{

TF0 = 0;//软件将溢出标志清零

TH0 = 0xB8;//为T0重新赋值

TL0 = 0x00;

cnt++;//计数值自加1，

if(cnt >= 50)//判断T0是否溢出50次

{

cnt = 0;//达到50次后计数值清零

if(dir == 0)//选择变量dir等于0，实现秒表功能

{

P0 = Ledchar[sec];//当前秒数对应的真值表中的值送到P0口

sec++;//秒数记录自加一

if(P0 == 0x8E)//当P0值使数码管显示字符F时，

{

dir = 1;//将选择变量置为1，准备实现倒计时功能

sec = 14;//将秒数置为14

}

}else //实现倒计时功能

{

P0 = Ledchar[sec];//当前秒数对应的真值表中的值送到P0口

sec--;//秒数记录自减一

if(sec < 0)//当秒数小于0后

{

dir = 0;//将选择变量置为0，准备实现秒表功能

sec = 1;//将秒数置为1

}

}

}

}

}

}