Bài giảng Vi xử lý - Chương 3: Họ vi điều khiển 8051 - Phần 3.5: Timer (Mạch định thời)

Nội dung text: Bài giảng Vi xử lý - Chương 3: Họ vi điều khiển 8051 - Phần 3.5: Timer (Mạch định thời)

1. Hiệu đính từ slide của thầy Hồ Trung Mỹ Bộ môn Điện tử - DH BK TPHCM CHƯƠNG 3 HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 1 3.4 Timer (Mạch định thời) 2
2. Giới thiệu về timer • Timer là một chuỗi các flip-flop chia đôi tần số mắc nối tiếp với nhau, chúng nhận tín hiệu vào làm nguồn xung nhịp. Xung nhịp được đưa vào flip-flop thứ nhất để chia đôi tần số xung nhịp. Ngõ ra của flip-flop thứ nhất làm xung nhịp cho flip-flop thứ hai (cũng làm việc chia đôi tầnsố), và v.v •Vìmỗi tầng kế tiếp chia đôi cho nên timer có n tầng sẽ cho xung ra có tần số là tần số xung nhịp chia cho 2n. Ngõ ra của tầng cuối làm xung nhịp cho flip-flop báo tràn của timer (còn gọi là cờ timer TF [Timer Flag]). •Giátrị nhị phân trong các flip-flop của timer có thể xem như số đếm số xung nhịp (hoặc các sự kiện) từ khi timer bắt đầu chạy. Thí dụ timer 16 bit sẽ đếm lên từ 0000H đến FFFFH. Cờ báo tràn sẽ lên 1 khi số đếm tràn từ FFFFH đến 0000H. 3 TD: Timer 3 bit 4
3. Timer trong 8051 • 8051/8031 có hai timer 16 bit (T0 và T1), mỗi timer có bốn chế độ hoạt động. •Người ta sử dụng các timer để: a) định khoảng thời gian, b) đếm sự kiện hoặc c) tạo tốc độ baud cho cổng nối tiếp có sẵn trong 8051/8031. •Mỗi timer 16 bit có 16 tầng hay tầng cuối cùng chia tần số xung nhịp cho 216=65536. Nguồn xung nhịp cho các timer là xung vuông có tần số bằng 1/12 tần số xung nhịp cung cấp cho 8051. • Trong các ứng dụng định khoảng thời gian, người ta lập trình cho timer tràn ở một khoảng đều đặn và đặt cờ tràn timer lên 1. Cờ được dùng để đồng bộ hóa hoặc đo thời gian trôi qua giữa hai sự kiện (ví dụ: đo độ rộng xung). • Đếm sự kiện được dùng để xác định số lần xảy ra của một sự kiện hơn là đo khoảng thời gian trôi qua giữa các sự kiện. Một “sự kiện” là bất cứ tác động bên ngoài nào có thể cung cấp một chuyển tiếp 1 sang 0 từ chân T0, T1(ở P3) của 8051/8031. • Các timer cũng có thể cung cấp xung nhịp tốc độ baud cho 5 cổng nối tiếp có sẵn trong 8051/8031. Các thanh ghi timer • Timer (T0/T1) của 8051 được tạo bởi 2 thanh ghi 8 bit. • Timer 0 (T0) được tạo bởi – TL0 vàTH0 (L=Low và H=High) –Truy cập chúng như các thanh ghi khác, TD: MOV TL0, #55H MOV R1, TH0 • Timer 1 (T1) được tạo bởi – TL1 and TH1 6
4. Các SFR của timer 7 Thanh ghi điều khiển timer (TCON) 8
5. Thanh ghi chế độ timer (TMOD) 9 Các chế độ hoạt động của timer 10
6. Các chế độ timer và cờ báo tràn 11 Chế độ timer 13 bit (Chế độ 0) •Chế độ 0 là chế độ timer 13 bit để tương thích với bộ xử lý trước 8051 là 8048 •Với các thiết kế mới người ta ít dùng chế độ hoạt động này • Byte cao của timer (THx) nối tiếp với 5 bit thấp của byte thấp của timer (TLx) để tạo thành timer 13 bit • Ba bit cao của TLx không được sử dụng 12
7. Chế độ timer 16 bit (chế độ 1) •Chế độ 1 là chế độ timer 16 bit giống như chế độ 0, ngoại trừ lúc này timer hoạt động như timer 16 bit đầy đủ. • Tràn xảy ra khi có chuyển tiếp từ FFFFH sang 0000H trong số đếm và nó đặt cờ báo tràn timer lên 1. Timer tiếp tục đếm tiếp. •Cờ báo tràn là bit TFx trong TCON mà người ta có thể đọc ra hoặc ghi vào bằng phần mềm 13 Chế độ timer 8 bit tự nạp lại trị đầu (chế độ 2) •Chế độ 2 là chế độ tự động nạp giá trị đầu. Byte thấp của timer TLx làm việc như timer 8 bit trong khi đó byte cao của timer THx giữ giá trị cần nạp lại. •Khi bộ đếm tràn từ FFH sang 00H thì không những cờ timer được đặt lên 1 mà giá trị trong THx còn được nạp vào TLx, việc đếm tiếp tục từ giá trị này đến chuyển tiếp từ FFH sang 00H kế, và cứ tiếp tục như vậy. •Chế độ này tiện lợi vì tràn timer xảy ra theo những khoảng thời gian có chu kỳ một khi TMOD và THx đã được khởi tạo trị 14
8. Chế độ tách timer (chế độ 3) •Chế độ 3 là chế độ tách timer thì khác nhau với mỗi timer. Timer 0 ở chế độ 3 được tách thành 2 timer 8 bit. • TL0 và TH0 làm việc như 2 timer độc lập với các báo tràn đặt các cờ TF0 và TF1 tương ứng 15 Đặc điểm của chế độ 3 • Timer 1 bị dừng ở chế độ 3, nhưng có thể cho nó chạy bằng cách chuyển sang 1 trong các chế độ khác. •Giới hạn duy nhất là cờ báo tràn thông thường của Timer 1 (TF1) không bịảnh hưởng bởi sự báo tràn trong Timer1 vì TF1 đã được nối vào TH0. •Chế độ 3 chủ yếu cho thêm 1 timer 8 bit (8051 giống như có thêm timer thứ ba). Khi Timer 0 ở chế độ 3, ta có thể bật hay tắt Timer 1 bằng cách chuyển nó ra khỏi hay đi vào chính chế độ 3 của nó. Nó vẫn có thể được cổng nối tiếp sử dụng làm bộ tạo tốc độ baud hoặc có thể được sử dụng theo bất cứ cách nào mà không cần ngắt (vì nó không còn tác động được với TF1) 16
9. Các nguồn tạo xung nhịp • Có 2 nguồn xung nhịp, mà ta có thể chọn bằng cách ghi vào bit chọn bộ đếm/timer trong TMOD khi tạo các trị khởi động timer. •Một nguồn xung nhịp được dùng để định thì khoảng thời gian, còn nguồn kia để đếm sự kiện. 17 Định thì khoảng thời gian •Nếu C/T = 0, hoạt động timer liên tục được chọn và timer được cấp xung nhịp từ mạch dao động trên chip. Một tầng chia 12 được thêm vào để giảm tần số xung nhịp xuống giá trị thích hợp cho phần lớn các ứng dụng trong điều khiển. •Khi chọn hoạt động timer liên tục thì timer được sử dụng để định thì khoảng thời gian (interval timing). Các thanh ghi timer (TLx/THx) tăng nội dung thêm 1 cứ theo tần số là 1/12 tần số dao động trên chip; như vậy với thạch anh 12 MHz thì xung nhịp của timer là 1 MHz. • Tràn timer xảy ra cứ sau một số các xung nhịp cố định mà tùy theo giá trị đầu được nạp vào các thanh ghi TLx/THx 18
10. Đếm sự kiện •Nếu C/T = 1, timer được cấp xung nhịp từ nguồn bên ngoài. Trong phần lớn các ứng dụng, nguồn bên ngoài này cung cấp timer một xung khi xảy ra sự kiện–timer được sử dụng để đếm sự kiện (event counting). Số sự kiện được xác định trong phần mềm bằng cách đọc các thanh ghi TLx/THx, từ đógiátrị 16 bit trong các thanh ghi này tặng thêm 1 cho mỗi sự kiện. •Nguồn xung nhịp bên ngoài được cung cấp bằng cách đưa vào các chân có chức năng thay thếởPort 3:ngõ vào xung nhịp cho Timer 0 là T0 (chân P3.4). hay cho timer là T1 (chân P3.5) • Trong các ứng dụng bộ đếm, các thanh ghi timer được tăng thêm 1 khi có chuyển tiếp 1 sang 0 ở ngõ vào bên ngoài Tx. Ngõ vào bên ngoài này được lấy mẫu trong S5P2 của mọi chu kỳ máy; như vậy khi ngõ vào ở mức 1 trong 1 chu kỳ và mức 0 trong chu kỳ kế thì số đếm được tăng thêm 1. Giá trị mới xuất hiện trong các thanh ghi timer trong S3P1 của chu kỳ theo sau chu kỳ mà chuyển tiếp được phát hiện. Từ đónómất 2 chu kỳ máy (2 μs) để ghi nhận chuyển tiếp 1 sang 0, do đótần số bên ngoài tối đa là 500 KHz (giả sử hoạt động 12 MHz) 19 Khởi tạo trị và truy cập các thanh ghi timer Các tác vụ: – Đặt chế độ làm việc – Cho timer chạy –Dừng timer –Kiểm tra cờ tràn – Xóa cờ báo tràn – Đọc và cập nhật các thanh ghi timer 20
11. Đặt chế độ làm việc – Cho timer chạy – Dừng timer TD: – Đặt chế độ làm việc MOV TMOD, #00010000B timer 1: Gate=0, C/T=0, M1M0=01 (mode 1) timer 0: Gate=0, C/T=0, M1M0=00 (mode 0) – Cho timer chạy SETB TR1 – Dừng timer CLR TR1 21 Chú ý khi có xài ngắt ngoài (TD: chếđộ1) 22
12. Kiểm tra cờ và truy cập các thanh ghi timer TD: • Kiểm tra cờ và xóa cờ WAIT: JNB TF1, WAIT CLR TR1 ; dừng timer T1 CLR TF1 ; xóa cờ báo tràn • Cập nhật các thanh ghi timer MOV TL1, #9CH MOV TH1, #0FFH 23 Đọc giá trị đếm của timer đang chạy •R7 Å TH1, R6 Å TL1 •Trước hết đọc byte cao •Vấn đề có thể xảy ra: khi tràn byte thấp Æ đọc lại lần nữa AGAIN: MOV A, TH1 MOV R6, TL1 CJNE A, TH1, AGAIN MOV R7, A 24
13. Các bước để lập trình Timer mode 0 hay 1 1. Nạp trị cho TMOD 2. Nạp trị số cho các thanh ghi TL và TH 3. Cho timer chạy (SETB TR0 hay SETB TR1) 4. Kiểm tra/theo dõi cờ báo tràn timer (TF) Æ đợi đến khi cờ TF = 1 5. Dừng timer (CLR TR0 hay CLR TR1) 6. Xóa cờ TF 7. Quay về bước 2 25 Các bước để lập trình Timer mode 2 1. Nạp trị cho TMOD 2. Nạp trị số cho các thanh ghi TH 3. Cho timer chạy (SETB TR0 hay SETB TR1) 4. Kiểm tra/theo dõi cờ báo tràn timer (TF) Æ đợi đến khi cờ TF = 1 5. Dừng timer (CLR TR0 hay CLR TR1) 6. Xóa cờ TF 7. Quay về bước 3 26
14. Định thì khoảng thời gian ngắn và khoảng thời gian dài 27 Thí dụ: Tạo dạng xung trên chân P1.0 Viết một chương trình tạo ra dạng sóng có chu kỳ trên P1.0 với tần số cao nhất có thể được. Tần số và chu kỳ nhiệm vụ của dạng sóng này là bao nhiêu? (giả sử ta dùng XTAL = 12MHz Æ 1 MC = 1us) Î Với dạng sóng rất ngắn: không cần timer ORG 8000H LOOP: SETB P1.0 ; 1 MC CLR P1.0 ; 1 MC SJMP LOOP ; 2 MC SETB CLR SJMP SETB P1.0 1 us (1 MC) •Tần số = 250 Khz (1/ 4 us) 28 •TON = 1 us, TOFF= 3us Î duty cycle = TON/(TON+TOFF)= 25% (1/4)
15. Thí dụ: Tạo sóng vuông trên chân P1.0 ORG 8000H LOOP: SETB P1.0 ; 1 MC NOP ; 1 MC NOP ; 1 MC CLR P1.0 ; 1 MC SJMP LOOP ; 2 MC SETB NOP NOP CLR SJMP SETB P1.0 1 us (One machine cycle) Tần số = 166.7 Khz ( 1/ 6 us ) TON = 3 us, TOFF= 3us Î duty cycle = TON/(TON+TOFF)= 50% (3/6) 29 Tạo sóng vuông 10 KHz ở chân P1.0 Tạo sóng vuông 10 KHz Tần số = 10KHz Æ chu kỳ T =1/10000 = 100 us TON = 50 us, TOFF= 50us Dùng mode 2 ( 8 bit mode ), vì khoảng thời gian < 256 us. ORG 8000H MOV TMOD, #02H ; chế độ tự nạp lại 8 bit MOV TH0, #-50 ; 256 – 50 = 206 SETB TR0 ; cho timer T0 chạy LOOP: JNB TF0, LOOP ; đợi timer T0 tràn CLR TF0 ; xóa cờ báo tràn CPL P1.0 ; đảo bit cổng SJMP LOOP ; lặp lại END 30
16. Tạo sóng vuông 1 KHz trên chân P1.0 Tạo sóng vuông 1 KHz Tần số = 1KHz Æ chu kỳ T =1/1000 = 1000 us TON = 500 us, TOFF= 500us Dùng mode 1 ( 16 bit mode ), vì khoảng thời gian > 256 us. ORG 8000H MOV TMOD, #01H ; chế độ 1 (16 bit) LOOP: MOV TH0, #0FEH MOV TL0, #0CH ; -500 (-01F4H) SETB TR0 ; cho timer T0 chạy WAIT: JNB TF0, WAIT ; đợi timer tràn CLR TR0 ; dừng timer 0 CLR TF0 ; xóa cờ báo tràn CPL P1.0 ; đảo bit cổng SJMP LOOP ; lặp lại END Chú ý: MOV TH0, #0FEH ≡ MOV TH0, #HIGH(-500) 31 MOV TL0, #0CH ≡ MOV TL0, #LOW(-500) TD: Giao tiếp buzzer (1/2) Một buzzer được nối vào chân P1.7 và một công tắc không nảy (debounce switch) được nối vào chân P1.6 (xem hình 3.28). Viết chương trình đọc mức logic do công tắc cấp và tạo ra âm thanh ở buzzer trong 1 giây sau mỗi lần phát hiện chuyển trạng thái từ 1 xuống 0. 32
17. TD: Giao tiếp buzzer (2/2) 33 Lập trình counter • Ở chế độ counter: TMOD, TH, TL giống như với timer •Các chế độ timer cũng giống • Tuy nhiên thay vì dùng tần số thạch anh, counter đếm xung từ bên ngoài đưa vào 8051. • Bit C/T trong TMOD quyết định nguồn xung nhịp. • Khi C/T = 1, counter đếm lên khi có xung đưa vào các chân T1 và T0 (ở P3) 34
18. TD: lập trình counter ở chế độ 2 •Giả sử có xung nhịp đưa vào chân T1, viết chương trình dùng counter 1 ở chế độ 2 và xuất số xung đếm được ra P2. • Bài giải MOV TMOD, #01100000B ; counter 1 chế độ 2 MOV TH1, #0 MOV TL1, #0 SETB P3.5 ; làm cho T1 là chân nhập AGAIN: SETB TR1 ; cho counter 1 chạy BACK: MOV A, TL1 ; lấy số xung đếm được MOV P2, A ; xuất ra P2 JNB TF1, BACK CLR TR1 CLR TF1 35 SJMP AGAIN