PIC单片机入门_定时器／计数器TMR1详解与实例

1.前言

前面介绍了定时器／计数器TMR0的基本概念和用途，下面介绍PIC单片机中另外一种定时器／计数器TMR1。

2.TMR1的特性  

TMR1为16位宽，附带一个3位的分频器，还自带一个低功耗低频的时基振荡器。TMR1的主要用途：类似于TMR0，用于定时和计数；自带一个时基振荡器，可记录年、月、日、时、分、秒，实现实时时钟RTC(real time clock);可以与CCP模块配合使用，实现输入捕捉或输出比较功能。

TMR1由二个8位寄存器TMR1H和TMR1L对组成的16位定时器／计数器，可以由软件读／写，这二个寄存器都是和RAM统一编址的，地址分别为0EH和0FH 。TMR1H:TMR1L寄存器对，从0000H递增到FFFFH(0～65535)之后再返回到0000H时，就会产生溢出，并且将溢出中断标志位TMR1IF设置为1。如果此时相关的中断使能位TMR1IE和GIE都为1，就会引起CPU的中断响应。 

TMR1的触发信号源可来自内部系统时钟、外部触发信号或自带时基振荡器信号；因此即可以工作于定时器模式，又可工作于计数器模式，还可以用作实时时钟RTC模式；

3.TMR1相关的寄存器 

与TMR1有关的寄存器如下表所列。在此先介绍T1CON 控制寄存器：

3.1 TMRl控制寄存器T1CON

TICON只用到其低6位，最高2位未用。其各位的含义如下： 

T1CK-PS1～T1CK-PS0：分频器分频比选择位；11 = 1:8 Prescale value;0 = 1:4 Prescale value;01 = 1:2 Prescale value;00 = 1:1 Prescale value

T1OSCEN：TMR1自带振荡器使能位。1=允许TMR1振荡器起振；0=禁止TMR1振荡器起振。
T1SYNC：TMR1外部输入时钟与系统时钟同步控制位。该位只有在TMR1工作于计数器方式(TMR1CS=1)才有效；1=TMR1外部输入时钟与系统时钟不保持同步；0=TMR1外部输入时钟与系统时钟保持同步；当TMR1工作于定时器方式，该位不起作用。    

TMR1CS：时钟源选择位。1=选择外部时钟源，时钟信号来源于外部引脚或者自带振荡器；0=选择内部时钟源
TMR1ON：TMR1使能控制位，这点不同于TMR0。1=启用TMR1，使TMR1进入活动状态；    0=关闭TMR1，使TMR1退出活动状态。

4.TMR1的电路结构 

核心部分由TMR1H:TMR1L构成；一个与门G1，对送入计数器的触发信号，起到是否允许通行的控制作用。一个信号复用器MUX1，允许触发信号来自两个不同的路径。同步控制逻辑，将经过外部引脚送入的触发信号，与单片机内部的系统时钟进行同步。  3位宽的预分频器，允许选择四种不同的分频比1:1、1:2、1:4或l:8。 在对寄存器对TMR1H:TMR1L进行写操作时，可以使预分频器被清0。  

另一个信号复用器MUX2，允许触发信号有两个不同的来源：一个是由内部系统时钟产生的指令周期；另一个是取自于外部引脚的触发信号或自带振荡器。一个施密特触发器G2，用于对来自外部引脚的触发信号或自带振荡器产生的时钟信号进行整形。一个由受控三态门G3构成的独立的低频低功耗晶体振荡器，用来为TMR1提供独立于系统时钟的时间基准信号，如图3.4所示。    

       

只有当使能端T1OS-CEN为高电平时，振荡器才能够工作；而当T1OSCEN为低电平时，非门G3的输出端呈现高阻状态，振荡器不能工作，此时，工作于计数器方式的TMR1的触发信号，从T1OSO端加入。

5.TMR1的工作原理

TMR1有定时器方式和计数器方式；计数器方式又分为同步计数器方式和异步计数器方式。TMR1的工作信号共有4种获取方式：⑴由内部系统时钟提供；⑵从RC0／T1OSO／T1CKI口线输入； ⑶从RC1／T1OSI／CCP2口线输入；⑷自带振荡器产生。TMR1的工作方式由TMR1-CS确定。当TMR1CS=0， TMR1工作于定时器方式，

TMR1的16位计数器在每个指令周期到来时增加；当TMR1-CS=1，TMR1工作于计数器方式，TMR1的16位计数器在每个外部时钟输入的上升沿到来时增加。 
一旦TMR1自带振荡器被使能(T1OSCEN=1)，RC1／T1OSI／CCP2和RC0／T1OSO／T1CKI引脚就自动设为专用引脚，此时TRISC方向寄存器bit1和bit0的值将失效。当对寄存器TMR1H或TMR1L进行赋值时，预分频器将会自动清0。

5.1 禁止TMR1工作

TMRl比TMR0多一种选择，即可以被关闭。具体方法是，将TMRl使能位TMR1-ON清0。此时，与门G1的一只引脚被低电平封锁，因此使得累加计数器维持静止状态。等效电路如图所示：

5.2 定时器工作方式

当TMR1-CS=0时，TMR1工作于定时器方式，时钟来自内部fosc／4指令周期。在此情况下，同步控制信号T1SYNC不起作用，因为，TMR1的输入信号与系统时钟总是同步的。其等效电路如图所示。这种模式常用来延时、定时功能。

当TMRlCS=1，TMR1工作于计数器方式，时钟来源于外部引脚或自带振荡器。TMR1累加计数器在触发信号的上升沿递增。TMR1在计数器方式时，存在输入触发信号与系统时钟同步的问题。图所示：

             

5.3 控制位T1SYNC的设定

控制位T1-SYNC的设定，既可以选择同步方式，也可以选择异步方式。工作于计数方式时，TMRl的触发信号有三种获取方法：第1种：当T1OS-CEN=0时，外部触发信号从T1OSO／T1CKI引脚输入。 第2种，当T1OS-CEN=1时，并且振荡器外部不接石英晶体时，外部触发信号从引脚T1OSI输入所示；第3种：当T1OS-CEN=1，并且振荡器外部引脚接有石英晶体时，TMR1是通过振荡器产生的时钟脉冲上升沿实现增量的。

同步计数器工作方式：

当T1SYNC=0，TMR1工作在同步方式。此时，外部输入信号要与系统时钟脉冲在相位上进行同步。此时假如单片机进入了睡眠模式，即使有外部触发信号输入，TMR1也不会增加。

异步计数器工作方式：

当T1SYNC=1时，TMRl工作在异步方式。此时，外部输入信号不与系统时钟脉冲相位进行同步。此时若单片机处于睡眠模式时，计数器随着外部触发信号所进行的增量操作不受影响。

工作在异步计数器方式期间，对于TMR1寄存器对的读取、写入操作应特别注意。

6. 定时器／计数器TMR1的应用举例-蠕动灯    

实现的功能
把演示板上的8只发光二极管D0～D7，设计为“进三步，退两步”的蠕动前进的方式依次发光，即发光的规律是： D0→D1→D2→D3→D2→D1→D2→D3→D4→D3→D2 →D3→D4→D5+D4+...…。并且在各个状态之间切换时，插入一个l／4s的延时。

硬件电路：

软件设计：

利用TMR1产生1/4s的延时。具体方法是，利用中断方式和反复装载初始值的方式，将预分频器的分频比设定为1:4。计算TMR1的16位寄存器的初值。
1. TMR1的初值
    ⒈因为系统时钟为4MHZ，那么机器周期为1μs。⒉ 延迟时间为1／4s=250,000μs。⒊ 假设初值为X，则以下公式成立：
                4*(65536-X)*1 μs = 250,000μs
                X= 65536- (250,000/4)= 3,036=0BDCH
2. T1CON的控制字
     要求：分频比设定为1:4，定时模式，先关闭TMR1，则控制字为：0010  0000 = 20H。 

程序清单：

PCL      EQU 02H           ;程序计数器低字节寄存器地址
STATUS   EQU 3H            ;状态寄存器地址
Z        EQU 2H            ;状态寄存器中的0标志位的位地址
INTCON   EQU 0BH           ;中断控制寄存器地址
PORTC    EQU 7H            ;端口C的数据寄存器地址
TRISC    EQU 87H           ;端口C的方向控制寄存器地址
COUNT    EQU 20H           ;定义一个计数器变量寄存器
RP0      EQU 5H            ;状态寄存器中的页选位RP0
TMR1L    EQU 0EH           ;TMR1低字节寄存器地址
TMR1H    EQU 0FH           ;TMR1高字节寄存器地址
PIR1     EQU 0CH           ;第一中断标志寄存器
PIE1     EQU 8CH           ;第一中断使能寄存器
T1CON    EQU 10H           ;TMR1控制寄存器_
TMR1LB   EQU 0DCH          ;TMR1低字节寄存器初始值
TMR1HB   EQU 0BH           ;TMR1高字节寄存器初始值 
PCL      EQU 02H           ;程序计数器低字节寄存器地址
STATUS   EQU 3H            ;状态寄存器地址
Z        EQU 2H            ;状态寄存器中的0标志位的位地址
INTCON   EQU 0BH           ;中断控制寄存器地址
PORTC    EQU 7H            ;端口C的数据寄存器地址
TRISC    EQU 87H           ;端口C的方向控制寄存器地址
COUNT    EQU 20H           ;定义一个计数器变量寄存器
RP0      EQU 5H            ;状态寄存器中的页选位RP0
TMR1L    EQU 0EH           ;TMR1低字节寄存器地址
TMR1H    EQU 0FH           ;TMR1高字节寄存器地址
PIR1     EQU 0CH           ;第一中断标志寄存器
PIE1     EQU 8CH           ;第一中断使能寄存器
T1CON    EQU 10H           ;TMR1控制寄存器_
TMR1LB   EQU 0DCH          ;TMR1低字节寄存器初始值
TMR1HB   EQU 0BH           ;TMR1高字节寄存器初始值 
          BTFSC STATUS, Z  ;否!跳一步
          CLRF COUNT       ;是!应该回到0 
          RETFIE           ; 中断返回
;******   *****************************
MAIN  BSF STATUS, RP0       ;设置文件寄存器的体1
          MOVLW 00H           
          MOVWF TRISC         
          BSF PIE1,0        ;开放TMR1中断使能位
          BCF STATUS,RP0    ;恢复到文件寄存器的体0
          MOVLW  24H        ;设置控制寄存器：暂时不打开TMR1
          MOVWF T1CON       ;预分频器设为1:4
          MOVLW  0C0H       ;GIE=1,PEIE=1
          MOVWF INTCON
          CLRF    COUNT     ;清0计数器(即查表索引值)
          MOVLW TMR1LB      ;TMR1低字节赋初值
          MOVWF TMR1L
                MOVLW TMR1HB;TMR1高字节赋初值
              MOVWF TMR1H
LOOP    BSF  T1CON,0        ;启动TMR1开始计数
              GOTO LOOP     ;等待TMR1超时溢出中断
;***********读取显示信息的查表子程序**************
READ  ADDWF  PCL,1          ;地址偏移量加当前PC值
           RETLW  B'10000000';显示信息码，下同
           RETLW  B'01000000'    
           RETLW  B'00100000'    
           RETLW  B'00010000'    
           RETLW  B'00100000'    
           RETLW  B'01000000'    
           RETLW  B'00100000'  
           RETLW  B'00010000'    
           RETLW  B'00001000'
           RETLW  B'00010000'
           RETLW  B'00100000'
           RETLW  B'00010000'