Bài giảng Vi xử lý - Chương 3 - Timer (Mạch định thời)

1CHƯƠNG 3
HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051
Hiệu đính từ slide của thầy Hồ Trung Mỹ
Bộ môn Điện tử - DH BK TPHCM
2
3.4 Timer 
(Mạch định thời)
3Giới 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... 
• Vì mỗi 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]). 
• Giá trị 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.
4
TD: Timer 3 bit
5Timer 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 
cổng nối tiếp có sẵn trong 8051/8031.
6
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
7Các SFR của timer
8
Thanh ghi điều khiển timer (TCON)
9Thanh ghi chế độ timer (TMOD)
10
Các chế độ hoạt động của timer
11
Các chế độ timer và cờ báo tràn
12
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
13
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 
14
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
15
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
16
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 bị ảnh 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)
17
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.
18
Định thì khoảng thời gian
• Nếu = 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
C/T
19
Đếm sự kiện
• Nếu = 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 đó giá trị 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 thế ở Port 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 đó nó mất 2 
chu kỳ máy (2 μs) để ghi nhận chuyển tiếp 1 sang 0, do đó tần số bên 
ngoài tối đa là 500 KHz (giả sử hoạt động 12 MHz)
C/T
20
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
21
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
22
Chú ý khi có xài ngắt ngoài (TD: chế độ 1)
23
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
24
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
25
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
26
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
27
Định thì khoảng thời gian ngắn 
và khoảng thời gian dài
28
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
• Tần số = 250 Khz (1/ 4 us)
• TON = 1 us, TOFF= 3us Î duty cycle = TON/(TON+TOFF)= 25% (1/4)
P1.0
1 us
(1 MC)
SETB CLR SJMP SETB
29
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
Tần số = 166.7 Khz ( 1/ 6 us )
TON = 3 us, TOFF= 3us Î duty cycle = TON/(TON+TOFF)= 50% (3/6)
P1.0
1 us
(One machine cycle)
NOP SJMPSETB NOP CLR SETB
30
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
31
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)
MOV TL0, #0CH ≡ MOV TL0, #LOW(-500)
32
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.
33
TD: Giao tiếp buzzer (2/2)
34
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)
35
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
SJMP AGAIN