《51单片机应用开发从入门到精通》——2.9　交通灯实例

2.9　交通灯实例

定时器/计数器是单片机中最常用、最重要的功能模块之一，本节通过交通灯控制器实例来演示定时器的使用方法，并复习如何使用上节学习的散转程序。

本节首先介绍交通灯的基础知识以及定时器/计数器的基础知识，接着介绍本实例的硬件电路构成，然后逐步分析定时器的编程以及程序的全貌，最后将总结一下本实例的技巧与注意点。

2.9.1 基础知识

交通灯控制器实例主要使用了8051单片机的定时器/计数器，本实例的基础知识主要包括：交通灯的变化规律、定时器/计数器的概念、定时器/计数器的相关寄存器、定时器/计数器的4种工作方式以及定时器/计数器的编程。下面就从这几个方面进行 介绍。

1．交通灯的变化规律

本实例是交通灯控制器，所以先介绍交通灯的变化规律。

假设一个十字路口为东西南北走向。初始状态为状态1南北方向绿灯通车，东西方向红灯。经过过一段时间（20秒）转换到状态2，南北方向绿灯闪几次转亮黄灯，延时3秒，东西方向仍然红灯。再转换到状态3，东西方向绿灯通车，南北方向红灯。过一段时间（20秒）转换到状态4，东西方向绿灯闪几次转亮黄灯，延时3秒，南北方向仍然红灯。最后循环至状态1。

2．定时器/计数器的概念

8051单片机内有两个可编程的定时器/计数器T0、T1。

当定时器/计数器用作“定时器”功能时，每经过1个机器周期（12个时钟周期），计数器加1。

当定时器/计数器用作“计数器”功能时，计数器在对应的外部输入管脚（T0为P3.4引脚，T1为P3.5引脚）上每发生一次1到0的跳变时加1。使用“计数器”功能时，外部输入每个机器周期被采样一次。当某一周期管脚状态采样为高而下一周期采样为低时，计数器加1。由于检测下降沿跳变需要两个机器周期（24个时钟周期）的时间，所以计数频率最大值只能为时钟周期的1/24。计数器对外部输入信 的占空比并无限制，但为了保证给定的电平信 在其改变之前至少被采样一次，外部输入信 必须至少保持一个完整的机器周期。

3．定时器/计数器的相关寄存器

与定时器/计数器相关的寄存器有定时器/计数器工作方式寄存器（TMOD）、定时器/计数器控制寄存器（TCON）。TCON已经在2.5节受控输出实例中介绍过，在本例中主要介绍TMOD寄存器。

定时器/计数器工作方式寄存器（TMOD），字节地址89H，不可进行位寻址。TMOD的格式如图2-13所示。

定时器/计数器的4种工作方式下的逻辑结构如表2-12所示。

（1）方式0

定时器/计数器的工作方式0称为13位定时器/计数器。它是由TLx的低5位和THx的8位构成13位的计数器，此时TLx的高3位未使用。该工作方式是为了和48系列单片机兼容而设计的一种工作方式，一般情况下一般不使用方式0进行定时/计数。方式0的控制方式与方式1完全相同，下面重点介绍方式1的控制方式。

（2）方式1

定时器/计数器的工作方式1称为16位定时器/计数器。它由TLx和THx构成，TLx计数溢出向THx进位，THx计数溢出置位TCON中的溢出标志位TFx。

GATE位的状态决定定时器/计数器运行控制取决于TRx一个条件还是TRx和INTx引脚这两个条件。当GATE = 0时，则只要TRx被置为1，定时器/计数器即被允许计数（定时器/计数器的计数控制仅由TRx的状态确定，TRx = 1计数，TRx = 0停止计数）。当GATE = 1时，定时器/计数器是否计数由INTx输入的电平和TRx的状态共同确定：当TRx = 1，且INTx = 1时，才允许定时器/计数器计数（定时器/计数器的计数控制由TRx和INTx两个条件控制）。

（3）方式2

定时器/计数器的工作方式0和方式1在计数溢出后，计数器的值为0，需要通过程序重新装入计数初值。

定时器/计数器的工作方式1称为初值自动重装的8位定时器/计数器。在该工作方式下，TLx作为计数器，当TLx计数溢出时，在置1溢出标志TFx的同时，还自动地将THx中的常数送至TLx，使TLx从该常数开始重新计数。这种工作方式可以省去用户软件中重装常数的程序，简化定时常数的计算方法（确定计数初值），可以相当精确地确定定时时间。

（4）方式3

工作方式3仅对定时器/计数器0有效，在该工作方式下，定时器/计数器0被拆成2个独立的定时/计数器：TL0、TH0。TL0使用T0的状态控制位C/T、GATE、TR0、INT0，而TH0被固定为一个8位定时器（不能用作外部计数方式），并使用定时器/计数器1的状态控制位TR1和TF1，同时占用定时器T1的中断源。此时，定时器/计数器1可设定为方式0、方式1和方式2，作为串行口的波特率发生器。

注意：此时，定时器/计数器1也可作为定时器，用于不需要中断的场合。

5．定时器/计数器的编程

（1）初始化

定时器/计数器的初始化编程包括以下几个部分：

• 根据要求给定时器/计数器方式寄存器（TMOD）送一个方式控制字，以设定定时器/计数器的工作方式。
• 根据需要给TH和TL寄存器送初值，以确定需要的定时时间或计数的初值。
• 根据需要给中断允许寄存器（IE）送中断控制字，以开放相应的中断和设定中断优先级。

注意：也可用查询方式来响应定时器。

• 给TCON寄存器送命令字以启动或禁止定时/计数器的运行。

（2）定时器/计数器初值的计算

• 计数器初值：

设计数器的模值为M，所需的计数值为C，计数初值设定为TC，则
TC = M-C（M = 213、216或28）。 – 定时器初值：

设定时器的模值为M，需要的定时时间为T，定时器的初值设定为TC，则
TC = M-T/t 机器周期（M = 213、216或28）。

2.9.2 硬件电路图

本实例硬件电路如图2-14所示，使用6只LED模拟两组红绿灯：VD1、VD2、VD3分别模拟南北方向的红灯、黄灯、绿灯，VD4、VD5、VD6分别模拟东西方向的红灯、黄灯、绿灯。

本实例的程序流程图如图2-15所示。

4．程序全貌