5. 타이머 및 카운터

1. 타이머/카운터란?

  타이머는 1머신 사이클(내부 시스템 클럭을 1/12한 것)를 세는 것을 말하며, 카운터는 외부 핀 T0(P3.4), T1(P3.5)에 입력되는 클럭 혹은 이벤트를 세는 것을 말한다.

 사용되는 카운터 레지스터는 모드에 따라 다르지만 타이머/카운터 0에서는 SFR영역내에 있는 TH0(8비트), TL0(8비트) 타이머/카운터 1에서는 TH1(8비트), TL1(8비트)이 사용되며, 이 레지스터들은 클럭이 입력될 때마다 +1이 증가하는 업카운터이다.

 즉, 이 카운터 레지스터가 오버플로가 발생하면 TCON(timer control) 레지스터내에 있는TF(timer over flow)가 셋된다.(타이머/카운터 0에서는 TF0, 타이머/카운터 1에서는 TF1)

또 타이머/카운터 1은 시리얼 퐅의 비동기 통신 모드에 있어서 보레이트 제너레이터로 동작시킬 수 있다. 타이머/카운터의 사용 방법은 2개의 8비트 레지스터 TMOD와 TCON에 따라서 결정된다.

(1) TMOD 레지스터

 TMOD 레지스터는 각각의 타이머/카운터를 어떻게 사용할 것인가를 소프트웨어적으로 결정하며, 각각의 모드를 결정하는데 사용한다. 또 이 레지스터는 바이트 단위의 액세스만 사용할 수 있고, 비트 단위의 액세스는 사용 할 수 없다.

 상위 4비트는 타이머1, 하위 4비트는 타이머 0을 제어한다.

GATE : 외부 인터럽트 단자 (INT1, INT0)핀을 이용해서, 타이머/카운터를 정지/동작을 제어하는데 사용한다.

  (가) GATE=1, TR0=1 (TCON 레지스터내에 있다)일 때

           INT0= "H" 이면 타이머/카운터 0이 동작한다.

           INT0= "L" 이면 타이머/카운터 0이 정지한다.

           반대로 INT1= "H" 이면 타이머/카운터 1이 동작한다.

  (나) GATE=0 이면 외부 인터럽트 단자는 아무 기능을 하지 않으며, 이때 타이머/카운터의 동작/정지의           제어는 TCON 레지스터내에 있는 TR0, TR!을 이용한다.

C/T(counter/timer selector) : 카운터/타이머 모드를 결정하는데 사용한다.

   C/T = 1 카운터 모드(외부 T0, T1에서 입력되는 펄스를 센다.)

   C/T = 0 타이머 모드(머신 사이클을 센다.)

   M1, M0 모드를 나타낸다. 00 : 모드 0 , 01 : 모드 1 , 10 : 모드 2 , 11 : 모드 3

(2) TCON 레지스터

 TCON 레지스터는 카운터/타이머를 제어하는 데에는 상위 4비트만 사용하고, 하위 4비트는 외부 인터럽트 제어에 사용된다.

이 레지스터는 바이트 단위의 액세스와 비트 단위의 액세스가 가능하다.

 비트 7, 6 은 타이머1, 비트 5, 4 는 타이머 0을 제어한다.

(가) TR1, TR0(timer run counter) : 타이머/카운터의 런/홀드를 제어한다.

   TR0=1 : 타이머/카운터 0 동작 ( 타이머/카운터 1인 경우는 TR1 )

   TR0=0 : 타이머/카운터 0 정지 ( 타이머/카운터 1인 경우는 TR1 )

(나) TF1, TF0(timer overflow flag) : 타이머/카운터 오버플로 플래그

   TF0=1 타이머/카운터 0의 카운터 레지스터(TH0,TL0)가 오버플로가 되면 셋 된다.

   이때 인터럽트가 인레이블 되어 있으면 인터럽트를 요청하게 되고 CPU가 인터럽트 처리 루틴으로

   들어갈 때 자동으로 클리어 된다.

2. 타이머/카운터 모드의 종류

 타이머/카운터에는 4가지의 동작 모드가 있으며, TMOD 레지스터의 M1, M0 비트를 이용하여 소프트웨어로 설정된다. 4개의 동작 모드 중 모드 0-2는 타이머/카운터 0, 1 은 똑같이 동작하지만, 모드 3에서는 타이머/카운터 0과 타이머/카운터 1은 동작이 각각 다르다.

 (1) 모드 0 (Mode 0)

 32분주 프리스케일러가 있는 8비트 타이머/카운터로서 동작한다. TL 레지스터(TL0, TL1)의 하위 5비트를 32 분주용으로 사용하고 TH(TH0, TH1)를 8비트 카운터로 사용한다.

 유효한 비트 전부가 "1"에서 "0"으로 되면, TCON 레지스터의 인터럽트 플래그 TF(TF0, TF1)가 셋 되고 외부 인터럽트가 인에이블 되어 있으며, 인터럽트를 요청하게 된다.

인터럽트 처리 루틴으로 들어가기 전에 TF(TF0, TF1)는 자동으로 클리어 되고, 인터럽트 처리 루틴으로 들어간다.

 TH(TH0, TH1)를 적당한 값으로 셋시킴으로써, 다시 인터럽트 요청까지의 시간을 조절할 수 있다. 이때, 프리스케일러 (TL0, TL1)은 클리어 되지 않기 때문이다. 따라서 소프트웨어 적으로 클리어 시킨다.

 (2) 모드 1 (Mode 1)

 기본적인 동작은 mode 0과 똑같지만, TH(TH!, TH0)와 TL(TL1, TL0)을 사용한 16비트 카운터로 동작된다. 타이머 모드로 사용할 경우에는 잘진주파수를 12분주한 클럭 (CPU 클럭을 12[MHz]로 사용한 경우)이 카운터 입력이 되기 때문에 1[us]마다 카운트 된다. 그래서 최대 동작주기는 65.536[ms]가 된다.

 (3) 모드 2 (Mode 2)

 타이머/카운터 0, 1을 주기적인 인터럽트로 사용할 경우에는 인터럽트 처리 루틴에서 리턴하기 전에 시정수를 카운터 레지스터에 저장하여야 한다. 그러나 모드 2의 경우에는 TL(TL1, TL0)을 8비트 카운터로서 사용하고 오버플로가 발생하면 TH(TH1, TH0)에 셋 되어 있던 값이 다시 TL(TL1, TL0)에 저장된다. 그래서 인터럽트 서비스 루틴에서 다시 저장할 필요가 없다. 또 TH(TH0, TH1)의 값은 처음에 셋 시킨 값이 변경되지 않는다.

 (4) 모드 3 (Mode 3)

 타이머/카운터 0은 상위 8비트(TH0)와 하위 8비트(TL0)가 독립된 2개의 8비트 타이머/카운터로서 동작한다. 이때 상위 8비트의 타이머/카운터 제어는 TMOD와 TCON 비트 중 타이머/카운터 1의 제어 비트로 사용하던 TF1과 TR1을 사용한다. 즉, TH0은 8비트 타이머로소서, TCON의 TR1 비트로 rled시키고, 또 오버플로 플래그도 TCON의 TF1을 이용한다.

 타이머/카운터 1은 TF1을 셋 시키지 않아도, 오버플로가 발생하면 시러얼 포트로 펄스를 보내기 때문에, 그 용도로는 충분히 사용할 수 있다.

 타이머/카운터 0의 TL0은 8비트 타이머/카운터로 사용해서 GATE(TMOD 3) C/T, TR0, TF0의 각 비트로 제어한다.

 (5) 타이머/카운터의 동작

 8051의 타이머/카운터는 업 카운터로서, 전 비트가 "1"로 될 때까지 계산해서, 오버플로가 발생하면 0이 되며, 또 재설정값(모드 2때만)으로 로드된다. 오버플로가 발생하면 TF0, TF1의 플래그는 셋 된다. 명령으로 타이머/카운터의 모드를 다시 설정하기도 하고,제어 비트의 값을 변경할 경우, 실제로 타이머/카운터가 새로운 모드 혹은 제어 비트에 준해서 동작을 시작하는 것은 그 명령이 끝나는 시점부터이다.

자료 출처: http://www.jungtaemin.com/study.html?PHPSESSID=5d9ce605a6274b90aee7bcf9346d0ae4