51单片机的定时器/计数器

本文主要涉及51单片机的定时器/计数器的相关内容，主要包括定时器相关寄存器的相关配置以及定时器的配置代码参考。

一、 CPU 时序知识

在了解定时器前需要先了解一下有关时序：
①振荡周期：为单片机提供定时信号的振荡源的周期（晶振周期或外加振荡周期）。

②状态周期：2 个振荡周期为 1 个状态周期，用 S 表示。振荡周期又称 S 周期或时钟周期。

③机器周期：1 个机器周期含 6 个状态周期，12 个振荡周期。

④指令周期：完成 1 条指令所占用的全部时间，它以机器周期为单位。

例如：外接晶振为 12MHz 时，51 单片机相关周期的具体值为：
振荡周期=1/12us;
状态周期=1/6us;
机器周期=1us;
指令周期=1~4us;

二、 51 单片机定时器原理

有两个可编程的定时/计数器 T0、T1，定时/计数器的实质是加 1 计数器（16 位），由高 8 位和低 8 位两个寄存器 THx 和 TLx 组成。它随着计数器的输入脉冲进行自加 1，也就是每来一个脉冲，计数器就自动加 1，当加到计数器为全 1 时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使相应的中断标志位置 1，向 CPU 发出中断请求（定时/计数器中断允许时）。如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。可见，由溢出时计数器的值减去计数初值才是加 1 计数器的计数值。

T0、 T1不论是工作在定时器模式还是计数器模式，实质是对脉冲信号进行计数。
计数器模式是对外部脉冲进行计数
定时器模式是对单片机内部脉冲信号（机器周期）计数。

单片机复位时计数器初值为0。

三、 51 单片机定时/计数器结构

51单片机的定时器/计数器

一、 CPU 时序知识

在了解定时器前需要先了解一下有关时序：
①振荡周期：为单片机提供定时信号的振荡源的周期（晶振周期或外加振荡周期）。

②状态周期：2 个振荡周期为 1 个状态周期，用 S 表示。振荡周期又称 S 周期或时钟周期。

③机器周期：1 个机器周期含 6 个状态周期，12 个振荡周期。

④指令周期：完成 1 条指令所占用的全部时间，它以机器周期为单位。

例如：外接晶振为 12MHz 时，51 单片机相关周期的具体值为：
振荡周期=1/12us;
状态周期=1/6us;
机器周期=1us;
指令周期=1~4us;

二、 51 单片机定时器原理

有两个可编程的定时/计数器 T0、T1，定时/计数器的实质是加 1 计数器（16 位），由高 8 位和低 8 位两个寄存器 THx 和 TLx 组成。它随着计数器的输入脉冲进行自加 1，也就是每来一个脉冲，计数器就自动加 1，当加到计数器为全 1 时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使相应的中断标志位置 1，向 CPU 发出中断请求（定时/计数器中断允许时）。如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。可见，由溢出时计数器的值减去计数初值才是加 1 计数器的计数值。

T0、 T1不论是工作在定时器模式还是计数器模式，实质是对脉冲信号进行计数。
计数器模式是对外部脉冲进行计数
定时器模式是对单片机内部脉冲信号（机器周期）计数。

单片机复位时计数器初值为0。

三、 51 单片机定时/计数器结构

3.1 工作方式寄存器 TMOD

工作方式寄存器 TMOD 用于设置定时/计数器的工作方式，低四位用于 T0，高
四位用于 T1。

GATE 是门控位
GATE＝0 时，用于控制定时器的启动是否受外部中断源信号的影响。只要用软件使 TCON 中的 TR0 或 TR1 为 1，就可以启动定时/计数器工作；
GATA＝1 时，要用软件使 TR0 或 TR1 为 1，同时外部中断引脚 INT0/1 也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。即此时定时器的启动条件，加上了 INT0/1 引脚为高电平这一条件

C/T :定时/计数模式选择位。C/T ＝0 为定时模式;C/T =1 为计数模式。

M1M0：工作方式设置位。定时/计数器有四种工作方式

3.2 控制寄存器 TCON

TCON 的低 4 位用于控制外部中断。TCON 的高 4 位用于控制定时/计数器的启动和中断申请。

TF1（TCON.7）：T1 溢出中断请求标志位。T1 计数溢出时由硬件自动置 TF1为 1。CPU 响应中断后 TF1 由硬件自动清 0。T1 工作时，CPU 可随时查询 TF1 的状态。所以，TF1 可用作查询测试的标志。TF1 也可以用软件置 1 或清 0，同硬件置 1 或清 0 的效果一样。

TR1（TCON.6）：T1 运行控制位。TR1 置 1 时，T1 开始工作；TR1 置 0 时，T1 停止工作。TR1 由软件置 1 或清 0。所以，用软件可控制定时/计数器的启动与停止。TF0（TCON.5）：T0 溢出中断请求标志位，其功能与 TF1 类同。TR0（TCON.4）：T0 运行控制位，其功能与 TR1 类同.

四、 51 单片机定时/计数器的工作方式

1. 方式 0
   方式 0 为 13 位计数，由 TL0 的低 5 位（高 3 位未用）和 TH0 的 8 位组成。TL0 的低 5 位溢出时向 TH0 进位，TH0 溢出时，置位 TCON 中的 TF0 标志，向 CPU发出中断请求。其结构图如下所示
   

门控位 GATE 具有特殊的作用。当 GATE=0 时，经反相后使或门输出为 1，此时仅由 TR0 控制与门的开启，与门输出 1 时，控制开关接通，计数开始；当 GATE=1时，由外中断引脚信号控制或门的输出，此时控制与门的开启由外中断引脚信号和 TR0 共同控制。当 TR0=1 时，外中断引脚信号引脚的高电平启动计数，外中断引脚信号引脚的低电平停止计数。这种方式常用来测量外中断引脚上正脉冲的宽度。计数模式时，计数脉冲是 T0 引脚上的外部脉冲。计数初值与计数个数的关系为：X=2^13-N。

2. 方式 1：
   方式 1 的计数位数是 16 位，由 TL0 作为低 8 位，TH0 作为高 8 位，组成了16 位加 1 计数器。其结构图如下所示

计数初值与计数个数的关系为：X=2^16-N。

五、 定时器配置

在使用定时器时，应该如何配置使其工作？其步骤如下（各步骤顺序可任意）：
①对 TMOD 赋值，以确定 T0 和 T1 的工作方式，如果使用定时器 0 即对 T0 配置，如果使用定时器 1 即对 T1 配置。
②根据所要定时的时间计算初值,并将其写入 TH0、TL0 或 TH1、TL1。
③如果使用中断，则对 EA 赋值，开放定时器中断。
④使 TR0 或 TR1 置位，启动定时/计数器定时或计数。

void time0_init(void)
{
TMOD|=0X01;//选择为定时器 0 模式，工作方式 1
TH0=0XFC;//（65536-1000）/256 //给定时器赋初值，定时 1ms
TL0=0X18;//（65536-1000）%256
ET0=1;//打开定时器 0 中断允许
EA=1;//打开总中断
TR0=1;//打开定时器
}   

对于定时器 1 的使用方法是一样的，只是将上述的 0 变为 1 即可

void time0() interrupt 1 //定时器 0 中断函数
{//中断响应需要实现的内容
}