学习笔记之-51单片机定时计数器

一、单片机的时序

　　单片机工作时，是在统一的时钟脉冲控制下一拍一拍地进行的。由于指令的字节数不同，取这些指令所需要的时间也就不同，即使是字节数相同的指令，由于执行操作有较大的差别，不同的指令执行时间也不一定相同，即所需的拍节数不同。
　　时钟周期：时钟周期也称为振荡周期，定义为时钟脉冲的倒数（可以这样来理解，时钟周期就是单片机外接晶振的倒数，例如12M的晶振，它的时间周期就是1/12 us），是计算机中最基本的、最小的时间单位。 在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。 在8051单片机中把一个时钟周期定义为一个节拍（用P表示），二个节拍定义为一个状态周期（用S表示）。
　　机器周期：在计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段，每一阶段完成一项工作。8051系列单片机的一个机器周期同6个S周期（状态周期）组成。前面已说过一个时钟周期定义为一个节拍（用P表示），二个节拍定义为一个状态周期（用S表示），8051单片机的机器周期由6个状态周期组成，也就是说一个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期。
　　指令周期： 指令周期是执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成。指令不同，所需的机器周期数也不同。 时钟周期、机器周期、指令周期之间的关系图如下。

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二、51单片机的定时/计数器的概念

　　单片机中,脉冲计数与时间之间的关系十分密切,每输入一个脉冲,计数器的值就会自动累加1,只要相邻两个计数脉冲之间的时间间隔相等,则计数值就代表了时间的流逝，因此,单片机中的定时器和计数器其实是同一个物理的电子元件,只不过计数器记录的是单片机外部发生的事情(接受的是外部脉冲),而定时器则是由单片机自身提供的一个非常稳定的计数器,这个稳定的计数器就是单片机上连接的晶振部件;MCS-51单片机的晶振经过12分频之后提供给单片机稳定脉冲;晶振的频率是非常准确的,所以单片机的计数脉冲之间的时间间隔也是非常准确的。

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三、51单片机的定时/计数器的工作原理

　　加1计数器输入的计数脉冲有两个来源,一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；一个是T0或T1引脚输入的外部脉冲源。
　　作为定时器使用时,定时器计数8051单片机片内振荡器输出经过12分频后的脉冲个数,即:每个机器周期使定时器T0/T1的寄存器值自动累加1,直到溢出,溢出后继续从0开始循环计数;所以,定时器的分辨率是时钟振荡频率的1/12;
　　作为计数器使用时,通过引脚T0(P3.4)或T1(P3.5)对外部脉冲信号进行计数,当输入的外部脉冲信号发生从1到0的负跳变时,计数器的值就自动加1由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时，最高计数频率不超过1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于2微秒。;计数器的最高频率一般是时钟振荡频率的1/24;
　　由此可知,不论是定时器还是计数器工作方式,定时器T0和T1均不占用CPU的时间,除非定时器/计数器T0和T1溢出,才可能引起CPU中断,转而去执行中断处理程序。所以说,定时器/计数器是单片机中效率高而工作灵活的部件。

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51单片机定时器工作原理图：

　　由上图可见与定时器相关的寄存器主要有下面这几个：TMOD、 TCON、 TL0、TH0、TL1、TH1。下面介绍一下这几个寄