单片机的定时器

单片机的定时器/计数器

6.1定时/计数器的结构与基本原理

定时计数器的基本原理

计数器：当脉冲信号是来自单片机外部信号，通过脉冲计数统计，可做计数器使用。

定时器：当脉冲信号是来自单片机内部的时钟信号，则由于单片机的振荡周期非常精准，故溢出时统计的脉冲数便可换算成定时时间因此可做定时器使用。

注意：定时器/计数器本质都是计数器，只是脉冲信号来源不同。两种功能的切换通过逻辑开关C/T的切换实现。

定时时间的计算： t = (计数器满计数值 - 计数初值) X 机器周期（机器周期 内部振荡器经过12分频后的脉冲）

fosc 时钟频率（MHZ）。

同理，计数器方式下的计数值 N 可表示为

​ N = 计数器满级数值 - 计数初值 = 2^n - a

定时/计数器的结构

​ 定时/计数器结构图

T0 和 T1 分别由高八位和低八位两个特殊功能寄存器组成，高八位 TH1、 低八位 TL1

定时/计数器的控制是通过两个特殊功能寄存器实现的，

TMOD 定时/计数器的 工作方式 寄存器，由它确定 定时/计数器的工作方式和功能；

TCON 定时/计数器的 控制 寄存器，用于管理 T0 和 T1 的启停、溢出和中断。

对应的外部引脚 T0 （P3.4） 、 T1（P3.5）。

定时计数器工作起来后，按硬件方式独立运行，无需CPU干预，降低CPU操作时间。

6.2 定时计数器的控制

TMOD寄存器（89H）

定义格式如下图

1.低4位为T0方式字，高四位为T1的方式字。（两部分定义完全对称）

2.不能位寻址，只能整体赋值。

3.M1和M0 ：工作方式选择位，两位可组成四种编码对应4中工作方式。

​ C/T：定时和外部事件计数选择位，

​ 0： 定时器方式

​ 1： 外部事件计数器方式，

​ GATE： 门控位

​ 0：定时器不受外部引脚输入电平的控制，只受定时器运行控制位（TR0、TR1）控制

​ 1：定时器的计数受定时器运行控制位和外部引脚输入电平（INT0、INT1）控制，其中TR0和INT0控制T0的运行。

注意 GATE位 位 0 时 （一般状态），只要TR0 = 1就能使T0启动，TR1 = 0 就能使T0停止，而与INT0无关。GATE为1时只有TR0 = 1和 INT0 引脚为高电平时 才会启动定时器 T0.在这种方式常用来测量在 INT0 引脚出现的正脉冲宽度。

M0、M1;工作方式定义位

由表可知 T0 共有4种工作方式。T1 没有工作方式3. 除 工作方式3 外,每种工作方式都有定时和计数两种方式。单片机复位时TMOD为0，单片机默认设置为：T0 和 T1 均为定时器方式 0 允许TR0 和 TR1 启动定时器。

TCON寄存器（88H）

定义格式如图：

位7： TF0(TF1)——计数溢出标志位，当计数器计数溢出时，该位置1。

位6： TR0（TR1）——定时器运行控制位

​ 当TR0（TR1）＝0 停止定时器/计数器工作

​ 当TR0（TR1）＝1 启动定时器/计数器工作

位3： IE0（IE1）——外中断请求标志位（当CPU采样到P3.2（P3.3）出现有效中断请求时，此位由硬件置1。在中断响应完成后转向中断服务时，再由硬件自动清0。）

位2： IT0（IT1）——外中断请求信号方式控制位

​ 当IT0（IT1）=1 脉冲方式（后沿负跳有效）

​ 当IT0（IT1）＝0 电平方式（低电平有效）此位由软件置1或清0。

TF0（TF1） ——计数溢出标志位

当计数器产生计数溢出时，此位由硬件置1。当转向中断服务时，再有硬件自动清0。计数溢出的标志位的使用有两种情况：采用中断方式时，作中断请求标志位来使用；采用查询方式时，作查询状态位来使用。

注意：系统复位时，TCON 初值位0 ，即默认设置为：TR0、TR1均为关闭状态，电平中断触发方式、没有外部中断触发请求，也没有定时/计数器中断请求。

6.3定时计数器的工作方式

51单片机的定时/计数器具有4种工作方式（方式0，1，2，3）

方式一：

M1M0 = 01 时 定时器工作在方式 1，高八位TH1 与 低八位 TH0 组成一个16位的加一计数器，计满值为 2^16

C/T = 0 工作在定时器方式。C/T = 1 工作在计数器方式。

若初值为 a 则其定时时间为 t = （2^16-6）* 12 / focs。最高计数值 N = 2^16-a

注：检测外部脉冲（负跳变）作为T1的计数信号， 检测一个负跳变需要 2 个机器周期，故最高计数频率为focs/24 。

方式二：

当 M1M0 = 10 时 定时/计数器工作于方式2，方式 2 采用 TLx（低八位）作为加一计数器计满值为 2^8 另一个8位寄存器THx（高八位）用于存放8位初值。

由图：若TH1计数溢出，TH1会自动将其初值装入TL1中，（初始化时 TH1 和 TL1 有软件赋予相同的初值）

定时器2的定时和计数次数计算公式分别为

​ T = (2^8 - a)*12/focs ； a 为初值；

​ 计数值 N = 2^8 -a ;

注：定时器方式2可产生非常精确的定时时间，尤其适合作为串行口波特率发生器。

方式0：

当 M1M0 = 00 时 ，定时/计数器工作于方式0，方式0 采用低五位 TLx和高八位 THx组成一个13位的加 1 计数器，计满值位 2^13,初值不能自动重装载。方式0 除位数与方式1不同外，其他并无差异。方式0采用13位计数器主要是为了与早期MCS-48兼容。定时时间计数方法计算公式如下：

​ 定时时间：t = （2^13-a）*12/fosc

​ 计 数 值：N = 2^13 - a

注意：方式0 的TLx高三位是无效的，可以为任意值，计算初值时要注意。

方式三：

当M1M0 =11 时，定时/计数器工作于方式3，

对于定时器1，在模式3时，定时器 1 停止计数，效果与将 TR1设置为0相同。

对于定时器2，在此模式下定时器 0 的 TL0 与 TH0 作为两个独立的八位计数器，写图为定时器0的逻辑图：

模式3的目的是为了增加一个附加的八位定时/计数器而提供的。使单片机具有三个定时/计数器。模式3只是用于定时/计数器0。T0可作为2个定时器使用。T1变为一个无中断功能的定时器。（T1仍可用于工作方式 0~2 ）。