【51单片机】定时/计数器

1. 定时/计数器结构

简介

• 用途：定时器和计数器
• 核心：加1计数器
• 原理：每来一个脉冲，加1计数器加1，当加到全1时再来一个脉冲使加1计数器归零，同时加1计数器的溢出使TCON寄存器中的TF0（或TF1）置1，向CPU发出中断请求
• 脉冲来源：
  定时器：由单片机内部时钟晶振器输出脉冲源提供
  计数器：由T0或T1引脚输入的外部脉冲源提供（8051的是P3.4或P3.5引脚）
• 注意：T0或T1都不能同时既做定时器也做计数器

补充：

• 计数的工作原理
  通过引脚P3.2（T0）或P3.5（T1）对外部脉冲信号进行计数。
  当输入脉冲信号产生由 1 到 0 的下降沿时，定时器的值加 1，在每个机器周期，CPU采样引脚 P3.4 和 P3.5 的输入电平。若前一个机器周期采样值为高，下一个机器周期采样值为低，则计数器加 1。
  由于检测一个 1 到 0 的跳变需要2个机器周期，故最高计数频率为振荡频率的二十四分之一。
  虽然对输入信号的占空比无特殊要求，但为了确保某个电平在变化之前至少被采样一次，要求电平保持时间至少是一个完整的机器周期。

T1可作为串口的波特率发生器，而T0不能。

2.相关寄存器

• TCON（ TCON 能位寻址 ）

项目	说明
TF1	T1计数溢出时，硬件自动置TF1 = 1。故只编写溢出判断和TF1 = 0即可。在中断允许下，该位发出中断请求并进入中断后，其由硬件自动置零。在中断屏蔽下，该位可用作查询方式，此时由编程置零。
TR1	GATE = 1，INT1=1时，软件置TR1=1，启动T1。GATE = 0，软件置TR1 = 1，启动T1

• TMOD（ TMOD不能位寻址 ，复位值0x00）

• GATE = 0  不受外部控制
  GATE = 1  计数器T0和T1分别受P3.2和P3.3引脚上的电平控制。当P3.2（或P3.3）为高电平，同时TR0（或TR1）为1，计数器T0（或T1）开始计数；当P3.2（或P3.3）为低电平，计数器T0（或T1）停止计数。

3.几种工作方式的初值计算

方式0

• 工作原理：13位计数器，使用TL0的低5位和TH0的高8位组成，TL0的低5位溢出时向TH0进位。TH0溢出时发出中断请求。
  
• 初值计算公式：
  

方式1

• 工作原理：16位计数器，TL0作为低8位，TH0作为高8位
  
• 初值计算公式：
  

方式2

• 工作原理：计数器溢出后，计数器自动将上次设置的初值重装。
  

• 初值计算公式：
  注意：晶振频率必须选择12的整数倍，因为定时器的频率是晶振频率的1/12。
  

• 优点：
  适合做比较精准的脉冲信号发生器

• 缺点：
  只有8位计数器，当定时较长时间时会带来麻烦和影响精度。最多经过256个机器周期，该计数器就会溢出，若使用12MHz晶振也只有256us的时间。

方式3

• 工作原理：
  将T0分成两个独立的8位定时/计数器TL0和TH0。
  TL0为正常的8位定时/计数器，计数器溢出后置位TF0，申请中断，之后重装初值。
  TH0也是8位定时/计数器，但由于TL0占用了TF0和TR0，因此TH0占用定时器TF1和TR1（所以T1不能用）

注意：只能用于定时/计数器T0，T0工作在方式3时，T1不要使用在有中断的场合。通常该种情况下T1用作串口波特率发生器。

---

4.时钟周期与机器周期的相关计算

5.编程流程

参考文章

https://blog.youkuaiyun.com/weixin_42625444/article/details/93471117

---

定时器初值的计算

理论依据：
1、时钟周期 = 1 ÷ 晶振频率(Hz)
2、机器周期 = n × 时钟周期 （单片机是几 T 的，n 就是几）
3、1Hz = 1秒
4、传统的51单片机是 12T的。

用计数思维去计算（因为每经过一个机器周期，计数值加1 的时间是固定）。例子：
假设晶振频率 12MHz，51单片机是12T单片机，使用定时器T0实现50ms的定时。那么
（1）在模式 1 下，定时器T0是 16 位的，其数值范围是0 - 65535（但总的计数个数是 65536，因为在0时，计数个数就算一个了）
（2）机器周期 = 12 × (1 ÷ 12000000) = 1us
（3）因为 50ms = 50000us，而机器周期是1us，用计数思维理解就是需要计数50000次，即定时器要计数的次数为 50000us ÷ 1us = 50000次
（4）因为定时器是从初值开始向上计数到溢出的，所以定时器初值为 65536 - 50000 = 15536

定时器初值的几种写法

方式 1 ：

TH0 = (65536 - 50000) / 256;  // 初始化定时器初值，50ms溢出一次
TL0 = (65536 - 50000) % 256;

方式 2 ：

TH0 = (65536 - 50000) >> 8;  // 初始化定时器初值，50ms溢出一次
TL0 = (65536 - 50000) & 0xFF;