相关知识

1.2.1 单片机定时器

1.定时／计数器的基本知识

定时/计数器是单片机系统一个重要的部件，其工作方式灵活、编程简单、使用方便，可用来实现定时控制、延时、频率测量、脉宽测量、信号发生、信号检测等。此外，定时/计数器还可作为串行通信中波特率发生器。定时/计数器的结构如图1-45所示。

8051单片机内有两个定时/计数器，分别为T0和T1。

T0和T1有两种功能：定时和计数。

（1）定时功能 启动后，开始定时，定时时间到，中断标志位TF0/TF1自动置1，向CPU申请中断。

定时功能也是以计数方式来工作的，此时是对单片机内部的脉冲进行加1计数，此脉冲的周期正好等于机器周期。

定时时间=(溢出值-计数初值)×机器周期

（2）计数功能 启动后，对外部输入脉冲（负跳变）进行加1计数，T0的脉冲由P3.4输入，T1的脉冲由P3.5输入。

计数器加满溢出时，将中断标志位TF0/TF1置1，向CPU申请中断。

计数脉冲个数=溢出值-计数初值

2.定时/计数器寄存器

（1）定时器、计数器模式控制寄存器TMOD（见表1-2）

TMOD的高4位与低4位是相似的。只要了解了高4位的含义，低4位也就相应地知晓了。下面介绍每一位的含义。

GATE位：门控位，当GATE=0，只要软件控制TR0或TR1即可启动定时计数器工作，称为软件启动。

GATE=1时，称为硬件启动，只有TR0或TR1等于1且INT0或INT1为高电平时才能启动相应的定时器开始工作。

对于定时器T0，定时器的启动与P3.2有关，对于定时器T1，定时器的启动与P3.3有关。

C/T：定时计数功能选择位。

M1M0：定时/计数器工作方式设置位。

M1M0=00 工作方式0 13位定时/计数器，最大计数值213=8192。

M1M0=01 工作方式1 16位定时/计数器，最大计数值216=65536。

M1M0=10 工作方式2 初值自动重装8位定时/计数器，最大计数值28=256。

M1M0=11 工作方式3 两个独立8位定时/计数器，仅适用于T0。

（2）定时/计数器控制寄存器TCON

1）TF1：定时器1溢出标志位。当定时器1计满数产生溢出时，由硬件自动置TF1=1。

2）TR1：定时器1运行控制位。由软件置1或清0来启动或关闭定时器1。当GATE=1，且为高电平时，TR1置1启动定时器1；当GATE=0时，TR1置1即可启动定时器1。

3）TF0：定时器0溢出标志位。其功能及操作情况同TF1。

4）TR0：定时器0运行控制位。其功能及操作情况同TR1。

（3）定时/计数器的工作过程

定时/计数器的工作过程主要包含以下四个步骤：

1）确定定时/计数器工作方式。

2）预置定时/计数器的初值。

3）启动定时器/计数器。

4）等待定时/计数溢出。

3.定时/计数器的工作方式

（1）工作方式0 T0有四种工作方式，T1有三种工作方式。

方式0——13位计数器方式，溢出值是：213=8192。

方式1——16位计数器方式，溢出值是：216=65536。

方式2——8位自动重装初值方式，溢出值是：28=256。

方式3——T0分成两个独立的8位计数器方式。

当方式控制寄存器TMOD中定时/计数器的M1M0=00时，定时/计数器处于工作方式0。工作方式0是13位计数器工作方式，其计数器由TH0或TH1的8位和TL0或TL1的低5位构成，TL0和TL1的高3位未使用，组成13位的定时计数器。TL0或TL1低5位计数满（32）时不向TL0或TL1第6位进位，而是向TH0或TH1进位，高8位计数满（256）时发生溢出，TF0或TF1置“1”，并申请中断。

当寄存器TMOD中的计数/定时（C/T）控制位=0时，多路开关接通振荡脉冲的12分频输出，13位计数器依次进行计数，这就是定时工作方式。

当C/T=1时，多路开关接通计数引脚P3.4，外部计数脉冲由单片机引脚P3.4输入。当计数脉冲发生负跳变时，计数器加1，这就是T0的计数工作方式，如图1-46所示。

（2）定时/计数器的工作方式1 当方式控制寄存器TMOD中定时/计数器的M1M0=01时，定时/计数器处于工作方式1。工作方式1为16位的定时计数器，计数范围为216=65536。计数值由定时器的低8位和高8位组成。低8位计数满时向高8位进位，16位计满溢出，溢出标志TF0或TF1置“1”，申请中断，其电路逻辑结构如图1-47所示。

（3）定时/计数器的工作方式2 当方式控制寄存器TMOD中定时/计数器的M1M0=10时，定时/计数器处于工作方式2。工作方式2为8位初值自动重装的定时/计数器，计数范围为256。计数值由定时器的低8位数值确定，高8位用以存放计数初值。当低8位计数器计数满溢出时，高8位初值自动重装到低8位中。此步骤由单片机自动完成，不需要硬件操作和软件编程实现。电路逻辑结构如图1-48所示。

（4）定时/计数器的工作方式3 在51单片机中，定时器T0才有工作方式3，定时器T1没有此种工作方式。

当方式控制寄存器TMOD中定时/计数器T0的M1M0=11时，定时/计数器处于工作方式3。在工作方式3模式下，定时/计数器T0被拆成两个独立的8位计数器TL0和TH0。TL0由T0的控制位来控制，而TH0则由T1的控制位来控制。其中TL0既可以作为计数器使用，也可以作为定时器使用，定时/计数器T0的各控制位和引脚信号全归它使用。其功能和操作与方式0或方式1完全类似。而TH0只能作为简单的定时器使用。

定时/计数器T0工作方式3的电路逻辑结构如图1-49所示。

由于TL0既能作定时器也能作计数器使用，而TH0只能作定时器使用而不能作计数器使用，因此在方式3模式下，定时/计数器T0可以构成两个定时器或者一个定时器和一个计数器。