第9章 C51定时器

9.1 定时器/计数器简介
• 51系列单片机具有两个通用定时器/计数器T0和T1。T0和T1 都具有定时和计数两种功能，可以通过特殊功能寄存器来 选择，下面分别介绍。 • 计数。计数功能就是对计数脉冲进行计数。其中，计数脉 冲来自相应的外部输入引脚P3.4（T0）或P3.5（T1）。当 该引脚的输入信号发生由高电平至低电平的负跳变时，计 数器（TH0、TL0或TH1、TL0）的值增加1。 • 定时。定时功能是对时间进行统计。定时器/计数器的定时 功能其实也是通过计数实现的，只不过，此时的计数脉冲 来自于单片机的内部时钟脉冲。 • 除此之外，定时器/计数器T0和T1共有4种工作模式，同样 可以通过特殊功能寄存器来选择。
9.6 小结
• 本章详细讲述了51系列单片机的定时器/计数器的 结构，控制寄存器以及4种工作模式，并结合每一 种工作模式给出了详细的程序设计方法和实例。 定时器/计数器是单片机的一个非常有用的功能， 熟练掌握本章内容，对以后的C51单片机程序设计 有很大帮助。
定时器/计数器的结构示意图
9.1.2 方式控制寄存器TMOD
• TMOD寄存器用于定义T0和T1的工作方式和4种工作 模式，其单元地址为89H。定时器/计数器0和1的 方式控制寄存器TMOD，如图所示。其中，低4位用 于控制T0，高4位用于控制T1，两部分操作和含义 完全相同。下面分别介绍各个控制位的含义：
第9章 C51定时器/计数器程序设计
• C51语言是运行于单片机上的程序语言，因此，学 习C51语言必须结合单片机来进行。51系列单片机 集成了多种硬件资源，这些资源均可以使用C51语 言来进行控制。本章开始便介绍如何将C51程序应 用于单片机上。 • 51系列单片机的集成了两个可编程的定时器/计数 器，即定时/计数器0和1，简称T0和T1，有4种工 作方式可供选择。单片机内部通过专用寄存器 TMOD、TCON来设置定时/计数器工作的参数，例如 方式选择、定时计数选择、运行控制、溢出标志、 触发方式等控制字。本章介绍如何使用C51语言来 进行定时器/计数器程序设计。
控制寄存器TCON
9.1.4 定时器/计数器的初值
• 单片机内部的定时器/计数器是加法计数，其在计数溢出时 才申请中断。为了实现自定义的计数值或定时值，需要从 计数最大值计算得出需要设置的初值。在不同的工作模式 中，计数最大值不同，可以为213、216和28。假设计数最大 值为MAX，则初值X计算方法如下： • 在计数方式下，X=MAX-计数值。 • 在定时方式下，X=MAX-定时值/T。 • 式中T为单片机的计数周期，也就是单片机的机器周期。 • 例如，当单片机的机器周期T=0.5µs时，如果定时器/计数 器工作于模式0，MAX=213x0.5µs=4.096ms；如果定时器/计 数器工作于模式1，则最大定时值为 MAX=216x0.5µs=32.768ms。
9.5.2 定时器/计数器模式3的程序设计
• 定时器/计数器模式3中，TH0和TL0分别作为两个独立的8位 定时器使用，其程序设计可以按照前面介绍的初始化步骤 来实现。假定8051单片机（或者其它兼容型号单片机）外 接6MHz晶振，需要在P1.0端口和P1.1端口输出如图9.4所示 的波形。从图中可以看出，P1.0引脚的方波周期为400µs， P1.1引脚的方波周期为800µs。程序中可以采用TL0和TH0产 生200µs和400µs的定时中断，并在中断服务例程中对P1.0 引脚和P1.1引脚取反而得到。 • 由于采用了6MHz的晶振，因此单片机的机器周期为 12÷6MHz=2×10-6s=2µs。根据前面介绍的定时初值的计数 方法，定时时间=200µs =200×10-6=（28-X）×2×10-6，因 此定时器TL0的初值为X=156=9CH。同样，定时时间=400µs =400×10-6=（28-X）×2×10-6，因此定时器TL0的初值为 X=56=38H。
9.3.2 定时器/计数器模式1的程序设计
• 定时器/计数器模式1的工作原理和模式0相同，可以按照前 面介绍的初始化步骤来实现。假定8051单片机（或者其它 兼容型号单片机）外接12MHz晶振，需要在P1.2端口输出频 率为50Hz的方波，即周期为20ms。此时可以采用定时器T1 工作于模式1，使定时器产生10ms的定时，通过定时中断来 产生P1.2端口的方波信号输出。 • 由于采用了12MHz的晶振，因此单片机的机器周期为 12÷12MHz=1×10-6s=1µs。根据前面介绍的定时初值的计数 方法，定时时间=10ms=10×10-3=（216-X）×1×10-6，因此 定时器初值X=55536=D8F0H。则根据工作模式1的特点，其 为16位定时器，定时器T1的初值应该设置为TH0=0D8H， TL0=0F0H。
T
T
方式控制寄存器TMOD
9.1.3 中断控制寄存器TCON
• 寄存器TCON的功能是在定时器溢出时设定标志位， 并控制定时器的运行、停止和中断请求。寄存器 TCON的单元地址为88H。中断控制寄存器TCON的组 成，如图所示。其包含3个部分，TF1和TR1位用于 控制T1，TF0和TR0位用于控制T0，其它的为中断 控制。下面分别介绍各种控制位的含义，如下所 示。
9.2.2 定时器/计数器模式0的程序设计
• 定时器/计数器模式0的程序设计可以按照前面介绍的初始 化步骤来实现。假定8051单片机（或者其它兼容型号单片 机）外接6MHz晶振，需要在P1.2端口输出频率为500Hz的方 波，即周期为2ms。此时可以采用定时器T0工作于模式0， 使定时器产生1ms的定时，通过定时中断来产生P1.2端口的 方波信号输出。 • 由于采用了6MHz的晶振，因此单片机的机器周期为 12÷6MHz=2×10-6s=2µs。根据前面介绍的定时初值的计数 方法，定时时间=1ms=1×10-3=（213-X）×2×10-6，因此定 时器初值X=7692=1E0CH。则根据工作模式0的特点，其为13 位定时器，定时器T0的初值应该设置为TH0=0F0H，TL0=0CH。
9.2 定时器/计数器工作模式0的C51程序设计 • 51系列单片机的定时器/计数器工作模式0是13位 计数器，其由一个高8位（0～7）计数器（TH0或 TH1）和一个具有32位分频的低8位计数器中的 （TL0或TL1）的低5位（0～4）组成。
9.2.1 定时器/计数器工作模式0
• 在工作模式0中，定时器/计数器T1和T0的组成结 构与功能完全相同。当置寄存器TMOD的M1=0、 M0=0时，T0和T1就工作在模式0状态。这里以T0为 例进行介绍，T1的使用类似。 • 在工作模式0下，当TL0的低5位计数溢出时，向 TH0进位，当TH0计数器溢出时，计数器清零，并 向溢出控制位TF0进位置1，同时向8051 CPU发出 中断请求。无论工作于计数方式还是定时方式， 其运行原理都是相同的。
9.3 定时器/计数器工作模式1的C51程序设计 • 51系列单片机的定时器/计数器工作模式1是16位 计数器，其由TH0（或TH1）的高8位（0～7）和 TL0（或TL1）的低8位（0～7）组成。工作模式1 与模式0的区别在于计数的位数不同。
9.3.1 定时器/计数器工作模式1
• 在工作模式1中，定时器/计数器T1和T0的组成结 构与功能完全相同。当置寄存器TMOD的M1=0、 M0=1时，T0和T1就工作在模式1状态。这里以T0为 例进行介绍，T1的使用类似。 • 在工作模式1下，当TL0的计数溢出时，向TH0进位， 当TH0计数器溢出时，计数器清零，并向溢出控制 位TF0进位置1，同时向8051 CPU发出中断请求。 无论工作于计数方式还是定时方式，其运行原理 都是相同的。
9.4 定时器/计数器工作模式2的C51程序设计 • 51系列单片机的定时器/计数器工作模式2是8位自 动重新装入的计数器，16位计数器分成独立的2个 部分，其中TH0（或TH1）作为计数初值寄存器， 用于存放和保持初值，初值在程序中设置。
9.4.1 定时器/计数器工作模式2
• 在工作模式2中，定时器/计数器T1和T0的组成结构与功能 完全相同。当置寄存器TMOD的M1=1、M0=0时，T0和T1就工 作在模式2状态。这里以T0为ຫໍສະໝຸດ Baidu进行介绍，T1的使用类似。 • 模式2具有使8位计数器TL0（或TL1）自动重装初值的功能， 在程序初始化时，为TH0、TL0赋同样的初值，此后TL0每次 溢出都由TH0重新装入初值。在这个过程中，不会丢失计数 信号，且重新再装入也不会影响TH0中存放的初值。 • 装入初值并启动定时/计数器后，TL0按加法计数器工作， 当TL0溢出时，使溢出标志位TF0进位置1，并选通三态门， 将TH0存放的初值重新装入到TL0中，使TL0从初值开始继续 下一轮的计数，如此循环下去。作为额外的用途，溢出信 号还将送到串行通信系统，设置并产生串行通信波特率。
9.4.2 定时器/计数器模式2的程序设计
• 定时器/计数器模式2是自动重装载模式，在这种 模式下，计数器初值只需设置1次，在定时器溢出 后不用软件重新设置，硬件会自动复位。工作模 式2常作为串行口波特率发生器使用。这里假设单 片机外接11.0592MHz晶振，使用工作于模式2的定 时器/计数器T1作为串行通信的波特率发生器。
9.1.5 定时器/计数器的初始化
• 单片机的定时器/计数器是可编程控制的，在使用 之前需要先通过如下步骤进行初始化： • （1）指定定时器/计数器的工作模式，通过赋值 TMOD寄存器来实现。 • （2）装入定时器/计数器的初值，通过赋值TH0、 TL0或TH1、TL1来实现。 • （3）启动定时器/计数器中断，通过赋值IE来实 现。如果程序中不使用中断，则可以省略此步骤。 • （4）启动定时器/计数器，通过置位TR0、TR1来 实现。置位后，定时器/计数器将按规定的工作模 式和初值进行计数或开始定时。
9.5 定时器/计数器工作模式3的C51程序设计 • 51系列单片机的定时器/计数器工作模式3是将16 位计数器分成2个相互独立的8位计数器TL0和TH0。
9.5.1 定时器/计数器工作模式3
• 在工作模式0中，当置定时器/计数器T0寄存器 TMOD的M1=1、M0=1时，T0就工作在模式0状态。定 时器/计数器的工作模式3只适用于T0。对于T1， 设置为模式3时，相当于使TR1=0，使其停止计数， 没有什么实际意义。 • 在工作模式3下，TL0使用了T0的状态控制位C/、 GATE、TR0、和TF0。其操作情况与模式0和模式1 相同，即可以按计数方式工作，也可以按定时方 式工作。在定时器工作方式下，其定时时间= （28-T0初值）×时钟周期×12。
9.1.1 定时器/计数器的结构
• 定时器/计数器结构如图9.1所示，其核心是一个 16位的加1计数器。其中，16位的定时器/计数器 T0由2个8位计数器TH0和TL0构成，16位的定时器/ 计数器T1由2个8位计数器TH1和TL1构成。另外， 寄存器TMOD主要用于指定各定时器/计数器的功能 和工作模式；寄存器TCON用于控制定时器/计数器 的启动和停止计数，同时也设置定时器/计数器的 状态。