第5章 定时器计数器(1)

4. 方式3—2个8位方式
溢出 申请 中断 申请 中断 TCON TF1 TR1 TF0 TR0 溢出 TH0 8位 T0引脚 1 TL0 8位 &
≥1
机器周期 TMOD 1 1 M0 M1 C/T 0 机器周期 GATE M0 1 M1 C/T GATE D7 D0
D0
INT0引脚
仅T0可以工作在方式3—此时T0分成2个独立的计数 器—TL0和TH0 ，前者用原来T0的控制信号（TR0、 TF0），后者用原来T1的控制信号（TR1、TF1）。 TL0：8位定时器/计数器，使用T0原有控制资源TR0 和 TF0，其功能和操作与方式0或方式1完全相同。 TH0：只能作为8位定时器，借用T1的控制位TR1和 TF1，只能对片内机器周期脉冲计数。 在方式3模式下，定时器/计数器0可以构成两个定时 器或者一个定时器和一个计数器。
基本概念 （1）计数：计数是指对外部事件的个数进行计量。其 实质就是对外部输入脉冲的个数进行计量。实现计 数功能的器件称为计数器。
（2 ）定时： 8051单片机中的定时器和计数器是一个 部件，只不过计数器记录的是外界发生的事件，而 定时器则是由单片机内部提供一个非常稳定的计数 源进行定时的。这个计数源是由单片机的晶振经过 12分频后获得的一个脉冲源。所以定时器计数脉冲 的时间间隔与晶振有关。

8051单片机内部的定时器/计数器的结构如下图所示。
T1引脚 T0引脚
机器周 期脉冲
TH1
TL1
TH0
TL0
内部总线
GATE TF1 TR1 TF0 TR0 C/T C/T M1 M0 M1 M0
TCON
GATE
TMOD
外部中断相关位
T1方式
T0方式
一、定时/计数器的定时和计数功能 定时/计数器的核心部件是二进制加1计数器(TH0、 TL0或TH1、TL1) 。 1. 定时功能----计数输入信号是内部时钟脉冲， 每个机器周期使寄存器的值加1。所以，计数频率 是振荡频率的1/12。 2. 计数功能----计数脉冲来自相应的外部输入引 脚，T0为P3.4，T1为P3.5。 在TMOD中，各有一个控制位（C／T），分别用于控制 定时/计数器T0和T1是工作在定时器方式还是计数器 方式。
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 中断请求标志 外部中断请求的 启动定时/计数器 触发方式选择
0 停止 1 启动
0 低电平 1 下降沿
TF0/TF1：定时器溢出中断申请标志位（由硬件自动置位）。 =0：定时器未溢出； =1：定时器溢出（由全“1”变成全“0”）时由硬件自动 置位，申请中断，中断被CPU响应后由硬件自动清零。 TR0/TR1：定时器运行启停控制位（可由用户通过软件设置 ）。 =0：定时器停止运行； =1：定时器启动运行。
T1控制
GATE—门控位 C/T—计数/定时选择 M1 M0—工作方式选择
T0控制
（1）、M1和M0工作方式控制位 M0和M1为工作方式控制位，确定4种工作方式， 如表4-1所示。
（2）、C/T定时器/计数器方式选择位
C/T=0，设置为定时方式，对机器周期进行计数；
C/T=1，设定为计数方式，对外部信号进行计数， 外部信号接至T0（P3.4）或T1（P3.5）引脚。 （3）、GATE门控位 GATE=0时，只要用软件使TR0（或TR1）置1就能 启动定时器T0（或T1）； GATE=1 时，只有在 INT0 （或 INT1 ）引脚为高电 平的情况下，且由软件使 TR0 （或 TR1 ）置 1 时， 才能启动定时器T0（或T1）工作。




确定定时/计数器初值的具体方法。 因为在不同工作方式下计数器位数不同，因而最大 计数值也不同。 假设最大计数值为M，那么各方式下的最大值M值 如下： 方式0：M=213=8 192 方式1：M=216=65 536 方式2：M=28=256 方式3：定时器0分成两个8位计数器，所以两个M均 为256。 因为定时器/计数器是作“加1”计数，并在计数满溢 出时产生中断，因此初值可以这样计算：
பைடு நூலகம்



（3）定时的种类 软件定时：利用执行一个循环程序进行时间延迟。 其特点是定时时间精确，不需外加硬件电路，但占 用CPU时间。因此软件定时的时间不宜过长。 不可编程硬件定时：利用硬件电路实现定时。其特 点是不占用CPU时间，通过改变电路元器件参数来 调节定时，但使用不够灵活方便。对于时间较长的 定时，常用硬件电路来实现。 可编程定时：通过专用的定时器/计数器芯片实现。 其特点是通过对系统时钟脉冲进行计数实现定时， 定时时间可通过程序设定的方法改变，使用灵活方 便。也可实现对外部脉冲的计数功能。
三、定时器／计数器的工作方式 定时器／计数器共有四种工作方式 1. 方式0—13位方式
TCON TF1 申请 中断 TR1 TF0 TR0 D7 溢出 TH0 8位 TL0 5位 &
≥1
TMOD T0引脚 1 1 0 0 0 M0 M1 C/T 机器周期 GATE M0 1 D0 INT0引脚 M1 C/T GATE D7 D0


TC = M C = 213 12=8180

定时时间的计算公式为： T=（MTC）×T0 （或TC=MT/T0 ）


其中：T——定时器的定时时间，即设计任务要求的定时时间；
M——计数器的模值； TC——定时器需要预置的初值。 若设初值TC=0，则定时器定时时间为最大。若设单片机系 统主频为12MHz，则各种工作方式定时器的最大定时时间为： 工作方式0： Tmax=213×1s=8.192ms 工作方式1： Tmax=216×1s=65.536ms 工作方式2和3：Tmax=28×1s=0.256ms

四 、定时器/计数器的初始化




由于定时器/计数器的功能是由软件编程确定的，所 以一般在使用定时/计数器前都要对其进行初始化， 使其按设定的功能工作。初始化的步骤一般如下： 1、确定工作方式（即对TMOD赋值）； 2、预置定时或计数的初值（可直接将初值写入 TH0、 TL0或TH1、TL1）； 3、根据需要开放定时器/计数器的中断（直接对IE位 赋值）； 4、启动定时器/计数器（若已规定用软件启动，则可 把TR0或TR1置“1”；若已规定由外中断引脚电平启 动，则需给外部引脚施加启动电平。当实现了启动 要求后，定时器即按规定的工作方式和初值开始计 数或定时）。
2.定时器/计数器的控制寄存器TCON
设定好了定时器/计数器的工作方式后，它还 不能进入工作状态，必须通过设置控制寄存器 TCON中的某些位来启动它。要使定时器/计数器 停止运行，也必须通过设置TCON中的某些位来 实现。当定时器/计数器计满溢出，或有外部中断 请求时，TCON能标明溢出和中断情况。下面介 绍控制寄存器TCON每位的含义：
TCON TF1 申请 中断 TR1 TF0 TR0 TH0 8位 D0 D7 溢出 1 TL0 &
≥1
TMOD T0引脚 0 1 M0 M1 C/T 0 机器周期 GATE M0 1 INT0引脚 M1 C/T GATE D7 D0
工作方式2 （M1M0=10 ，自动重装计数初值的8位定时 器/计数器） 16 位定时器 / 计数器被拆成两个 8 位寄存器 TH0 和 TL0，CPU在对它们初始化时必须装入相同的定时器 / 计数器初值。以 TL0 作计数器，而 TH0 作为预置寄 存器。当计数满溢出时，TF0置“1”，同时TH0将计 数初值以硬件方法自动装入TL0。这种工作方式很适 合于那些重复计数的应用场合（如串行数据通信的波 特率发生器）。
≥1
TMOD T0引脚 1 0 M0 M1 C/T 0 机器周期 GATE M0 1 D0 INT0引脚 M1 C/T GATE D7 D0
工作方式1 （ M1M0=01 ，16位定时器/计数器） 由 TH0 和 TL0 构成 16 位加 1 计数器，其他特性 与工作方式0相同。
3. 方式2—8位自动装入时间常数方式
工作方式0（ M1M0=00 ，13位定时器/计数器）
由 TH0的全部 8位和 TL0的低 5位（ TL0的高 3位 未用）构成 13 位加 1 计数器，当 TL0 低 5 位计数满时 直接向 TH0 进位，并当全部 13 位计数满溢出时，溢 出标志位TF0置“1”。
2. 方式1—16位方式
TCON TF1 申请 中断 TR1 TF0 TR0 D7 溢出 1 TH0 8位 TL0 8位 &
二、定时器／计数器的控制寄存器 与定时器／计数器有关的控制寄存器有： 1．工作方式控制寄存器TMOD 2．定时器控制寄存器TCON
1．工作方式控制寄存器TMOD TMOD用于控制定时器/计数器的工作模式及工作方式， 其字节地址为89H，格式如下。其中，低4位用于决定 T0的工作方式，高4位用于决定T1的工作方式。 D7 D6 GATE C/T D5 M1 D4 M0 D3 D2 GATE C/T D1 M1 D0 M0

方法：用最大计数量减去需要的计数次数。即：


TC=MC
其中：TC——计数器需要预置的初值； M——计数器的模值（最大计数值）； 方式0时，M=213；方式1时，M=216；方式2, 3 时，M=28；

C——计数器计满回0所需的计数值，即设 计任务要求的计数值。
例如：流水线上一个包装是12盒，要求每到12盒 就产生一个动作，用单片机的工作方式0来控制， 则应当预置的初值为：
第 5章
MCS-51定时器/计数器
本章主要介绍51系列单片机定时器和计数器 问题，本章将介绍以下具体内容： 定时/计数器----定时/计数器的定时和计数功能、 定时器／计数器的控制寄存器、定时器／计数器 的工作方式、定时／计数器用作外部中断扩展、 定时中断联合举例。
§5.1 MCS-51单片机的定时/计数器
T0——计数器计数脉冲的周期，即单片机系统主频周期的12倍；

五 、定时器/计数器对输入信号的要求

当定时器/计数器为定时工作方式时，计数器的加1 信号由振荡器的12分频信号产生，即每过一个机 器周期，计数器加1，直至计满溢出为止。显然， 定时器的定时时间与系统的振荡频率有关。因一 个机器周期等于12个振荡周期，所以计数频率 fcount=1/12fosc。如果晶振为12MHz，则计数周 期为：T=1/（12×106）Hz×12=1μs 由于定时的精度取决于输入脉冲的周期，因此 当需要高分辨率的定时时，应尽量选用频率较高 的晶振(MCS-51最高为12MHz)。

综上所述，定时器/计数器是一种可编程部件， 所以在定时器/计数器开始工作之前，CPU必须 将一些命令（称为控制字）写入定时/计数器。 将控制字写入定时/计数器的过程叫定时器/计数 器初始化。 在初始化过程中，要将工作方式控制字写入方 式寄存器，工作状态字（或相关位）写入控制 寄存器，赋定时/计数初值。
当定时器T0工作在方式3时，定时器T1只能工作 在方式0～2，并且工作在不需要中断的场合。

当CPU用软件给定时器设置了某种工作方式之 后，定时器就会按设定的工作方式独立运行， 不再占用CPU的操作时间，除非定时器计满溢 出，才可能中断CPU 当前操作。CPU也可以重 新设置定时器工作方式，以改变定时器的操作。 由此可见，定时器是单片机中效率高而且工作 灵活的部件。







MCS-51单片机内部有两个16位可编程的定时器/计数器，简 称为T0和T1，均可作定时器用也可计数器，它们均是二进制 加法计数器，当计数器计满回零时能自动产生溢出中断请求， 表示定时时间已到或计数已终止。适用于定时控制、延时、 外部计数和检测等。 计数器：对引脚T0（P 3.4 ）和T1（P3.5）输入的外部脉冲信 号计数，当输入脉冲信号从1到0的负跳变时，计数器就自动 加1。计数的最高频率一般为振荡频率的1/24。 定时器：对系统晶振振荡脉冲的12分频输出进行计数。 定时器/计数器的结构 组成：16位加法计数器、工作方式寄存器TMOD和控制寄存 器TCON。 T0： TL0（低8位）和TH0（高8位） T1： TL1（低8位）和TH1（高8位）