第六章：定时计数器B
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/计数器（而不是用延时程序来获得定时），减轻 了CPU的负担。 （2）定时和计数的本质是一样的。当计数器所 计的脉冲是频率不变的信号时，通过计数值就可以 知道时间长短，这时计数器就成了定时器。
MCS51单片机的定时/计数器资源
有2个(8052有3个)16位的定时/计数器，均为加1计数； 4种工作方式（16位/13位/8位/波特率），由TMOD控 制寄存器中的M1、M0位来控制 两个SFR：TMOD定义工作方式，TCON控制有关功 能 定时器的实质为对MCU片内机器周期计数，而计数器 对芯片外部引脚T0、T1上的脉冲信号个数计数。
如果设置T1工作在方式3，则T1停止工作，相当于其他方式时令TR1＝ 0。
T0工作在方式3下T1的各种工作方式
一般情况下，当T1用作串行口的波特率发生器 时， T0才工作在方式3。 T0处于方式3时， T1可定为方式0、方式1和方 式2，用来作为串行口的波特率发生器，或不 需要中断的场合。
工作方式2就针对这个问题而设置，它具有自动重装载功能，即自 动加载计数初值，所以也称为自动重加载工作方式。 在这种工作方式中，16位计数器分为两部分，即以TL0为计数器， 以TH0作为预置寄存器，初始化时把计数初值分别加载至TL0和 TH0中，当计数溢出时，不再象方式0和方式1那样需要“人工干 预”，由软件重新赋值，而是由预置寄存器TH以硬件方法自动给 计数器TL0重新加载。
高位
TMOD
GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1
低位
M0
定时/计数器1
定时/计数器0
TMOD的高4位控制定时/计数器1，低4位控制定时/计数0。 其中M1、M0定义定时/计数器的工作方式。
1）定时器方式寄存器TMOD
D7
GATE
D6
C/T
D5
M1
D4
M0
D3
GATE
D2
C/T
D1
M1
余码均计入高 8 位TH0 的初值, 则 T0
TH0=0F0H, TL0=0CH TMOD初始化: TMOD=00000000B=00H （GATE=0, C/T=0, M1=0, M0=0） TCON初始化: 启动TR0=1 IE初始化: 开放中断EA=1, 定时器T0 中断允许ET0=1
补充： 定时器/计数器应用举例
计数状态: X=M－计数值
定时状态: X=M－定时时间/Tcy 而 Tcy=12÷
•
每一种工作方式对应的最大计数值：
方式0 方式1 方式2 13位计数器 16位计数器 8位计数器
方式3
•
8位计数器
213 8192 216 65536 28 256 28 256
定时初值： 对机器周期进行计数。T：定时时间，X：初值，N：计数 器位数，f osc：系统时钟（晶振）频率，则： 12 N (2 X ) T f osc X 2N fosc /12 T 计数初值：
定时/计数器0
TMOD的高4位控制定时/计数器1，低4位控制定时/计数0。
其中M1、M0定义定时/计数器的工作方式。
1）方式0 （13位计数器）
Timer
1 0 1 1 0 1 0 0 1
Count
1
当M1、M0位置成00时，工作方式为方式0，由图这时定时/计数器的加 1计数器为13位，即TL的低5位和TH的8位。 计数脉冲源由TMOD的C/T位来决定。TL和TH的计数值由全“1”变为 全“0”时，TCON的中断溢出标志位TF置位，定时/计数器向CPU申请中 断。允许计数脉冲输入的条件是：TR0/1=1且GATE=0或/INT01=1，这些 均由软件设置。
4）方式3 （两个独立8位计数器，仅限T0）
TH0、TL0 被拆作于不 同用途
定时 器模 式 独立！
在工作方式3模式下，定时/计数器0被拆成两个独立的8位计数器TL0和 TH0。其中TL0既可以作计数器使用，也可以作为定时器使用，定时/计 数器0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完全相同。 TH0就没有那么多“资源”可利用了，只能作为简单的内部定时器使用， 而且由于定时/计数器0的控制位已被TL0占用，因此只能借用定时/计数 器1的控制位TR1和TF1，也就是以计数溢出去置位TF1，TR1则负责控 制TH0定时的启动和停止。 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0可以构成二个 定时器或者一个定时器和一个计数器。 T0工作于方式3时，T1的工作方式就不可避免受到一定的限制，因为 自己的一些控制位已被定时/计数器0借用，只能工作在方式0、方式1或 方式2下，不同的是定时/计数器1不能使用溢出标志和中断！
D0
M0
T1
T0
C/T：定时/计数器功能选择位。 1：计数器功能（对外部脉冲即负跳变计数，允许的最高计数 频率为晶振频率的1/24）； 0：定时器功能 GATE：门控制位，用于控制定时/计数器的（启动×）计数是否 受外部中断输入引脚（INT0、INT1脚）电平的影响。 GATE=0，与外部中断无关，以运行控制位TRX来启动； GATE=1，只有在没有外部中断请求信号情况下（即外部中断 引脚INTx=1），才允许计数。 M1、M0：工作方式选择
补充： 定时器/计数器应用举例
一、 方式 0 例 1 利用定时器T0产生1ms定时，并使P1.0输出周期为 2 ms的方波, 设单片机晶振频率为 6 MHz。 选用定时器 /计数器T0 作定时器, 输出为P1.0 引脚, 2 ms 的方波可由间隔 1 ms的高低电平相间而成, 因而只要每隔 1 ms对 P1.0 取反一次即可得到这个方波。 定时 1 ms的初值: 因为 机器周期=12÷6 MHz= 2 μs
所以 1 ms内T0 需要计数N次: N= 1 ms÷2 μs = 500
补充： 定时器/计数器应用举例
由此可知: 使用方式 0 的 13 位计数器即可, T0 的初值X为
X=M－N=8 192－500=7 692=1E0CH
但是, 因为 13 位计数器中, 低 8 位 TL0 只使用了 5 位, 其
定时/计数器的工作原理
定时 / 计数器中的核心部件为可预置初值计数器。预 置初值后开始计数，直至计数值归 0 或产生溢出，可申 请中断。 计数器有加 1 计数或减1计数两种形式。
内部时钟脉冲 （定时）
K1
K2 计数脉冲 可预置初值计数器
溢出信号 中断 请求
外部输入脉冲
（计数）
功能
选择
启动 控制
2）定时器控制寄存器TCON
SETB TR0；启动 定时器0
软件控制
用于外部中断（中 断系统中已介绍）
使用中断方式，作为中断请求标志位， 进入中断服务程序后硬件自动清零
3）定时器初值的确定？ 加法计数器是计满溢出时才申请中断, 所以在给 定时器/计数器赋初值时, 不能直接输入所需的计数值, 而应输入的是计数器计数的最大值与这一计数值的 差值, 设最大值为 M, 初值为 X, 则 X的计算方法如 下:
（1）T1工作在方式0
（2）T1工作在方式1
振荡器
1/12
C/T=0 C/T=1
TL1 TH1 (8位) (8位)
串行口
T1(P3.5)
（3）T1工作在方式2
（3） 定时/计数器的初始化
由于定时/计数器是可编程的，因此在进行定时或计数之前要把程 序进行初始化。初始化一般包括以下几个步骤： S1．确定工作方式—TMOD寄存器赋值。 S2．置定时/计数器的初值—直接将初值写入寄存器TH0、TL0和 TH1、TL1。 S3．根据需要，开放中断—对寄存器IE置初值。 S4．启动—使TCON寄存器中的TR1或TR0置位，置位后，加1计 数器按规定的工作方式和初值开始计数。 初值N的计算可以通过下式求得： 计数方式：N=M-计数值 定时方式时：N=M-定时值×（fosc/12）。 其中：M为加1计数器的最大值（在不同的工作方式中，M可以为 213、216或28），fosc为振荡器频率（即主振频率）。
当定时/计数器工作于定时功能且选为方式0时，应 按照定时的时间选择一个时间常数作为计数器的初值， 需要连续定时时，应在每次溢出产生中断后，在程序 （ISR）中为TL和TH 装入初值。
方式0的计数长度M为2的13次方。初值也是13位二进 制数，但要注意是高8位赋值给THx，低5位前面补足 3 个 0 凑成 8 位赋给TLx。 举例：如要求T0的计数值为1000，则初值为 x＝M－1000＝8192－1000 ＝1C18H＝1 1100 0001 1000B 则赋初值时， TH0＝ 1 1100 000B=0E0H， TL0＝ 0001 1000B =18H。
•
对外部脉冲进行计数，计数值根据要求确定。X：初值，N： 计数器位数，则 N
X 2 计数值
2
定时器/计数器的4种工作方式
SFR: 定时器方式寄存器TMOD
TMOD用于定义工作方式以及操作方式。其格式为：
高位 TMOD
GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1
低位
M0
定时/计数器1
计数初值
说明： ①当用作定时器功能时，加1计数器每经过一个机器周 期的时间加1 ，所以定时器可看作计算机器周期的计数器。 由于每个机器周期包含12个振荡信号周期，所以加1计数 器的计数脉冲频率为振荡器信号的1/12，当振荡器频率为 6MHz时计数脉冲的最高频率为500KHz，或周期为2µs。
②当用作计数器功能时，加1计数器的计数脉冲取自外 部输入引脚T0、T1（8052还有T2），只要这些引脚上有 一个从“1”到“0”的负跳变，加1计数器就加1。CPU在每 个机器周期对外部输入状态进行采样。计数器加1的执行 是在检测到跳变后的那个机器周期时刻。由于需要两个机 器周期（24个振荡信号周期）来识别一个从“1”到“0”的 负跳变，所以最大计数速率为振荡信号频率的1/24。显而 易见，为了保障外部输入状态在改变之前至少采样一次， 因此，信号必须至少保持一个完整的机器周期。
单片机与控制技术
电气学院：王欣
第6章：MCS-51的定时器/计数器
RE：
硬件编程结构及引脚[已介绍] CPU主要部件与特殊功能寄存器（SFR）[已介绍] 片内外存储器的组织结构和编址[已介绍] 并行I/O口[已介绍] 中断及中断系统[已介绍] 定时/计数器（外设） 【本次课内容！】 串行口（外设）
由M1、M0决定的定时/计数器的工作方式
M1 0 0 1 1 M0 0 1 0 1 工作方式 0 1 2 3 13位定时/计数器 16位定时/计数器 具有自动重装入的8位定时/计数器 定时器0（T0）分为2个独立的8位定时器， T1在方式3时停止工作 说明
举例：设置T1为16位的计数器对外部脉冲计数，T1启动不受 外部中断影响。则 MOV TMOD，＃50H；（0101 0000B）
2）方式1 （16位计数器）
方式1和方式0的工作原理基本相同，唯一不同是T0和T1工作 在方式1时是16位的计数/定时器 方式1时的计数长度M是2的16次方。16位的初值直接拆成高 低字节，分别送入THx和TLx即可。
3）方式2 （8位计数器，初始值自动重装）
作为计数器
保存计数初值
工作方式0和工作方式1的最大特点就是计数溢出后，计数器为 全0，因而循环定时或循环计数应用时就存在反复设置初值的问 题，这给程序设计带来许多不便，同时也会影响计时精度。
1
定时/计数器的结构
T1
T0
TF1
TF0
设定4种工作状态
图6-1 MCS-51定时器/计数器逻辑结构框图
51系列单片机中有两个特殊功能寄存器(TMOD/TCON),用于 定义定时/计数器的工作方式和控制定时/计数器的有关功能.
1）定时器方式寄存器TMOD（只能按字节地址访问！） TMOD用于定义工作方式以及操作方式。其格式为：
定时/计数器的应用
生产线上产品计数。每个产品通过得到一个脉冲信号， 计数器记录脉冲个数，当计数值与设定值相等，启动包装 机器。
检测转速。电机转动一圈发出一个脉冲，计数器记录一
秒时间内脉冲个数，显示转速。
பைடு நூலகம்
定时/计数器的作用：
（1）获取一定的时间间隔信号（即定时），或
对外部的脉冲个数进行计数。采用专用的硬件定时
MCS51单片机的定时/计数器资源
有2个(8052有3个)16位的定时/计数器，均为加1计数； 4种工作方式（16位/13位/8位/波特率），由TMOD控 制寄存器中的M1、M0位来控制 两个SFR：TMOD定义工作方式，TCON控制有关功 能 定时器的实质为对MCU片内机器周期计数，而计数器 对芯片外部引脚T0、T1上的脉冲信号个数计数。
如果设置T1工作在方式3，则T1停止工作，相当于其他方式时令TR1＝ 0。
T0工作在方式3下T1的各种工作方式
一般情况下，当T1用作串行口的波特率发生器 时， T0才工作在方式3。 T0处于方式3时， T1可定为方式0、方式1和方 式2，用来作为串行口的波特率发生器，或不 需要中断的场合。
工作方式2就针对这个问题而设置，它具有自动重装载功能，即自 动加载计数初值，所以也称为自动重加载工作方式。 在这种工作方式中，16位计数器分为两部分，即以TL0为计数器， 以TH0作为预置寄存器，初始化时把计数初值分别加载至TL0和 TH0中，当计数溢出时，不再象方式0和方式1那样需要“人工干 预”，由软件重新赋值，而是由预置寄存器TH以硬件方法自动给 计数器TL0重新加载。
高位
TMOD
GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1
低位
M0
定时/计数器1
定时/计数器0
TMOD的高4位控制定时/计数器1，低4位控制定时/计数0。 其中M1、M0定义定时/计数器的工作方式。
1）定时器方式寄存器TMOD
D7
GATE
D6
C/T
D5
M1
D4
M0
D3
GATE
D2
C/T
D1
M1
余码均计入高 8 位TH0 的初值, 则 T0
TH0=0F0H, TL0=0CH TMOD初始化: TMOD=00000000B=00H （GATE=0, C/T=0, M1=0, M0=0） TCON初始化: 启动TR0=1 IE初始化: 开放中断EA=1, 定时器T0 中断允许ET0=1
补充： 定时器/计数器应用举例
计数状态: X=M－计数值
定时状态: X=M－定时时间/Tcy 而 Tcy=12÷
•
每一种工作方式对应的最大计数值：
方式0 方式1 方式2 13位计数器 16位计数器 8位计数器
方式3
•
8位计数器
213 8192 216 65536 28 256 28 256
定时初值： 对机器周期进行计数。T：定时时间，X：初值，N：计数 器位数，f osc：系统时钟（晶振）频率，则： 12 N (2 X ) T f osc X 2N fosc /12 T 计数初值：
定时/计数器0
TMOD的高4位控制定时/计数器1，低4位控制定时/计数0。
其中M1、M0定义定时/计数器的工作方式。
1）方式0 （13位计数器）
Timer
1 0 1 1 0 1 0 0 1
Count
1
当M1、M0位置成00时，工作方式为方式0，由图这时定时/计数器的加 1计数器为13位，即TL的低5位和TH的8位。 计数脉冲源由TMOD的C/T位来决定。TL和TH的计数值由全“1”变为 全“0”时，TCON的中断溢出标志位TF置位，定时/计数器向CPU申请中 断。允许计数脉冲输入的条件是：TR0/1=1且GATE=0或/INT01=1，这些 均由软件设置。
4）方式3 （两个独立8位计数器，仅限T0）
TH0、TL0 被拆作于不 同用途
定时 器模 式 独立！
在工作方式3模式下，定时/计数器0被拆成两个独立的8位计数器TL0和 TH0。其中TL0既可以作计数器使用，也可以作为定时器使用，定时/计 数器0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完全相同。 TH0就没有那么多“资源”可利用了，只能作为简单的内部定时器使用， 而且由于定时/计数器0的控制位已被TL0占用，因此只能借用定时/计数 器1的控制位TR1和TF1，也就是以计数溢出去置位TF1，TR1则负责控 制TH0定时的启动和停止。 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0可以构成二个 定时器或者一个定时器和一个计数器。 T0工作于方式3时，T1的工作方式就不可避免受到一定的限制，因为 自己的一些控制位已被定时/计数器0借用，只能工作在方式0、方式1或 方式2下，不同的是定时/计数器1不能使用溢出标志和中断！
D0
M0
T1
T0
C/T：定时/计数器功能选择位。 1：计数器功能（对外部脉冲即负跳变计数，允许的最高计数 频率为晶振频率的1/24）； 0：定时器功能 GATE：门控制位，用于控制定时/计数器的（启动×）计数是否 受外部中断输入引脚（INT0、INT1脚）电平的影响。 GATE=0，与外部中断无关，以运行控制位TRX来启动； GATE=1，只有在没有外部中断请求信号情况下（即外部中断 引脚INTx=1），才允许计数。 M1、M0：工作方式选择
补充： 定时器/计数器应用举例
一、 方式 0 例 1 利用定时器T0产生1ms定时，并使P1.0输出周期为 2 ms的方波, 设单片机晶振频率为 6 MHz。 选用定时器 /计数器T0 作定时器, 输出为P1.0 引脚, 2 ms 的方波可由间隔 1 ms的高低电平相间而成, 因而只要每隔 1 ms对 P1.0 取反一次即可得到这个方波。 定时 1 ms的初值: 因为 机器周期=12÷6 MHz= 2 μs
所以 1 ms内T0 需要计数N次: N= 1 ms÷2 μs = 500
补充： 定时器/计数器应用举例
由此可知: 使用方式 0 的 13 位计数器即可, T0 的初值X为
X=M－N=8 192－500=7 692=1E0CH
但是, 因为 13 位计数器中, 低 8 位 TL0 只使用了 5 位, 其
定时/计数器的工作原理
定时 / 计数器中的核心部件为可预置初值计数器。预 置初值后开始计数，直至计数值归 0 或产生溢出，可申 请中断。 计数器有加 1 计数或减1计数两种形式。
内部时钟脉冲 （定时）
K1
K2 计数脉冲 可预置初值计数器
溢出信号 中断 请求
外部输入脉冲
（计数）
功能
选择
启动 控制
2）定时器控制寄存器TCON
SETB TR0；启动 定时器0
软件控制
用于外部中断（中 断系统中已介绍）
使用中断方式，作为中断请求标志位， 进入中断服务程序后硬件自动清零
3）定时器初值的确定？ 加法计数器是计满溢出时才申请中断, 所以在给 定时器/计数器赋初值时, 不能直接输入所需的计数值, 而应输入的是计数器计数的最大值与这一计数值的 差值, 设最大值为 M, 初值为 X, 则 X的计算方法如 下:
（1）T1工作在方式0
（2）T1工作在方式1
振荡器
1/12
C/T=0 C/T=1
TL1 TH1 (8位) (8位)
串行口
T1(P3.5)
（3）T1工作在方式2
（3） 定时/计数器的初始化
由于定时/计数器是可编程的，因此在进行定时或计数之前要把程 序进行初始化。初始化一般包括以下几个步骤： S1．确定工作方式—TMOD寄存器赋值。 S2．置定时/计数器的初值—直接将初值写入寄存器TH0、TL0和 TH1、TL1。 S3．根据需要，开放中断—对寄存器IE置初值。 S4．启动—使TCON寄存器中的TR1或TR0置位，置位后，加1计 数器按规定的工作方式和初值开始计数。 初值N的计算可以通过下式求得： 计数方式：N=M-计数值 定时方式时：N=M-定时值×（fosc/12）。 其中：M为加1计数器的最大值（在不同的工作方式中，M可以为 213、216或28），fosc为振荡器频率（即主振频率）。
当定时/计数器工作于定时功能且选为方式0时，应 按照定时的时间选择一个时间常数作为计数器的初值， 需要连续定时时，应在每次溢出产生中断后，在程序 （ISR）中为TL和TH 装入初值。
方式0的计数长度M为2的13次方。初值也是13位二进 制数，但要注意是高8位赋值给THx，低5位前面补足 3 个 0 凑成 8 位赋给TLx。 举例：如要求T0的计数值为1000，则初值为 x＝M－1000＝8192－1000 ＝1C18H＝1 1100 0001 1000B 则赋初值时， TH0＝ 1 1100 000B=0E0H， TL0＝ 0001 1000B =18H。
•
对外部脉冲进行计数，计数值根据要求确定。X：初值，N： 计数器位数，则 N
X 2 计数值
2
定时器/计数器的4种工作方式
SFR: 定时器方式寄存器TMOD
TMOD用于定义工作方式以及操作方式。其格式为：
高位 TMOD
GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1
低位
M0
定时/计数器1
计数初值
说明： ①当用作定时器功能时，加1计数器每经过一个机器周 期的时间加1 ，所以定时器可看作计算机器周期的计数器。 由于每个机器周期包含12个振荡信号周期，所以加1计数 器的计数脉冲频率为振荡器信号的1/12，当振荡器频率为 6MHz时计数脉冲的最高频率为500KHz，或周期为2µs。
②当用作计数器功能时，加1计数器的计数脉冲取自外 部输入引脚T0、T1（8052还有T2），只要这些引脚上有 一个从“1”到“0”的负跳变，加1计数器就加1。CPU在每 个机器周期对外部输入状态进行采样。计数器加1的执行 是在检测到跳变后的那个机器周期时刻。由于需要两个机 器周期（24个振荡信号周期）来识别一个从“1”到“0”的 负跳变，所以最大计数速率为振荡信号频率的1/24。显而 易见，为了保障外部输入状态在改变之前至少采样一次， 因此，信号必须至少保持一个完整的机器周期。
单片机与控制技术
电气学院：王欣
第6章：MCS-51的定时器/计数器
RE：
硬件编程结构及引脚[已介绍] CPU主要部件与特殊功能寄存器（SFR）[已介绍] 片内外存储器的组织结构和编址[已介绍] 并行I/O口[已介绍] 中断及中断系统[已介绍] 定时/计数器（外设） 【本次课内容！】 串行口（外设）
由M1、M0决定的定时/计数器的工作方式
M1 0 0 1 1 M0 0 1 0 1 工作方式 0 1 2 3 13位定时/计数器 16位定时/计数器 具有自动重装入的8位定时/计数器 定时器0（T0）分为2个独立的8位定时器， T1在方式3时停止工作 说明
举例：设置T1为16位的计数器对外部脉冲计数，T1启动不受 外部中断影响。则 MOV TMOD，＃50H；（0101 0000B）
2）方式1 （16位计数器）
方式1和方式0的工作原理基本相同，唯一不同是T0和T1工作 在方式1时是16位的计数/定时器 方式1时的计数长度M是2的16次方。16位的初值直接拆成高 低字节，分别送入THx和TLx即可。
3）方式2 （8位计数器，初始值自动重装）
作为计数器
保存计数初值
工作方式0和工作方式1的最大特点就是计数溢出后，计数器为 全0，因而循环定时或循环计数应用时就存在反复设置初值的问 题，这给程序设计带来许多不便，同时也会影响计时精度。
1
定时/计数器的结构
T1
T0
TF1
TF0
设定4种工作状态
图6-1 MCS-51定时器/计数器逻辑结构框图
51系列单片机中有两个特殊功能寄存器(TMOD/TCON),用于 定义定时/计数器的工作方式和控制定时/计数器的有关功能.
1）定时器方式寄存器TMOD（只能按字节地址访问！） TMOD用于定义工作方式以及操作方式。其格式为：
定时/计数器的应用
生产线上产品计数。每个产品通过得到一个脉冲信号， 计数器记录脉冲个数，当计数值与设定值相等，启动包装 机器。
检测转速。电机转动一圈发出一个脉冲，计数器记录一
秒时间内脉冲个数，显示转速。
பைடு நூலகம்
定时/计数器的作用：
（1）获取一定的时间间隔信号（即定时），或
对外部的脉冲个数进行计数。采用专用的硬件定时