第9課 定時器

1、定時器/計數(shù)器概述

51單片機內(nèi)部共有兩個定時器/計數(shù)器模塊T0和T1,對于52單片機內(nèi)部又增加了定時器T3。它們即具有定時功能，也可以作計數(shù)功能，可以通過相應(yīng)的寄存器進行設(shè)置。但不論是用于定時功能還是計數(shù)功能，其基本原理都是一樣的，如圖1所示為定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖，內(nèi)部為一個加1計數(shù)器，由高8位TH0(或TH1)和低8位TL0(或TL1)兩個計數(shù)寄存器組成。TMOD是定時器/計數(shù)器的工作模式和工作方式寄存器，用來確定是處于定時模式還是計數(shù)模式以及何種工種方式，這個后面講解寄存器的時會講到。TCON為控制寄存器，用來控制定時器/計數(shù)器的啟動、停止及溢出標(biāo)志等的設(shè)置。

圖1 定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖

工作原理如圖的所示，加1計數(shù)器相當(dāng)于一個裝數(shù)的容器，每來一個脈沖自動加1，當(dāng)數(shù)裝滿后便自動溢出，如果此時設(shè)置的中斷，CPU便會停止當(dāng)前正在執(zhí)行的工作，去執(zhí)行中斷函數(shù)內(nèi)的程序。這里也可以形象把計數(shù)器看作一個裝水的水桶，每來一滴水，水桶的水便會增加一點，當(dāng)水裝滿了后，便會溢出。

加1計數(shù)器的計數(shù)脈沖有兩個來源，一個是由系統(tǒng)時鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)過12分頻后送來，一個是由外部引腳T0(P34引腳)和T1(P35引腳)送來的外部脈沖（通常為下降沿），前者主要用于定時，后者主要用于計數(shù)。每來一個脈沖時，計數(shù)器會自動加1，當(dāng)加到全為1時，再來一個脈沖，計數(shù)器便會自動清0，且計數(shù)器此時會溢出并使TCON寄存器中的TF0和TF1置1，如果此時設(shè)置了定時器中斷允許，便會自動的向CPU發(fā)出中斷請求。

圖2 定時器/計數(shù)器的工作原圖

可能大家還是不明白，這樣為什么就可以用來進行定時和計數(shù)呢，這里我們以通俗的例子解釋一下定時，還是以水桶裝水為例，假設(shè)水桶開始一滴水都沒有（相當(dāng)于計數(shù)器內(nèi)部全為0），此時來一滴水（相當(dāng)于來一個脈沖），水桶的水便會增加一滴（相當(dāng)于計數(shù)器自動加1），而水桶的容積是規(guī)定了的（相當(dāng)于計數(shù)器最大計數(shù)值），水桶的水總會有滿的時候（相當(dāng)于計數(shù)器加到全部為1），此時假設(shè)每來一滴水的時間我們知道或者人為可以設(shè)置，水桶從一滴水沒有到全部裝滿就會有一個時間，這個就是定時時間值。

也就是說，我們?nèi)绻烂縼硪粋€脈沖相應(yīng)的時間t，又知道加1計數(shù)器最大可以裝多少數(shù)n，我們就可以知道這個時間值T，即T=nt。而這個T的時間通常是固定的，實際應(yīng)用時需要不同的定時時間，我們可以采用預(yù)先在計數(shù)器內(nèi)裝一定的初值（相當(dāng)于在水桶內(nèi)先裝一些水），然后在這個初值的基本上再來相應(yīng)脈沖，計數(shù)器自動加1，一直到溢出，我們就可以得到任意想要的定時時間。

從圖2中我們還可以看出，定時器/計數(shù)器還有一個控制開關(guān)，此開關(guān)可以控制定時器計數(shù)器相應(yīng)的啟動和停止。而此開關(guān)的開閉主要是由圖2左下部的TRX 、GATE等信號共同作用，這里都是門電路，可以由數(shù)電的知道解釋，因為比較簡單，這里我就不作說明，后面結(jié)合的相關(guān)的寄存器進行介紹。

2、定時器/計數(shù)器相關(guān)寄存器

與定時器/計數(shù)器相關(guān)的寄存器主要有兩個（編程時如涉及到中斷，還要用到中斷相關(guān)的寄存器，前面已經(jīng)講可），一個是工作模式及工作方式設(shè)置寄存器TMOD，一個就是跟控制有關(guān)（就是圖2中開關(guān)的設(shè)置有關(guān)的）寄存器TCON，下面分別對其進行介紹。

注意:對單片機內(nèi)部寄存器的說明相當(dāng)于對結(jié)構(gòu)原理的解釋，所以在單片機內(nèi)部功能模塊看不明白時，也可以借助相關(guān)寄存器的說明加以理解。

（1）定時器工作模式及工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時/計數(shù)器的工作模式及工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：

GATE：門控位。GATE＝0時，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動定時/計數(shù)器工作；GATA＝1時，要用軟件使TR0或TR1為1，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時/計數(shù)器工作。即此時定時器的啟動多了一條件。

C/T :定時/計數(shù)模式選擇位。C/T＝0為定時模式；C/T =1為計數(shù)模式。

M1M0：工作方式設(shè)置位。定時/計數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進行設(shè)置。具體說明如下表：

（2）定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON

TCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時/計數(shù)器的啟動和中斷申請。其格式如下：

TF1（TCON.7）：T1溢出中斷請求標(biāo)志位。T1計數(shù)溢出時由硬件自動置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動清0。T1工作時，CPU可隨時查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測試的標(biāo)志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。

TR1（TCON.6）：T1運行控制位。TR1置1時，T1開始工作；TR1置0時，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時/計數(shù)器的啟動與停止。

TF0（TCON.5）：T0溢出中斷請求標(biāo)志位，其功能與TF1類同。

TR0（TCON.4）：T0運行控制位，其功能與TR1類同。