51單片機定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)和原理

　　T0由2個定時寄存器TH0和TL0構(gòu)成，T1則由TH1和TL1構(gòu)成，它們都分別映射在特殊功能寄存器中，從而可以通過對特殊功能寄存器中這些寄存器的讀寫來實現(xiàn)對這兩個定時器的操作。作定時器時，每一個機器周期定時寄存器自動加l，所以定時器也可看作是計量機器周期的計數(shù)器。由于每個機器周期為12個時鐘振蕩周期，所以定時的分辨率是時鐘振蕩頻率的1/12。作計數(shù)器時，只要在單片機外部引腳T0(或T1)有從1到0電平的負跳變，計數(shù)器就自動加1。計數(shù)的最高頻率一般為振蕩頻率的l/24。

　　工作方式：

　　T0或T1無論用作定時器或計數(shù)器都有4種工作方式：方式0、方式1、方式2和方式3。除方式3外，T0和T1有完全相同的工作狀態(tài)。下面以T1為例，分述各種工作方式的特點和用法。

　　1、工作方式0：

　　13位方式由TL1的低5位和TH1的8位構(gòu)成13位計數(shù)器(TL1的高3位無效)。工作方式0的結(jié)構(gòu)見下圖：

　　圖中，C/T為定時/計數(shù)選擇：C/T=0，T1為定時器，定時信號為振蕩周期12分頻后的脈沖;C/T=l，T1為計數(shù)器，計數(shù)信號來自引腳T1的外部信號。

　　定時器T1能否啟動工作，還受到了R1、GATE和引腳信號INT1的控制。由圖中的邏輯電路可知，當GATE=0時，只要TR1=1就可打開控制門，使定時器工作;當GATE=1時，只有TR1=1且INT1=1，才可打開控制門。GATE，TR1，C/T的狀態(tài)選擇由定時器的控制寄存器TMOD，TCON中相應位狀態(tài)確定，INT1則是外部引腳上的信號。

　　在一般的應用中，通常使GATE=0，從而由TRl的狀態(tài)控制Tl的開閉：TRl=1，打開T1;TRl=0，關(guān)閉T1。在特殊的應用場合，例如利用定時器測量接于INT1引腳上的外部脈沖高電平的寬度時，可使GATE=1，TRl=1。當外部脈沖出現(xiàn)上升沿，亦即INT1由0變1電平時，啟動T1定時，測量開始;一旦外部脈沖出現(xiàn)下降沿，亦即INT1由l變O時就關(guān)閉了T1。

　　定時器啟動后，定時或計數(shù)脈沖加到TLl的低5位，從預先設置的初值(時間常數(shù))開始不斷增1。TL1計滿后，向THl進位。當TL1和THl都計滿之后，置位T1的定時器回零標志TFl，以此表明定時時間或計數(shù)次數(shù)已到，以供查詢或在打開中斷的條件下，可向CPU請求中斷。如需進一步定時/計數(shù)，需用指令重置時間常數(shù)。

　　2、工作方式1：

　　16位方式。與工作方式0基本相同，區(qū)別僅在于工作方式1的計數(shù)器TL1和TH1組成16位計數(shù)器，從而比工作方式0有更寬的定時/計數(shù)范圍。工作方式1的結(jié)構(gòu)見下圖。

　　3、工作方式2

　　8位自動裝入時間常數(shù)方式。由TLl構(gòu)成8位計數(shù)器，THl僅用來存放時間常數(shù)。啟動T1前，TLl和THl裝入相同的時間常數(shù)，當TL1計滿后，除定時器回零標志TFl置位，具有向CPU請求中斷的條件外，THl中的時間常數(shù)還會自動地裝入TLl，并重新開始定時或計數(shù)。所以，工作方式2是一種自動裝入時間常數(shù)的8位計數(shù)器方式。由于這種方式不需要指令重裝時間常數(shù)，因而操作方便，在允許的條件下，應盡量使用這種工作方式。當然，這種方式的定時/計數(shù)范圍要小于方式0和方式1。工作方式2的結(jié)構(gòu)見下圖.

　　4、工作方式3

　　2個8位方式。工作方式3只適用于定時器0。如果使定時器1為工作方式3，則定時器1將處于關(guān)閉狀態(tài)。

　　當T0為工作方式3時，THo和TL0分成2個獨立的8位計數(shù)器。其中，TL0既可用作定時器，又可用作計數(shù)器，并使用原T0的所有控制位及其定時器回零標志和中斷源。TH0只能用作定時器，并使用T1的控制位TRl、回零標志TFl和中斷源，見下圖。

　　通常情況下，T0不運行于工作方式3，只有在T1處于工作方式2，并不要求中斷的條件下才可能使用。這時，T1往往用作串行口波特率發(fā)生器(見1.4)，TH0用作定時器，TL0作為定時器或計數(shù)器。所以，方式3是為了使單片機有1個獨立的定時器/計數(shù)器、1個定時器以及1個串行口波特率發(fā)生器的應用場合而特地提供的。這時，可把定時器l用于工作方式2，把定時器0用于工作方式3。