51单片机定时/计数器详解（工作原理及模式、应用）

陈RQING 2018-04-26 143207

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描述

51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。本文主要介绍51单片机定时/计数器，首先介绍了51单片机定时/计数器的工作原理，其次介绍了51单片机定时/计数器的工作模式，最后阐述了51单片机定时/计数器的应用，具体的跟随小编一起来了解一下吧。

51单片机的定时/计数器的概念

单片机中，脉冲计数与时间之间的关系十分密切，每输入一个脉冲，计数器的值就会自动累加1，只要相邻两个计数脉冲之间的时间间隔相等，则计数值就代表了时间的流逝，因此，单片机中的定时器和计数器其实是同一个物理的电子元件，只不过计数器记录的是单片机外部发生的事情（接受的是外部脉冲），而定时器则是由单片机自身提供的一个非常稳定的计数器，这个稳定的计数器就是单片机上连接的晶振部件;MCS-51单片机的晶振经过12分频之后提供给单片机稳定脉冲;晶振的频率是非常准确的，所以单片机的计数脉冲之间的时间间隔也是非常准确的。

51单片机的定时/计数器的工作原理

加1计数器输入的计数脉冲有两个来源，一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；一个是T0或T1引脚输入的外部脉冲源。

作为定时器使用时，定时器计数8051单片机片内振荡器输出经过12分频后的脉冲个数，即：每个机器周期使定时器T0/T1的寄存器值自动累加1，直到溢出，溢出后继续从0开始循环计数;所以，定时器的分辨率是时钟振荡频率的1/12;

作为计数器使用时，通过引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）对外部脉冲信号进行计数，当输入的外部脉冲信号发生从1到0的负跳变时，计数器的值就自动加1由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时，最高计数频率不超过1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于2微秒。;计数器的最高频率一般是时钟振荡频率的1/24;

由此可知，不论是定时器还是计数器工作方式，定时器T0和T1均不占用CPU的时间，除非定时器/计数器T0和T1溢出，才可能引起CPU中断，转而去执行中断处理程序。所以说，定时器/计数器是单片机中效率高而工作灵活的部件。

51单片机定时器工作原理图：

51单片机

由上图可见与定时器相关的寄存器主要有下面这几个：TMOD、 TCON、 TL0、TH0、TL1、TH1。下面介绍一下这几个寄存器

16位加法计数器：

51单片机

是定时计数器的核心，其中 TL0、TH0、是定时计数器0的底八位和高八位；TL1、TH1是定时计数器1的底八位和高八位；并且高八位和底八位可单独使用。16位加法计数器主要是在设置定时计数器的初值时候使用

TMOD定时器工作模式及方式寄存器

51单片机

GATE ：定时操作开关控制位，当GATE=1时，INT0或INT1引脚为高电平，同时TCON中的TR0或TR1控制位为1时，计时/计数器0或1才开始工作。若GATE=0，则只要将TR0或TR1控制位设为1，计时/计数器0或1就开始工作。

C/T ：定时器或计数器功能的选择位。C/T=1为计数器，通过外部引脚T0或T1输入计数脉冲。C/T=0时为定时器，由内部系统时钟提供计时工作脉冲。

M1 M0：T0、T1工作模式选择位

51单片机

TCON定时器控制寄存器

51单片机

TF1：定时器T1溢出标志，可由程序查询和清零，TF1也是中断请求源，当CPU响应T1中断时由硬件清零。

TF0：定时器T0溢出标志，可由程序查询和清零，TF0也是中断请求源，当CPU响应T0中断时由硬件清零。

TR1：T1充许计数控制位，为1时充许T1计数（定时）。

TR0：T0充许计数控制位，为1时充许T0计数（定时）。

IE1：外部中断1请示源（INT1，P3.3）标志。IE1＝1，外部中断1正在向CPU请求中断，当CPU响应该中断时由硬件清“0”。

IT1：外部中断源1触发方式控制位。此位为1设置为底电平触发，为0设置为下降沿触发。

IE0：外部中断0请示源（INT0，P3.2）标志。IE0＝1，外部中断1正在向CPU请求中断，当CPU响应该中断时由硬件清“0”。

IT0：外部中断源0触发方式控制位。此位为1设置为底电平触发，为0设置为下降沿触发。

51单片机定时器4种工作模式

工作模式0：

由TL0的低5位和TH0的全部8位共同构成一个13位的定时器/计数器，定时器/计数器启动后，定时或计数脉冲个数加到TL0上，从预先设置的初值（时间常数）开始累加，不断递增1，当 TL0计满后，向TH0进位，直到13位寄存器计满溢出，TH0溢出时，置位TCON中的TF0标志，向CPU发出中断请求。并且定时器/计数器硬件会自动地把13位的寄存器值清0，如果需要进一步定时/计数，需要使用相关指令重置时间常数，并把定时器/计数器的中断标记TF0置0。

工作模式1：最常用的定时器工作模式

模式1与模式0几乎完全相同，唯一的区别就是，模式1中的寄存器TH0和TL0共同构成的是一个16位定时器/计数器来参与操作，因此比模式0中的定时/计数范围更大

51单片机

工作模式2：工作方式2特别适合于用作较精确的脉冲信号发生器。

这种模式又称为自动再装入预置数模式。有时候，我们的定时/计数操作是需要多次重复定时/计数的，如果溢出时不做任何处理，那么，在第二轮定时/计数时就是从0开始定时/计数了，而这并不是我们想要的。所以，要保证每次溢出之后，再重新开始定时/计数的操作是我们想要的，那就要把预置数（时间常数）重新装入某个地方，而重新装入预置数的操作是硬件设备自动完成的，不需要人工干预，所以这种工作模式就叫自动再装入预置数方式。在工作模式2中，把自动重装入的预置数存放在定时器/计数器的寄存器的高8位中，也就是存放在TH0中，而只留下TL0参与定时/计数操作。

这个工作模式常用于波特率发生器（串口通讯），T1工作在串口模式2;用于这种方式时，定时器就是为了提供一个时间基准;计数溢出之后，不需要做太多的事情，只做一件事就可以，就是重新装入预置数，再开始重新计数，而且中间不需要任何延时。

51单片机

工作模式3：

方式3只适用于定时/计数器T0，定时器T1处于方式3时相当于TR1=0，停止计数由于定时器/计数器T1没有工作模式3，如果把定时器/计数器T0设置为工作模式3，那么TL0和TH0将被分割成两个相互独立的8位定时器/计数器。

51单片机

51单片机的定时/计数器的应用

在protues下搭建仿真环境：

51单片机

在这里介绍一下定时器初值的设定：

工作方式0:13位定时器/计数器工作模式，最多可计数2的13次方次，即：8192次

工作方式1:16位定时器/计数器工作模式，最多可计数2的16次方次，即：65536次

工作方式2:8位定时器/计数器工作模式，最多可计数2的8次方次，即：256次，

工作方式3:8位定时器/计数器工作模式，最多可计数2的8次方次，即：256次

以12M晶振为例：每秒钟可以执行1000000次机器周期个机器周期。而定时器每次溢出最多65536 个机器周期。

那么对12MHz的晶振来讲

1个机器周期 1us （ 12/fosc = 1us）

方式0 13位定时器最大时间间隔 = 2^13 = 8.192ms

方式1 16位定时器最大时间间隔 = 2^16 = 65.536ms

方式2 8位定时器最大时间间隔 = 2^8 = 0.256ms =256 us

方式3 8位定时器最大时间间隔 = 2^8 = 0.256ms =256 us

以上是对定时器定时的最大时间间隔做一个说明，下面具体说明怎么计算初值（小于最大时间间隔）假如定时10ms那么的定时器初值计算如下：

－当使用12M晶振，12MHz除12为1MHz，也就是说一秒=1000000次机器周期。10ms=10000次机器周期。

预置数的计算公式：预置数=最大值-需要计数的次数;（65536-10000）

再将预置数装入16位定时计数器，如下：

TH0=（65536-10000）/256

TL0=（65536-10000）%256

－当使用11.0592M晶振，11.0592MHz除12为921600Hz，就是一秒921600次机器周期，10ms=9216次机器周期。

预置数的计算公式：预置数=最大值-需要计数的次数;（65536-9216）

再将预置数装入16位定时计数器，如下：

TH0=（65536-9216）/256

TL0=（65536-9216）%256

介绍完初值的确定，下面介绍定时器最常见的两种用法

定时：定时计数器作为定时器使用，配置步骤如下：

1.模式设置，配置TMOD寄存器

2.定时器初值设置假设10ms中断

3.开定时器中断

4.开总中断

5.打开定时器

通过以上5步就打开了一个定时器，定时器没10毫秒发起一次中断，即没10毫秒进入一次中断服务程序

示例程序如下：

#include《reg51.h》

sbit led=P1^0;

unsigned int flag;

void main（）

{

TMOD=0x01;//1.模式设置，00000001，采用的是定时器0，工作与式1（M1=0，M0=1）。

TH0=（65536-10000）/256; //2.定时器设置，每隔10毫秒发起一次中断。

TL0=（65536-10000）%256;

ET0=1; //3.开定时器0中断

EA = 1; //4.开总中断

TR0=1; //5.打开定时器

while（1）

{

if（flag==100）

{

led=~led;

flag=0;

}

void TIM0（） interrupt 1 //中断服务程序

{

TH0=（65536-10000）/256; //进入中断要重新设置定时器处置，要注意。

TL0=（65536-10000）%256;

flag++;

}1234567891011121314151617181920212223242526272829

计数：定时计数器作为计数器使用，配置步骤如下：

1.模式设置，配置TMOD寄存器。

2.开计数器中断

3.开总中断

4.打开计数器

通过这简单的四步，我们就打开了一个计数器，可以对P3.4或者P3.5进行下降沿的脉冲计数，这里有一点要注意就是计数器可以不开中断，这样溢出时只是不会进去中断服务程序。

示例程序如下：

#include《reg51.h》

sbit led=P1^0;

sbit s=P3^4;

unsigned int count;

void main（）

{

TMOD=0x05; //1.模式设置，00000101，采用的是计数器0，工作模式1（M1=0，M0=1）。

TH0=0; //计数器清零

TL0=0;

ET0=1; //2.开计数器0中断

EA=1; //3.开总中断

TR0=1; //4.打开计数器

led=1;

while（1）

{

count=（TH0《《8）|TL0;

if（（count*10000）==50000）//按5下按键led状态取反

{

led=0;

TH0=0XFF;

TL0=0XFF; //人为的让计数器进入中断

}

void TIM0（） interrupt 1 //中断服务程序

{

led=1;

TH0=0;

TL0=0;

}

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