单片机定时器/计数器的结构

LinkedIn定时器/计数器的结构

定时器/计数器的实质是加1计数器（16位），由高8位和低8位两个寄存器组成。TMOD是定时器/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能;TCON是控制寄存器，控制T0、T1的启动和停止及设置溢出标志。

定时器/计数器的工作原理

计数器输入的计数脉冲源

系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后产生;

T0或T1引脚输入的外部脉冲源。

计数过程

每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器为全1（即FFFFH）时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU发出中断请求（定时器/计数器中断允许时）。如果定时器/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到;如果工作于计数模式，则表示计数值已满。

定时应用

用作定时器：此时设置为定时器模式，加1计数器是对内部机器周期计数（1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12）。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t 。

计数运用

用作计数器：此时设置为计数器模式，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。每来一个外部脉冲，计数器加1。但单片机对外部脉冲有基本要求：脉冲的高低电平持续时间都必须大于1个机器周期。

工作方式寄存器（TMOD）

GATE：门控位。

GATE=0时，只要用软件使TCON中的TR0或TR1为1，就可以启动定时器/计数器工作;（即需要一个启动条件）

GATE=1时，要用软件使TR0或TR1为1，同时外部中断引脚也为高电平时，才能启动定时器/计数器工作，即需要两个启动条件。

C/T ：定时/计数模式选择位。

C/T =0为定时模式; C/T =1为计数模式。

M1M0：工作方式设置位。

计数器工作方式选择

M1 M0 工 作 方 式 功 能 说 明

0 0 方式0 13位计数器

0 1 方式1 16位计数器

1 0 方式2 自动重装8位计数器

1 1 方式3 定时器0：分成两个8位［page］

定时器1：停止计数

定时器/计数器的控制

控制寄存器TCON

TCON的低4位用于控制外部中断，已在前面介绍。TCON的高4位用于控制定时器/计数器的启动和中断申请。其格式如下：

TF1（TCON.7）：T1溢出中断请求标志位。T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1。CPU响应中断后TF1由硬件自动清0。TR1（TCON.6）：T1起/停控制位。1：启动 0：停止

TF0（TCON.5）：T0溢出中断请求标志位，其功能与TF1类同。

TR0（TCON.4）：T0起/停控制位。1：启动 0：停止

定时器/计数器的工作方式

方式0

方式0为13位计数，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位组成TL0的低5位溢出时向TH0进位，TH0溢出时，置位TCON中的TF0标志，向CPU发出中断请求。

方式1

方式1的计数位数是16位，由TL0（TL1）作为低8位、TH0（TH1）作为高8位，组成了16位加1计数器 。

方式2

方式2为自动重装初值的8位计数方式。

在方式2下，当计数器计满255（FFH）溢出时，CPU自动把TH 的值装入TL中，不需用户干预。因此特别适合于用作较精确的脉冲信号发生器。

方式3

方式3只适用于定时器/计数器T0，定时器T1方式3时相当于TR1=0，停止计数。

工作方式3将T0分成为两个独立的8位计数器TL0和TH0 。

TMOD和TCON

AT89S52的定时器/计数器是一种可编程部件，在定时器/计数器开始工作之前，CPU必须将一些命令（控制字）写入定时/计数器。

例如：选择哪一个定时器/计数器在何种工作方式下工作？

是用作定时器计时功能还是用作计数器的计数功能？

是否启动定时器/计数器的运行？

……

这些设置的功能是通过对特殊功能寄存器TMOD和TCON的设置来实现。在初始化过程中，要将工作方式控制字写入方式寄存器（初始化工作的一部分），工作状态字写入控制寄存器，CPU就会按设定的工作方式独立运行。

1．定时器/计数器方式寄存器TMOD

定时器/计数器方式控制寄存器TMOD在特殊功能寄存器中，字节地址为89H。TMOD不能进行位寻址，只能用字节传送指令设置定时器工作方式，低半字节定义为定时器/计数器0，高半字节定义为定时器/计数器1。复位时，TMOD所有位均为0。TMOD的格式

如下表所示。

M1、M0：工作方式选择位。用来定义定时器/计数器的四种工作方式。

C/：功能选择位：C/位为定时器方式或计数器方式选择位。C/=1时，为计数器方式；C/=0时，为定时器方式。

GATE：门控制位，确定定时器的开启与关闭。当GATE=0时，只要定时器控制寄存器TCON中的TR0（或TR1）被置1时，T0（或T1）被允许开始计数（TCON各位含义见后面叙述）。

当GATE=1时，外部中断引脚或的输入电平控制T0或T1的开启与关闭。

2．定时器/计数器控制寄存器TCON

TCON是T0和T1的控制寄存器，它同时也用来锁存T0、T1的溢出中断请求源和外部中断请求源。TCON寄存器复位时为00H，可以进行位寻址。定时器/计数器控制寄存器TCON字节地址为88H。TCON寄存器各位定义如下表

TCON中各标志位的功能是：

TF1（D7）：定时器1溢出标志位。当T1计满溢出时，由硬件使TF1置1，申请中断。进入中断服务程序后，由硬件自动清0，在查询方式下用软件清0。

TR1（D6）：定时器1运行控制位。TR1置1，启动定时器1；TR1置0则停止工作。TR1由软件置1或清零

TF0（D5）：定时器0溢出标志。其功能及操作情况同TF1。

TR0（D4）：定时器0运行控制位。其功能及操作情况同TR1。

IE1（D3）：外部中断1中断请求标志。IT1=1时，外部中断1引脚上的电平由1变0时，IE1由硬件置位，外部中断1请求中断。当CPU响应中断并转向该中断服务程序执行时，由内部硬件自动清0。

IT1（D2）：外部中断1（）电平触发方式或者脉冲触发方式控制位。IT1=1时，外部中断1为负边沿触发方式，引脚上的电平从高到低负跳变有效。IT1=0时，外部中断1为电平触发方式。上输入低电平有效。

IE0（D1）：外部中断0中断请求标志。如果IT0置1，则当上的电平由1变0时，IE0由硬件置位。在CPU把控制转到中断服务程序时由硬件使IE0复位。

IT0（D0）：外部中断源0触发方式控制位，其含义同IT1。

3．TMOD和TCON的控制功能可以通过一个具体的电路结构来加强理解

图3TMOD和TCON控制功能的实现

在图3中，清楚的表示了TMOD和TCON中的控制位对工作方式、定时/计数模式、启动、溢出中断的控制的实现。