51单片机定时器和计数器

8051单片机内部有两个定时/计数器T0及T1，具有定时和计数两种功能。T0及T1在计数过程中不需要CPU参与，也不影响CPU的其他工作。当计数溢出后，定时/计数器给出中断信号，申请CPU停止当前的工作，去处理预先设定的中断事件。

一、T1内部结构

定时器工作模式:对内部时钟信号计数。由于时钟频率是定值，所以可根据计数值计算出定时时间。

计数器工作模式：是对加在T1（P3.5）引脚上的外部脉冲进行计数。

二、计数功能

计数器用于统计从TO(P3.4)和Tl(P3.5)两个引脚输入脉冲的负跳变数量。负跳变是指前一个机器周期采样为高电平，后一个机器周期为低电平。每输入一个脉冲负跳变，计数器加1。

输入脉冲的高电平与低电平至少应保持一个机器周期时间，以确保正确采样，因此输入脉冲的频率最高为单片机内部脉冲频率的一半。如果内部脉冲频率为1 MHZ，则最高计数频率为0.5 MHz。

三、定时功能

定时功能是单片机通过对内部机器脉冲信号计数实现的，计数值乘以机器周期就是相应的时间。例如，如果单片机采用12 MHz的晶振，则机器内部脉冲频率为1 MHz，则机器周期为1us，若共计数1000，则用时为1ms时间。

四、工作方式

工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD用于控制定时/计数器的工作方式和工作模式，长度为一个字节，只能按字节整体赋值。

(1)Ml和M0用于设置TO(T1)的工作方式。

(2)C/T用于设置TRO(TR1)是工作于计数器或定时器模式。

C/T—计数器模式和定时器模式选择位

0：定时器工作模式，对单片机的晶体振荡器12分频后的脉冲进行计数。

1：计数器工作模式，计数器对外部输入引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脉冲（负跳变）计数。

(3)GATE（门控制位）用于设置TO(T1)的启动方式。

GATE—门控位。

0：仅由运行控制位TRx（x =0，1）来控制定时器/计数器运行。

1：用外中断引脚INT0（或INT1 ）上的电平与运行控制位TRx共同来控制定时器/计数器运行。

例：设定时器1为定时工作方式，按方式2工作，定时器0为计数方式，按方式1工作，均由程序单独控制启动和停止，请给出TMOD控制字。

解：

定时器1做定时器使用则D6=0；按方式2工作则D5=1，D4=0；
由程序单独控制启停则D7=0 。
定时器0做计数器使用则D2=1；按方式1工作则D0=0，D1=1；
由程序单独控制启停则D3=0。
因此命令字TMOD的值应为00100101B，即25H。

定时器控制寄存器TCON (Timer controller)

TCON也是8位寄存器，与TMOD不同的是它可按位单独赋值,其各位的意义见下表。

1、TF1、TF0—计数溢出标志位。

当计数器计数溢出时，该位置“1”。

使用中断方式时，此位作为中断请求标志位，标志位由硬件自动清“0”。使用查询方式时，应注意查询有效后使用软件及时将该位清“0”。

2、TR1、TR0—计数运行控制位。

TR1位（或TR0位）=1，启动定时器/计数器工作的必要条件。

TR1位（或TR0位）=0，停止定时器/计数器工作。

4.1、工作方式0

方式0是13位的定时/计数器，它由TL的低5位和TH的8位构成。

4.2、工作方式1

方式1是16位的定时/计数器，由TH的8位和TL的8位构成。方式0和方式1的工作原理基本相同。

方式0和方式1的特点：

T1启动后，在TL1和TH1中存储的计数初值基础上进行加“1”计数，直至溢出。溢出时T1寄存器被清零，TF1被置位，并申请中断。此后，若T1重新启动，则从零重新开始计数。若希望T1从某一数值开始计数，则应给计数器赋初值。

若所需计数长度为N，则计数初值X=2M-N(1≤N≤2M)，其中当工作于方式0时，M=13，当工作于方式1时，M=16。在为计数器赋初值时，应将初值拆成高低两部分字节，分别送入TL1和TH1。

实例：欲采用8051单片机控制8个LED同时以1s为周期闪烁，设计电路原理图并编写程序。

设置定时/计数器的过程：

1）先初始化工作方式寄存器TMOD

2)为定时/计数器赋初值

3)通过控制寄存器TCON中的TRO或TRl实现启动或停止。

#include                  //  将8051单片机头文件包含到文件中
main(void )
{
    unsigned char counter;   //设置无符号字符型变量，存储定时器中断次数。
     TMOD=0x01; //设T0为定时模式，由TR0控制启动和停止，且工作于方式1
  TH0=(65536-46083)/256;         //初始化T0的高8位
  TL0=(65536-46083)%256;        //初始化T0的低8位
  TF0=0;                       //初始化定时器溢出标志
  P0=0xff;                      //关闭LED
    counter=0;                    //从0开始计数  
    TR0=1;                       //启动定时器0
   while(1)
    {
     while(TF0==1)              //如果定时器溢出
    {
          counter++;              //计时次数加1
          if(counter==20)          //计时时间达到1s
           {
             P0=~P0;                // P0所有位取反，使LED闪烁              
             counter=0;              //重新从0开始计数
           }
            TH0=(65536-46083)/256;  //重新初始化T0的高8位
            TL0=(65536-46083)%256; //重新初始化T0的低8位
            TF0=0;                 //重新初始化定时器溢出标志
       }
    }
}

方式0和方式1的特点：

T1启动后，在TL1和TH1中存储的计数初值基础上进行加“1”计数，直至溢出。溢出时T1寄存器被清零，TF1被置位，并申请中断。此后，若T1重新启动，则从零重新开始计数。若希望T1从某一数值开始计数，则应给计数器赋初值。

若所需计数长度为N，则计数初值X=2M-N(1≤N≤2M)，其中当工作于方式0时，M=13，当工作于方式1时，M=16。在为计数器赋初值时，应将初值拆成高低两部分字节，分别送入TL1和TH1。

实例：欲采用8051单片机控制8个LED同时以1s为周期闪烁，设计电路原理图并编写程序。

设置定时/计数器的过程：

1）先初始化工作方式寄存器TMOD

2)为定时/计数器赋初值

3)通过控制寄存器TCON中的TRO或TRl实现启动或停止。

#include                  //  将8051单片机头文件包含到文件中
main(void )
{
    unsigned char counter;   //设置无符号字符型变量，存储定时器中断次数。
     TMOD=0x01; //设T0为定时模式，由TR0控制启动和停止，且工作于方式1
  TH0=(65536-46083)/256;         //初始化T0的高8位
  TL0=(65536-46083)%256;        //初始化T0的低8位
  TF0=0;                       //初始化定时器溢出标志
  P0=0xff;                      //关闭LED
    counter=0;                    //从0开始计数  
    TR0=1;                       //启动定时器0
   while(1)
    {
     while(TF0==1)              //如果定时器溢出
    {
          counter++;              //计时次数加1
          if(counter==20)          //计时时间达到1s
           {
             P0=~P0;                // P0所有位取反，使LED闪烁              
             counter=0;              //重新从0开始计数
           }
            TH0=(65536-46083)/256;  //重新初始化T0的高8位
            TL0=(65536-46083)%256; //重新初始化T0的低8位
            TF0=0;                 //重新初始化定时器溢出标志
       }
    }

4.3、工作方式2

方式2的特点是能自动加载计数初值。16位计数器被分为两部分，以TL0作为计数器，以TH0作为存储器。初始化时把计数初值分别加载至TL0和TH0中，当计数溢出时，由存储器TH0自动给计数器TL0加载计数初值。若所需计数长度为N，则计数初值X=28-N(1≤N≤256)。

实例：下图是产品包装生产线的计数系统，每个产品经过计数装置时由机械杆碰合按键S1一次。当第一次计满一包(5个)则D1亮，计满第二包则D2亮…，计满第八包则D1~D8全亮，八包包装成一箱，此后重复以上过程。编写程序实现此功能。

#include            //  包含51单片机寄存器定义的头文件
unsigned char counter;      //计数初值
main(void )
{     
   TMOD=0x60;                //使用T1的工作方式2
  TH1=256-5;              // T1的高8位赋初值
  TL1=256-5;              // T1的低8位赋初值  
  counter=0;  
  TR1=1;                    //启动T1
  while(1)               
    {
     while(TF1==1)           //如果计满
        {
            TF1=0;             //计数器溢出后，将TF1清0
            counter++;         //计数加1
    switch (counter)  //检查中断计数值
      {
                case 1: P0=0xfe; break;  //则第1个灯亮
                case 2: P0=0xfd; break;  //第2个灯亮
                case 3: P0=0xfb; break;  //第3个灯亮
                case 4: P0=0xf7; break;  //第4个灯亮
                case 5: P0=0xef; break; //第5个灯亮
                case 6: P0=0xdf; break; //第6个灯亮
                case 7: P0=0xbf; break; //第7个灯亮
                case 8: P0=0x00; counter=0; break; //8个灯全亮
             }                             
          }          
   }
 }

4.4、工作模式3

TO被拆成两个独立的8位计数器TLO和THO，TL0独占T0的各控制位、引脚和中断源，既可以用作定时器也可作计数器。TH0只能作为定时器使用，且需要占用T1的控制位TR1和TF1实现启停和中断。

两个定时/计数器的使用方法与方式0或1相似。工作方式3只适用于T0，不适用于T1。若将T1强行设置为模式3,将使T1立即停止计时或计数，相当于使TR1=0。

当T0作方式3时，T1仍可以设置为除工作方式3外的其它工作方式，但由于它的TR1和TF1已被T0占用，因此无法按正常计时/计数器工作，常用于串行通信时的波特率发生器，以控制传输数据的速度。

单片机的P0口接了8个发光二极管，要求使用定时器T0中断实现流水灯操作，流水频率为每0.5秒钟更替一次（假设单片机外接11.0592MHz的晶振）。

#include
unsigned char cnt=0;    //用于中断次数计数
unsigned char led =0xfe;  //初始化流水灯
int main(void)
{
  TMOD=0x01;       //16位定时方式
  TH0=(65536-46083)/256;   //初始化T0的高8位
  TL0=(65536-46083)%256;   //初始化T0的低8位
  EA=1;
  ET0=1;      //开中断
  TR0=1;      //启动T0工作
   while(1);
}
void T0_int(void)  interrupt 1   
{
  cnt++;
  if( cnt==10 )    //0.5秒钟的时间到了
  {
    cnt=0;      //清除次数统计
    led =(led <<1)|1;    //更新流水灯数据
    if(led ==0xff)
    {
      led =0xfe;
    }
    P0=led;      //显示流水灯
  }
   TH0=(65536-46083)/256;       //初始化T0的高8位
  TL0=(65536-46083)%256;       //初始化T0的低8位
}