第四節 定時器/計數器

MCS-51系列單片機典型產品8051等有兩個16位定時器/計數器T0、T1；8052等單

片機有三個16位定時器/計數器T0、T1和T2。它們都可以用作定時器或外部事件計數器。

一、定時器/計數器T0和T1

MCS-51系列的單片機內，與16位定時器/計數器T0、T1有關的特殊功能寄存器有

以下幾個：TH0、TL0、TH1、TL1、TMOD、TCON。

TH0、TL0為T0的16位計數器的高8位和低8位，TH1、TL1為T1的16位計數器的高8位和低8位，TMOD為T0、T1的方式寄存器，TCON為T0、T1的狀態和控制

寄存器，存放T0、T1的運行控制位和溢出中斷標志位。

通過對TH0、TL0和TH1、TL1的初始化編程來設置T0、T1計數器初值，通過對

TCON和TMOD的編程來選擇T0、T1的工作方式和控制T0、T1的運行。

1.方式寄存器TMOD

特殊功能寄存器TMOD為T0、T1的工作方式寄存器，其格式如下：

GATE

C/T

M1

M0

GATE

C/T

M1

M0

T1方式控制

T0方式控制

TMOD的低4位為T0的方式字段，高4位為T1的方式字段，它們的含義是完全相同的。

（1）工作方式選擇位M1、M0。定時器工作方式由M1、M0兩位狀態確定，對應關系如表2-8所示。

表2-8

定時器的方式選擇

（2）定時和外部事件計數方式選擇位C/T。C/T=0為定時方式。在定時方式中，以振蕩器輸出時鐘脈沖的十二分頻信號作為計數信號，也就是每一個機器周期定時器加“1”，定時器從初值開始加“1”計數直至定時器溢出所需的時間是固定的。

C/T=1為外部事件計數方式，這種方式采用外部引腳（T0為P3.4，T1為P3.5）上的輸入脈沖作為計數脈沖。內部硬件在每個機器周期的S5P2采樣外部引腳的狀態，當一個機器周期采樣到高電平，接著的下一個機器周期采樣到低電平時計數器加1，也就是外部輸入電平發生負跳變時加1。外部事件計數時最高計數頻率為晶振頻率的二十四分之一，外部輸入脈沖高電平和低電平時間必須在一個機器周期以上。

（3）門控位GATE。GATE=1時，定時器的計數受外部引腳輸入電平的控制（INT0控制T0的運行，INT1 控制T1的運行）；GATE=0時，定時器計數不受外部引腳輸入電平的控制。

2.控制寄存器TCON

特殊功能寄存器TCON的高4位存放定時器的運行控制位和溢出標志位，低4位存放外部中斷的觸發方式控制位和鎖存外部中斷請求源（詳見本章第六節“中斷系統”）。

TCON格式如下：TF1

TR1

TF0

TR0

IE1

IT1

IE0

IT0

（1）定時器運行控制位TR0、TR1。定時器T0運行控制位TR0由軟件置位和清

“0”。門控位GATE為0時，T0的計數僅由TR0控制，TR0為1時允許T0計數，TR0為0時禁止T0計數；門控位GATE為1時，僅當TR0等于1且INT0（P3.2）輸入為高

電平時T0才計數，TR0為0或INT0輸入低電平時都禁止T0計數。

定時器運行控制位TR1功能及操作情況同TR0。

（2）定時器溢出標志位TF0、TF1。TF0為定時器T0溢出標志位。當T0被允許計數以后，T0從初值開始加“1”計數，最高位產生溢出時置“1”TF0。TF0可以由程序查詢和清“0”。TF0也是中斷請求源，當CPU響應T0中斷時由硬件清“0”TF0。

TF1為定時器T1溢出標志位。其功能及操作情況同TF0。3.定時器的工作方式

MCS-51的定時器T0有四種工作方式：方式0、方式1、方式2和方式3；而定時器T1有三種工作方式：方式0、方式1、方式2。下面對各種工作方式的定時器結構和功能加以詳細討論。

（1）方式0。當M1、M0為00時定時器工作于方式0。定時器T0方式0的結構如圖

2-11所示。方式0為13位的計數器，由TL0的低5位和TH0的8位組成，TL0低5位

計數溢出時向TH0進位，TH0計數溢出時置“1”溢出標志TF0。

圖2-11 T0方式0結構

在圖211的T0計數脈沖控制電路中，有一個方式電子開關和計數控制電子開關。C/T=0時，方式電子開關打在上面，以振蕩器的十二分頻信號作為 T0的計數信號；C/T=1時，方式電子開關打在下面，此時以T0（P3.4）引腳上的輸入脈沖作為T0的計數脈沖。當GATE為0時，只要TR0為1，計數控制開關的控制端即為高電平，使開關閉合，計數脈沖加到T0，允許T0計數。當GATE為1時，僅當TR0為1且INT0引腳上輸入高電平時控制端才為高電平，才使控制開關閉合，允許T0計數，TR0為“0”或INT0輸入低電平都使控制開關斷開，禁止T0計數。

若T0工作于方式0定時，計數初值為a，則T0從初值a加1計數至溢出的時間為

t=f1o2sc*（2¹³-a）μs。

（2）方式1。方式1和方式0的差別僅僅在于計數器的位數不同，方式1為16位的定時器/計數器。定時器T0工作于方式1的邏輯結構如圖2-12所示。T0工作于方式1時，由TH0作為高8位，TL0作為低8位，構成一個16位計數器。

圖2-12 T0方式1結構

（3）方式2。M1、M0為10時，定時器/計數器工作于方式2，方式2為自動恢復初值的8位計數器。定時器T0工作于方式2時的邏輯結構如圖2-13所示。T0工作于方式2時，TL0作為8位計數器，TH0作為計數初值寄存器。當TL0計數溢出時，一方面置“1”溢出標志TF0，同時將TH0中的計數初值送至TL0，使TL0從初值開始重新加1計數。

圖2-13 T0方式2結構

上面以T0為例，說明了定時器/計數器方式0、方式1、方式2的工作原理，T1和T0的這三種方式是完全相同的。

（4）方式3。方式3只適用于T0，若T1設置為工作方式3時，則使T1停止計數。定時器T0工作于方式3時的邏輯結構如圖2-14所示，T0分為兩個獨立的8位計數器

TL0和TH0。TL0使用T0的所有狀態控制位GATE、TR0、INT0（P3.2）、T0

（P3.4）、TF0等，TL0可以作為8位定時器或外部事件計數器，TL0計數溢出時置“1”溢出標志TF0，TL0計數初值必須由軟件每次設定。

TH0被固定為一個8位定時器方式，并使用T1的狀態控制位TR1、TF1。一般情況圖2-14 T0方式3結構

下，只有當T1用于串行口的波特率發生器或不需要中斷的場合，T0才在需要時選工作方式3，以增加一個計數器。這時T1的運行由方式來控制，方式3停止計數，方式0～2允許計數，計數溢出時并不置“1”標志TF1。

二、定時器/計數器T2

80C52中有一個功能較強的定時器/計數器T2，T2和T1、T0一樣，可用于定時或外部事件計數。它具有三種工作方式：捕捉方式、常數自動再裝入方式和串行口的波特率發生器方式。

1.T2的特殊功能寄存器

8052中與T2相關的特殊功能寄存器有以下五個：TH2、TL2、RCAP2H、RCAP2L、T2CON。TH2、TL2組成16位計數器，RCAP2H、RCAP2L組成一個16位寄存器。在捕捉

方式中，當外部輸入T2EX（P1.1）發生負跳變時，將TH2、TL2的當前計數值鎖存到

RCAP2H、RCAP2L中，在常數自動再裝入方式中，RCAP2H、RCAP2L作為16位計數初值

常數寄存器。

T2CON為T2的狀態控制寄存器，其格式如下：

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

TF2

EXF2

RCLK

TCLK EXEN2

TR2

C/T2 CP/RL2

定時器/計數器的工作方式由T2CON的D0、D2、D4、D5位控制，對應關系如表2

-9所示。

表2-9

定時器T2方式選擇

TF2：T2的溢出中斷標志。在捕捉方式和常數自動再裝入方式中，T2加1計數溢出時，置“1”中斷標志TF2，CPU響應中斷轉向T2中斷入口（002BH）時，并不清“0”TF2，

TF2必須由用戶程序清“0”。當T2作為串行口波特率發生器時，TF2不會被置“1”。

EXF2：定時器T2外部中斷標志。EXEN2為1時，當T2EX（P1.1）發生負跳變時置“1”中斷標志EXF2，CPU響應中斷轉T2中斷入口（002BH）時，并不清“0”EXF2，EXF2必須由用戶程序清“0”。

TCLK：串行接口的發送時鐘選擇標志。TCLK=1時，T2工作于波特率發生器方式，使定時器T2的溢出脈沖作為串行口方式1、方式3時的發送時鐘。TCLK=0時，定時器T1的溢出脈沖作為串行口方式1、方式3時的發送時鐘。

RCLK：串行接口的接收時鐘選擇標志位。RCLK=1時，T2工作于波特率發生器方式，使定時器T2的溢出脈沖作為串行口方式1、方式3時的接收時鐘，RCLK=0時，定時器T1的溢出脈沖作為串行口方式1、方式3時的接收時鐘。

EXEN2：T2的外部允許標志。T2工作于捕捉方式，EXEN2為1時，T2EX（P1.1）

輸入端發生高到低的跳變時，TL2和TH2的當前值自動地捕捉到RCAP2L和RCAP2H中，同時還置“1”中斷標志EXF2；T2工作于常數自動裝入方式時，EXEN2為1時，當

T2EX（P1.1）輸入端發生高到低的跳變時，常數寄存器RCAP2L，RCAP2H的值自動裝入TL2、TH2，同時置“1”中斷標志EXF2，向CPU申請中斷。EXEN2=0時，T2EX

輸入電平的變化對定時器T2沒有影響。

C/T2：外部事件計數器/定時器選擇位。C/T2=1時，T2為外部事件計數器，計數脈沖來自T2（P1.0）；C/T2=0時，T2為定時器，振蕩脈沖的十二分頻信號作為計數信號。

TR2：T2的計數控制位。TR2為1時允許計數，為0時禁止計數。

CP/RL2：捕捉和常數自動再裝入方式選擇位。CP/RL2為1時工作于捕捉方式，CP/

RL2為0時T2工作于常數自動再裝入方式。當TCLK或RCLK為1時CP/RL2被忽略，

T2總是工作于常數自動恢復的方式，常用來做波特率發生器。

2.T2的工作方式

（1）常數自動再裝入方式。T2的16位常數自動再裝入方式的邏輯結構如圖2-15所示，這種方式主要用于定時。C/T2為0時為定時方式，以振蕩器的十二分頻信號作為T2的計數信號；C/T2為1時為外部事件計數方式，外部引腳T2（P1.0）上的輸入脈沖作為T2的計數信號。

圖2-15 T2常數自動再裝入方式結構

TR2置“1”后，T2從初值開始加1計數，計數溢出時將RCAP2H、RCAP2L中的

計數初值常數自動再裝入TH2、TL2，使T2從該初值開始重新加1計數，同時置“1”溢出標志TF2，向CPU請求中斷（TF2也可以由程序查詢）。

當EXEN2為1時，除上述功能外，還有一個附加的功能。當T2EX（P1.1）引腳輸

入電平發生“1”～“0”跳變時，也將RCAP2H、RCAP2L中常數重新裝入到TH2、

TL2，使T2重新從初值開始計數，同時置“1”標志EXF2，向CPU請求中斷。

T2的16位常數自動再裝入方式是一種高精度的16位定時器/計數器工作方式，計數初值由初始化程序一次設定后，在計數過程中不需要由軟件再設定。若計數初值為a，則

定時時間等于f1o2sc*（2¹⁶-a）μs。

（2）16位捕捉方式。T2的16位捕捉方式的邏輯結構如圖2-16所示。16位捕捉方式的計數脈沖也由C/T2選擇，C/T2為0時以振蕩器的十二分頻信號作為T2的計數信號，

C/T2為1時以T2（P1.0）引腳上的輸入脈沖作為T2的計數信號。置“1”TR2后，T2

從初值開始加1計數，計數溢出時僅置“1”溢出標志TF2，而RCAP2H、RCAP2L的內

容并不送至TH2和TL2，T2的計數初值必須由軟件每次設定。

EXEN2為1時除上述功能外，另外有一個附加的功能：當T2EX（P1.1）輸入電平

發生負跳變時，將TH2、TL2的當前計數值鎖存到RCAP2H、RCAP2L，并置“1”中斷標志EXF2，向CPU請求中斷。

T2的16位捕捉方式主要用于測試外部事件的發生時間，如可用于測試兩路脈沖之間的頻率關系或輸入脈沖的頻率、周期等。

圖2-16 T2捕捉方式結構

（3）串行口的波特率發生器方式。T2的串行口波特率發生器方式將在串行接口一節詳細討論。