相關知識

1.2.1 單片機定時器

1.定時／計數器的基本知識

定時/計數器是單片機系統一個重要的部件，其工作方式靈活、編程簡單、使用方便，可用來實現定時控制、延時、頻率測量、脈寬測量、信號發生、信號檢測等。此外，定時/計數器還可作為串行通信中波特率發生器。定時/計數器的結構如圖1-45所示。

8051單片機內有兩個定時/計數器，分別為T0和T1。

T0和T1有兩種功能：定時和計數。

（1）定時功能 啟動后，開始定時，定時時間到，中斷標志位TF0/TF1自動置1，向CPU申請中斷。

定時功能也是以計數方式來工作的，此時是對單片機內部的脈沖進行加1計數，此脈沖的周期正好等于機器周期。

定時時間=(溢出值-計數初值)×機器周期

（2）計數功能 啟動后，對外部輸入脈沖（負跳變）進行加1計數，T0的脈沖由P3.4輸入，T1的脈沖由P3.5輸入。

計數器加滿溢出時，將中斷標志位TF0/TF1置1，向CPU申請中斷。

計數脈沖個數=溢出值-計數初值

2.定時/計數器寄存器

（1）定時器、計數器模式控制寄存器TMOD（見表1-2）

TMOD的高4位與低4位是相似的。只要了解了高4位的含義，低4位也就相應地知曉了。下面介紹每一位的含義。

GATE位：門控位，當GATE=0，只要軟件控制TR0或TR1即可啟動定時計數器工作，稱為軟件啟動。

GATE=1時，稱為硬件啟動，只有TR0或TR1等于1且INT0或INT1為高電平時才能啟動相應的定時器開始工作。

對于定時器T0，定時器的啟動與P3.2有關，對于定時器T1，定時器的啟動與P3.3有關。

C/T：定時計數功能選擇位。

M1M0：定時/計數器工作方式設置位。

M1M0=00 工作方式0 13位定時/計數器，最大計數值213=8192。

M1M0=01 工作方式1 16位定時/計數器，最大計數值216=65536。

M1M0=10 工作方式2 初值自動重裝8位定時/計數器，最大計數值28=256。

M1M0=11 工作方式3 兩個獨立8位定時/計數器，僅適用于T0。

（2）定時/計數器控制寄存器TCON

1）TF1：定時器1溢出標志位。當定時器1計滿數產生溢出時，由硬件自動置TF1=1。

2）TR1：定時器1運行控制位。由軟件置1或清0來啟動或關閉定時器1。當GATE=1，且為高電平時，TR1置1啟動定時器1；當GATE=0時，TR1置1即可啟動定時器1。

3）TF0：定時器0溢出標志位。其功能及操作情況同TF1。

4）TR0：定時器0運行控制位。其功能及操作情況同TR1。

（3）定時/計數器的工作過程

定時/計數器的工作過程主要包含以下四個步驟：

1）確定定時/計數器工作方式。

2）預置定時/計數器的初值。

3）啟動定時器/計數器。

4）等待定時/計數溢出。

3.定時/計數器的工作方式

（1）工作方式0 T0有四種工作方式，T1有三種工作方式。

方式0——13位計數器方式，溢出值是：213=8192。

方式1——16位計數器方式，溢出值是：216=65536。

方式2——8位自動重裝初值方式，溢出值是：28=256。

方式3——T0分成兩個獨立的8位計數器方式。

當方式控制寄存器TMOD中定時/計數器的M1M0=00時，定時/計數器處于工作方式0。工作方式0是13位計數器工作方式，其計數器由TH0或TH1的8位和TL0或TL1的低5位構成，TL0和TL1的高3位未使用，組成13位的定時計數器。TL0或TL1低5位計數滿（32）時不向TL0或TL1第6位進位，而是向TH0或TH1進位，高8位計數滿（256）時發生溢出，TF0或TF1置“1”，并申請中斷。

當寄存器TMOD中的計數/定時（C/T）控制位=0時，多路開關接通振蕩脈沖的12分頻輸出，13位計數器依次進行計數，這就是定時工作方式。

當C/T=1時，多路開關接通計數引腳P3.4，外部計數脈沖由單片機引腳P3.4輸入。當計數脈沖發生負跳變時，計數器加1，這就是T0的計數工作方式，如圖1-46所示。

（2）定時/計數器的工作方式1 當方式控制寄存器TMOD中定時/計數器的M1M0=01時，定時/計數器處于工作方式1。工作方式1為16位的定時計數器，計數范圍為216=65536。計數值由定時器的低8位和高8位組成。低8位計數滿時向高8位進位，16位計滿溢出，溢出標志TF0或TF1置“1”，申請中斷，其電路邏輯結構如圖1-47所示。

（3）定時/計數器的工作方式2 當方式控制寄存器TMOD中定時/計數器的M1M0=10時，定時/計數器處于工作方式2。工作方式2為8位初值自動重裝的定時/計數器，計數范圍為256。計數值由定時器的低8位數值確定，高8位用以存放計數初值。當低8位計數器計數滿溢出時，高8位初值自動重裝到低8位中。此步驟由單片機自動完成，不需要硬件操作和軟件編程實現。電路邏輯結構如圖1-48所示。

（4）定時/計數器的工作方式3 在51單片機中，定時器T0才有工作方式3，定時器T1沒有此種工作方式。

當方式控制寄存器TMOD中定時/計數器T0的M1M0=11時，定時/計數器處于工作方式3。在工作方式3模式下，定時/計數器T0被拆成兩個獨立的8位計數器TL0和TH0。TL0由T0的控制位來控制，而TH0則由T1的控制位來控制。其中TL0既可以作為計數器使用，也可以作為定時器使用，定時/計數器T0的各控制位和引腳信號全歸它使用。其功能和操作與方式0或方式1完全類似。而TH0只能作為簡單的定時器使用。

定時/計數器T0工作方式3的電路邏輯結構如圖1-49所示。

由于TL0既能作定時器也能作計數器使用，而TH0只能作定時器使用而不能作計數器使用，因此在方式3模式下，定時/計數器T0可以構成兩個定時器或者一個定時器和一個計數器。