单片机（AT89C51）定时/计数器详解及其实验案例

我会带着你远行 2023-07-24 05:50 28阅读 0赞

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**目录**

定时/计数器应用范围

定时/计数器概述

定时/计数器的结构和工作原理

定时/计数器的结构：

定时/计数器的工作原理：

定时/计数器的控制寄存器

定时/计数器方式寄存器TMOD

定时/计数器控制寄存器TCON

定时/计数器的四种工作方式

方式0

方式1

方式2

方式3

总结：

定时/计数器的应用

计算定时/计数初值

定时/计数器应用步骤

定时/计数器的案例分析（见下一篇，尽请期待！！！）

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## 定时/计数器应用范围 ##

定时/计数器是单片机系统一个重要的部件，其工作方式灵活、编程简单、使用方便，可用来实现定时控制、延时、频率测量、脉宽测量、信号发生、信号检测等。此外，定时/计数器还可作为串行通信中波特率发生器。

## 定时/计数器概述 ##

1.  80C51单片机内部有两个定时/计数器T0和T1，其核心是计数器，基本功能是加1。
2.  对外部事件脉冲（下降沿）计数，是计数器；对片内机周脉冲计数，是定时器。
3.  计数器由二个8位计数器组成。
4.  定时时间和计数值可以编程设定，其方法是在计数器内设置一个初值，然后加1计满后溢出。调整计数器初值，可调整从初值到计满溢出的数值，即调整了定时时间和计数值。
5.  定时/计数器作为计数器时，外部事件脉冲必须从规定的引脚（P3.4，P3.5）输入。且外部脉冲的最高频率不能超过时钟频率的1/24

## 定时/计数器的结构和工作原理 ##

###  **定时/计数器的结构**： ###

8051单片机内部有两个16位的可编程定时/计数器，称为定时器0（T0）和定时器1（T1），可编程选择其作为定时器用或作为计数器用。其逻辑结构如下图所示：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTYyOTMxNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

### **定时/计数器的工作原理**： ###

可用一个简单的框图构造它的模型 ：N位计数器构成了电路的核心。定时和计数两种方式的区别在于计数器的脉冲来源.初值寄存器是用来设定“定时/计数的具体参数”

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTYyOTMxNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

**注：**

*（1） 何时控制启动计数？                              * 启动控制（TR） *                      *

*（2） 如何控制定时还是计数？                       * 定时/计数控制C/T来控制（后面会介绍）

*（3） 如何控制定时/计数的长短？                  * N位初值寄存器（设定初值）

## 定时/计数器的控制寄存器 ##

参与定时器/计数器管理的SFR有**TMOD**和**TCON**

### **定时/计数器方式寄存器TMOD** ###

**M1-M0：工作方式的选择位**

<table> 
 <thead> 
 <tr> 
 <th style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:top;width:100pt;"> M1M0 </th> 
 <th style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:top;width:115pt;"> 工作方式 </th> 
 <th style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:top;width:369pt;"> 功能 </th> 
 </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:top;width:100pt;"> 00 </td> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:top;width:115pt;"> 方式0 </td> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:top;width:369pt;"> 13位计数器 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:top;width:100pt;"> 01 </td> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:top;width:115pt;"> 方式1 </td> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:top;width:369pt;"> 16位计数器 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:top;width:100pt;"> 10 </td> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:top;width:115pt;"> 方式2 </td> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:top;width:369pt;"> 两个8位计数器，初值自动装入 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:top;width:100pt;"> 11 </td> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:top;width:115pt;"> 方式3 </td> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:top;width:369pt;"> 两个8位计数器，仅适用T0 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

** C/T：计数/定时方式选择位**

*     C/T=1,计数工作方式,对外部事件脉冲计数,用作计数器。
 *     C/T=0,定时工作方式,对片内机周脉冲计数,用作定时器。

**GATE：门控位 **

*     GATE=0，运行只受TCON中运行控制位TR0/TR1的控制。
 *     GATE=1，运行同时受TR0/TR1和外中断输入信号的双重控制。只有当INT0/INT1=1且TR0/TR1=1,T0/T1才能运行。

**     注：**TMOD字节地址89H,不能位操作,设置TMOD须用字节操作指令。

eg：TMOD=0XA6              0XA6 --->1010 0110    说明：高四位（T1双重控制，定时工作方式，并且为方式2）低四位（T0只              受TCON中运行控制位TR0/TR1的控制，计数工作方式，并且方式2）

**说明：**不管是定时还是计数工作方式，定时器T0或T1在对内部时钟或外部脉冲计数时，不占用CPU时间，除非产生溢出时才可能中断CPU的当前操作。

### ** 定时/计数器控制寄存器TCON** ###

TCON低4位与外中断INT1，INT0有关，已在中断中叙述。不清楚可以查看上一篇blog（[单片机（AT89C51）中断系统详解和中断系统应用实验][AT89C51]）

**高4位与定时/计数器T0、T1有关。**

⑴ TF1: 定时/计数器T1溢出（中断）标志。

⑵ TF0: 定时/计数器T0溢出（中断）标志。

⑶ TR1: 定时/计数器T1运行控制位。TR1=1,T1运行;  TR1=0,T1停止。

⑷ TR0: 定时/计数器T0运行控制位。TR0=1,T0运行;  TR0=0,T0停止。

**注：**TCON的字节地址为88H，每一位有位地址，均可位操作。

##    定时/计数器的四种工作方式 ##

在TMOD的M1-M0中已经提到，现在对此进行深入的探讨

### **方式0** ###

当TMOD中的M0=0，M1=0时，为13位计数或定时方式。其中 TLi 使用低5位。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTYyOTMxNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

### **方式1** ###

当TMOD中的M0=1，M1=0时，为16位计数或定时方式。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTYyOTMxNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

### **方式2** ###

当TMOD中的M0=0，M1=1时，为8位自动重装初值计数或定时方式。

在方式2时，将16位计数器分成两个8位的计数器，THi 用来存放初值，当计数器溢出时，一方面将TFi置1，申请中断，一方面自动将TH的值装入TL。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTYyOTMxNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

### **方式3** ###

T0 在方式3下时，T1作为波特率发生器，T1的控制位TF1、TR1出借给T0使用，而T0则构成两个独立的结构，其中TL0构成一个完整的8位定时器/计数器，而TH0则是一个仅能对晶振频率12分频的定时器。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTYyOTMxNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

T1作波特率发生器时，可以设置成方式0、1或2，用在任何不需要中断控制的场合。一般作波特率时常设成方式2的自动重装模式。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTYyOTMxNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 6][]

###  总结： ###

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:middle;width:84pt;"> M1M0 </td> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:middle;width:65pt;"> 方式 </td> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:middle;width:435pt;"> 计&nbsp;&nbsp; 数&nbsp;&nbsp; 器&nbsp;&nbsp; 配&nbsp;&nbsp; 置 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:middle;width:84pt;"> 0&nbsp;&nbsp; 0 </td> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:middle;width:65pt;"> 0 </td> 
 <td style="border-color:#000000;vertical-align:middle;width:435pt;"> TLx低5位与THx的8位构成13位计数器 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:middle;width:84pt;"> 0&nbsp; 1 </td> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:middle;width:65pt;"> 1 </td> 
 <td style="border-color:#000000;vertical-align:middle;width:435pt;"> TLx与THx构成16位计数器 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:middle;width:84pt;"> 1&nbsp; 0 </td> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:middle;width:65pt;"> 2 </td> 
 <td style="border-color:#000000;vertical-align:middle;width:435pt;"> 自动重装初值(THx)的8位(TLx溢出时)计数器 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:middle;width:84pt;"> 1&nbsp; 1 </td> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:middle;width:65pt;"> 3 </td> 
 <td style="border-color:#000000;text-align:center;vertical-align:middle;width:435pt;"> 仅用于T0，分成两个8位计数器，T1停止计数 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTYyOTMxNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 7][]

##    定时/计数器的应用 ##

### **计算定时/计数初值** ###

定时/计数初值计算公式：![20200409205532119.png][]

**其中:**

N与工作方式有关:     方式0时,N=13；   方式1时,N=16；   方式2、3时,N=8。

机周时间与主振频率有关:**机周时间=12/fosc**       **eg：**fosc=**12MHZ**时，1机周=**1uS**； fosc=**6MHZ** 时，1机周=**2uS**

**例：***定时器工作方式**0，晶振频率6MHz，定时1ms，初值为？*

*      * **T=2^13-1ms/2us= 8192-500=7692=1 1110 0000 1100    所以：TLi(低五位)=01100                    THi(高八位)=11110000**

*       工作方式1，频率12MHz，定时25ms，初值为？*

*      * **T=2^16-25ms/1us=65536-25000=9E58** *                           * **所以：TLi(低八位)=0101 1000             THi(高八位)=1001 1110***  *

*       晶振频率12MHz时，工作方式2的最长定时时间为多少毫秒？四种工作方式最长定时时间分别为多少毫秒？*

*      ***工作方式2，3--->八位                          最长时间=1us\*2^8=0.256ms**

**      工作方式1     ---->16位                         最长时间=1us\*2^16=65.536ms   **

**      工作方式0     ---->13位                         最长时间=1us\*2^13=8.192ms **

### **定时/计数器应用步骤** ###

⑴ 合理选择定时/计数器工作方式

⑵ 计算定时/计数器定时初值(按上述公式计算)

⑶ 编制应用程序

①定时/计数器的初始化

包括定义TMOD、写入定时初值、设置中断系统、启动定时/计数器运行等。

②正确编制定时/计数器中断服务程序

注意是否需要重装定时初值，若需要连续反复使用原定时时间，且未工作在方式2，则应在中断服务程序中重装定时初值。

##    定时/计数器的案例分析（见下一篇，尽请期待！！！[https://blog.csdn.net/weixin\_45629315/article/details/105657169][https_blog.csdn.net_weixin_45629315_article_details_105657169]） ##

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[AT89C51]: https://blog.csdn.net/weixin_45629315/article/details/105277072
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