51单片机定时/计数器相关知识点

结构组成

51单片机的定时/计数器中有两个寄存器：

• T0：低位：TL0（字节地址8AH）高位：TH0（字节地址8CH）
• T1：低位：TL1（字节地址8BH）高位：TH1（字节地址8DH）

他们的控制通过两个特殊功能寄存器实现， 其中：

• TMOD定时方式控制寄存器：确定定时/计数器的工作方式和功能
• TCON定时控制寄存器：管理T0，T1的启停、溢出、中断

两个定时器都有一根连接外部的引脚P3.4，P3.5，用于接入外部计数脉冲信号。
当软件设置T0或T1启动定时/计数器后，他们会由硬件自动运行。无需CPU干预，直到计数器溢出后才会通过中断让CPU进行后续的处理。

定时/计数器的控制

TMOD定时方式控制寄存器

以下是TMOD的寄存器组成：

下面是对其中每一位的说明：

位	符号	功能
TMOD.7	GATE	TMOD.7控制定时器1,置1时只有在$\overline{INT1}$脚为高及TR1控制位置1时才可打开定时器/计数器1。
TMOD.3	GATE	TMOD.7控制定时器1,置1时只有在$\overline{INT0}$脚为高及TR1控制位置1时才可打开定时器/计数器1。
TMOD.6	C/$\overline{T}$	TMOD.6控制定时器1用作定时器或计数器，清零则用作定时器(从内部系统时钟输入)，置1用作计数器(从T1/P3.5脚输入)
TMOD.2	C/$\overline{T}$	TMOD.2控制定时器0用作定时器或计数器，清零则用作定时器(从内部系统时钟输入)，置1用作计数器(从T0/P3.4脚输入)
TMOD.5/TMOD.4	M1 M0	定时器/计数器1模式选择
TMOD.1/TMOD.0	M1 M0	定时器/计数器0模式选择

定时/计数器的模式选择，其对应模式如下：

T1定时器：

M1	M0	模式
0	0	13位定时器/计数器，兼容8048定时模式，TL1只用低5位参与分频，TH1整个8位全用。
0	1	16位定时器/计数器，TL1、TH1全用
1	0	8位自动重装载定时器,当溢出时将TH1存放的值自动重装入TL1
1	1	定时器/计数器1此时无效（停止计数）

T0定时器：

M1	M0	模式
0	0	13位定时器/计数器，兼容8048定时模式，TL0只用低5位参与分频，TH0整个8位全用。
0	1	16位定时器/计数器，TL0、TH0全用
1	0	8位自动重装载定时器,当溢出时将TH0存放的值自动重装入TL0
1	1	定时器0此时作为双8位定时器/计数器。TL0作为一个8位定时器/计数器，通过标准定时器0的控制位控制。TH0仅作为一个8位定时器,由定时器1的控制位控制

TCON定时控制寄存器

对于高四位：

• 定时器/计数器T1溢出标志。T1被允许计数以后，从初值开始加1计数。当最高位产生溢出时由硬件置“1”TF1，向CPU请求中断，一直保持到CPU响应中断时，才由硬件清“0”TF1(TF1也可由程序查询清“0”)。
• 定时器T1的运行控制位。该位由软件置位和清零。当GATE(TMOD.7）=0，TR1=1时就允许T1开始计数，TR1 = 0时禁止 T1 计数。当GATE (TMOD.7)）=1，TR1=1且 $\overline{INT1}$ 输入高电平时，才允许T1计数。
• 定时器/计数器T0溢出中断标志。T0被允许计数以后，从初值开始加1计数，当最高位产生溢出时，由硬件置“1”TF0，向CPU请求中断，一直保持CPU响应该中断时，才由硬件清“0”TF0 (TF0也可由程序查询清“0”)。
• 定时器T0的运行控制位。该位由软件置位和清零。当GATE(TMOD.3) = 0,TR0 = 1时就允许T0开始计数，TR0 = 0时禁止T0计数。当GATE (TMOD.3）=1，TRO = 0且$\overline{INT0}$输入高电平时，才允许T0计数。

低四位与中断有关，详细内容请见：51单片机中断相关知识

定时/计数器的工作方式

方式1

这里不介绍具体原理，读者知道以下几点即可：

• M1M0 = 01时，定时/计数器工作在方式1状态
• 这个状态下满计数值为2¹⁶
• T1和T0两个定时/计数器在方式1方面没有区别
• 当C/$\overline{T}$ = 0时，为定时器工作方式
• GATE的作用实际上是是否设置外部引脚控制定时，如果它为0，那么定时/计数器的开与关只与TR的状态有关
• 当C/$\overline{T}$ = 1时，为计数器工作方式
• 处在计数器工作方式时，以该定时器对应的引脚的负脉冲作为计数信号
• 最高计数频率为(1/24)f_OSC

关于定时/计数器的初值a与定时时间t的关系：

$$t=(2^{16}-a)\cdot 12/f_{OSC}$$
因此，当时钟频率为12MHz时，方式1的定时范围为1~65536μs

计数器初值a与计数值N的关为：
$$N=2^{16}-a$$

因此，方式1的计数范围为1~65536个脉冲

方式2

当M1M0 = 10 时，定时/计数器工作于方式2

需要知道的有：

• TLx（这里的x可以为0或者1，表示定时/计数器1或者0中的低八位寄存器）作为计数器，计满数值为2⁸
• THx记录TLx的初值，当TLx满时，由硬件自动将TLx的值还原为THx中的值
• THx中的初值是由软件赋值的

定时方式2的定时时间t和计数初值分别按下式计算：

$$\begin{gathered} t=(2^8-a)\cdot 12/f_{OSC} \\ a=2^8-t\cdot f_{OSC}/12 \end{gathered}$$

方式2可以产生非常精确的定时时间，适合作用于串行口波特率发生器

计数初值a与计数值N的关系为：
$$N=2^8-a$$

方式0

当M1M0 = 00 时，定时/计数器工作于方式0

需要知道的有以下几点：

• 方式0采用低5位TLx和高8位THx组成13位的加1计数器
• 满记数值为2¹³
• 初值不能自动重装
• TLx中的高三位是无效的，可以为任意值

方式0的定时时间t与计数初值a分别按照下式计算：
$$\begin{gathered} t=(2^{13}-a)\cdot 12/f_{OSC} \\ a=2^{13}-t\cdot f_{OSC}/12 \end{gathered}$$

计数初值a与计数值N的关系为：
$$N=2^{13}-a$$

方式3

当M1M0 = 11时，定时/计数器工作于方式3

方式3与其他方式不同，方式3时，单片机可以组合出3种定时/计数器关系：

1. TH0 + TF1 + TR1 组成带有中断功能的8位定时器
2. TL0 + TF0 + TR0 组成带有中断功能的8位定时/计数器
3. T1 组成的无中断功能的定时/计数器