51單片機(jī)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器

8051單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0及T1，具有定時(shí)和計(jì)數(shù)兩種功能。T0及T1在計(jì)數(shù)過(guò)程中不需要CPU參與，也不影響CPU的其他工作。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出后，定時(shí)/計(jì)數(shù)器給出中斷信號(hào)，申請(qǐng)CPU停止當(dāng)前的工作，去處理預(yù)先設(shè)定的中斷事件。

一、T1內(nèi)部結(jié)構(gòu)

定時(shí)器工作模式:對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)。由于時(shí)鐘頻率是定值，所以可根據(jù)計(jì)數(shù)值計(jì)算出定時(shí)時(shí)間。

計(jì)數(shù)器工作模式：是對(duì)加在T1（P3.5）引腳上的外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。

二、計(jì)數(shù)功能

計(jì)數(shù)器用于統(tǒng)計(jì)從TO(P3.4)和Tl(P3.5)兩個(gè)引腳輸入脈沖的負(fù)跳變數(shù)量。負(fù)跳變是指前一個(gè)機(jī)器周期采樣為高電平，后一個(gè)機(jī)器周期為低電平。每輸入一個(gè)脈沖負(fù)跳變，計(jì)數(shù)器加1。

輸入脈沖的高電平與低電平至少應(yīng)保持一個(gè)機(jī)器周期時(shí)間，以確保正確采樣，因此輸入脈沖的頻率最高為單片機(jī)內(nèi)部脈沖頻率的一半。如果內(nèi)部脈沖頻率為1 MHZ，則最高計(jì)數(shù)頻率為0.5 MHz。

三、定時(shí)功能

定時(shí)功能是單片機(jī)通過(guò)對(duì)內(nèi)部機(jī)器脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)的，計(jì)數(shù)值乘以機(jī)器周期就是相應(yīng)的時(shí)間。例如，如果單片機(jī)采用12 MHz的晶振，則機(jī)器內(nèi)部脈沖頻率為1 MHz，則機(jī)器周期為1us，若共計(jì)數(shù)1000，則用時(shí)為1ms時(shí)間。

四、工作方式

工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式和工作模式，長(zhǎng)度為一個(gè)字節(jié)，只能按字節(jié)整體賦值。

(1)Ml和M0用于設(shè)置TO(T1)的工作方式。

(2)C/T用于設(shè)置TRO(TR1)是工作于計(jì)數(shù)器或定時(shí)器模式。

C/T—計(jì)數(shù)器模式和定時(shí)器模式選擇位

0：定時(shí)器工作模式，對(duì)單片機(jī)的晶體振蕩器12分頻后的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。

1：計(jì)數(shù)器工作模式，計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脈沖（負(fù)跳變）計(jì)數(shù)。

(3)GATE（門控制位）用于設(shè)置TO(T1)的啟動(dòng)方式。

GATE—門控位。

0：僅由運(yùn)行控制位TRx（x =0，1）來(lái)控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器運(yùn)行。

1：用外中斷引腳INT0（或INT1 ）上的電平與運(yùn)行控制位TRx共同來(lái)控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器運(yùn)行。

例：設(shè)定時(shí)器1為定時(shí)工作方式，按方式2工作，定時(shí)器0為計(jì)數(shù)方式，按方式1工作，均由程序單獨(dú)控制啟動(dòng)和停止，請(qǐng)給出TMOD控制字。

解：

定時(shí)器1做定時(shí)器使用則D6=0；按方式2工作則D5=1，D4=0；
由程序單獨(dú)控制啟停則D7=0 。
定時(shí)器0做計(jì)數(shù)器使用則D2=1；按方式1工作則D0=0，D1=1；
由程序單獨(dú)控制啟停則D3=0。
因此命令字TMOD的值應(yīng)為00100101B，即25H。

定時(shí)器控制寄存器TCON (Timer controller)

TCON也是8位寄存器，與TMOD不同的是它可按位單獨(dú)賦值,其各位的意義見(jiàn)下表。

1、TF1、TF0—計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位。

當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)溢出時(shí)，該位置“1”。

使用中斷方式時(shí)，此位作為中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，標(biāo)志位由硬件自動(dòng)清“0”。使用查詢方式時(shí)，應(yīng)注意查詢有效后使用軟件及時(shí)將該位清“0”。

2、TR1、TR0—計(jì)數(shù)運(yùn)行控制位。

TR1位（或TR0位）=1，啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作的必要條件。

TR1位（或TR0位）=0，停止定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作。

4.1、工作方式0

方式0是13位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，它由TL的低5位和TH的8位構(gòu)成。

4.2、工作方式1

方式1是16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，由TH的8位和TL的8位構(gòu)成。方式0和方式1的工作原理基本相同。

方式0和方式1的特點(diǎn)：

T1啟動(dòng)后，在TL1和TH1中存儲(chǔ)的計(jì)數(shù)初值基礎(chǔ)上進(jìn)行加“1”計(jì)數(shù)，直至溢出。溢出時(shí)T1寄存器被清零，TF1被置位，并申請(qǐng)中斷。此后，若T1重新啟動(dòng)，則從零重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。若希望T1從某一數(shù)值開(kāi)始計(jì)數(shù)，則應(yīng)給計(jì)數(shù)器賦初值。

若所需計(jì)數(shù)長(zhǎng)度為N，則計(jì)數(shù)初值X=2M-N(1≤N≤2M)，其中當(dāng)工作于方式0時(shí)，M=13，當(dāng)工作于方式1時(shí)，M=16。在為計(jì)數(shù)器賦初值時(shí)，應(yīng)將初值拆成高低兩部分字節(jié)，分別送入TL1和TH1。

實(shí)例：欲采用8051單片機(jī)控制8個(gè)LED同時(shí)以1s為周期閃爍，設(shè)計(jì)電路原理圖并編寫程序。

設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的過(guò)程：

1）先初始化工作方式寄存器TMOD

2)為定時(shí)/計(jì)數(shù)器賦初值

3)通過(guò)控制寄存器TCON中的TRO或TRl實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)或停止。

#include                  //  將8051單片機(jī)頭文件包含到文件中
main(void )
{
    unsigned char counter;   //設(shè)置無(wú)符號(hào)字符型變量，存儲(chǔ)定時(shí)器中斷次數(shù)。
     TMOD=0x01; //設(shè)T0為定時(shí)模式，由TR0控制啟動(dòng)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;                       //初始化定時(shí)器溢出標(biāo)志
  P0=0xff;                      //關(guān)閉LED
    counter=0;                    //從0開(kāi)始計(jì)數(shù)  
    TR0=1;                       //啟動(dòng)定時(shí)器0
   while(1)
    {
     while(TF0==1)              //如果定時(shí)器溢出
    {
          counter++;              //計(jì)時(shí)次數(shù)加1
          if(counter==20)          //計(jì)時(shí)時(shí)間達(dá)到1s
           {
             P0=~P0;                // P0所有位取反，使LED閃爍              
             counter=0;              //重新從0開(kāi)始計(jì)數(shù)
           }
            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;                 //重新初始化定時(shí)器溢出標(biāo)志
       }
    }
}

方式0和方式1的特點(diǎn)：

T1啟動(dòng)后，在TL1和TH1中存儲(chǔ)的計(jì)數(shù)初值基礎(chǔ)上進(jìn)行加“1”計(jì)數(shù)，直至溢出。溢出時(shí)T1寄存器被清零，TF1被置位，并申請(qǐng)中斷。此后，若T1重新啟動(dòng)，則從零重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。若希望T1從某一數(shù)值開(kāi)始計(jì)數(shù)，則應(yīng)給計(jì)數(shù)器賦初值。

若所需計(jì)數(shù)長(zhǎng)度為N，則計(jì)數(shù)初值X=2M-N(1≤N≤2M)，其中當(dāng)工作于方式0時(shí)，M=13，當(dāng)工作于方式1時(shí)，M=16。在為計(jì)數(shù)器賦初值時(shí)，應(yīng)將初值拆成高低兩部分字節(jié)，分別送入TL1和TH1。

實(shí)例：欲采用8051單片機(jī)控制8個(gè)LED同時(shí)以1s為周期閃爍，設(shè)計(jì)電路原理圖并編寫程序。

設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的過(guò)程：

1）先初始化工作方式寄存器TMOD

2)為定時(shí)/計(jì)數(shù)器賦初值

3)通過(guò)控制寄存器TCON中的TRO或TRl實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)或停止。

#include                  //  將8051單片機(jī)頭文件包含到文件中
main(void )
{
    unsigned char counter;   //設(shè)置無(wú)符號(hào)字符型變量，存儲(chǔ)定時(shí)器中斷次數(shù)。
     TMOD=0x01; //設(shè)T0為定時(shí)模式，由TR0控制啟動(dòng)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;                       //初始化定時(shí)器溢出標(biāo)志
  P0=0xff;                      //關(guān)閉LED
    counter=0;                    //從0開(kāi)始計(jì)數(shù)  
    TR0=1;                       //啟動(dòng)定時(shí)器0
   while(1)
    {
     while(TF0==1)              //如果定時(shí)器溢出
    {
          counter++;              //計(jì)時(shí)次數(shù)加1
          if(counter==20)          //計(jì)時(shí)時(shí)間達(dá)到1s
           {
             P0=~P0;                // P0所有位取反，使LED閃爍              
             counter=0;              //重新從0開(kāi)始計(jì)數(shù)
           }
            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;                 //重新初始化定時(shí)器溢出標(biāo)志
       }
    }

4.3、工作方式2

方式2的特點(diǎn)是能自動(dòng)加載計(jì)數(shù)初值。16位計(jì)數(shù)器被分為兩部分，以TL0作為計(jì)數(shù)器，以TH0作為存儲(chǔ)器。初始化時(shí)把計(jì)數(shù)初值分別加載至TL0和TH0中，當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，由存儲(chǔ)器TH0自動(dòng)給計(jì)數(shù)器TL0加載計(jì)數(shù)初值。若所需計(jì)數(shù)長(zhǎng)度為N，則計(jì)數(shù)初值X=28-N(1≤N≤256)。

實(shí)例：下圖是產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線的計(jì)數(shù)系統(tǒng)，每個(gè)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)裝置時(shí)由機(jī)械桿碰合按鍵S1一次。當(dāng)?shù)谝淮斡?jì)滿一包(5個(gè))則D1亮，計(jì)滿第二包則D2亮…，計(jì)滿第八包則D1~D8全亮，八包包裝成一箱，此后重復(fù)以上過(guò)程。編寫程序?qū)崿F(xiàn)此功能。

#include            //  包含51單片機(jī)寄存器定義的頭文件
unsigned char counter;      //計(jì)數(shù)初值
main(void )
{     
   TMOD=0x60;                //使用T1的工作方式2
  TH1=256-5;              // T1的高8位賦初值
  TL1=256-5;              // T1的低8位賦初值  
  counter=0;  
  TR1=1;                    //啟動(dòng)T1
  while(1)               
    {
     while(TF1==1)           //如果計(jì)滿
        {
            TF1=0;             //計(jì)數(shù)器溢出后，將TF1清0
            counter++;         //計(jì)數(shù)加1
    switch (counter)  //檢查中斷計(jì)數(shù)值
      {
                case 1: P0=0xfe; break;  //則第1個(gè)燈亮
                case 2: P0=0xfd; break;  //第2個(gè)燈亮
                case 3: P0=0xfb; break;  //第3個(gè)燈亮
                case 4: P0=0xf7; break;  //第4個(gè)燈亮
                case 5: P0=0xef; break; //第5個(gè)燈亮
                case 6: P0=0xdf; break; //第6個(gè)燈亮
                case 7: P0=0xbf; break; //第7個(gè)燈亮
                case 8: P0=0x00; counter=0; break; //8個(gè)燈全亮
             }                             
          }          
   }
 }

4.4、工作模式3

TO被拆成兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器TLO和THO，TL0獨(dú)占T0的各控制位、引腳和中斷源，既可以用作定時(shí)器也可作計(jì)數(shù)器。TH0只能作為定時(shí)器使用，且需要占用T1的控制位TR1和TF1實(shí)現(xiàn)啟停和中斷。

兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的使用方法與方式0或1相似。工作方式3只適用于T0，不適用于T1。若將T1強(qiáng)行設(shè)置為模式3,將使T1立即停止計(jì)時(shí)或計(jì)數(shù)，相當(dāng)于使TR1=0。

當(dāng)T0作方式3時(shí)，T1仍可以設(shè)置為除工作方式3外的其它工作方式，但由于它的TR1和TF1已被T0占用，因此無(wú)法按正常計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)器工作，常用于串行通信時(shí)的波特率發(fā)生器，以控制傳輸數(shù)據(jù)的速度。

單片機(jī)的P0口接了8個(gè)發(fā)光二極管，要求使用定時(shí)器T0中斷實(shí)現(xiàn)流水燈操作，流水頻率為每0.5秒鐘更替一次（假設(shè)單片機(jī)外接11.0592MHz的晶振）。

#include
unsigned char cnt=0;    //用于中斷次數(shù)計(jì)數(shù)
unsigned char led =0xfe;  //初始化流水燈
int main(void)
{
  TMOD=0x01;       //16位定時(shí)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;      //開(kāi)中斷
  TR0=1;      //啟動(dòng)T0工作
   while(1);
}
void T0_int(void)  interrupt 1   
{
  cnt++;
  if( cnt==10 )    //0.5秒鐘的時(shí)間到了
  {
    cnt=0;      //清除次數(shù)統(tǒng)計(jì)
    led =(led <<1)|1;    //更新流水燈數(shù)據(jù)
    if(led ==0xff)
    {
      led =0xfe;
    }
    P0=led;      //顯示流水燈
  }
   TH0=(65536-46083)/256;       //初始化T0的高8位
  TL0=(65536-46083)%256;       //初始化T0的低8位
}