詳細(xì)剖析單片機(jī)定時器的寄存器

標(biāo)準(zhǔn)的 51 單片機(jī)內(nèi)部有 T0 和 T1 這兩個定時器，T 就是 Timer 的縮寫，現(xiàn)在很多 51 系列單片機(jī)還會增加額外的定時器，在這里我們先講定時器 0 和 1。前邊提到過，對于單片機(jī)的每一個功能模塊，都是由它的 SFR，也就是特殊功能寄存器來控制。

與定時器有關(guān)的特殊功能寄存器，有以下幾個，大家不需要去記憶這些寄存器的名字和作用，你只要大概知道就行，用的時候，隨時可以查手冊，找到每個寄存器的名字和每個寄存器所起到的作用。

表 5-1 的寄存器是存儲定時器的計(jì)數(shù)值的。TH0/TL0 用于 T0，TH1/TL1 用于 T1。

表 5-1 定時值存儲寄存器

表 5-2 是定時器控制寄存器 TCON 的位分配，表 5-3 是則是對每一位的具體含義的描述。

表 5-2 TCON——定時器控制寄存器的位分配（地址 0x88、可位尋址）

大家注意在表 5-3 中的描述中，只要寫到硬件置 1 或者清 0 的，就是指一旦符合條件，單片機(jī)將自動完成的動作，只要寫軟件置 1 或者清 0 的，是指我們必須用程序去完成這個動作，后續(xù)遇到此類描述就不再另做說明了。對于 TCON 這個 SFR，其中有 TF1、TR1、TF0、TR0 這 4 位需要我們理解清楚，它們分別對應(yīng)于 T1 和 T0，我們以定時器 1 為例講解，那么定時器 0 同理。先看 TR1，當(dāng)我們程序中寫 TR1 = 1 以后，定時器值就會每經(jīng)過一個機(jī)器周期自動加 1，當(dāng)我們程序中寫 TR1 = 0以后，定時器就會停止加 1，其值會保持不變化。TF1，這個是一個標(biāo)志位，他的作用是告訴我們定時器溢出了。

比如我們的定時器設(shè)置成 16 位的模式，那么每經(jīng)過一個機(jī)器周期，TL1加 1 一次，當(dāng) TL1 加到 255 后，再加 1，TL1 變成 0，TH1 會加 1 一次，如此一直加到 TH1和 TL1 都是 255（即 TH1 和 TL1 組成的 16 位整型數(shù)為 65535）以后，再加 1 一次，就會溢出了，TH1 和 TL1 同時都變?yōu)?0，只要一溢出，TF1 馬上自動變成 1，告訴我們定時器溢出了，僅僅是提供給我們一個信號，讓我們知道定時器溢出了，它不會對定時器是否繼續(xù)運(yùn)行產(chǎn)生任何影響。本節(jié)開頭我們就提到了定時器有多種工作模式，工作模式的選擇就由 TMOD 來控制，TMOD 的位分配和描述見表 5-4 到 5-6 所示，TMOD 的位功能如表 5-5 所示。

表 5-4 TMOD——定時器模式寄存器的位分配（地址 0x89、不可位尋址）

可能你已經(jīng)注意到了，表 5-2 的 TCON 最后標(biāo)注了“可位尋址”，而表 5-4 的 TMOD 標(biāo)注的是“不可位尋址”。意思就是說：比如 TCON 有一個位叫 TR1，我們可以在程序中直接進(jìn)行 TR1 = 1 這樣的操作。但對 TMOD 里的位比如(T1)M1 = 1 這樣的操作就是錯誤的。我們要操作就必須一次操作這整個字節(jié)，也就是必須一次性對 TMOD 所有位操作，不能對其中某一位單獨(dú)進(jìn)行操作，那么我們能不能只修改其中的一位而不影響其它位的值呢？當(dāng)然可以，在后續(xù)課程中你就會學(xué)到方法的，現(xiàn)在就先不關(guān)心它了。表 5-6 列出的就是定時器的 4 中工作模式，其中模式 0 是為了兼容老的 8048 系列單片機(jī)而設(shè)計(jì)的，現(xiàn)在的 51 幾乎不會用到這種模式，而模式 3 根據(jù)我的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，它的功能用模式 2 完全可以取代，所以基本上也是不用的，那么我們就重點(diǎn)來學(xué)習(xí)模式 1 和模式 2。模式 1，是 THn 和 TLn 組成了一個 16 位的定時器，計(jì)數(shù)范圍是 0～65535，溢出后，只要不對 THn 和 TLn 重新賦值，則從 0 開始計(jì)數(shù)。模式 2，是 8 位自動重裝載模式，只有 TLn做加 1 計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)范圍 0～255，THn 的值并不發(fā)生變化，而是保持原值，TLn 溢出后，TFn就直接置 1 了，并且 THn 原先的值直接賦給 TLn，然后 TLn 從新賦值的這個數(shù)字開始計(jì)數(shù)。這個功能可以用來產(chǎn)生串口的通信波特率，我們講串口的時候要用到，本章節(jié)我們重點(diǎn)來學(xué)習(xí)模式 1。為了加深大家理解定時器的原理，我們來看一下他的模式 1 的電路示意圖 5-2。

圖 5-2 定時器/計(jì)數(shù)器模式 1 示意圖

我?guī)ьI(lǐng)大家一起來分析一遍這個示意圖，日后如果再遇到類似的圖，大家就可以自己研究了。OSC 框表示時鐘頻率，因?yàn)?1 個機(jī)器周期等于 12 個時鐘周期，所以那個 d 就等于 12。下邊 GATE 右邊的那個門是一個非門電路，再右側(cè)是一個或門，再往右是一個與門電路，大家可以對照一下 5-1 節(jié)的內(nèi)容。圖上可以看出來，下邊部分電路是控制了上邊部分，那我們先來看下邊是如何控制的，我們以定時器 0 為例。1) TR0 和下邊或門電路的結(jié)果要進(jìn)行與運(yùn)算，TR0 如果是 0 的話，與運(yùn)算完了肯定是 0，所以如果要讓定時器工作，那么 TR0 就必須置 1。2) 這里的與門結(jié)果要想得到 1，那么前面的或門出來的結(jié)果必須也得是 1 才行。在 GATE位為 1 的情況下，經(jīng)過一個非門變成 0，或門電路結(jié)果要想是 1 的話，那 INT0 即 P3.2 引腳必須是 1 的情況下，這個時候定時器才會工作，而 INT0 引腳是 0 的情況下，定時器不工作，這就是 GATE 位的作用。3) 當(dāng) GATE 位為 0 的時候，經(jīng)過一個非門會變成 1，那么不管 INT0 引腳是什么電平，經(jīng)過或門電路后都肯定是 1，定時器就會工作。4) 要想讓定時器工作，就是自動加 1，從圖上看有兩種方式，第一種方式是那個開關(guān)打到上邊的箭頭，就是 C/T = 0 的時候，一個機(jī)器周期 TL 就會加 1 一次，當(dāng)開關(guān)打到下邊的箭頭，即 C/T =1 的時候，T0 引腳即 P3.4 引腳來一個脈沖，TL 就加 1 一次，這也就是計(jì)數(shù)器功能。