51單片機定時/計數器詳解（工作原理及模式、應用）

51單片機是基礎入門的一個單片機，還是應用最廣泛的一種。本文主要介紹51單片機定時/計數器，首先介紹了51單片機定時/計數器的工作原理，其次介紹了51單片機定時/計數器的工作模式，最后闡述了51單片機定時/計數器的應用，具體的跟隨小編一起來了解一下吧。

51單片機的定時/計數器的概念

單片機中，脈沖計數與時間之間的關系十分密切，每輸入一個脈沖，計數器的值就會自動累加1，只要相鄰兩個計數脈沖之間的時間間隔相等，則計數值就代表了時間的流逝，因此，單片機中的定時器和計數器其實是同一個物理的電子元件，只不過計數器記錄的是單片機外部發生的事情（接受的是外部脈沖），而定時器則是由單片機自身提供的一個非常穩定的計數器，這個穩定的計數器就是單片機上連接的晶振部件;MCS-51單片機的晶振經過12分頻之后提供給單片機穩定脈沖;晶振的頻率是非常準確的，所以單片機的計數脈沖之間的時間間隔也是非常準確的。

51單片機的定時/計數器的工作原理

加1計數器輸入的計數脈沖有兩個來源，一個是由系統的時鐘振蕩器輸出脈沖經12分頻后送來；一個是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。

作為定時器使用時，定時器計數8051單片機片內振蕩器輸出經過12分頻后的脈沖個數，即：每個機器周期使定時器T0/T1的寄存器值自動累加1，直到溢出，溢出后繼續從0開始循環計數;所以，定時器的分辨率是時鐘振蕩頻率的1/12;

作為計數器使用時，通過引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）對外部脈沖信號進行計數，當輸入的外部脈沖信號發生從1到0的負跳變時，計數器的值就自動加1由于檢測一個從1到0的下降沿需要2個機器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周期。當晶振頻率為12MHz時，最高計數頻率不超過1/2MHz，即計數脈沖的周期要大于2微秒。;計數器的最高頻率一般是時鐘振蕩頻率的1/24;

由此可知，不論是定時器還是計數器工作方式，定時器T0和T1均不占用CPU的時間，除非定時器/計數器T0和T1溢出，才可能引起CPU中斷，轉而去執行中斷處理程序。所以說，定時器/計數器是單片機中效率高而工作靈活的部件。

51單片機定時器工作原理圖：

由上圖可見與定時器相關的寄存器主要有下面這幾個：TMOD、 TCON、 TL0、TH0、TL1、TH1。下面介紹一下這幾個寄存器

16位加法計數器：

是定時計數器的核心，其中 TL0、TH0、是定時計數器0的底八位和高八位；TL1、TH1是定時計數器1的底八位和高八位；并且高八位和底八位可單獨使用。16位加法計數器主要是在設置定時計數器的初值時候使用

TMOD定時器工作模式及方式寄存器

GATE ：定時操作開關控制位，當GATE=1時，INT0或INT1引腳為高電平，同時TCON中的TR0或TR1控制位為1時，計時/計數器0或1才開始工作。若GATE=0，則只要將TR0或TR1控制位設為1，計時/計數器0或1就開始工作。

C/T ：定時器或計數器功能的選擇位。C/T=1為計數器，通過外部引腳T0或T1輸入計數脈沖。C/T=0時為定時器，由內部系統時鐘提供計時工作脈沖。

M1 M0：T0、T1工作模式選擇位

TCON定時器控制寄存器

TF1：定時器T1溢出標志，可由程序查詢和清零，TF1也是中斷請求源，當CPU響應T1中斷時由硬件清零。

TF0：定時器T0溢出標志，可由程序查詢和清零，TF0也是中斷請求源，當CPU響應T0中斷時由硬件清零。

TR1：T1充許計數控制位，為1時充許T1計數（定時）。

TR0：T0充許計數控制位，為1時充許T0計數（定時）。

IE1：外部中斷1請示源（INT1，P3.3）標志。IE1＝1，外部中斷1正在向CPU請求中斷，當CPU響應該中斷時由硬件清“0”。

IT1：外部中斷源1觸發方式控制位。此位為1設置為底電平觸發，為0設置為下降沿觸發。

IE0：外部中斷0請示源（INT0，P3.2）標志。IE0＝1，外部中斷1正在向CPU請求中斷，當CPU響應該中斷時由硬件清“0”。

IT0：外部中斷源0觸發方式控制位。此位為1設置為底電平觸發，為0設置為下降沿觸發。

51單片機定時器4種工作模式

工作模式0：

由TL0的低5位和TH0的全部8位共同構成一個13位的定時器/計數器，定時器/計數器啟動后，定時或計數脈沖個數加到TL0上，從預先設置的初值（時間常數）開始累加，不斷遞增1，當 TL0計滿后，向TH0進位，直到13位寄存器計滿溢出，TH0溢出時，置位TCON中的TF0標志，向CPU發出中斷請求。并且定時器/計數器硬件會自動地把13位的寄存器值清0，如果需要進一步定時/計數，需要使用相關指令重置時間常數，并把定時器/計數器的中斷標記TF0置0。

工作模式1：最常用的定時器工作模式

模式1與模式0幾乎完全相同，唯一的區別就是，模式1中的寄存器TH0和TL0共同構成的是一個16位定時器/計數器來參與操作，因此比模式0中的定時/計數范圍更大

工作模式2： 工作方式2特別適合于用作較精確的脈沖信號發生器。

這種模式又稱為自動再裝入預置數模式。有時候，我們的定時/計數操作是需要多次重復定時/計數的，如果溢出時不做任何處理，那么，在第二輪定時/計數時就是從0開始定時/計數了，而這并不是我們想要的。所以，要保證每次溢出之后，再重新開始定時/計數的操作是我們想要的，那就要把預置數（時間常數）重新裝入某個地方，而重新裝入預置數的操作是硬件設備自動完成的，不需要人工干預，所以這種工作模式就叫自動再裝入預置數方式。在工作模式2中，把自動重裝入的預置數存放在定時器/計數器的寄存器的高8位中，也就是存放在TH0中，而只留下TL0參與定時/計數操作。

這個工作模式常用于波特率發生器（串口通訊），T1工作在串口模式2;用于這種方式時，定時器就是為了提供一個時間基準;計數溢出之后，不需要做太多的事情，只做一件事就可以，就是重新裝入預置數，再開始重新計數，而且中間不需要任何延時。

工作模式3：

方式3只適用于定時/計數器T0，定時器T1處于方式3時相當于TR1=0，停止計數由于定時器/計數器T1沒有工作模式3，如果把定時器/計數器T0設置為工作模式3，那么TL0和TH0將被分割成兩個相互獨立的8位定時器/計數器。

51單片機的定時/計數器的應用

在protues下搭建仿真環境：

在這里介紹一下定時器初值的設定：

工作方式0:13位定時器/計數器工作模式，最多可計數2的13次方次，即：8192次

工作方式1:16位定時器/計數器工作模式，最多可計數2的16次方次，即：65536次

工作方式2:8位定時器/計數器工作模式，最多可計數2的8次方次，即：256次，

工作方式3:8位定時器/計數器工作模式，最多可計數2的8次方次，即：256次

以12M晶振為例：每秒鐘可以執行1000000次機器周期個機器周期。而定時器每次溢出 最多65536 個機器周期。

那么對12MHz的晶振來講

1個機器周期 1us （ 12/fosc = 1us）

方式0 13位定時器最大時間間隔 = 2^13 = 8.192ms

方式1 16位定時器最大時間間隔 = 2^16 = 65.536ms

方式2 8位定時器最大時間間隔 = 2^8 = 0.256ms =256 us

方式3 8位定時器最大時間間隔 = 2^8 = 0.256ms =256 us

以上是對定時器定時的最大時間間隔做一個說明，下面具體說明怎么計算初值（小于最大時間間隔）假如定時10ms那么的定時器初值計算如下：

－當使用12M晶振，12MHz除12為1MHz，也就是說一秒=1000000次機器周期。10ms=10000次 機器周期。

預置數的計算公式：預置數=最大值-需要計數的次數;（65536-10000）

再將預置數裝入16位定時計數器，如下：

TH0=（65536-10000）/256

TL0=（65536-10000）%256

－當使用11.0592M晶振，11.0592MHz除12為921600Hz，就是一秒921600次機器周期，10ms=9216次機器周期。

預置數的計算公式：預置數=最大值-需要計數的次數;（65536-9216）

再將預置數裝入16位定時計數器，如下：

TH0=（65536-9216）/256

TL0=（65536-9216）%256

介紹完初值的確定，下面介紹定時器最常見的兩種用法

定時：定時計數器作為定時器使用，配置步驟如下：

1.模式設置，配置TMOD寄存器

2.定時器初值設置 假設10ms中斷

3.開定時器中斷

4.開總中斷

5.打開定時器

通過以上5步就打開了一個定時器，定時器沒10毫秒發起一次中斷，即沒10毫秒進入一次中斷服務程序

示例程序如下：

#include《reg51.h》

sbit led=P1^0;

unsigned int flag;

void main（）

{

TMOD=0x01;//1.模式設置，00000001，采用的是定時器0，工作與式1（M1=0，M0=1）。

TH0=（65536-10000）/256; //2.定時器設置，每隔10毫秒發起一次中斷。

TL0=（65536-10000）%256;

ET0=1; //3.開定時器0中斷

EA = 1; //4.開總中斷

TR0=1; //5.打開定時器

while（1）

{

if（flag==100）

{

led=~led;

flag=0;

}

}

}

void TIM0（） interrupt 1 //中斷服務程序

{

TH0=（65536-10000）/256; //進入中斷要重新設置定時器處置，要注意。

TL0=（65536-10000）%256;

flag++;

}1234567891011121314151617181920212223242526272829

計數：定時計數器作為計數器使用，配置步驟如下：

1.模式設置，配置TMOD寄存器。

2.開計數器中斷

3.開總中斷

4.打開計數器

通過這簡單的四步，我們就打開了一個計數器，可以對P3.4或者P3.5進行下降沿的脈沖計數，這里有一點要注意就是計數器可以不開中斷，這樣溢出時只是不會進去中斷服務程序。

示例程序如下：

#include《reg51.h》

sbit led=P1^0;

sbit s=P3^4;

unsigned int count;

void main（）

{

TMOD=0x05; //1.模式設置，00000101，采用的是計數器0，工作模式1（M1=0，M0=1）。

TH0=0; //計數器清零

TL0=0;

ET0=1; //2.開計數器0中斷

EA=1; //3.開總中斷

TR0=1; //4.打開計數器

led=1;

while（1）

{

count=（TH0《《8）|TL0;

if（（count*10000）==50000）//按5下按鍵led狀態取反

{

led=0;

TH0=0XFF;

TL0=0XFF; //人為的讓計數器進入中斷

}

}

}

void TIM0（） interrupt 1 //中斷服務程序

{

led=1;

TH0=0;

TL0=0;

}