第7章單片機的定時/計數器單片機原理、接口及應用本章重點★7.1定時計數器基本知識★7.2定時計數器結構和工作原理★7.3定時計數器的控制寄存器★7.4定時器的四種工作方式

★7.5定時計數器的應用編程7.1定時計數器基本知識8051單片機中有兩個計數器T0和T1，這兩個計數器分別是由兩個8位的RAM單元組成的，即每個計數器都是16位的計數器，最大的計數量是65536。8031中的計數器除了能作為計數之用外，還能用作時鐘，時鐘的用途當然很大，如打鈴器，電視機定時關機，空調定時開關等等。定時器和計數器的原理是一樣的，都是進行計數操作，每次加1，加滿溢出后，再從0開始計數，定時器和計數器不同之處是輸入的計數信號來源不同。計數器是記錄的外界發生的事情，而定時器則是由單片機供給一個非常穩定的計數源。

這個計數源就是由單片機的晶體震蕩器經過12分頻后獲得的一個脈沖源。晶體震蕩器的頻率當然很準，所以這個計數脈沖的時間間隔也很準。實現定時功能，比較方便的方法是利用單片機的定時器計數器，也可以采用下面的三種方法：軟件定時：軟件定時不占用硬件資源，但占用了cpu的時間，降低了cpu的利用率。采用時基電路定時：例如采用555電路，外界必要的元器件（電阻和電容），即可構成硬件定時電路。但在硬件連接好以后，定時值與定時范圍不能由軟件進行修改與控制，即不可編程。采用可編程芯片定時：這種定時芯片的定時值及定時范圍很容易用軟件來確定和修改，此種芯片定時功能強，使用靈活，在單片機的定時計數器不夠用時，可以考慮進行擴展。7.28051定時/計數器結構和工作原理★

51系列單片機片內有二個十六位定時/計數器：定時器0(T0)和定時器1(T1)。★兩個定時器都有定時或事件計數的功能，可用于定時控制、延時、對外部事件計數和檢測等場合★定時/計數器實際上是16位加1計數器。

T0由2個8位持殊功能寄存器TH0和TL0構成，

T1由2個8位持殊功能寄存器TH1和TL1構成。★每個定時器都可由軟件設置為定時工作方式或

計數工作方式。★T0和T1受特殊功能寄存器TMOD和TCON控制。

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。每來一個脈沖計數器加1，當加到計數器為全1時，再輸入一個脈沖就使計數器回零，且計數器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發出中斷請求（定時/計數器中斷允許時）。如果定時/計數器工作于定時模式，則表示定時時間已到；如果工作于計數模式，則表示計數值已滿。可見，由溢出時計數器的值減去計數初值才是加1計數器的計數值。1.定時工作方式

★設置為定時器模式時：加1計數器是對內部機器周期計數（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數頻率為晶振頻率的1/12）。

★每經過一個機器周期定時器(T0或T1)的數值加1直至計數滿產生溢出。★計數值N乘以機器周期Tcy就是定時時間t

。

計數值：N=滿計數值-初始設定值t=計數值N×機器周期T如：當8051采用12MHz晶體時，每個機器周期為1μs，計5個機器周期即為5μs，即定時5μs。2.計數工作方式

★設置為計數工作方式時，通過引腳T0(P3．4)和T1(P3．5)對外部脈沖信號計數。★當輸入脈沖信號產生由1至0的下降沿時，定時器的值加1,在每個機器周期CPU采樣T0和T1的輸入電平。若前一個機器周期采樣值為高，下一個機器周期采樣值為低，則計數器加1。★由于檢測一個1至0的跳變需要二個機器周期，故最高計數頻率為振蕩頻率的二十四分之一。★雖然對輸入信號的占空比無特殊要求，但為了確保某個電平在變化之前至少被采樣一次，要求電平保持時間至少是一個完整的機器周期。由T0或T1引腳輸入計數脈沖。在每個機器周期的S5P2期間，CPU采樣引腳輸入電平。當前一機器周期采樣到高電平，下一周期機器采樣到低電平時，則計數器加1，更新的計數值在下一個機器周期的S3P1期間裝入計數器。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，最高計數頻率不超過振蕩頻率的1/24，當晶振頻率為12MHz時，計數頻率為1/2MHz，計數脈沖的周期要大于2s。

7.3定時計數器的控制寄存器★定時器共有兩個控制寄存器：定時器控制TCON（88H)

定時器工作模式寄存器TMOD(89H)1.工作模式寄存器TMOD(89H)

TMOD用于控制T0和T1的操作模式。其各位的定義如下：TMODD7D6D5D4D3D2D1D0(89H)GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0定時器T0

定時器T1★

GATE：門控選擇位

=0，非門控方式，定時/計數器由內部軟件啟動：

TRx=1，啟動定時器工作；

TRx=0，停止定時器工作。

=1，門控方式，定時/計數器由內、外部啟動：

TRx=1，同時必須引腳INTx=1，才啟動。門控位GATE為1時，TRx=1，INTx=1才能啟動定時器。利用這個特性可以測量外部輸入脈沖的寬度。★

C/T：定時器/計數器選擇位

C/T=1，計數方式，通過引腳T0（P3.4）和T1(P3.5)對外部信號進行計數。

C/T=0，定時方式，對機器周期計數。

★M1、M0——工作模式選擇位。

由于有M1和M0兩位，可以有四種工作方式。T0有4種工作模式，T1有3種工作模式。定時器/計數器T1不能工作在模式3。設置T1的M1M0=11，T1將停止工作。定時器/計數器的工作模式M1M0工作模式功能介紹00模式013位定時器/計數器01模式116位定時器/計數器10模式28位自動重置定時器/計數器11模式3定時器0：TL0可8位定時器/計數器，TH0為8位定時器。定時器1：不工作。TMOD各位定義及具體的意義

TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0T1請求有/無

T1工作啟/停T0請求有/無T0工作啟/停INT1請求有/無INT1方式下沿/低電平

INT0請求有/無INT0方式下沿/低電平2.控制寄存器TCON(88H)

TCON寄存器中定時器控制僅用了其中高四位，其意義如下：

★TF1：T1溢出中斷請求標志。

TF1=1，T1有溢出中斷請求。

TF1=0，T1無溢出中斷請求。

★TR1：T1運行控制位。

TR1=1，啟動T1工作。

TR1=0，停止T1工作。在程序中用指令“SETBTR1”使TR1位置1，定時器T1便開始計數。“CLRTR1”使TR1清0.GATE=0時，用軟件使TR1置1，則啟動定時器1，

用軟件使TR1清0，則停止定時器1。GATE=1時，用軟件TR1置1，如果檢測到引腳INT1（P3.3）輸入高電平時啟動定時器1。

★TF0：T0溢出中斷請求標志。

TF0=1，T0有溢出中斷請求。

TF0=0，T0無溢出中斷請求。

★TR0：T0運行控制位。

TR0=1，啟動T0工作。

TR0=0，停止T0工作。同TR1定時計數器的內部邏輯電路結構

&>1C/TC/T7.4定時器的四種工作方式

對TMOD寄存器的M1、M0位的設置，可選擇四種工作方式，即方式0、方式1、方式2和方式3。下面用THX、TLX（X=1或0）表示TH1TL1TH0TL0。

模式0以及定時器T0、T1模式0下的結構模式1以及定時器T0、T1模式1下的結構模式2以及定時器T0、T1模式2下的結構模式3以及定時器T0、T1模式3下的結構

13位定時/計數器，由TLx的低5位（高3位未用）和THx的8位組成。TLx的低5位溢出時向THx進位，THx溢出時，置位TCON中的TFx標志，向CPU發出中斷請求。1）方式0（M1M0=00）計數外部脈沖個數：1～8192(213)定時時間：T～8192Tfosc=12MHz，T=1us時，最大定時時間：8.19ms初始化定時/計數器時，初值N計算:定時機器周期數:N＝t/T-------定時時間/機器周期計數初值：X=213-N

------計數最大值與計數值之差GATE=0時，經反相后使或門輸出為1，此時僅由TRx控制與門的開啟，與門輸出1時，控制開關接通，計數開始；GATE=1時，由INT0引腳信號控制或門的輸出，此時控制與門的開啟由INT0引腳信號和TRx共同控制。

TRx=1時，INT0引腳信號高電平啟動計數，低電平停止計數。常用來測量外中斷引腳上正脈沖的寬度。

2）方式1（16位定時/計數器，M1M0=01

）計數外部脈沖個數范圍：1～65536(216)定時時間范圍：T～65536T初始化定時/計數器時，初值N計算:定時機器周期數:N＝t/T-------定時時間/機器周期計數初值：X=216-N

------計數最大值與計數值之差3）方式2（自動再裝入8位定時/計數器，M1M0=00）TLx為8位加1計數器，THx為8位初值暫存器。TLx計數溢出時，一方面將TFx置位，另一方面，將THx的內容重新裝入TLx，但不影響THx中的內容，用于需要重復定時和計數的場合，可實現每隔預定時間發出控制信號。計數外部脈沖個數范圍：1～256(28)定時時間范圍：T～256T初值N計算:定時機器周期數:N＝t/T計數初值：X=28-N4）方式3（M1M0=00）T0分成兩個8位定時/計數器TL0和TH0；

TL0：既可計數也可定時，是一個8位定時/計數器。占用了T0

所有控制位：C/T,TR0,GATE,TF0和INT0、T0引腳；

TH0：只能作為定時器，因為T0已被TL0占用，TH0用T1的控制位：TR1、TF1；T0在方式3時T1的工作模式

如果定時/計數器T0工作在方式3，T1只能工作在0、1、2方式。此時由于T1的運行控制位TR1及計數溢出標志位TF1已被定時/計數器T0借用，這時，T1作為串行口的波特率發生器使用。

當作為波特率發生器使用時，只需要設置好工作方式，便可自動運行。如要停止工作，只需送入一個把T1設置為方式3的方式控制字。因為定時/計數器T1不能在方式3下工作，如果硬把它設置為方式3，則停止工作。T0在方式3時T1的工作模式(c)T1方式2定時器/計數器的功能和工作模式的選擇是由工作模式控制寄存器TMOD和定時器控制寄存器TCON來控制的。●

工作模式控制寄存器TMOD示意圖●定時器控制寄存器TCON示意圖●

4種工作模式的特點1．最大定時時間不同（采用12MHz的晶體）模式0（13位）時：TMAX=8192s=8.192ms。模式1（16位）時：TMAX=65536s=65.536ms。模式2和3（兩個8位）時：TMAX=256s=0.256ms。2．加載方式不同模式0和模式1的最大特點是計數溢出后，計數器全為0，因此，循環定時或計數時就要反復設置計數初值；模式2可以自動加載計數初值；模式3適合用于串行口數據傳輸率發生器。小結任意定時以及計數的方法：

我們采用預置數的辦法，我要計100，那我就先放進65436，再來100個脈沖，就到了65536了。定時也是如此，每個脈沖是1微秒，則計滿65536個脈沖需時65.536毫秒，但現在我只要10毫秒就能了，怎么辦？10個毫秒為10000個微秒，所以，只要在計數器里面放進55536就可以了。以定時器T0在方式1下定時0.95ms為例，先將65536μs-950μs=64586μs換成十六進制數FC4AH，然后將此數的高位FC裝入TH0；再將此數的低位4A裝入TL0。再進行計數就可以了。還有一種簡便計算方法，即將設計時初始值直接代入表中所提供的公式里，如使用定時器T0在模式0下定時1000s，設計初始值為1000，將1000分兩次代入公式即可。定時計數器的初始化

在使用定時器/計數器前，應首先對其進行初始化編程。一、定時器的初始化步驟1、設置TMOD。選擇工作模式和工作方式。2、設置定時器的計數初值。將初值寫入TH0和TL0或TH1、TL1。3、如果需要中斷，設置中斷允許寄存器IE。4、設置TCON，啟動定時器。可以使用位操作指令。例如：SETBTRx。使用定時器工作之前，先寫入方式、控制寄存器，確定好定時器工作方式：MOVTMOD，#方式字;啟動方式選擇（內外共同啟動/內啟動） 功能選擇—（計數/定時）位數選擇—

（8/13/16位）MOVTHx，#XH

；計算時間常數X，MOVTLx，#XL；Tx時間常數初值裝入數據寄存器

，(SETBEA ) ；開Tx中斷(SETBETx)SETBTRx

；啟動控制Tx定時器（啟動/停止）定時器初始化編程：在主程序中進行

二、定時器/計數器初值計算

定時器/計數器的模式和方式不同，計數初值也將不同。計數器的長度為n，則計數的最大值為2n

。

1、工作于定時方式計數脈沖由內部的時鐘提供，每個機器周期進行加1。設晶振頻率為fosc，則計數脈沖的頻率為fosc/12，計數脈沖周期T=1/（fosc/12）。如果進行定時時間為t，計數初值為X，則：初值X=2n

-t×fosc/122、工作于計數方式當工作在計數方式時，對外部脈沖計數。利用計數器計數結束產生溢出的特性，來計算初值X。則有：X=2n—計數次數上節練習與回顧1、下面哪一種僅適用于定時器T0（）A.方式0B.方式1C.方式2D.方式32、若51單片機的晶振頻率是24MHz，則其內部定時器/計數器利用計數器對外部輸入脈沖的最高計數頻率是（）A.1MHzB.6MHzC.12MHzD.24MHz3、8031定時/計數器是否計滿可采用等待中斷的方法進行處理，也可通過對（）的查詢方法進行判斷。

A．OV標志B．CY標志C．中斷標志D．奇偶標志4、在下列寄存器中，與定時/計數控制無關的是()A、TCON（定時控制寄存器）B、TMOD（工作方式控制寄存器）C、SCON（串行控制寄存器）D、IE（中斷允許控制寄存器）答：有四種工作模式：模式0，模式1，模式2，模式3

（1）

模式0：選擇定時器的高8位和低5位組成一個13位定時器/計數器。TL低5位溢出時向TH進位，TH溢出時向中斷標志位TF進位，并申請中斷。

定時時間t=(213-初值)×振蕩周期×12；計數長度位213=8192個外部脈沖

（2）

模式1：與模式0的唯一差別是寄存器TH和TL以全部16位參與操作。定時時間t=(216-初值)×振蕩周期×12；計數長度位216=65536個外部脈沖

（3）

模式2：把TL0和TL1配置成一個自動重裝載的8位定時器/計數器。TL用作8位計數器，TH用以保存初值。TL計數溢出時不僅使TF0置1，而且還自動將TH中的內容重新裝載到TL中。

定時時間t=(28-初值)×振蕩周期×12；計數長度位28=256個外部脈沖

（4）

模式3：對T0和T1不大相同

若設T0位模式3，TL0和TH0被分為兩個相互獨立的8位計數器。TL0為8位計數器，功能與模式0和模式1相同，可定時可計數。

TH0僅用作簡單的內部定時功能，它占用了定時器T1的控制位TR1和中斷標志位TF1，啟動和關閉僅受TR1控制。

定時器T1無工作模式3，但T0在工作模式3時T1仍可設置為0~2。

5、89C51定時器有哪幾種工作模式？有何區別？6、根據定時器/計數器0方式1邏輯結構圖，分析門控位GATE取不同值時，啟動定時器的工作過程。

答：當GATE=0：軟件啟動定時器，即用指令使TCON中的TR0置1即可啟動定時器0。GATE=1：軟件和硬件共同啟動定時器，即用指令使TCON中的TR0置1時，只有外部中斷INT0引腳輸入高電平時才能啟動定時器0。7、單片機8031的時鐘頻率為6MHz,若要求定時值分別為0.1ms,1ms,10ms,定時器0工作在模式0、模式1和模式2時，其定時器初值各應是多少？

解：

（1）

0.1ms

模式0：

T0低5位01110B=0EH

T0高8位：11111110B=FEH

模式1：模式2：

（2）

1ms

模式0：

T0低5位01100B=0CH

T0高8位：11110000B=F0H

模式1：

模式2：

在此情況下最長定時為512μs，無法一次實現定時1ms，可用0.1ms循環10次

（3）

10ms

模式0：

T0低5位11000B=18H

T0高8位：01100011B=63H

模式1：

模式2：在此情況下最長定時為512μs，無法一次實現定時10ms，可用0.1ms循環100次8、3、設MCS-51單片機fosc=12MHz，要求T0定時150μs，分別計算采用定時方式0、方式1和方式2時的定時初值。答：方式0的定時初值：IF6AH方式1的定時初值：FF6AH方式2的定時初值：6AH9、

設MCS-51單片機fosc=6MHz，問單片機處于不同的工作方式時，最大定時范圍是多少？

答：方式0的最大定時范圍：131,072μs方式1的最大定時范圍：16,384μs方式2的最大定時范圍：512μs例1

設單片機的振蕩頻率為12MHz，用定時器/計數器0的模式1編程，在P1.0引腳產生一個周期為1000μs的方波，定時器T0采用中斷的處理方式。定時器的分析過程。工作方式選擇需要產生周期信號時，選擇定時方式。定時時間到了對輸出端進行周期性的輸出即可。

工作模式選擇

根據定時時間長短選擇工作模式。

首選模式2，可以省略重裝初值操作。定時器的應用舉例

定時時間計算：周期為1000μs的方波要求定時器的定時時間為500μs，每次溢出時，將P1.0引腳的輸出取反，就可以在P1.0上產生所需要的方波。定時初值計算：振蕩頻率為12MHz，則機器周期為1μs。

設定時初值為X，（65536-X）×1μs=500μs

X=65036=0FE0CH定時器的初值為：TH0=0FEH，TL0=0CH

C語言程序：#include<reg52.h> //包含特殊功能寄存器庫sbit P1_0=P1^0; //進行位定義voidmain() { TMOD=0x01; //T0做定時器，工作在模式1 TL0=0x0c; TH0=0xfe; //設置定時器的初值

ET0=1; //允許T0中斷

EA=1; //開中斷

TR0=1; //啟動定時器

while(1); //等待中斷}

voidtime0_int(void)interrupt1{ //中斷服務程序

TL0=0x0c; TH0=0xfe; //定時器重賦初值

P1_0=~P1_0; //P1.0取反，輸出方波}

匯編語言程序：

ORG 0000H SJMP MAIN ORG 000BH LJMP TIME0MAIN:MOV TMOD,#01H ；T0定時，模式1 MOV TL0,#0CH ；置定時初值

MOV TH0,#0FEH SETB ET0 ；定時器T0開中斷

SETB EA ；CPU開中斷

SETB TR0 ；啟動定時器T0 SJMP $ ；等待定時器溢出TIME0:MOV TL0,#0CH ;中斷服務程序

MOV TH0,#0FEH ；重裝定時初值

CPL P1.0 ；P1.0取反，輸出方波

RETI ；中斷返回

END例2

設單片機的振蕩頻率為12MHz，用定時器/計數器0編程實現從P1.0輸出周期為500μs的方波。分析：定時時間：從P1.0輸出周期為500μs的方波。定時250μs，定時結束對P1.0取反。

模式選擇：當系統時鐘頻率為12MHz，機器周期為1μs，定時器/計數器0可以選擇模式0、模式1和模式2。模式2最大的定時時間為256μs，滿足250μs的定時要求，選擇模式2（1）定時初值計算

（256-X）×1μs=250μs X=6； 則TH0=TL0=6采用中斷處理方式的程序：

C語言程序：#include <reg52.h>//包含特殊功能寄存器庫

sbit P1_0=P1^0;void main(){ TMOD=0x02; //選擇定時器的工作模式

TL0=0x06; TH0=0x06; //為定時器賦初值

ET0=1; //允許定時0中斷

EA=1; TR0=1; //啟動定時器0 while(1); //等待中斷} voidtime0_int(void)interrupt1 { P1_0=~P1_0;} 匯編語言程序：

ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH ；中斷處理程序 CPL P1.0 RETI

ORG 0030H ；主程序

MAIN: MOV TMOD，#02H MOV TL0，#06H MOV TH0，#06H

SETB ET0 ；允許定時器0中斷

SETB EA ；允許CPU中斷 SETB TR0 ；啟動定時器0 SJMP $ ；等待中斷

END

采用查詢方式處理的程序： C語言程序：#include<reg52.h> //特殊功能寄存器庫sbit P1_0=P1^0;voidmain(){ TMOD=0x02; TL0=0x06; TH0=0x06;TR0=1;

while(1) { while(!TF0); //查詢計數溢出

TF0=0; P1_0=~P1_0; }}

匯編語言程序:MAIN: MOV TMOD,#02H ；主程序

MOV TL0,#06H MOV TH0,#06H SETB TR0LOOP: JNB TF0,$ ；查詢計數溢出

CLR TF0 CPL P1.0

SJMP LOOP END

門控位的應用

門控位GATE為1時，TRx=1，INTx=1才能啟動定時器。利用這個特性可以測量外部輸入脈沖的寬度。例3利用T0門控位測試INT0引腳上出現的正脈沖寬度，已知晶振頻率為12MHz，將所測得值最高位存入片內71H單元，低位存入70H單元。解：設外部脈沖由(P3.2)輸入，T0工作于定時方式1(16位計數)，GATE設為1。測試時，應在INT0低電平時，設置TR0為1(16位計數)；當INT0變為高電平時，就啟動計數；再次變低時，停止計數。此計數值與機器周期的乘積即為被測正脈沖的寬度。因fosc=12MHZ，機器周期為1us，測試過程如下。源程序如下：

MOVTMOD，#09H;設T0為方式1MOVTL0，#00H；設計初值取最大值

MOVTH0，#00HMOVR0，#70HJBP3.2,$；等P3.2(INT0)變低

SETBTR0；啟動T0準備工作

JNBP3.2,$；等待P3.2(INT0)JBP3.2,$;等待P3.2(INT0)CLRTR0;停止計數T0從0開始計數INT0

09H(TMOD)1TR0

0TR0T0停止計數

MOV@R0,TL0；存放結果

INCR0MOV@R0,TH0SJMP$

讀者不難編出C語言程序。這種方案被測脈沖的寬度最大為65535個機器周期