第9課 定時(shí)器

1、定時(shí)器/計數器概述

51單片機內部共有兩個(gè)定時(shí)器/計數器模塊T0和T1,對于52單片機內部又增加了定時(shí)器T3。它們即具有定時(shí)功能，也可以作計數功能，可以通過(guò)相應的寄存器進(jìn)行設置。但不論是用于定時(shí)功能還是計數功能，其基本原理都是一樣的，如圖1所示為定時(shí)器/計數器的結構圖，內部為一個(gè)加1計數器，由高8位TH0(或TH1)和低8位TL0(或TL1)兩個(gè)計數寄存器組成。TMOD是定時(shí)器/計數器的工作模式和工作方式寄存器，用來(lái)確定是處于定時(shí)模式還是計數模式以及何種工種方式，這個(gè)后面講解寄存器的時(shí)會(huì )講到。TCON為控制寄存器，用來(lái)控制定時(shí)器/計數器的啟動(dòng)、停止及溢出標志等的設置。

圖1 定時(shí)器/計數器的結構框圖

工作原理如圖的所示，加1計數器相當于一個(gè)裝數的容器，每來(lái)一個(gè)脈沖自動(dòng)加1，當數裝滿(mǎn)后便自動(dòng)溢出，如果此時(shí)設置的中斷，CPU便會(huì )停止當前正在執行的工作，去執行中斷函數內的程序。這里也可以形象把計數器看作一個(gè)裝水的水桶，每來(lái)一滴水，水桶的水便會(huì )增加一點(diǎn)，當水裝滿(mǎn)了后，便會(huì )溢出。

加1計數器的計數脈沖有兩個(gè)來(lái)源，一個(gè)是由系統時(shí)鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)過(guò)12分頻后送來(lái)，一個(gè)是由外部引腳T0(P34引腳)和T1(P35引腳)送來(lái)的外部脈沖（通常為下降沿），前者主要用于定時(shí)，后者主要用于計數。每來(lái)一個(gè)脈沖時(shí)，計數器會(huì )自動(dòng)加1，當加到全為1時(shí)，再來(lái)一個(gè)脈沖，計數器便會(huì )自動(dòng)清0，且計數器此時(shí)會(huì )溢出并使TCON寄存器中的TF0和TF1置1，如果此時(shí)設置了定時(shí)器中斷允許，便會(huì )自動(dòng)的向CPU發(fā)出中斷請求。

圖2 定時(shí)器/計數器的工作原圖

可能大家還是不明白，這樣為什么就可以用來(lái)進(jìn)行定時(shí)和計數呢，這里我們以通俗的例子解釋一下定時(shí)，還是以水桶裝水為例，假設水桶開(kāi)始一滴水都沒(méi)有（相當于計數器內部全為0），此時(shí)來(lái)一滴水（相當于來(lái)一個(gè)脈沖），水桶的水便會(huì )增加一滴（相當于計數器自動(dòng)加1），而水桶的容積是規定了的（相當于計數器最大計數值），水桶的水總會(huì )有滿(mǎn)的時(shí)候（相當于計數器加到全部為1），此時(shí)假設每來(lái)一滴水的時(shí)間我們知道或者人為可以設置，水桶從一滴水沒(méi)有到全部裝滿(mǎn)就會(huì )有一個(gè)時(shí)間，這個(gè)就是定時(shí)時(shí)間值。

也就是說(shuō)，我們如果知道每來(lái)一個(gè)脈沖相應的時(shí)間t，又知道加1計數器最大可以裝多少數n，我們就可以知道這個(gè)時(shí)間值T，即T=nt。而這個(gè)T的時(shí)間通常是固定的，實(shí)際應用時(shí)需要不同的定時(shí)時(shí)間，我們可以采用預先在計數器內裝一定的初值（相當于在水桶內先裝一些水），然后在這個(gè)初值的基本上再來(lái)相應脈沖，計數器自動(dòng)加1，一直到溢出，我們就可以得到任意想要的定時(shí)時(shí)間。

從圖2中我們還可以看出，定時(shí)器/計數器還有一個(gè)控制開(kāi)關(guān)，此開(kāi)關(guān)可以控制定時(shí)器計數器相應的啟動(dòng)和停止。而此開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉主要是由圖2左下部的TRX 、GATE等信號共同作用，這里都是門(mén)電路，可以由數電的知道解釋?zhuān)驗楸容^簡(jiǎn)單，這里我就不作說(shuō)明，后面結合的相關(guān)的寄存器進(jìn)行介紹。

2、定時(shí)器/計數器相關(guān)寄存器

與定時(shí)器/計數器相關(guān)的寄存器主要有兩個(gè)（編程時(shí)如涉及到中斷，還要用到中斷相關(guān)的寄存器，前面已經(jīng)講可），一個(gè)是工作模式及工作方式設置寄存器TMOD，一個(gè)就是跟控制有關(guān)（就是圖2中開(kāi)關(guān)的設置有關(guān)的）寄存器TCON，下面分別對其進(jìn)行介紹。

注意:對單片機內部寄存器的說(shuō)明相當于對結構原理的解釋?zhuān)栽趩纹瑱C內部功能模塊看不明白時(shí)，也可以借助相關(guān)寄存器的說(shuō)明加以理解。

（1）定時(shí)器工作模式及工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD用于設置定時(shí)/計數器的工作模式及工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：

GATE：門(mén)控位。GATE＝0時(shí)，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動(dòng)定時(shí)/計數器工作；GATA＝1時(shí)，要用軟件使TR0或TR1為1，同時(shí)外部中斷引腳或也為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)/計數器工作。即此時(shí)定時(shí)器的啟動(dòng)多了一條件。

C/T :定時(shí)/計數模式選擇位。C/T＝0為定時(shí)模式；C/T =1為計數模式。

M1M0：工作方式設置位。定時(shí)/計數器有四種工作方式，由M1M0進(jìn)行設置。具體說(shuō)明如下表：

（2）定時(shí)器/計數器控制寄存器TCON

TCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時(shí)/計數器的啟動(dòng)和中斷申請。其格式如下：

TF1（TCON.7）：T1溢出中斷請求標志位。T1計數溢出時(shí)由硬件自動(dòng)置TF1為1。CPU響應中斷后TF1由硬件自動(dòng)清0。T1工作時(shí)，CPU可隨時(shí)查詢(xún)TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢(xún)測試的標志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。

TR1（TCON.6）：T1運行控制位。TR1置1時(shí)，T1開(kāi)始工作；TR1置0時(shí)，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時(shí)/計數器的啟動(dòng)與停止。

TF0（TCON.5）：T0溢出中斷請求標志位，其功能與TF1類(lèi)同。

TR0（TCON.4）：T0運行控制位，其功能與TR1類(lèi)同。