「硬件小百科」单片机定时器与计数器

计数概念的引入

从选票的统计谈起：画“正”。这就是计数，生活中计数的例程处处可见。例：录音机上的计数器、家里面用的电度表、汽车上的里程表等等，再举一个工业生产中的例程，线缆行业在电线生产出来之后要计米，也就是测量长度，怎么测法呢？用尺量？不现实，太长不说，要一边做一边量呢，怎么办呢？行业中有很巧妙的办法，用一个周长是1米的轮子，将电缆绕在上面一周，由线带轮转，这样轮转一周不就是线长1米嘛，所以只要记下轮转了多少圈，就能知道走过的线有多长了。

计数器的容量

从一个生活中的例程看起：一个水盆在水龙头下，水龙没关紧，水一滴滴地滴入盆中。水滴持续落下，盆的容量是有限的，过一段时间之后，水就会逐渐变满。录音机上的计数器最多只计到999….那么单片机中的计数器有多大的容量呢？8031单片机中有两个计数器，分别称之为T0和T1，这两个计数器分别是由两个8位的RAM单元组成的，即每个计数器都是16位的计数器，最大的计数量是65536。

定时

8031中的计数器除了能作为计数之用外，还能用作时钟，时钟的用途当然很大，如打铃器，电视机定时关机，空调定时开关等等，那么计数器是如何作为定时器来用的呢？

一个闹钟，我将它定时在1个小时后闹响，换言之，也能说是秒针走了（3600）次，所以时间就转化为秒针走的次数的，也就是计数的次数了，可见，计数的次数和时间之间的确十分相关。那么它们的关系是什么呢？那就是秒针每一次走动的时间正好是1秒。

<单片机定时器记数器结构>

结论：只要计数脉冲的间隔相等，则计数值就代表了时间的流逝。由此，单片机中的定时器和计数器是一个东西，只不过计数器是记录的外界发生的事情，而定时器则是由单片机供给一个非常稳定的计数源。那么供给组定时器的是计数源是什么呢？看图1，原来就是由单片机的晶体震荡器经过12分频后获得的一个脉冲源。晶体震荡器的频率当然很准，所以这个计数脉冲的时间间隔也很准。问题：一个12M的晶体震荡器，它供给给计数器的脉冲时间间隔是多少呢？当然这很不难，就是12M/12等于1M，也就是1个微秒。结论：计数脉冲的间隔与晶体震荡器有关，12M的晶体震荡器，计数脉冲的间隔是1微秒。

溢出

让我们再来看水滴的例程，当水持续落下，盆中的水持续变满，最终有一滴水使得盆中的水满了。这个时候如果再有一滴水落下，就会发生什么现象？水会漫出来，用个术语来讲就是“溢出”。

水溢出是流到地上，而计数器溢出后将使得TF0变为“1”。至于TF0是什么我们稍后再谈。一旦TF0由0变成1，就是产生了变化，产生了变化就会引发事件，就象定时的时间一到，闹钟就会响一样。至于会引发什么事件，我们下次课再介绍，现在我们来研究另一个问题：要有多少个计数脉冲才会使TF0由0变为1。

任意定时及计数的办法

刚才已研究过，计数器的容量是16位，也就是最大的计数值到65536，因此计数计到65536就会产生溢出。这个没有问题，问题是我们现实生活中，经常会有少于65536个计数值的要求，如包装线上，一打为12瓶，一瓶药片为100粒，怎么样来满足这个要求呢？

提示：如果是一个空的盆要1万滴水滴进去才会满，我在开始滴水之前就先放入一勺水，还需要10000滴嘛？对了，我们采用预置数的办法，我要计100，那我就先放进65436，再来100个脉冲，不就到了65536了吗。定时也是如此，每个脉冲是1微秒，则计满65536个脉冲需时65.536毫秒，但现在我只要10毫秒就能了，怎么办？10个毫秒为10000个微秒，所以，只要在计数器里面放进55536就能了。

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单片机定时器计数器的结构以及和工作原理

定时器/计数器的结构

定时器/计数器的实质是加1计数器(16位)，由高8位和低8位两个寄存器组成。TMOD是定时器/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能;TCON是控制寄存器，控制T0、T1的启动和停止及设置溢出标志。

定时器/计数器的工作原理

计数器输入的计数脉冲源

系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后产生;

T0或T1引脚输入的外部脉冲源。

计数过程

每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器为全1(即FFFFH)时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU发出中断请求(定时器/计数器中断允许时)。如果定时器/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到;如果工作于计数模式，则表示计数值已满。

定时应用

用作定时器：此时设置为定时器模式，加1计数器是对内部机器周期计数(1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12)。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t 。

计数运用

用作计数器：此时设置为计数器模式，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。每来一个外部脉冲，计数器加1。但单片机对外部脉冲有基本要求：脉冲的高低电平持续时间都必须大于1个机器周期。

工作方式寄存器(TMOD)

GATE：门控位。

GATE=0时，只要用软件使TCON中的TR0或TR1为1，就可以启动定时器/计数器工作;(即需要一个启动条件)

GATE=1时，要用软件使TR0或TR1为1，同时外部中断引脚也为高电平时，才能启动定时器/计数器工作，即需要两个启动条件。

C/T :定时/计数模式选择位。

C/T =0为定时模式; C/T =1为计数模式。

M1M0：工作方式设置位。

计数器工作方式选择

M1 M0 工 作 方 式 功 能 说 明

0 0 方式0 13位计数器

0 1 方式1 16位计数器

1 0 方式2 自动重装8位计数器

1 1 方式3 定时器0：分成两个8位

定时器1：停止计数

定时器/计数器的控制

控制寄存器TCON

TCON的低4位用于控制外部中断,已在前面介绍。TCON的高4位用于控制定时器/计数器的启动和中断申请。其格式如下：

TF1(TCON.7)：T1溢出中断请求标志位。T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1。CPU响应中断后TF1由硬件自动清0。TR1(TCON.6)：T1起/停控制位。1：启动 0：停止

TF0(TCON.5)：T0溢出中断请求标志位，其功能与TF1类同。

TR0(TCON.4)：T0起/停控制位。1：启动 0：停止

定时器/计数器的工作方式

方式0

方式0为13位计数，由TL0的低5位(高3位未用)和TH0的8位组成TL0的低5位溢出时向TH0进位，TH0溢出时，置位TCON中的TF0标志，向CPU发出中断请求。

方式1

方式1的计数位数是16位，由TL0(TL1)作为低8位、TH0(TH1)作为高8位，组成了16位加1计数器 。

方式2

方式2为自动重装初值的8位计数方式。

在方式2下，当计数器计满255(FFH)溢出时，CPU自动把TH 的值装入TL中，不需用户干预。因此特别适合于用作较精确的脉冲信号发生器。

方式3

方式3只适用于定时器/计数器T0，定时器T1方式3时相当于TR1=0，停止计数。

工作方式3将T0分成为两个独立的8位计数器TL0和TH0 。

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