单片机原理与接口技术(定时器、计数器)

定时器/计数器Timer/Counter（T/C）电子定时器机械定时器电子计步器机械计数器二、单片机的定时器/计数器时钟电路总线控制CPUROM/EPROM/FLASH4K字节RAM128字节SFR21个定时/计数器2个中断系统、5中断源2优先级串行口全双工1个并行口4个RSTEAALEPSENXTAL2XTAL1P0P1P2P3VCCVSS√√√√√√与MCS-51单片机相关的21个SFR1、与CPU相关的（6个）（√）

ACC、B、DPH、DPL、SP、PSW2、并行I/O口（√）相关SFR寄存器：P0、P1、P2、P33、中断系统（√

）相关SFR寄存器：TCON、IE、IP、SCON4、定时器/计数器相关SFR寄存器：TMOD、TH1、TL1、TH0、TL0、TCON、IE、IP5、串行通信相关SFR寄存器：SCON、PCON、SBUF、IE、IP、TMOD、TCON、TH1、TL1名称定义地址位功能和位地址复位值TCON定时器控制88H8F8E8D8C8B8A89880X00TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TMOD定时器模式89HGATECTM1M0GATECTM1M10X00TH0定时器0高字节8CH0X00TH1定时器1高字节8DH0X00TL0定时器0低字节8AH0X00TL1定时器低字节8BH0X00IE中断允许控制A8HEA------ESET1EX1ET0EX00X00IP中断优先级控制B8H---------PSPT1PX1PT0PX00X0080C51与T/C相关的SFR有8个◆硬件定时-----就是利用硬件电路来实现用RC电路或逻辑部件定时如555电路，该方式除额外增加硬件资源外，使用起来灵活性也较差；◆软件定时----就是让CPU执行一个程序段，这个程序段本身没有具体的执行目的，但由于执行每条指令都需要时间，则重复执行一个程序段就需要一个固定的时间。该方式简单但却占用了CPU宝贵的时间资源，降低了CPU的利用率。（一般场合较常用）

◆采用单片机定时/计数器定时：为了使用方便，解决上述两种方式的弊端并增加单片机的控制功能，把定时/计数逻辑电路集成在单片机芯片中，称之为定时/计数器。

定时一般有3种方法：1、硬件定时3、采用单片机定时/计数器定时2、软件定时

概述二、定时器/计数器应用定时器/计数器可以用于定时、计数和波特率发生器。

定时器（模式）可用于测量事件之间的时间间隔，如脉冲宽度。

123计数器（模式）可用于测定某个事件发生的次数，如脉冲个数。

定时器（模式）还可以给串行端口提供波特率时钟信号。（下一章节具体讲）?UART?个正脉冲标准80C5116位定时器/计数器016位定时器/计数器1STC89C5216位定时器/计数器016位定时器/计数器116位定时器/计数器2看门狗定时器标准的80C51有2个16位定时器/计数器0和1，STC89C52在此之上增加了16位定时器/计数器2，以及看门狗定时器。本小节讲述请参考数据手册自行学习与定时器/计数器0相同，不讲述请参考数据手册自行学习80C51系列内部有2个16位的定时/计数器T0、T180C52系列内部有3个16位的定时/计数器T0、T1、T2用一个简单的框图构造它的模型：N位计数器构成了电路的核心。

定时、计数两种方式的区别在于计数器的脉冲来源。（1）如何控制定时还是计数？（2）何时控制启动计数？（3）如何控制定时/计数的长短？振荡器TF0启动控制溢出标志中断÷12GATE≥&TR0C/T=1TH0TL0N位

+1计数器C/T=0T0（P3.4）内部时钟脉冲（定时）外部输入脉冲（计数）计数初值INT0（P3.2）二、80C51的T/C0工作原理时钟源1111111111111111可以使用软件查询其状态，可以设置当其由0变为1时触发中断016位定时器/计数器溢出标志1再来一个时钟脉冲当定时器的值为0xFFFF时标志位置位定时器清0000000000000000080C51的T/C1工作原理（与T/C0相似）振荡器TF1启动控制溢出标志中断÷12GATE≥&TR1C/T=1TH1TL1N位+1计数器C/T=0T1（P3.5）内部时钟脉冲（定时）外部输入脉冲（计数）计数初值INT1（P3.3）定时器与计数器标准80C51外部T0/T1功能引脚的时钟源定时器/计数器内部时钟源

计数周期未知，甚至不具有周期性

计数周期固定为一个机器周期

当选择外部引脚时钟源，称作计数器

当选择内部时钟源（默认）时，称作定时器1.定时工作方式

★设置为定时工作方式时，定时器计数的脉冲是由8051片内振荡器输出经12分频后产生的。

如：当8051采用12MHz晶体时，每个机器周期为1μs，计数额率为1MHz。★每个机器周期使定时器（T0或T1）的数值+1直至计计数满产生溢出。2.计数工作方式

★设置为计数工作方式时，通过引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）对外部脉冲信号计数。★当输入脉冲信号产生由1至0的下降沿时，计数器的值加1，在每个机器周期的S5P2期间采样T0或T1的输入电平。若前一个机器周期采样值为1，下一个机器周期采样值为0，则计数器加1。此后的机器周期S3P1期间，新的数值装入计数器。

★检测一个1至0的跳变需要2个机器周期，故最高计数频率为振荡频率的1/24。计数器功能“注意事项”在实现“计数器”功能时，计数器在每个机器周期对外部管脚采样一次，现假设计数器0对下降沿计数。1个机器周期机器时钟T0外部引脚情况1：正常检测情况2：漏检T0外部引脚T1时检测到高电平计数管脚的计数高/低脉冲宽度必须至少保持一个机器周期，否则就有可能漏检。！T2T0T1T3T4判断为无下降沿，即漏检T2时检测到低电平判断为下降沿T2时检测到高电平T1时检测到高电平无论是定时还是计数，当软件设定了定时/计数器的工作方式，启动以后，定时/计数器就按规定的方式工作，不占用CPU的操作时间，此时CPU可执行其他程序，到了计满规定的时间或规定的个数（定时/计数器溢出），定时/计数器会给出溢出标志，你可以通过查询或中断方式了解是否溢出。

这种工作的方式如同人带的手表，人在工作或睡觉，而手表依然滴滴答答行走，你可以通过看表或设闹钟方式，到了规定的时间，干你想干的事。1、T0、T1定时/计数器方式控制寄存器（TMOD）三、定时器/计数器的控制寄存器（1）GATE：门控位（门控信号），设定T1、T0运行时是否受、引脚输入电平的控制。

GATE=0，运行只受TCON中运行控制位TR0/TR1的控制。

GATE=1，运行同时受TR0/TR1和外中断输入信号的双重控制。只有当INT0/INT1=1且TR0/TR1=1,T0/T1才能运行。TMOD字节地址89H，不能位操作，设置TMOD须用字节操作指令。振荡器TF0启动控制溢出标志中断÷12GATE≥&TR0C/T=1TH0TL0N位

+1计数器C/T=0T0（P3.4）内部时钟脉冲（定时）外部输入脉冲（计数）计数初值INT0（P3.2）（2）C/T：定时器/计数器选择位

C/T=0，为定时器方式，计数器的输入来自晶体振荡器的脉冲÷12。 C/T=1，为计数器方式，计数器的输入来自P3.4或P3.5的外部脉冲；（3）M1M0工作模式选择位（工作方式选择位）M1M0工作方式备注00方式0

13位计数器，使用了TLX（低5位）和THX（8位）。01方式1

16位计数器，使用了TLX（8位）和THX（8位）。10方式2

8位自动装载计数器，TL溢出时自动装载成TH的值11方式3

T0为2个8位计数器，T1停止工作。LSBMSBTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0

（1）TR0、TR1——计数运行控制位。

TR0位（或TR1位）=

1，启动定时器/计数器工作的必要条件。（2）

TF0、TF1——计数溢出标志位。当计数器计数溢出时，由硬件自动使TFx置“1”。①使用查询方式时，此位作为状态位供CPU查询，但应注意查询有效后，应使用软件及时将该位清“0”。②使用中断方式时，此位作为中断请求标志位，进入中断服务程序后由硬件自动清“0”。2、T0、T1定时/计数器控制寄存器TCONTCON(88H)与外部中断和有关五、定时器/计数器的四种工作方式

前面已经了解，对TMOD寄存器的M1、M0位的设置，可选择四种工作方式，即方式0、方式1、方式2和方式3。M1M0工作方式备注00方式0

13位计数器，使用了TLX低5位和THX8位。01方式1

16位计数器，使用了TLX8位和THX8位。10方式2

8位自动装载计数器，TL溢出时自动装载成TH的值11方式3

T0为2个8位计数器，T1停止工作。P3.4引脚（T0）GATETR0INT0振荡器÷12TH08位TL05位TF0中断KC/T=0C/T=1控制定时/计数器方式0逻辑图111“+1”中断13位计数器TF0“+1”“+1”或门与门1、方式0M1M0=00工作原理定时器（T0或T1）工作于13位定时、计数方式。13位的定时计数器，由TH的8位和TL的低5位组成。（以T0为例T1原理相同）此种方式与是与早期的MCS－48系列兼容，如果不是为了兼容的目的，一般不用方式0。在实际应用中完全可以用方式1代替。

设：N为计数个数、x为计数初值

1、用于计数功能时，计数个数N的计算公式：N＝213－x

若初值X=0～8191范围时，计数范围为：1～8192。

2、用于定时功能时，定时时间t的计算公式为：

t=N×TM=（213－x）×TMx=213-t/TMTM=12TOSC=12/fOSC

若晶振频率为12MHz，机器周期=1us，初值X=0～8191范围时，则可定时范围为1～8192us。方式0---相关计算解：首先求出定时器T0初值。

∵

t=N×TM=(213－x)×TM又由于fOSC=6MHz

∴1TM=12TOSC=12/6MHz=2µs

∴2000µs=（213-初值X）2µs

∴初值X=7192=1110000011000B，其中将：高8位11100000B=0xE0 赋给TH0，低5位11000B=00011000B=0x18赋给TL0。

TH0=0E0H，TL0=18H。例1：已知fOSC=6MHz，设定时器T0选择工作方式0，定时时间为

2ms，试确定T0初值（TH0=?TL0=?）。2、方式1M1M0=01工作原理方式1的计数位数是16位，由TL0作为低8位、TH0作为高8位，组成了16位加“1”计数器

定时/计数器方式1逻辑图TH0TL0振荡器1/12(8位)(8位)TF0中断启动控制P3.4（T0引脚）TR0GATEP3.2（INT0）C/T=0C/T=116位加1计数器（以T0为例T1原理相同）设：N为计数个数

、x为计数初值

1、用于计数功能时，计数个数N的计算公式：N＝216－x

若初值X=0～65535范围时，计数范围为：1～65536。

2、用于定时功能时，定时时间t的计算公式为：

t=N×TM=（216－x）×TMx=216-t/TMTM=12TOSC=12/fOSC

若晶振频率为12MHz，机器周期=1us，初值X=0～65535范围时，则可定时范围为1～65536us。方式1---相关计算3、方式2M1M0=10定时/计数器方式2逻辑图（以T0为例T1原理相同）

方式2为自动重装初值的8位计数方式，由TL0（TL1)做计数器，TH0（TH1）做初值寄存器。工作前TL0、TH0分别预置相同的初值。计数器TL0工作时，每当溢出产生中断的同时，将TH0中的初值自动重装。

T0（P3.5）

GATETR0INT0振荡器1/12TL18位TF0中断KC/T=0C/T=1控制TH08位重装载重装载1“+1”中断TL08位TF0“+1”“+1”这种工作方式可省去用户软件中重装常数的语句，并可产生相当精确的定时时间，特别适合于串行口波特率发生器。设：N为计数个数用表示、x为计数初值

1、用于计数功能时，计数个数N的计算公式：N＝28－x

若初值X=0～255范围时，计数范围为：1～256。

2、用于定时功能时，定时时间t的计算公式为：

t=N×TM=（28－x）×TMx=28-t/TMTM=12TOSC=12/fOSC

若晶振频率为12MHz，机器周期=1us，初值X=0～255范围时，则可定时范围为1～256us。方式2---相关计算T0分成2个8位定时器：TL0定时/计数器和TH0定时器

TL0占用T0控制位：C/T，TR0，GATE；

TH0占用T1控制位：TR1。注意：T1不能使用方式3工作4、方式3逻辑图及工作原理（只有T0有）有兴趣下来花仔细研究！TH0借用了T1的TR1和TF1,因此控制了T1的中断，此时T1可作串行通信的波特率控制发生器（下周介绍）定时/计数器4种方式比较方式计数位数最大定时时间Tmax方式013位Tmax=8192×1μЅ

=8.192ms方式116位Tmax=65536×1μЅ=65.536ms方式2，38位Tmax=256×1μЅ=0.256ms方式计数位数最大计数值方式013位Tmax=213=8192方式116位Tmax=216=65536方式2，38位Tmax=28=256由于：定时时间:t=N×TM，（或N=t/TM）而TM=12TOSC=12*1/fOSC，假设系统时钟fOSC=12MHz，则有下表：

使用定时器/计数器的必须计算计数初值。假设t为定时时间，计数器位数为n，系统时钟频率为fosc，计数初值为x，则它们满足下列关系式：五、定时/计数器应用时的初值计算定时器的方式0时：n=13， 方式1时：n=16

方式2时：n=8， 方式3时：n=8例1:fOSC=12MHZ，试计算定时时间2ms（2000µs）所需的定时器的初值。TH0=?、TL0=?方式0：x=213-2000=6192=1830H=1100000110000BTH0=0XC1; TL0=0X10;(TH0=6192/32;TL0=6192%32;)方式1：x=216-2000=63536=0F830HTH0=0XF8、TL0=0X30 (TH0=63536/256;TL0=63536%256;)方式2、方式3:TMAX=256µs

所以必须将工作方式方式0或方式1：否则就需要进行多次定时最后求和。例2：要求实现8个LED的实现交替闪烁，间隔时间为100ms（设使用的晶振频率为6MHz。)（1）计算计数初值X

∵定时时间t=（2n-x）×TM

又∵

fOSC=6MHz∴TM=12/fOSC=12/6MHz=2µs

本设计选用定时器的工作方式1，∴n=16。

∴（216-x）×2µs＝100ms=100000us

∴x=216-50000=65536-50000＝15536=0x3CB0TH0＝0x3C;TL0＝0xB0;或TH0＝15536/256;TL0＝15536%256;#include<regx51.H>bitflag=0;voidmain(){ TMOD=0x01; //设定T0工作方式（方式1）

TH0=15536/256; //设置T0初始值

TL0=15536%256; TR0=1; //启动定时器0 while(1) {

if(TF0==1) //查询定时器溢出标志位是否为1

{ TF0=0; flag=~flag;

if(falg==0) P0=0X55; else P0=0XAA;

TH0=15536/256; TL0=15536%256;

} }}#include<regx51.h>bitflag=0;voidmain()

{ TMOD=0X01; //设定定时器的相关条件

TH0=15536/256; //准备初始值

TL0=155336%256; ET0=1; //允许定时器0中断

EA=1; //开放总中断

TR0=1;//启动定时器0 while(1); //等待中断请求

}voidTIMER0_ISR()interrupt1//中断服务函数{ TH0=15536/256; //准备初始值

TL0=15536%256; flag=~flag; if(flag==0) P0=0X55;else P0=0XAA;}10ms20ms10ms例2：要求：采用定时器T1的方式1，从P2.0引脚上输出周期为20ms的方波（占空比为50%），已知fOSC=12MHz。周期为20ms的方波要求P2.0上的电平每10ms变更一次。（1）计算计数初值X

∵定时时间t=（2n-x）×TM

又∵

fOSC=12MHz∴TM=12/fOSC=12/12MHz=1µs

本设计选用定时器的工作方式1，∴n=16。

∴（216-x）×1µs＝10ms=10000us

∴x=216-10000=65536-10000＝55536=0xD8F0TH1＝0xD8;TL1＝0xF0;TH1＝55536/256;TL1＝55536%256;#include<regx51.H>voidmain(){ TMOD|=0x10;//设定T1工作方式

TH1=0xD8; //设置T1初始值

TL1=0xF0; TR1=1; //启动定时器1 while(1) { if(TF1==1)//查询定时器0溢出标志位是否为1 {

TF1=0; //清除定时器1溢出标志位

P2_0=~P2_0 //P2.0取反产生方波

TH1=0xD8; //设置T0初始值

TL1=0xF0;

} }}方法一：查询方式实现#include<regx51.h>voidmain() { TMOD|=0X10; //设定定时器的相关条件

TH1=0XD8; //装入初值

TL1=0XF0; ET1=1; //允许定时器1中断

EA=1; //开放总中断

TR1=1;//启动定时器1 while(1); //等待中断信号申请

}voidTimer1_ISR()interrupt3//定时器1中断服务函数{

TH0=0XD8; //重新赋值，保证下次定时的时间任然为10ms TL0=0XF0;

P2_0=~P2_0;//信号取反}方法二：中断方式实现【解题思路】

周期为10ms的方波要求P2.0上的电平每5ms变更一次，但在方式2，T0的最大定时为256us，因此不能直接实现，可用T0产生250us定时，再用软件计数20次，实现5ms定时。5ms10ms5ms例3：要求：采用定时器T0的方式2，从P2.0上输出一个周期性周期为10ms方波（占空比为50%），已知晶振12MHz。（1）计算计数初值X

∵定时时间t=（2n-x）×TM

又∵

fOSC=12MHz

∴TM=12/fOSC=12/12MHz=1µs

本设计选用定时器的工作方式2，∴n=8。

∴（28-x）×1µs＝250us

∴x=28-250=256-250＝6=06HTH0＝0x06;TL0＝0x06;#include<regx51.H>unsignedcharcount=0;voidmain(){ TMOD|=0x02; //设定T0工作方式

TH0=0x06;//设置T0初始值

TL0=0x06; TR0=1; //启动定时器0

while(1) { if(TF0==1) //查询定时器溢出标志位是否为1 {

TF0=0; count++;

if(count==20) { count=0; P2_0=~P2_0 //P2.0取反产生方波

}

} }}方法一：查询方式实现#include<regx51.h>voidmain(){ TMOD=0X02; TH0=0X06; TL0=0X06; ET0=1; //开放外部中断0 EA=1; //开放总中断

TR0=1;

while(1);//等待中断申请，即等待TF0=1}voidTimer0_ISR()

interrupt1

{

count++;

if(count==20) { count=0; P2_0=~P2_0 }}方法二：中断方式实现例4：设fosc=6MHz，利用单片机的T/C实现从P2.0端口引脚输出1000个脉冲，脉冲周期为2ms。

P2.0T1(P3.5)AT89S51分析：由于fOSC=6MHz

∴TM=12/fOSC=12/6MHz=2µs

本设计选取T0定时；T1计数。

设T0采用中断方式产生周期为2ms方波，T1对该方波计数，当输出至第1000个脉冲时，使TF1置1。在主程序中用查询方法，检测到TF1变1时，关掉T0，停止输出方波。1ms2ms1msT0、T1参数的确定：

(1)选用T0方式1实现定时：脉宽为脉冲周期的一半为1ms。 ∵（216-初值X）×TM＝定时时间 ∴（65536-初值X）×2µs＝1000us

∴初值X=65536-500=0xFE0C TH0=0xFE;TL0=0x0C；

(2)选用T1方式1实现计数：N=1000; ∵N＝216-初值X

则X=65536－1000=64536=0xFC18 TH1=0xFC;TL1=0x18；例4：设fosc=6MHz，利用单片机的T/C实现从P2.0端口引脚输出1000个脉冲，脉冲周期为2ms。#include<regx51.h>voidmain(){ TMOD=0X51;

//设定T0,T1工作方式

TH0=0xFE;//赋定时初值

TL0=0x0C; TH1=0xFC;//赋计数初值

TL1=0x18;

ET0=1; EA=1; TR0=1; TR1=1;

while(TF1==0);//查询1000个脉冲计够没有？

EA=0; //关闭总中断

TR0=0;//关闭定时器0 TR1=0;//关闭定时器1 while(1);}//中断产生周期为2MS的方波信号voidT0_ser()interrupt1using1{

TH0=0xFE; TL0=0x0C;

P2_0=~P2_0 }1ms2ms1ms例5、脉冲参数测量——GATE功能的使用。89S51P3.2P3.31被测信号21a3T0计数T1计数

试编程测量下图所示，脉冲高电平（计数）长度值存于X中，脉冲低电平长度存于Y中。电路连接如下图所示。大家试想为什么要加非门？振荡器TF0启动控制溢出标志中断÷12GATE≥&TR0C/T=1TH0TL0N位

+1计数器C/T=0T0（