6.1 定时器/计数器的结构及工作原理
1. 51单片机定时器/计数器功能
- 用单片机实现定时的途径
| 1 | 软件定时 | 利用循环程序、靠执行指令消耗时间，实现时间延迟 无需硬件电路，方便、经济 占用CPU时间，适合实现较短时间定时 |
| 2 | 硬件定时 | 利用硬件电路实现定时 不占用CPU时间，可实现较长时间定时 调整定时时间需改变元件参数，缺乏灵活性 |
| 2 | 可编程定时器定时 | 通过对系统时钟脉冲计数实现定时 计数值可通过程序灵活设定 |
- 定时器/计数器功能
- 定时器：利用MCU自身的工作时钟
- 计数器：利用外部输入的时钟信号
2. 定时器/计数器结构
- 51单片机共有2个可编程定时器/计数器——T0和T1
- T0和T1均为16位加法计数结构
- 每个定时器/计数器均由THx、TLx两个8位计数单元组成
- T0和T1具有定时和计数两种工作方式
- 当作为计数器方式时，T0对来自P3.4（T1对来自P3.5）引脚脉冲信号进行计数（下降沿有效）
- 当作为定时器方式时，T0、T1对经过12分频的时钟周期（即机器周期T）进行计数
3. 定时器/计数器的控制字
- 定时器/计数器共有2个控制寄存器TCON和TMOD
- TMOD用于选择定时方式，可实现4种工作模式
- TCON用于控制定时器启停，反映计数单元溢出状态
- 复位后TCON和TMOD所有位清零
| 位 | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| TCON (88H) | TF1 | TR1 | TF0 | TR0 | IE1 | IT1 | IE0 | IT0 |
| TR0 | T0启动控制位: 1：启动T0计数，计数单元在脉冲作用下进行加1计数 0：停止T0计数，计数单元保持原数据 | |||||||
| TR1 | T1启动控制位: 1：启动T1计数，计数单元在脉冲作用下进行加1计数 0：停止T1计数，计数单元保持原数据 | |||||||
| 位 | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 | ||||||||||||||||||||
| TMOD (89H) | GATE | M1 | M0 | GATE | M1 | M0 | ||||||||||||||||||||||
| T1 | T0 | |||||||||||||||||||||||||||
| GATE | 门控位 0：不门控，定时器/计数器工作仅受启动位TR0（或TR1）控制 1：门控功能，T0（或T1）计数不仅受TR0（或TR1）控制，同时还受外部中断输入引脚控制，当其为高电平时，计数单元才能计数，否则停止计数 | |||||||||||||||||||||||||||
| 定时器/计数器方式选择位 0：定时器方式，对 1：计数器方式，对外部输入信号进行计数 | ||||||||||||||||||||||||||||
| M1&M0 | 工作模式选择
| |||||||||||||||||||||||||||
6.2 定时器/计数器的工作模式
1. 模式0
- 13位定时器/计数器结构，由THx的8位和TLx的低5位构成，TLx的高3位不用，当13位计数值溢出时（
），置位TFx标志位
?2. 模式1
- 16位定时器/计数器结构，由THx和TLx两个8位寄存器组成，当16位计数值溢出时（
），置位TFx标志位，工作过程同模式0
?3. 模式2
- 一个可自动重新装入计数值的8位定时器，TLx作为8位计数器，THx作为常数寄存器。当TLx溢出时，一方面置位TFx标志位，同时将THx中的数值重新装入TLx寄存器，使计数器重新开始计数
- 特点：初始值由硬件自动装入，无需软件干预，可以获得较高精度的定时
?4. 模式3
- 该模式仅适用于T0，T1不工作
- T0分成两个独立的8位计数器结构，分别通过TH0和TL0进行计数。此时TL0工作过程与模式0相当；TH0只能作为一个8位定时器使用，其运行控制和溢出标志借用T1的TR1和TF1
?6.3 计数器模式下对输入信号的要求
- 当输入信号产生由1至0的跳变（即负跳变）时，计数器的值增1
- 确认一次负跳变需要2个机器周期，即24个振荡周期，因此外部输入的计数脉冲的最高频率位系统振荡频率的1/24
- 例如：若选用6MHz频率的晶振，允许输入脉冲频率最高为250kHz；若选用12MHz频率的晶振，则可输入最高频率为500kHz的外部脉冲
- 占空比：为确保某一给定电平在变化前能被采样一次，这一电平至少要保持一个机器周期