51单片机——定时器计数器-pg电子平台

大家好！今天让小编来大家介绍下关于51单片机——定时器计数器的问题，以下是酷知号的小编对此问题的归纳整理，让我们一起来看看吧。

目录

1.概述

2.定时器/计数器

2.1 定时功能

2.2.1 定时功能的用法

2.1.2 任意定时方法

2.2 计数功能

2.2.1 计数功能的用法

2.2.2 任意计数方法

2.3 定时器/计数器的结构原理

2.3.1 定时器/计数器的结构

2.3.2 定时器/计数器的工作原理

2.4 定时器/计数器的控制寄存器与四种工作方式

2.4.1 定时器/计数器的控制寄存器tcon

2.4.2 定时器/计数器工作方式控制寄存器tmod

2.4.3 定时器/计数器的工作方式

        8051单片机内部有t0和t1两个定时器/计数器。它们既可用作定时器，也可用作计数器，可以通过编程来设置其使用方法。

2.1 定时功能

2.2.1 定时功能的用法

        当定时器/计数器用作定时器时，可以用来计算时间。如果要求单片机在一定的时间后产生某种控制，可将定时器/计数器设为定时器。单片机定时器/计数器的定时功能用法如图1所示。

图1 定时器/计数器的定时功能用法  

        要将定时器/计数器 t0设为定时器，实际上就是将定时器/计数器与外部输入断开，而与内部信号接通，对内部信号计数来定时。单片机的时钟振荡器可产生12mhz的时钟脉冲信号，经12分频后得到1mhz的脉冲信号，1mhz信号每个脉冲的持续时间为1μs，如果定时器t0对1mhz的信号进行计数，若从0计到65536，将需要65536μs，也即65.536ms。65.536ms后定时器计数达到最大值，会溢出而输出一个中断请求信号去中断系统，中断系统接受中断请求后，执行中断子程序，子程序的运行结果将p1.0端口置“0”，该端口外接的发光二极管点亮。

2.1.2 任意定时方法

        在图1中，定时器只有在65.536ms 后计数达到最大值时才会溢出，如果需要不到65.536ms定时器就产生溢出，比如1ms后产生溢出，可以对定时器预先进行置数。将定时器初始值设为64536，这样定时器就会从64536开始计数，当计到65536时，定时器定时时间就为1ms而产生一个溢出信号。

2.2 计数功能

2.2.1 计数功能的用法

        当定时器/计数器用作计数器时，可以用来计数。如果要求单片机计数达到一定值时产生某种控制，可将定时器/计数器设为计数器。单片机定时器/计数器的计数功能用法如图2所示。

 图2 定时器/计数器的计数功能用法

        用编程的方法将定时器/计数器t0设为一个16位计数器，它的最大计数值为216=65536。t0端（即p3.4引脚）用来输入脉冲信号。当脉冲信号输入时，计数器对脉冲进行计数，当计到最大值65536时，计数器溢出，会输出一个中断请求信号到中断系统，中断系统接受中断请求后，执行中断子程序，子程序的运行结果将p1.0端口置“0”，该端口外接的发光二极管点亮。

2.2.2 任意计数方法

        在图2中，只有在t0端输入65536个脉冲时，计数器计数达到最大值才会溢出，如果希望输入100个脉冲时计数器就能溢出，可以在计数前对计数器预先进行置数，将计数器初始值设为65436，这样计数器就会从65436开始计数，当输入100个脉冲时，计数器的计数值就达到65536而产生一个溢出信号。

2.3 定时器/计数器的结构原理

2.3.1 定时器/计数器的结构

        8051单片机内部定时器/计数器的结构如图3所示。单片机内部与定时器/计数器有关的部件主要有以下几种：

        ① 两个定时器/计数器（t0和 t1）。每个定时器/计数器都是由两个8位计数器构成的16位计数器。

        ② tcon寄存器。tcon为控制寄存器，用来控制两个定时器/计数器的启动/停止。

        ③ tmod寄存器。tmod为工作方式控制寄存器，用来设置定时器/计数器的工作方式。两个定时器/计数器在内部还通过总线与cpu连接，cpu可以通过总线对它们进行控制。

 图3 定时器/计数器的结构

2.3.2 定时器/计数器的工作原理

        由于定时器/计数器是在寄存器tcon和tmod的控制下工作的，要让定时器/计数器工作，必须先设置寄存器 tcon 和 tmod（可编写程序来设置）。单片机内部有2个定时器/计数器，它们的工作原理是一样的，这里以定时器/计数器t0为例进行说明。

1.定时器/计数器t0用作计数器

        要将定时器/计数器t0当作计数器使用，须设置寄存器tcon和tmod，让它们对定时器/计数器t0进行相应的控制，然后定时器/计数器t0才开始以计数器的形式工作。

        （1）寄存器tcon和tmod的设置将t0用作计数器时tcon、tmod寄存器的设置内容主要有：

        ① 将寄存器tmod的c/t位置“1”，如图8-3所示，该位发出控制信号让开关s0置“1”，定时器/计数器t0与外部输入端t0（p3.4）接通。

        ② 设置寄存器tmod的m0、m1位，让它控制定时器/计数器t0的工作方式，比如让m0=1、m1=0，可以将定时器/计数器t0设为16位计数器。

        ③ 将寄存器tcon的tr0位置“1”，启动定时器/计数器t0开始工作。

        （2）定时器/计数器t0的工作过程定时器/计数器t0用作计数器的工作过程有以下几步：

        ① 计数。定时器/计数器t0启动后，开始对外部t0端（p3.4）输入的脉冲进行计数。

        ② 计数溢出，发出中断请求信号。当定时器/计数器t0计数达到最大值65536时，会溢出产生一个信号，该信号将寄存器tcon的tf0位置“1”，寄存器tcon立刻向cpu发出中断请求信号，cpu便执行中断子程序。

2.定时器/计数器t0用作定时器

        要将定时器/计数器t0当作定时器使用，同样也要设置寄存器tcon和tmod，然后定时器/计数器t0才开始以定时器形式工作。

        （1）寄存器tcon和tmod的设置将t0用作定时器时tcon、tmod寄存器的设置内容主要有：

        ① 将寄存器tmod的c/t位置“0”，如图8-3所示，该位发出控制信号让开关s0置“2”，定时器/计数器t0与内部振荡器接通。

        ② 设置寄存器 tmod 的 m0、m1位，让它控制定时器/计数器 t0的工作方式，如让m0=0、m1=0，可以将定时器/计数器t0设为13位计数器。

        ③ 将寄存器tcon的tr0位置“1”，启动定时器/计数器t0开始工作。

        （2）定时器/计数器t0的工作过程定时器/计数器t0用作定时器的工作过程有以下几步：

        ① 计数。定时器/计数器t0启动后，开始对内部振荡器产生的信号（要经12分频）输入的脉冲进行计数。

        ② 计数溢出，发出中断请求信号。定时器/计数器t0对内部脉冲进行计数，由0计到最大值8192（213）时需要8.192ms的时间，8.192ms后定时器/计数器t0会溢出而产生一个信号，该信号将tcon寄存器的tf0位置“1”,tcon寄存器马上向cpu发出中断请求信号，cpu便执行中断子程序。

2.4 定时器/计数器的控制寄存器与四种工作方式

        定时器/计数器是在tcon寄存器和tmod寄存器的控制下工作的，设置这两个寄存器相应位的值，可以对定时器/计数器进行各种控制。

2.4.1 定时器/计数器的控制寄存器tcon

        tcon寄存器的功能主要是接收外部中断源（int0、int1）和定时器/计数器（t0、t1）送来的中断请求信号，并对定时器/计数器进行启动/停止控制。tcon的字节地址是88h，它有8位，每位均可直接访问（即可位寻址）。tcon的字节地址、各位的位地址和名称功能如图4所示。

图4 tcon寄存器的字节地址、各位的位地址和名称功能

        tcon寄存器的各位功能在前面已介绍过，这里仅对与定时器/计数器有关的位进行说明。

        ① tf0位和tf1位：分别为定时器/计数器0和定时器/计数器1的中断请求标志位。当定时器/计数器工作产生溢出时，会将tf0或tf1位置“1”，表示定时器/计数器t0或t1有中断请求。

        ② tr0和tr1：分别为定时器/计数器0和定时器/计数器1的启动/停止位。在编写程序时，若将tr0或tr1设为“1”，那么t0或t1定时器/计数器开始工作；若设置为“0”,t0或t1定时器/计数器则会停止工作。 

2.4.2 定时器/计数器工作方式控制寄存器tmod

        tmod寄存器的功能是控制定时器/计数器t0、t1的功能和工作方式。tmod寄存器的字节地址是89h，不能进行位操作。在上电（给单片机通电）复位时，tmod寄存器的初始值为00h。tmod的字节地址和各位名称功能如图5所示。

 图5 tmod的字节地址和各位名称功能

        在tmod寄存器中，高4位用来控制定时器/计数器t1，低4位用来控制定时器/计数器t0，两者对定时器/计数器的控制功能一样，下面以tmod寄存器高4位为例进行说明。

        ① gate位：门控位，用来控制定时器/计数器的启动模式。当gate=0时，只要tcon寄存器的tr1位置“1”，就可启动t1开始工作；当gate=1时，除了需要将 tcon 寄存器的 tr1 位置“1”外，还要使引脚为高电平，才能启动t1工作。

        ② 位：定时、计数功能设置位。当时，将定时器/计数器设置为定时器工作模式；当时，将定时器/计数器设置为计数器工作方式。

        ③ m1、m0位：定时器/计数器工作方式设置位。m1、m0位取不同值，可以将定时器/计数器设置为不同的工作方式。tmod寄存器高4位中的m1、m0用来控制t1的工作方式，低4位中的m1、m0用来控制t0的工作方式。m1、m0位不同取值与定时器/计数器工作方式的关系见表1。

表1 tmod寄存器的m1、m0位值与定时器/计数器工作方式

2.4.3 定时器/计数器的工作方式

        在tmod寄存器的m1、m0位的控制下，定时器/计数器可以工作在4种不同的方式下，不同的工作方式适用于不同的场合。

1.方式0

        当m1=0、m0=0时，定时器/计数器工作在方式0，它被设成13位计数器。在方式0时，定时器/计数器由th、tl两个8位计数器组成，使用th的8位和tl的低5位。

        （1）定时器/计数器工作在方式0时的电路结构与工作原理

        定时器/计数器t0、t1工作在方式0时的电路结构与工作原理相同。以t0为例，将tmod寄存器的低4位中的m1、m0位均设为“0”,t0工作在方式0。定时器/计数器t0工作在方式0时的电路结构如图6所示。

图6 定时器/计数器t0工作在方式0时的电路结构 

        当t0工作在方式0时，t0是一个13位计数器（th0的8位 tl0的低5位）。位通过控制开关s1来选择计数器的计数脉冲来源。当时，计数脉冲来自单片机内部振荡器（经12分频）；当时，计数脉冲来自单片机t0引脚（p3.4引脚）。gate位控制t0的启动方式。gate位与引脚、tr0位一起经逻辑电路后形成con电平，再由con电平来控制开关s2的通断。当con=1时，s2闭合，t0工作；当con=0时，s2断开，t0停止工作（s2断开后无信号送给t0）。

        当gate=0时，con的值与tr0的值一致，tr0可直接控制t0的启动/停止。

        当gate=1时，con 的值由 tr0、两个值决定，其中tr0的值由编程来控制（软件控制），而的值由外部引脚的电平控制，只有当它们的值都为“1”时，con的值才为“1”，定时器/计数器t0才能启动。 

        （2）定时器/计数器初值的计算若定时器/计数器工作在方式0，当其与外部输入端（t0引脚）连接时，可以用作13位计数器；当与内部振荡器连接时，可以用作定时器。

        ① 计数初值的计算。

        当定时器/计数器用作13位计数器时，它的最大计数值为8192（），当t0引脚输入8192个脉冲时，计数器就会产生溢出而发出中断请求信号。如果希望不需要输入8192个脉冲，计数器就能产生溢出，可以给计数器预先设置数值，这个预先设置的数值称为计数初值。

       在方式0时，定时器/计数器的计数初值可用下式计算：

        计数初值=−计数值

        比如希望输入1000个脉冲计数器就能产生溢出，计数器的计数初值应设置为7192 （8192−1000）。

        ② 定时初值的计算。

        当定时器/计数器用作定时器时，它对内部振荡器产生的脉冲（经12分频）进行计数，该脉冲的频率为fosc/12，脉冲周期为12/fosc，定时器的最大定时时间为·12/fosc，若振荡器的频率fosc为12mhz，定时器的最大定时时间为8192μs。如果不希望定时这么长，定时器就能产生溢出，可以给定时器预先设置数值，这个预先设置的数值称为定时初值。

        在方式0时，定时器/计数器的定时初值可用下式计算：

        定时初值=−定时值=−t·fosc/12

        比如单片机时钟振荡器的频率为12mhz（即12×106hz），现要求定时1000μs（即1000 ×10−6s）就能产生溢出，定时器的定时初值应为

定时初值=−t·fosc/12=8192−1000×10−6×12×106/12=7192

2.方式1

        当m1=0、m0=1时，定时器/计数器工作在方式1，它为16位计数器。除了计数位数不同外，定时器/计数器在方式1的电路结构与工作原理与方式0完全相同。定时器/计数器工作在方式1时的电路结构（以定时器/计数器t0为例）如图7所示。

        定时器/计数器工作在方式1时的计数初值和定时初值的计算公式分别如下：

计数初值=−计数值

定时初值=−定时值=−t·fosc/12

 图7 定时器/计数器在方式1时的电路结构

3.方式2

        定时器/计数器工作方式0和方式1时适合进行一次计数或定时，若要进行多次计数或定时，可让定时器/计数器工作在方式2。当m1=1、m0=0时，定时器/计数器工作在方式2，它为8位自动重装计数器。定时器/计数器工作在方式2时的电路结构（以定时器/计数器t0为例）如图8所示。

图8 定时器/计数器t0在方式2时的电路结构

        工作在方式2时，16位定时器/计数器t0分成th0、tl0两个8位计数器，其中tl0用来对脉冲计数，th0用来存放计数器初值。在计数时，当tl0计数溢出时会将tcon寄存器的tf0位置“1”，同时也控制th0重装开始，将th0中的初值重新装入tl0中，然后tl0又开始在初值的基础上对输入脉冲进行计数。

        定时器/计数器工作在方式2时的计数初值和定时初值的计算分别如下：

计数初值=−计数值

定时初值=−定时值=−t·fosc/12 

4.方式3

        定时器/计数器t0有方式3，而t1没有（t1只有方式0～2）。当tmod寄存器低4位中的m1=1、m0=1时，t0工作在方式3。

        在方式3时，t0用作计数器或定时器。

        （1）t0工作在方式3时的电路结构与工作原理

        在方式3时，定时器/计数器t0用作计数器或定时器，在该方式下t0的电路结构如图9所示。

图9 t0工作在方式3时的电路结构

        在方式3时，t0被分成tl0、th0两个独立的8位计数器，其中tl0受t0的全部控制位控制（即原本控制整个t0的各个控制位，在该方式下全部用来控制t0的tl0计数器），而th0受t1的部分控制位（tcon的tr1位和tf1位）控制。

        在方式3时，tl0既可用作8位计数器（对外部信号计数），也可用作8位定时器（对内部信号计数）;th0只能用作8位定时器，它的启动受tr1的控制（tcon的tr1位原本用来控制定时器/计数器t1）。当tr1=1时，th0开始工作，当tr1=0时，th0停止工作，当th0计数产生溢出时会向tf1置位。

        （2）t0工作在方式3时t1的电路结构与工作原理

        当t0工作在方式3时，它占用了t1的一些控制位，此时t1还可以工作在方式0～2（可通过设置tmod寄存器高4位中的m1、m0的值来设置）,t1在这种情况下一般用作波特率发生器。当t0工作在方式3时，t1工作在方式1和方式2的电路结构分别如图10（a）、（b）所示。

 图10 t0在方式3时t1工作在方式1和方式2的电路结构

        图10（a）是t0在方式3时t1工作在方式1（或方式0）时的电路结构。在该方式下，t1是一个16位计数器，由于tr1控制位已被借用来控制t0的高8位计数器th0，所以t1在该方式下无法停止，一直处于工作状态，另外由于tf1位也借给了th0，所以t1溢出后也不能对tf1进行置位产生中断请求信号，t1溢出的信号只能输出到串行通信口，此方式下的t1为波特率发生器。

        图10（b）是t0在方式3时t1工作在方式2时的电路结构。在该方式下，t1是一个8位自动重装计数器，除了具有自动重装载功能外，其他与方式1相同。 

以上就是小编对于51单片机——定时器计数器问题和相关问题的解答了，51单片机——定时器计数器的问题希望对你有用！