51单片机定时器与计数器

一、定时器与计数器的结构与功能

8051单片机有两个16位定时器/计数器T0 (高8位TH0、低8位TL0)及T1(高8位TH1、低8位TL1)，T0及T1同时具有定时和计数功能。
8位特殊功能寄存器TMOD(timer mode),选择定时/或计数工作模式和工作方式。
8位特殊功能寄存器TCON(timer controller),控制定时器的启动与停止。

计数功能

计数器用于统计从 P3.4端口和P3.5端口输入的脉冲负跳变数量(前一个机器周期采样为高电平，后一个采样周期为低电平)。为保证正确采样，输入脉冲的高电平和低电平至少保持一个机器周期时间，所以输入脉冲频率最高为单片机内部脉冲频率一半。

定时功能

定时功能是单片机通过对内部机器脉冲进行计数，计数值乘以机器周期为定时时间。
如机器周期为1us，计数1000次，定时时间为1ms。

定时和计数的本质都是对脉冲信号计数，只不过是计数信号来源不同。计数脉冲信号来源P3.4或者P3.5 外部计数脉冲。定时脉冲来源于内部机器脉冲，一次脉冲时间固定，可以用来定时。

二、定时器与计数器的控制

定时或者计数工作的过程

1. 设置工作方式寄存器TMOD。
2. 为定时器/计数器（T0 / T1）赋初值。
3. 通过TCON控制寄存器中的TR0或TR1实现启动或者停止。

TMOD 工作方式寄存器

TMOD，选择定时/或计数工作模式和工作方式，功能为启动方式，工作于计数还是定时，计数器模式。只能按字节整体赋值。

低4位是用于控制 定时/计数器 T0,高4位是用于控制 定时/计数器T1。

• GATE 用于设置的启动方式。当GATE=0时，以寄存器TCON中的TRx 位控制定时器或者计数器Tx启动或停止。当设置GATE=1时，则Tx的启动受TRx和外部中断信号INTx共同控制。
  例如：D3位 GATE=1，只有当置 INT0=1和TR0=1 时T0才启动，否则T0停止。
• C\T用于设置工作于计数器或定时器模式。 C\T =0时，工作于定时器方式。C\T =1时，工作于计数器方式。
  例如 D2位 C\T=0 T0工作于定时器。
• Ml和M0用于设置工作方式。
  若所需计数长度为N，则计数初值X=2^(方式定时器位数)-N。

方式0，M1M0=00，13位定时器/计数器。
定时/计数器启动后，在TL和TH中存储的计数初值基础上进行加1计数，直至溢出。溢出时T0寄存器被清零，TF0被置位，并申请中断。此后，定时/计数器重新启动，则从零重新开始计数。若希望T0从某一数值开始计数，则应给计数器赋初值。在为计数器赋初值时，应将初值拆成高低两部分字节，分别送入TL和TH。

方式1，M1M0=01，16位定时/计数寄存器，方式1与方式0工作原理类似。

方式2，M1M0=10，自重装的8位计数器。 计数初值分别在加载到TL和TH中，当计数溢出时，不需要软件重新赋初值，由高8位寄存器TH自动给用作计数的低8位寄存器TL赋初值。

方式3, M1M0=11，T0为两个独立的8位计数器，T1无效。

TCON 定时器控制寄存器

TCON(timer controller),控制定时器的启动与停止，以及标识是否溢出。

• TRx控制Tx启动或停止。
  例如D4位 TR0=1时，启动定时/计数器T0；当D4位 TR0=0时，停止定时/计数器T0。
• TFx 是Tx的溢出标志位。
  当定时或计数因达到最大计数容量而产生溢出时，此位由硬件自动置1，当转向中断服务程序时由硬件自动清零，若无中断服务程序则需要由编程进行清0。

三、仿真案例

(一).8个LED 1 秒周期闪烁。

1.定时器/计数器初值计算

晶振脉冲 频率 f=11.0592MHz，每个机器周期12个脉冲频率，故机器周期为 T=12*1/(11.0592*10^6)=1.085us
工作方式0，13位定时/计数寄存器，最长定时时间 2^13*1.085us≈9ms
工作方式1，16位定时/计数寄存器，最长定时时间 2^16*1.085us≈71ms
显然一次定时达不到 1s，需要多次定时，每次定时溢出需要处理一些系列操作将带来误差，所以尽可能减少溢出次数，选择工作方式1，计时 50ms（46083个机器周期*1.085=50ms）,计时20次。

2.电路原理图

3.程序

#include<reg51.h> //包含单片机定义寄存器的头文件
int main(void ) //主函数
{
	unsigned char a,b,led=0xfe,cnt=0;//a,b用于循环移位，led保存LED各位，cnt保存溢出次数。
	TL0=(65536-46083)%256;//T0 的TL低8位初值
	TH0=(65536-46083)/256;//T0 的TH高8位初值
	TMOD=0x01;
	TR0=1;//启动计数器
	TF0=0;//溢出位置0
	while(1){
		while(TF0==1){
			cnt++;//溢出一次cnt加一			
			while(cnt==20){
				a=led>>7;
				b=led<<1;
				led=a|b;//循环移位
				P1=led;
				cnt=0;//溢出次数归零
			}
			//溢出后 T0寄存器被清零，需要重新赋值，同时将溢出位再次置0
			TL0=(65536-46083)%256;
			TH0=(65536-46083)/256;
			TF0=0;
		}
	}
}

(二) 产品包装生产线。

每个产品经过按键一次。8个LED灯，计满5个D1亮，再次计满D2亮……计满8次灯全亮。生产线不停，重复上述过程。

计数5个，数量较少，可以使用模式2能够自动装载（为计数器低8位TL赋初值）。

电路原理图

程序

/* Main.c file generated by New Project wizard
 *
 * Created:   周二 4月 18 2023
 * Processor: 80C51
 * Compiler:  Keil for 8051
 */

#include <reg51.h>
#include <stdio.h>

void main(void)
{
	unsigned char led[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x00};
	unsigned char cnt=0;
	TH1=256-5;//设置高8位 TH1初值
	TL1=256-5;//设置低8位 TH0初值，每次溢出后由高8位TH1 赋值给低8位。
	TMOD=0x60;//使用T1,GATE=0,计数器c/t=1,模式2 M1M0=10
	TF1=0;//溢出置0
	TR1=1;//启动计数器T1
	while(1){
		while(TF1==1){//溢出时
			P1=led[cnt];
			cnt=(cnt+1)%8;//取余循环
			TF1=0;//溢出置0
		}
	}
}