3.3 定时器和计数器

51单片机包含两个16位定时/计数器：T1计数器分为高8位TH1和低8位TL1，T0计数器分为高8位TH0和低8位TL0。单片机用作定时器时，对机器周期进行计数，每一个机器周期计数器加1，直到计数器计满溢出。当用作对外部事件计数时，计数器接相应的外部输入引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）并在每个机器周期进行采样，当采样1～0负跳变时，计数器加1。

1.定时/计数器结构

图3-5定时/计数器结构图。定时器T0由特殊寄存器的低8位TL0和高8位TH0构成，定时器T1是由特殊寄存器的低8位TL1和高8位TH1所构成。每个寄存器都可以单独访问，程序开始时，需要对TL0、TH0、TL1、TH1进行初始化并定义其工作方式。

2.定时/计数器特殊寄存器

定时/计数器0和定时计数器1特殊寄存器——TMOD、TCON用于控制和确定定时/计数功能和工作模式。

图3-5 定时/计数器结构图

（1）定时/计数器工作方式寄存器TMOD

定时/计数器的特殊寄存器主要是用来设工作模式，地址89H，不可以进行寻址，只可通过字节传送指令设定其工作方式。TMOD低4位控制寄存器T0高4位控制寄存器T1。见表3-6。

表3-6 TMOD

GATE定时操作开关控制位：GATE=0时TR0或TR1为1，定时/计数器选通开关，和INT0/INT1无关。

GATE=1时INT0/INT1为1并且TR0/TR1为1时定时/计数器选通开始工作。C/T定时/计数器功能选择位：C/T=1为计数器，通过引脚端口输入计数脉冲。

C/T=0为定时器，由内部系统时钟提供计时工作脉冲进行机器周期脉冲计数。

M0、M1工作方式选择位有4种，见表3-7。

表3-7 TMOD工作方式

方式0为13位计数结构工作方式。由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位组成，定时或者计数溢出则TCON中的TF0置1，向CPU发出中断请求，如图3-6所示。

1）作为计数工作。

计数范围：1～2¹³

计数值计算公式：计数值=

图3-6 工作方式0逻辑图

2¹³-计数初值

针对T0定时器其计数初值为TH0高8位和TL0低5位的初始值。

2）作为定时器工作。

定时范围：1～2¹³机器周期

定时计算公式：定时时间=（2¹³-定时初值）×机器周期

针对T0定时器其定时初值为TH0高8位和TL0低5位的初始值。

机器周期时间=12/f_osc，其中f_osc为晶体振荡频率。

初始化案例：单片机外接晶振12M，则机器周期1μs，使用工作方式0，进行100μs定时。

100μs=（8192-定时初值）1μs，得到定时初值=FC1C

初始化程序如下：

TMOD=0x00；

TH0=0xFC；

TL0=0x1C；

EA=1；

TR0=1；

ET0=1；

方式1为16位定时/计数结构工作方式。由TL0（TL1）作为低8位、TH0（TH1）作为高8位，组成16位定时/计数器，如图3-7所示。

1）作为计数器工作。

计数范围：1～2¹⁶

计数值计算公式：计数值=

2¹⁶-计数初值

针对T0定时器其计数初值为TH0高8位和TL0低8位的初始值。

2）作为定时器工作。

定时范围：1～2¹⁶机器周期

图3-7 工作方式1逻辑图

定时时间计算公式：定时时间=（2¹⁶-定时初值）×机器周期

针对T0定时器其定时初值为TH0高8位和TL0低8位的初始值。

机器周期时间=12/f_osc，其中f_osc为晶体振荡频率。

初始化案例：单片机外接晶振12MHz，则机器周期1μs，使用工作方式1，进行100μs定时。

100μs=（65536-定时初值）1μs，得到定时初值=FF9C

初始化程序如下：

TMOD=0x01；

TH0=0xFF；

TL0=0x9C；

EA=1；

TR0=1；

ET0=1；

当M1M0=10时，定时/计数器处于工作方式2。此时定时器寄存器TL0配置为可以自动重装载的8位计数器，TH0作为预置寄存器。TL0计数溢出时，TF0置1同时TH0中的内容重装载到TL0中，TH0的内容由软件预置，重装载后内容不变。电路结构如图3-8所示。

图3-8 工作方式2逻辑图

1）作为计数器工作。

计数范围：1～2⁸

计数值计算公式：计数值=2⁸-计数初值

针对T0定时器其计数初值为TH0高8位和TL0低8位的初始值。

2）作为定时器工作

定时范围：1～2⁸机器周期

定时时间计算公式：定时时间=（2⁸-定时初值）×机器周期

针对T0定时器其定时初值为TH0高8位和TL0低8位的初始值。

机器周期时间=12/f_osc，其中f_osc为晶体振荡频率。

T0工作方式3分为两个独立的8位计数器TL0和TH0，其中TL0既可以作为计数器也可作为定时器，与之前三种工作方式不同体现在方式3只适用于定时器/计数器T0，定时器T1方式3时TR1=0，计数器不工作。工作方式3将T0分成为两个独立的8位计数器TL0和TH0，如图3-9所示。

图3-9 工作方式3逻辑图

（2）定时/计数控制寄存器TCON

定时/计数控制寄存器TCON的地址是88H，可字节寻址也可位寻址，字节地址88H，TCON定义见表3-8。

表3-8 TCON

TF1：T1溢出中断请求标志位。T1计数溢出时候由硬件自动置TF1为1。CPU响应中断后TF1由硬件自动清0。T1工作时，CPU可以随时查询TF1的状态，TF1作为查询T1中断溢出标志位，TF1也可以用软件置1或者清0，同硬件置1清0效果一样。

TF0：定时/计数器T0溢出中断请求标志位。当定时/计数器0溢出的时硬件置位，申请中断进入中断后被硬件置0。

TR1：定时/计数器T1运行控制位。靠软件置1或者置0，当TR1=1时启动T1运行，TR1=0则T1停止运行。

TR0：定时/计数器T0运行控制位，TR0=1工作，TR0=0不工作。

IE1：外部边沿触发中断1请求标志，检测到在INT引脚上出现外部中断信号的下降沿时候，硬件置位，请求中断，进入中断程序后被硬件自动置0。

IE0：外部边沿触发中断0请求标志，同IE1。

IT1：外部中断1控制位，IT=1时，下降沿触发，IT1=0低电平触发。

IT0：外部中断1控制位，IT=0时，下降沿触发，IT0=0低电平触发。