51單片機(jī)內(nèi)部共有兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模塊T0和T1,對(duì)于52單片機(jī)內(nèi)部又增加了定時(shí)器T3。它們即具有定時(shí)功能，也可以作計(jì)數(shù)功能，可以通過(guò)相應(yīng)的寄存器進(jìn)行設(shè)置。但不論是用于定時(shí)功能還是計(jì)數(shù)功能，其基本原理都是一樣的，如圖1所示為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖，內(nèi)部為一個(gè)加1計(jì)數(shù)器，由高8位TH0(或TH1)和低8位TL0(或TL1)兩個(gè)計(jì)數(shù)寄存器組成。TMOD是定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作模式和工作方式寄存器，用來(lái)確定是處于定時(shí)模式還是計(jì)數(shù)模式以及何種工種方式，這個(gè)后面講解寄存器的時(shí)會(huì)講到。TCON為控制寄存器，用來(lái)控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)、停止及溢出標(biāo)志等的設(shè)置。

圖1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖

 

工作原理如圖的所示，加1計(jì)數(shù)器相當(dāng)于一個(gè)裝數(shù)的容器，每來(lái)一個(gè)脈沖自動(dòng)加1，當(dāng)數(shù)裝滿后便自動(dòng)溢出，如果此時(shí)設(shè)置的中斷，CPU便會(huì)停止當(dāng)前正在執(zhí)行的工作，去執(zhí)行中斷函數(shù)內(nèi)的程序。這里也可以形象把計(jì)數(shù)器看作一個(gè)裝水的水桶，每來(lái)一滴水，水桶的水便會(huì)增加一點(diǎn)，當(dāng)水裝滿了后，便會(huì)溢出。

加1計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖有兩個(gè)來(lái)源，一個(gè)是由系統(tǒng)時(shí)鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)過(guò)12分頻后送來(lái)，一個(gè)是由外部引腳T0(P34引腳)和T1(P35引腳)送來(lái)的外部脈沖（通常為下降沿），前者主要用于定時(shí)，后者主要用于計(jì)數(shù)。每來(lái)一個(gè)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器會(huì)自動(dòng)加1，當(dāng)加到全為1時(shí)，再來(lái)一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器便會(huì)自動(dòng)清0，且計(jì)數(shù)器此時(shí)會(huì)溢出并使TCON寄存器中的TF0和TF1置1，如果此時(shí)設(shè)置了定時(shí)器中斷允許，便會(huì)自動(dòng)的向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。

圖2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作原圖

可能大家還是不明白，這樣為什么就可以用來(lái)進(jìn)行定時(shí)和計(jì)數(shù)呢，這里我們以通俗的例子解釋一下定時(shí)，還是以水桶裝水為例，假設(shè)水桶開(kāi)始一滴水都沒(méi)有（相當(dāng)于計(jì)數(shù)器內(nèi)部全為0），此時(shí)來(lái)一滴水（相當(dāng)于來(lái)一個(gè)脈沖），水桶的水便會(huì)增加一滴（相當(dāng)于計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1），而水桶的容積是規(guī)定了的（相當(dāng)于計(jì)數(shù)器最大計(jì)數(shù)值），水桶的水總會(huì)有滿的時(shí)候（相當(dāng)于計(jì)數(shù)器加到全部為1），此時(shí)假設(shè)每來(lái)一滴水的時(shí)間我們知道或者人為可以設(shè)置，水桶從一滴水沒(méi)有到全部裝滿就會(huì)有一個(gè)時(shí)間，這個(gè)就是定時(shí)時(shí)間值。

也就是說(shuō)，我們?nèi)绻�知道每�?lái)一個(gè)脈沖相應(yīng)的時(shí)間t，又知道加1計(jì)數(shù)器最大可以裝多少數(shù)n，我們就可以知道這個(gè)時(shí)間值T，即T=nt。而這個(gè)T的時(shí)間通常是固定的，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要不同的定時(shí)時(shí)間，我們可以采用預(yù)先在計(jì)數(shù)器內(nèi)裝一定的初值（相當(dāng)于在水桶內(nèi)先裝一些水），然后在這個(gè)初值的基本上再來(lái)相應(yīng)脈沖，計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，一直到溢出，我們就可以得到任意想要的定時(shí)時(shí)間。

從圖2中我們還可以看出，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器還有一個(gè)控制開(kāi)關(guān)，此開(kāi)關(guān)可以控制定時(shí)器計(jì)數(shù)器相應(yīng)的啟動(dòng)和停止。而此開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉主要是由圖2左下部的TRX 、GATE等信號(hào)共同作用，這里都是門(mén)電路，可以由數(shù)電的知道解釋，因?yàn)楸容^簡(jiǎn)單，這里我就不作說(shuō)明，后面結(jié)合的相關(guān)的寄存器進(jìn)行介紹。

與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器相關(guān)的寄存器主要有兩個(gè)（編程時(shí)如涉及到中斷，還要用到中斷相關(guān)的寄存器，前面已經(jīng)講可），一個(gè)是工作模式及工作方式設(shè)置寄存器TMOD，一個(gè)就是跟控制有關(guān)（就是圖2中開(kāi)關(guān)的設(shè)置有關(guān)的）寄存器TCON，下面分別對(duì)其進(jìn)行介紹。

注意:對(duì)單片機(jī)內(nèi)部寄存器的說(shuō)明相當(dāng)于對(duì)結(jié)構(gòu)原理的解釋，所以在單片機(jī)內(nèi)部功能模塊看不明白時(shí)，也可以借助相關(guān)寄存器的說(shuō)明加以理解。

（1）定時(shí)器工作模式及工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作模式及工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：

GATE：門(mén)控位。GATE＝0時(shí)，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作；GATA＝1時(shí)，要用軟件使TR0或TR1為1，同時(shí)外部中斷引腳或也為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作。即此時(shí)定時(shí)器的啟動(dòng)多了一條件。

C/T :定時(shí)/計(jì)數(shù)模式選擇位。C/T＝0為定時(shí)模式；C/T =1為計(jì)數(shù)模式。

M1M0：工作方式設(shè)置位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進(jìn)行設(shè)置。具體說(shuō)明如下表：

（2）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON

TCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。其格式如下：

TF1（TCON.7）：T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。T1計(jì)數(shù)溢出時(shí)由硬件自動(dòng)置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動(dòng)清0。T1工作時(shí)，CPU可隨時(shí)查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測(cè)試的標(biāo)志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。

TR1（TCON.6）：T1運(yùn)行控制位。TR1置1時(shí)，T1開(kāi)始工作；TR1置0時(shí)，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與停止。

TF0（TCON.5）：T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，其功能與TF1類同。

TR0（TCON.4）：T0運(yùn)行控制位，其功能與TR1類同。

通過(guò)對(duì)上面TMOD寄存器的介紹，我們知道，通過(guò)設(shè)置M0M1可能選擇定時(shí)器的工作方式。這里可能有的人對(duì)選擇定時(shí)器工作方式及賦初值是什么意思不明白，其實(shí)也很好理解，前面我們不是把加1計(jì)數(shù)器比作裝水的水桶嗎，而51單片機(jī)有4種工作方式就相當(dāng)于有4種不同大小的裝水的水桶，所以我們必須通過(guò)TMOD這個(gè)寄存器選擇哪使用哪一個(gè)水桶（也就是選擇哪一種工作方式）；至于為什么要賦初值前面我實(shí)際已經(jīng)有講到過(guò)，計(jì)數(shù)器從全是裝0到全部裝1的整個(gè)時(shí)間是固定的，而我們實(shí)際用使用需要不同的定時(shí)間，所以我們必須先在計(jì)數(shù)器內(nèi)先裝一些數(shù)，然后在這個(gè)基本上進(jìn)行加1計(jì)數(shù)，就可以得到我們想要的定時(shí)時(shí)間。

定時(shí)器總共有四種工作方式，而因?yàn)槎〞r(shí)器工作方式1比較常用，所以這里僅對(duì)定時(shí)器0工作方式1進(jìn)行介紹，并介紹如何賦初值。

方式1的計(jì)數(shù)位數(shù)是16位，由TL0作為低8位、TH0作為高8位，組成了16位加1計(jì)數(shù)器 ，其邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

 

圖3 定時(shí)器0工作方式1邏輯結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)GATE=0,TR0=1時(shí)，TL0便在機(jī)器周期的作用下開(kāi)始自動(dòng)加1，當(dāng)加了256次后自動(dòng)向前進(jìn)一位，直到TH0也計(jì)滿，然后溢出，置標(biāo)志寄存器TF0=1,如果此時(shí)設(shè)置了中斷允許，CPU便作進(jìn)入中斷函數(shù)內(nèi)進(jìn)行中斷程序的處理。注意，此時(shí)若TR0=1一直打開(kāi)的話，計(jì)數(shù)器滿后會(huì)全部自動(dòng)清零，然后重新重復(fù)以上過(guò)程，直到TR0=0時(shí)結(jié)束。

接下來(lái)講解如何計(jì)算定時(shí)器的初值問(wèn)題。定時(shí)器一旦啟動(dòng)，它便在原來(lái)的數(shù)值基礎(chǔ)上開(kāi)始加1計(jì)數(shù)，若在程序開(kāi)始時(shí)，我們沒(méi)有設(shè)置TH0和TL0,它們的默認(rèn)值都是0，假設(shè)時(shí)鐘頻率為12MHZ，12個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期，那么此時(shí)的機(jī)器周期就是1us，計(jì)滿TH0和TL0就需要2X16-1,再來(lái)一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器就溢出，隨即向CPU申請(qǐng)中斷。因此溢出一次的時(shí)間為65536us，約等于65.5ms，如果我們要定時(shí)50ms,此時(shí)就需要向TH0t和TL0里面先賦初值，在這個(gè)初值的基礎(chǔ)上計(jì)50000個(gè)數(shù)后，定時(shí)器溢出，此時(shí)剛好就是50ms中斷一次，如需要定時(shí)1S時(shí)，在寫(xiě)程序時(shí)當(dāng)產(chǎn)生20次50ms的定時(shí)器中斷后便認(rèn)定是1s，這樣便可以精確制定定時(shí)時(shí)間了。要定時(shí)50ms，即要計(jì)50000個(gè)數(shù)，TH0和TL0中應(yīng)該裝的總數(shù)是65536－50000＝15536，把15536對(duì)256求模：15536/256裝入TH0中，把15536對(duì)256求余：15536%256裝入TL0中就可以了。

以上就是定時(shí)器賦初值的計(jì)算方法，總結(jié)后可以得出以下結(jié)論：當(dāng)用定時(shí)器的方式1時(shí)，設(shè)機(jī)器周期為t ,定時(shí)器產(chǎn)生一次中斷的時(shí)間為T(mén)，那么需要計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)N=T/t，裝放THX和TLX中的數(shù)分別為：

THX=(65536-N)/256 ,TLX=(65536-N)%256

要計(jì)算機(jī)器周期t,就需要知道系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率，也就是單片機(jī)外接晶振的頻率，實(shí)驗(yàn)板上的時(shí)鐘頻率為11.0592MHZ，那么機(jī)器周期為12X(1/11059200)=1.09us,若T=50ms.那么N=50000/1.09=45873,如果晶振為12MHX的話，用同樣的方法算出來(lái)N=50000.

下面我們舉一個(gè)例子，用單片機(jī)的定時(shí)器0、工作方式1和中斷技術(shù)實(shí)現(xiàn)讓L1以間隔1s的時(shí)間閃爍。

這里我們先總結(jié)一下，在使用定時(shí)器主要對(duì)定時(shí)器作相應(yīng)的初始化，其步驟為：

（1）對(duì)TMOD賦值

選擇計(jì)數(shù)或者定時(shí)

確定T0或T1的工作方式。

（2）計(jì)算初值,并將其寫(xiě)入TH0、TL0或TH1、TL1。

（3）使TR0或TR1置位，啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)或計(jì)數(shù)。

（4）需使用中斷方式時(shí)，則對(duì)IE等賦值，開(kāi)放中斷

下面我們給出相關(guān)程序。

例1：1357燈以間隔1s的時(shí)間閃爍。

 

#include<reg52.h>//頭文件，主要用來(lái)聲明，特殊功能寄存器的地址

#define uint unsigned int//宏定義

#define uchar unsigned char//宏定義

sbit D1=P1^0;//位聲明

uchar time;//定義變量time為無(wú)符號(hào)字符型

void main()//主函數(shù)

{

       TMOD=0x01;//設(shè)置定時(shí)器0為工作方式1

       TH0=(65535-50000)/256;//定時(shí)50ms賦初值15535

       TL0=(65535-50000)%256;

       EA=1;//開(kāi)總中斷

       ET0=1;//開(kāi)定時(shí)器0中斷

       TR0=1;//啟動(dòng)定時(shí)器0

          //上面６行為定時(shí)器和中斷初始化程序 　

       while(1);//停在這里等待中斷產(chǎn)生

                    

}

void tim1() interrupt 1//中斷子函數(shù)，功能為500ms燈滅一次

{

       time++;//進(jìn)入一次中斷time自加１

       if(time==10)//如果自加到10,相當(dāng)于500ms

       {

              D1=~D1;//燈亮滅交替

              time=0;//time清零

       }

}

程序下載到51hei實(shí)驗(yàn)板上的現(xiàn)象如圖4所示：