第9課 定時(shí)器

1、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器概述

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烂縼?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。

2、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器相關(guān)寄存器

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。