《单片机原理及接口技术-基于C51+Proteus仿真》-第6章 80C51单片机定时器计数器最终

16.1定时器/计数器T0和T1的结构及工作原理6.1.1定时器/计数器T0和T1的基本结构6.1.280C51单片机定时器/计数器的工作原理6.2定时器/计数器T0和T1的控制寄存器6.3定时器/计数器的工作方式6.4定时器/计数器T0、T1的应用2第6章80C51单片机定时器/计数器在工业测控应用中，经常需要产生精确的定时或者延时控制，如果采用软件定时，则需要占用CPU运行时间，降低单片机工作效率；许多场合还要用到对外部事件计数的功能。MCS-51系列中51子系列单片机片内集成2个16位可编程控制的定时器/计数器T0和T1，52子系列片内集成3个，第3个是定时器T2。T0、T1是MCS-51单片机的片内功能部件，它们既可用作定时器方式，又可用作计数器方式。本章主要介绍80C51单片机定时器/计数器T0和T1的结构、工作原理及应用。6.1定时器/计数器T0和T1的结构及工作原理只有掌握T0和T1的结构及工作原理，才能熟练使用MCS-51系列单片机片内的定时器和计数器。6.1.1定时器/计数器T0和T1的结构80C51单片机定时器/计数器T0、T1的结构如图6-1所示，T0、T1是2个16位加法计数器，T0由TH0和TL02个SFR组成加计3数单元，T1由TH1和TL12个SFR组成加计数单元。TH1、TL1、TH0、TL0只能按照字节访问。对T0、T1定时或计数的模式、工作方式选择以及控制是由2个SFRTCON和TMOD的设置确定的。TMOD、TCON与T0计数单元TH0和TL0、T1计数单元TH1和TL1间通过内部总线及逻辑电路连接，TMOD用于控制定时器的模式和工作方式，TCON用于控制定时器的启动与停止。一旦设置好T0（或T1）的工作方式并启动，T0（或T1）就开始独立工作，不占CPU操作时间，当加计数器计满置位TF0（或TF1）。CPU可通过软件主动查询是否定时时间到或计数满时，也可以选择定时中断。4图6-180C51定时器/计数器的基本结构6.1.280C51单片机定时器/计数器的工作原理定时/计数器T0、T1都可以独立设定为定时模式或者计数模式，定时和计数的实质都是加计数器，区别在于计数信号来源不同。5

1．定时器的原理T0（或T1）用作定时器时，是对内部机器周期Tcy的加计数器。即每个机器周期TH0、TL0（或TH1、TL1）计数器在初值的基础上加1，计满溢出时，置位TF0（或TF1），也可以选择产生中断请求。因此，一个N位的加1计数器，从初值a开始每个机器周期加1计数，直至溢出，定时时间T为：

上式中，Tcy为机器周期，a为计数初值，N是由定时方式决定的，当T0、T1工作在方式0、1和2时，N取值分别为13、16和8。【例6-1】设单片机晶振频率为24MHz，T0、T1工作在方式0、1、2，最大定时时间各为多少？在初值为0时，有最大的定时时间。6

所以T0（或T1）在工作方式0下，其最大定时时间为

同样可以求得方式1下的最大定时时间为32.768ms；方式2下的最大定时时间为0.128ms。

2．计数器的原理T0（或T1）用作计数器时，是对P3.4引脚（或P3.5）输入的外部脉冲的加计数器，每输入一个外部脉冲（每当外部脉冲产生负跳变），TH0、TL0（或TH1、TL1）计数器在初值a基础上加1，计满溢出时置位TF0（或TF1），也可以选择产生中断请求。因此，一个N位的加计数器，从初值a开始每来一个外部脉冲加1计数，直至溢出，计数总个数C为：7

上式中，a为计数初值，N是由计数方式决定的，当T0、T1工作在方式0、1和2时，N取值分别为13、16和8。由于单片机需要两个机器周期来识别一个从“1”到“0”的跳变，因此外部计数脉冲的最高计数频率为晶振频率的1/24。【例6-2】单片机T0、T1工作在计数器各种方式下，计数范围各为多少。由于初值a取值从0~2N-1。T0、T1工作在计数器方式0下，N=13，计数范围是：1～8192(213)。在工作方式1下，N=16，计数范围是：1～65536(216)。在工作方式2下，N=8，计数范围是：1～256(28)。

3．对T0和T1的主要特性总结如下：（1）T0和T1可以通过编程选择定时模式或者计数模式，定时和计数的区别是：定时是对内部机器周期计数实现的，而计数是对外部信号计数实现。8

（2）T0和T1均可通过编程设定多种工作方式，其中T0有4种工作方式；T1有3种工作方式，T2有3种工作方式。（3）T0和T1定时时间到或计数满时，都会使计数器溢出，从而置位相应的溢出位，是否定时到或计数满可通过查询或中断方式处理。6.2T0和T1的控制寄存器对T0和T1的控制主要通过设置TMOD和TCON这2个SFR。TMOD用来确定T0和T1的工作模式及工作方式，TCON用来设定和表征T0和T1的工作过程。

1．定时器/计数器方式寄存器TMODTMOD字节地址为89H，其格式如表6-1所示。TMOD的8位分为2组，2组含义相同，高4位为T1的控制字段，低4位为T0的控制字段。9

（1）M1位和M0位M1和M0为工作方式控制位，其含义如表6-2所示(其中i=0，1)。

表6-2定时器工作方式控制位10

（2）C/位定时与计数的模式选择位。C/=0时，设置为定时器模式；C/=1时，设置为计数器模式。（3）门控位GATE当GATE=0时，仅控制位TR0（或TR1）置1可启动T0（或T1）。仅TR0（或TR1）清0可停止T0（或T1）工作。当GATE=1时，控制位TR0（或TR1）置1，同时还需（或）引脚为高电平方可启动定时器，即允许外部硬件通过P3.2（或P3.3）控制T0（或T1）启动。TMOD不能位寻址，只能用字节指令设置一次设置8位。复位时，TMOD=00H。例如：要求T1非门控，定时模式，工作方式1；语句为：TMOD=0x10;

2．定时器/计数器控制寄存器TCONTCON的字节地址为88H，可以位寻址，清溢出标志位或启动定时器都可以用位操作指令。TCON的格式如表6-3所示，11TCON低4位用于控制外部中断，在第5章中已介绍，TCON高4位的功能是控制T0（或T1）的启动、停止以及标志T0（或T1）的溢出。当系统复位时，TCON=0x00。低4位含义如下。

(1)T1溢出标志位TFl当T1计满数溢出时，由硬件自动置TF1=1，向CPU发出T1中断请求，在中断允许时响应。进入中断服务程序后，由硬件自动使TF1=0。当中断屏蔽时，TF1可由软件查询，此时只能由指令清0（编写TF1=0语句）。(2)T1运行控制位TR1TR1=0时，关闭T1；12

TR1=1时，分2种情况：当GATE=0时，则启动T1；当GATE=l时，则引脚为高电平，才可以启动Tl。(3)T0溢出标志位TF0其功能及操作情况同TF1。(4)T0运行控制位TR0其功能及操作情况同TR1。6.3定时器/计数器的工作方式80C51片内T0、T1可以通过对特殊功能寄存器TMOD中M1、M0两位的设置来选择工作方式，其中T0有方式0、1、2和3等4种工作方式；T1有方式0、1和2共3种工作方式。1．工作方式0当M1、M0设置为00时，T0（或T1）工作在方式0。T0方式0的逻辑图如图6-2所示。13

（1）计数器单元在方式0下，16位计数器单元只用了13位，由TH0的8位和TL0的低5位组成一个13位计数器，TL0（或TL1）的高3位未用，方式0计数器单元如图6-3所示，当TL0（TL1）的低5位溢出时，会向TH0（TH1）进位，当13位计数器加1到全“1”后，再加1就溢出。这时，置TCON的溢出标志位TF0（TF1）为1，同时把13位TH0和TL0（或TH1和TL1）变为全“0”。图6-2T0方式0逻辑图14图6-3T0和T1方式0计数器单元

（2）定时/计数模式控制位C/①C/=0：为定时器工作模式，对内部机器周期信号计数；②C/=1：为计数器工作模式，对P3.4（或P3.5）引脚外部输入脉冲负跳变计数。（3）定时/计数运行控制位GATEGATE位决定了T0（或T1）的运行取决于软件控制还是硬件-软件共同控制。GATE=0时，当TR0/TR1=1，13位计数器就开始计数；当TR0/TR1=0，T0（或T1）关闭。15图6-4T0方式1逻辑图16

3．工作方式2当M1、M0设置为10时，T0（或T1）工作在方式2。T0方式2的逻辑图如图6-5所示。方式2把TL0（TL1）配置成一个可以自动恢复初值(初始常数自动重新装入)的8位计数器，TH0（TH1）作为常数缓冲器，由软件预置值；当TL0（TL1）溢出时，一方面使溢出标志TF0（TR1）置1，同时把TH0（TH1）中的8位数据重新装入TL0（TL1）中。图6-5T0方式2逻辑图217

在实际应用中，工作方式0和工作方式1在定时时间到或者计数满产生溢出时，计数单元清0，如果想循环定时或者循环计数就需要频繁重新给计数单元装初值，这不但影响定时/计数，也给程序设计带来麻烦。方式2常用于循环精确地定时/计数控制。例如，80C51单片机晶振频率为12MHz，希望每隔200s产生一个定时控制脉冲，可在定时方式2下，把TH0和TL0同时预置为56实现。方式2还用作串行口波特率发生器。

4．工作方式3方式3只适用于T0。方式3使80C51具有3个定时器/计数器(增加了一个附加的8位定时器/计数器)。（1）T0工作在方式318（a）TL0作为8位定时器/计数器图6-6定时器/计数器T0工作方式319

（2）T0工作在方式3下的T1通常，当T1用作串口波特率发生器时，T0才定义为方式3，以增加一个8位计数器。T0工作在方式3时，TH0使用了T1的中断标志位（TF1），这时T1还可以设置为方式0～2，用于任何不需要中断控制的场合，或用作串行口的波特率发生器。①T1工作在方式0T1工作在方式0，作为波特率发生器，需要设置M1、M0=00，工作示意图如图6-7所示。图6-7T0工作在方式3下T1工作在方式0工作示意图20

②T1工作在方式1T1工作在方式1，作为波特率发生器，需要设置M1、M0=01，工作示意图如图6-8所示。图6-8T0工作在方式3下T1工作在方式1工作示意图

③T1工作在方式2T1工作在方式2，由于方式2可循环计数或定时，不需要重置计数初值，在波特率产生器中常用。需要设置M1、M0=10，工作示意图如图6-9所示。21图6-9T0方式3时T1为方式2时工作示意图6.4定时器/计数器T0、T1的应用本节介绍T0、T1的初始化设计及编程应用。

1．T0和T1的初始化由于T0和T1的功能实现是由软件编程确定的，所以使用前首先要初始化，步骤如下。（1）确定工作模式与工作方式，为TMOD赋值。（2）确定计数器单元初值，为T0计数单元TH0、TL0（或T1计数单元TH1、TL1）预置初值。2223

（4）给TCON送命令字，以启动或禁止定时器/计数器的运行。（5）确定定时时间到或计数满，以便进行相应的处理。若用查询方式则不需要第3步，可查询溢出标志位TF0（或TF1），溢出标志为1，则进行相应处理；若用中断方式处理，设置IE、TR0（TR1）后，一旦TF0（或TF1）标志为1，则自动转向中断服务程序。

2．T0、T1的编程应用【例6-5】T0和T1作为计数器的应用电路如图6-10所示，外部计数输入端T0（P3.2）接一按钮开关K1，外部计数输入端T1（P3.3）接信号源，P1.7引脚接一LED灯。要求：按下开关K1开始对信号源计数，当计满10个脉冲时，LED闪烁10次，T0、T1都采用中断方式。24图6-102个计数器的使用25

（1）确定TMODT0、T1都计数，T0计数1次，选择用方式1；T1计数10次选择方式1，都选择非门控。所以TMOD=0x55。（2）确定计数初值T0计数1次，方式1，计数初值为65535=0xFFFF，TH0=0xFF；TL0=0xFF，T1计数10次，选择方式1，初值为65536-10=65526=0xFFF6，TH1=0xFF;TL1=0xF6。（3）设置IE、IP由于T0、T1均采用中断方式，不设置优先级。IE=0x8A，IP=0；（4）启动T0、T1T0启动在主程序中，T1启动在T0的中断服务程序中。参考程序如下：#include<reg51.h>#defineucharunsignedcharsbitP1_7=P1^7;26voidDelay(unsignedintx)//延时1ms函数{ucharj;while(x--){for(j=0;j<125;j++);}}voidmain(){TMOD=0x55;TH0=0xFF;TL0=0xFF;TH1=0xFF;TL1=0xF6;IE=0x8A;TR0=1;P1_7=1;27while(1);}voidc0(void)interrupt1//T0中断服务程序{TR0=0;TR1=1;}voidc1(void)interrupt3//T1中断服务程序{uchari;for(i=0;i<10;i++){P1_7=0;Delay(500);P1_7=1;Delay(500);}TR1=0;}28

在实际应用中，经常用T0、T1产生精确的周期性波形。利用T0、T1产生周期性波形的思想是：利用T0、T1定时，定时时间到对输出端作相应的处理。如产生方波可在定时时间到对输出端取反。例6-6】电路如图6-11所示，设80C51晶振频率为12MHz，用T1编程实现从P1.7引脚输出频率为2kHz的音频信号。分析：从P1.7引脚输出频率为2kHz的超声波，即周期为500us的方波，可定时250us，定时时间到时，让P1.7取反一次。T1可分别工作于方式0、方式1、方式2，可分别采用查询和中断方式实现。当晶振频率为12MHz，机器周期为1us。29图6-11定时器T1产生超声波30

（1）T1采用方式0、中断方式处理方式控制字应设定为00000000B（0x00）。定时250μs，初值X=8192-250/1=7942=0x1F06，则TH1=0xF8，TL1=0x06。参考程序：#include<reg51.h>//包含特殊功能寄存器库sbitP1_7=P1^7;voidmain(){TMOD=0x00;TH1=0xF8;TL1=0x06;EA=1;ET1=1;TR1=1;while(1);}31voidti1(void)interrupt3//中断服务程序{TH1=0xF8;TL1=0x06;P1_7=!P1_7;}

仿真时，用鼠标右键单击虚拟数字示波器，在菜单中选择“DigitalOscilloscope”选项，调整时间旋钮在合适位置，会看到P1.7引脚输出给A通道的频率为2kHz的音频信号，如图6-12所示。32图6-12频率为2kHz的音频信号33

（2）T1采用方式1、中断方式处理方式控制字应设定为00010000B（0x10）。定时250μs，初值X=65536-250/1=65286=FF06，则TH1=0xFF，TL1=0x06。参考程序：#include<reg51.h>//包含特殊功能寄存器库sbitP1_7=P1^7;voidmain(){TMOD=0x10;TH1=0xFF;TL1=0x06;EA=1;ET1=1;TR1=1;while(1);}34voidti1(void)interrupt3//中断服务程序{TH1=0xFF;TL1=0x06;P1_7=!P1_7;}（3）T1采用方式2、中断方式处理方式控制字应设定为00100000B（0x20）。定时250μs，初值X=256-250/1=06，则TH1=TL1=0x06。参考程序：#include<reg51.h>//包含特殊功能寄存器库sbitP1_7=P1^7;voidmain(){TMOD=0x20;TH1=0x06;TL1=0x06;EA=1;35ET1=1;TR1=1;while(1);}voidti0(void)interrupt3//中断服务程序{P1_7=!P1_7;}（4）T1采用方式2、查询方式处理参考程序：#include<reg51.h>//包含特殊功能寄存器库sbitP1_7=P1^7;voidmain(){chari;TMOD=0x20;36TH0=0x06;TL0=0x06;TR1=1;for(;;){if(TF1){TF1=0;P1_7=!P1_7;}//查询计数溢出}}若需要定时器定时时间超过定时器最大值时，即方式1时的216个机器周期时，用一个定时器直接处理不能实现，可用两个定时器级联或一个定时器配合软件计数方式处理。【例6-7】电路如图6-13所示，设晶振频率为12MHz，定时控制P1口连接的8只LED自上而下点亮的跑马灯，每只灯点亮0.5s。每只灯点亮0.5s，这时应产生500ms的周期性的定时，定时时间到时点亮下一盏灯。可用T0产生10ms定时，然后对10ms计数50次或用T1对10ms计数50次实现。37

晶振频率12MHz，T0定时10ms，可选方式1，则TMOD=00000001B（0x01），初值X：X=65536-10000/1=55536=1101100011110000B则TH0=11011000B=0xD8，TL0=11110000B=0xF0。图6-13定时控制P1口连接的8只LED跑马灯38

（1）T0定时10ms、软件计数50次，中断处理方式。参考程序：#include<reg51.h>//包含特殊功能寄存器库#include<intrins.h>#defineucharunsignedcharuchari;voidmain(){TMOD=0x01;TH0=0xD8;TL0=0xF0;EA=1;ET0=1;i=0;TR0=1;P1=0xFE;39while(1);}voidtime0_int(void)interrupt1//T0中断服务程序{TH0=0xD8;TL0=0xF0;i++;if(i==50){P1=_crol_(P1,1);i=0;}}

（2）T0定时10ms、T1计数25次，T0和T1都采用中断方式工作。由于T1工作于计数方式时，计数脉冲通过T1（P3.5）输入，设定时器T0定时10ms时间到，对T1（P3.5）取反一次，则T140（P3.5）每20ms产生一个计数脉冲。定时500ms需要T1计数25次。T0工作于方式1，定时10ms，则TH0=11011000B=0xD8，TL0=11110000B=0xF0。设计数器T1工作于方式2，初值X=256-25=231=0xE7，TH1=TL1=0xE7。方式控制字TMOD=01100001B=0x61。参考程序如下：#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedcharsbitP3_5=P3^5;voidmain(){TMOD=0x61;TH0=0xD8;TL0=0xF0;41TH1=0xE7;TL1=0xE7;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1;