《单片机原理及应用》课件 第4章 MCS - 51单片机定时器计数器原理及应用

2026/02/09MCS-51单片机定时器/计数器原理及应用汇报人:┢┦aΡｐyCONTENTS目录01

定时器/计数器的结构02

方式控制寄存器TMOD03

控制寄存器TCON04

定时器/计数器的4种工作方式05

对外部输入信号的要求06

定时器/计数器的编程和应用定时器/计数器的结构01基本结构与工作模式片内定时器/计数器配置MCS-51单片机片内集成T0（P3.4引脚）和T1（P3.5引脚）两个定时器/计数器，可独立工作，满足定时或计数功能需求。核心工作模式分类支持定时器模式（对系统时钟12分频后内部脉冲计数）和计数器模式（对外部引脚负跳变脉冲计数），均为增1计数器，复位初值为0，可通过指令设置新初值。四种工作方式概述通过TMOD寄存器的M1、M0位配置4种工作方式：方式0（13位计数器）、方式1（16位计数器）、方式2（8位自动重装）、方式3（T0拆分为两个8位计数器，T1停止计数）。结构框图解析

核心控制寄存器包含TMOD（工作方式控制寄存器，字节地址89H，不可位寻址）和TCON（控制寄存器，字节地址88H，可位寻址），分别用于模式/方式选择及启停、中断标志管理。

定时器模式信号来源定时器模式下，计数信号为系统时钟振荡器经12分频后的内部脉冲，周期固定（如12MHz晶振对应1μs/脉冲），通过计数次数计算定时时间。

计数器模式信号来源计数器模式下，计数信号来自外部引脚T0/P3.4或T1/P3.5，检测到引脚负跳变时计数器加1，需满足最高计数频率为晶振频率的1/24（如12MHz晶振允许最高500kHz外部脉冲）。方式控制寄存器TMOD02TMOD寄存器格式与功能TMOD寄存器基本特性

字节地址为89H，不可位寻址，高4位控制T1，低4位控制T0，用于选择定时器/计数器的工作模式和工作方式。GATE门控位功能

GATE=0时，仅由TRx控制定时器/计数器运行；GATE=1时，由TRx和外中断引脚（INT0/INT1）共同控制运行。M1、M0工作方式选择位

2位编码对应4种工作方式，决定计数器位数及工作模式，如00为方式0（13位）、01为方式1（16位）等。C/T模式选择位

C/T=0时为定时器模式，对12分频后的内部脉冲计数；C/T=1时为计数器模式，对外部引脚（T0/P3.4或T1/P3.5）负跳变脉冲计数。工作方式选择表解析

方式0（M1=0，M0=0）13位定时器/计数器，由TLx低5位和THx高8位构成，计数溢出后需软件重装初值，适用于兼容早期MCS-48单片机。

方式1（M1=0，M0=1）16位定时器/计数器，THx和TLx均为8位，计数范围更大，溢出后需软件重装初值，是实际应用中常用方式。

方式2（M1=1，M0=0）8位自动重装初值计数器，TLx计数溢出时自动将THx初值载入TLx，无需软件干预，定时精度高，适用于循环定时场景。

方式3（M1=1，M0=1）仅适用于T0，将其拆分为两个独立8位计数器（TL0和TH0），TH0固定为定时器模式并占用T1的TR1和TF1，T1此时通常用作波特率发生器。控制寄存器TCON03TCON寄存器格式与位功能TCON寄存器基本特性字节地址为88H，可位寻址，位地址范围88H~8FH，包含与定时器/计数器相关的高4位和与外部中断相关的低4位。TF1、TF0计数溢出标志位计数器计数溢出时自动置1。查询方式下需软件清0；中断方式下进入中断服务程序后由硬件自动清0，用于标识计数完成状态。TR1、TR0计数运行控制位TRx=1时启动计数，TRx=0时停止计数。当GATE=0时，仅由TRx控制计数；GATE=1时，需TRx与INTx引脚共同控制，可通过软件置1或清0。定时器/计数器的4种工作方式04方式0（13位定时器/计数器）13位计数器构成由TLx（x=0，1）的低5位和THx的高8位构成13位计数器，TLx低5位溢出向THx进位，THx计数溢出则置位TCON中的TFx标志。C/T位工作模式切换C/T=0时为定时器模式，对系统时钟振荡器12分频后的脉冲计数；C/T=1时为计数器模式，对T0（P3.4）或T1（P3.5）引脚上的外部负跳变脉冲计数。GATE位运行控制逻辑GATE=0时，仅由TRx控制计数启停；GATE=1时，需TRx=1且INTx引脚为高电平才允许计数，实现外部信号协同控制。方式1（16位定时器/计数器）16位计数器结构由THx高8位和TLx低8位构成16位计数器，计数范围0~65535，溢出后需软件重装初值，与方式0的13位计数器相比位数增加3位。控制状态位兼容性GATE、C/T、TFx、TRx等控制状态位含义与方式0完全相同，操作逻辑一致，仅计数器位数不同。应用场景差异相比方式0，方式1因16位计数范围更大，适用于需更长定时/计数周期的场景，且初值计算更直观，实际应用中优先选用。方式2（8位自动重装定时器/计数器）

自动重装初值机制TLx作为8位计数器，THx作为常数缓冲器，TLx溢出时自动将THx中初值加载至TLx，无需软件干预，实现循环定时/计数。

硬件结构特点计数溢出时，在置位TFx标志的同时完成初值自动装载，简化程序设计，避免因软件重装初值导致的定时误差。

典型应用优势适用于需要精确定时且周期固定的场景（如串行通信波特率发生器），省去初值重装指令执行时间，提高定时精度。方式3（T0的双8位计数器模式）

01T0的双计数器结构T0分为TLO和TH0两个独立8位计数器，TLO使用T0的C/T、GATE、TR0、INT0控制位，TH0固定为定时器模式，占用T1的TR1和TF1。

02T1在方式3下的工作状态T0工作在方式3时，T1可设置为方式0、1、2，用于串行口波特率发生器或无需中断的场合，设置为方式3时T1停止计数。

03资源占用特性TH0占用T1的中断请求源TF1，因此T1在方式3下无法产生中断，仅可作为简单定时器或波特率发生器使用。对外部输入信号的要求05外部计数脉冲的采样与计数01负跳变触发计数原理计数器模式下，外部输入信号产生由1→0的负跳变时，计数器值增1。每个机器周期的S5P2期间采样外部引脚，连续两个机器周期分别采得1和0时，下一机器周期S3P1计数器加1。02负跳变确认的机器周期确认一次负跳变需2个机器周期（24个振荡周期），故计数器对外部输入脉冲的最高计数频率为系统振荡器频率的1/24。03不同晶振频率下的最高输入脉冲频率晶振频率为6MHz时，允许输入的最高脉冲频率为250kHz；晶振频率为12MHz时，最高输入脉冲频率为500kHz。外部输入信号的电平保持要求

电平保持的必要性为确保某一给定电平在变化前能被采样一次，该电平至少需保持一个机器周期，以保证采样的准确性。

外部输入信号要求示意图如图5.12所示，外部输入信号的电平保持时间应不小于一个机器周期（T），以满足计数器对信号的正确采样与计数。定时器/计数器的编程和应用06LED循环闪烁控制

TMOD寄存器初始化定时器T0工作于方式1（16位定时器），C/T=0设为定时模式，GATE=0仅由TR0控制运行，TMOD初始化为0X01。

计数初值计算晶振频率12MHz时，机器周期1μs，定时5ms需计数5000次。初值X=65536-5000=60536，即0XEC78（TH0=0XEC，TL0=0X78）。

IE寄存器设置开启总中断EA=1，允许T0中断ET0=1，使能定时中断响应。

程序编写思路主函数初始化TMOD、初值、中断并启动T0；中断服务程序每5ms触发一次，累计100次（0.5S）后翻转P2口电平，控制8个LED闪烁。外部事件计数统计

计数模式配置定时器T0工作于方式1计数模式，C/T=1，计数脉冲来自T0（P3.4）引脚，TMOD配置为0X05。

计数初值设置初值设为255（TH0=0XFF，TL0=0XFF），每检测到一次外部负跳变（按钮按下）计数器加1，溢出时触发中断。

数码管显示逻辑定义段码数组DSY_CODE存储0-9显示码，计数值count通过P0（十位）和P2（个位）口输出，实现按一次按钮数字加1。

中断与优先级设置使能T0中断（ET0=1）和外部中断0（清零功能），设置T0中断优先级高于外部中断，确保计数准确性。方波与音频信号生成2ms周期方波实现定时器T0方式1定时1ms，中断服务程序中翻转P2.0引脚电平，高低电平各1ms，形成周期2ms方波。初值计算：1ms定时对应初值0XFC18（12MHz晶振）。1KHz音频信号原理1KHz音频信号周期1ms，通过定时0.5ms翻转P2.0引脚，产生500Hz方波（基频1KHz）。定时器初值与2ms方波相同，中断服务程序中状态位切换实现信号输出。程序逻辑设计主函数初始化TMOD、初值及中断，启动定时器后进入空循环；中断服务程序负责重新加载初值、翻转引脚状态，无需主循环干预。简易秒表设计

01计时功能定义两位数码管显示0.1-9.9s，按键控制：第一次按下开始计时，第二次停止，第三次清零，计时到9.9s自动归零。

02定时器配置定时器T0方式1定时50ms，每2次中断（100ms）计为0.1s，累计100次（10s）后清零。初值计算：50ms定时对应（65535-50000）=15536，即TH0=0X3C，TL0=0XB0。

03按键处理逻辑通过按键状态标志key-Flag-Idx控制状态切换，结合延时消抖（DelayMS(10)），实现开始/停止/清零功能的可靠触发。

04显示刷新机制中断服务程序中每0.1s更新计数值second-counts，通过P0（十位）和P2（个位）口输出段码，动态刷新数码管显示。门控位应用之脉冲宽度测量

门控位GATE功能利用TMOD设置GATE=1，T0运行受TR0和INT0（P3.2）引脚共同控制。当INT0为高电平时，TR0=1启动计数；INT0为低电平时停止计数，实现脉冲宽度测量。

定时器与中断配置定时器T0方式1（16位定时），定时50ms，溢出中断记录次数。初值TH0=0X14，TL0=0X13（