第十章 定时器与计数器原理

第十章定时器与计数器原理和应用何宾2023.09主要内容定时器/计数器模块功能定时器/计数器工作模式定时器/计数器寄存器组设计实例一：定时器/计数器设置和中断生成设计实例二：定时器/计数器对外部脉冲计数定时器/计数器模块功能

STC32G系列单片机内设置了5个24位定时器/计数器（8位预分频器+16位计数）5个16位定时器/计数器T0、T1、T2、T3和T4均可设置为定时和计数两种工作方式定时器/计数器模块功能

--定时和计数模式的选择如果计数脉冲来自系统时钟，则为定时方式。如果计数脉冲来自单片机外部引脚时，则为计数方式对于定时器/计数器T0和T1，通过寄存器TMOD中对应的C/T位来设置T0/T1工作在定时/计数方式

对于定时器/计数器T2，通过寄存器AUXR中的T2_C/T位来设置T2工作在定时/计数方式

对于定时器/计数器T3，通过寄存器T4T3M中的T3_C/T位来设置T3工作在定时/计数方式

对于定时器/计数器T4，通过寄存器T4T3M中的T4_C/T位来设置T4工作在定时/计数方式定时器/计数器模块功能

--计数脉冲的选择本质上，定时器/计数器的核心单元就是一个加法计数器，该计数器在内部/外部脉冲的驱动下执行递增操作当计数脉冲来自系统时钟时，定时器/计数器在每12个/1个时钟周期（具体通过寄存器设置）时就得到一个计数脉冲，该计数脉冲使得计数值加1当计数脉冲来自单片机外部引脚时，每个计数脉冲就使得计数值加1定时器/计数器模块功能

--计数脉冲的选择当定时器/计数器T0、T1和T2工作在定时模式时，寄存器AUXR中的T0x12位、T1x12位和T2x12位分别决定定时器/计数器T0、T1和T2的计数脉冲频率是选择系统时钟频率/12还是系统时钟频率/1（不分频）当定时器/计数器T3和T4工作在定时模式时，寄存器T4T3M中的T3x12位和T4x12位分别决定定时器/计数器T3和T4的计数脉冲频率是选择系统时钟频率/12还是系统时钟频率/1（不分频）定时器/计数器模块功能

--工作模式的选择T0有4种工作模式模式0（16位自动重装载模式）模式1（16位不可重装载模式）模式2（8位自动重装模式）模式3（不可屏蔽中断的16位自动重装载模式）T1除模式3外，其他工作模式与定时器/计数器0相同T1在模式3时无效，停止计数T2的工作模式固定为16位自动重装载模式T2可以当定时器使用，也可以当串口的波特率发生器和可编程时钟输出T3和T4与T2相同，它们的工作模式固定为16位自动重装载模式T3和T4既可作定时器使用，也可作串口波特率发生器和可编程时钟输出定时器/计数器工作模式本节将介绍定时器/计数器T0、T1和T2的工作模式。对于定时器/计数器T3和T4的工作模式，详见STC32G系列单片机技术参考手册定时器/计数器工作模式

--定时器/计数器0工作模式定时器/计数器0共有4种工作模式模式0（16位自动重加载模式）模式1（16位不可自动重加载模式）模式2（8位自动重加载模式）模式3（不可屏蔽中断的16位自动重加载定时器模式）定时器/计数器0工作模式

--模式0定时器/计数器0工作模式0为16位自动重加载模式系统时钟SYSclk通过定时器0的8位预分频寄存器TM0PS后产生定时器0的时钟信号T0clk定时器/计数器0的时钟源T0clkT0clk定时器/计数器0工作模式

--模式0定时器/计数器0有两个隐藏的寄存器RL_TH0和RL_TL0。RL_TH0与TH0共用一个地址，RL_TL0与TL0共用一个地址当TR0位为“0”（即禁止定时器/计数器0工作）时，写入寄存器TL0的值会同时写入寄存器RL_TL0；同理，写入寄存器TH0的值也会同时写入寄存器RL_TH0当TR0位为“1”（即允许定时器/计数器0工作）时，写到寄存器TL0的值实际上并没有写到寄存器TL0中，而是写到隐藏的寄存器RL_TL0中；同理，写到寄存器TH0的值实际上并没有写到当前寄存器TH0中，而是写到隐藏的寄存器RL_TH0中因此，巧妙地实现了16位重装载定时器当读取寄存器TH0和寄存器TL0时，读取的值就是寄存器TH0和寄存器TL0中保存的值，而不是寄存器RL_TH0和寄存器RL_TL0内的值定时器/计数器0工作模式

--模式0当定时器/计数器0工作在模式0时，由[TH0,TL0]构成的16位计数寄存器的溢出不仅会设置TF0位，而且会自动将16位寄存器[RL_TH0,RL_TL0]的值重新装入16位计数寄存器[TH0,TL0]中定时器/计数器0工作模式

--模式0GATE、INT0和TR0GATE、INT0和TR0共同决定定时器/计数器0能否正常工作它们三个信号通过逻辑“或门”和逻辑“与门”产生control信号，用于控制内部SYSclk信号或外部脉冲通过T0引脚是否能接入该定时器/计数器GATEINT0TR0功能000不启动定时器/计数器0001启动定时器/计数器0010不启动定时器/计数器0011启动定时器/计数器0100不启动定时器/计数器0101不启动定时器/计数器0110不启动定时器/计数器0111启动定时器/计数器0定时器/计数器0工作模式

--模式0

定时器/计数器0工作模式

--模式0

定时器/计数器0工作模式

--模式0

定时器/计数器0工作模式

--模式1定时器/计数器0的模式1不能自动重加载16位计数初值定时器/计数器0工作模式

--模式2定时器/计数器0的模式2为8位自动重加载模式注：当重加载时，将寄存器TH0的内容加载到寄存器TL0中定时器/计数器0工作模式

--模式2

定时器/计数器0工作模式

--模式3定时器/计数器0模式3为不可屏蔽中断16位自动重加载模式，实时操作系统可使用该模式作为节拍定时器当工作在模式3时，只需允许ET0/IE.1（定时器/计数器0中断允许位），而不需要允许EA/IE.7（总中断使能位）就能打开定时器/计数器0的中断因此，该模式下的定时器/计数器0中断与总中断使能位EA无关。并且，一旦在该模式下打开定时器/计数器0的中断（即ET0设置为“1”），那么中断是不可屏蔽的，该中断的优先级也是最高的，即该中断不能被任何其他中断所打断定时器/计数器1工作模式定时器/计数器1除模式3外，其他工作模式与定时器/计数器0相同定时器/计数器1工作模式

--模式0定时器/计数器1工作模式0为16位自动重加载模式系统时钟SYSclk通过定时器1的8位预分频寄存器TM1PS后产生定时器1的时钟信号T1clk定时器/计数器1的时钟源T1clkT1clk定时器/计数器1工作模式

--模式0定时器/计数器1有两个隐藏的寄存器RL_TH1和RL_TL1。RL_TH1与TH1共用一个地址，RL_TL1与TL1共用一个地址当TR1位为“0”（即禁止定时器/计数器1工作）时，写入寄存器TL1的值会同时写入寄存器RL_TL1；同理，写入寄存器TH1的值也会同时写入寄存器RL_TH1当TR1位为“1”（即允许定时器/计数器1工作）时，写到寄存器TL1的值实际上并没有写到寄存器TL1中，而是写到隐藏的寄存器RL_TL1中；同理，写到寄存器TH1的值实际上并没有写到当前寄存器TH1中，而是写到隐藏的寄存器RL_TH1中因此，巧妙地实现了16位重装载定时器当读取寄存器TH1和寄存器TL1时，读取的值就是寄存器TH1和寄存器TL1中保存的值，而不是寄存器RL_TH1和寄存器RL_TL1内的值定时器/计数器1工作模式

--模式0当定时器/计数器1工作在模式0时，由[TH1,TL1]构成的16位计数寄存器的溢出不仅会设置TF1位，而且会自动将16位寄存器[RL_TH1,RL_TL1]的值重新装入16位计数寄存器[TH1,TL1]中定时器/计数器1工作模式

--模式0

定时器/计数器1工作模式

--模式1定时器/计数器1的模式1不能自动重加载16位计数初值定时器/计数器1工作模式

--模式2定时器/计数器1的模式2为8位自动重加载模式注：当重加载时，将寄存器TH1的内容加载到寄存器TL1中定时器/计数器1工作模式

--模式2

定时器/计数器2工作模式定时器/计数器2只有16位自动重加载模式定时器/计数器2的时钟源T2clkT2clk定时器/计数器2工作模式

定时器/计数器寄存器组

--控制寄存器（TCON）除了用于控制定时器/计数器T0和T1外，控制寄存器TCON也可锁存T0和T1溢出中断源和外部请求中断源等该寄存器位于SFR地址为0x88的位置。当复位后，该寄存器的值为“00000000”，表中：TF1定时器/计数器1的溢出中断标志。当允许定时器/计数器1计数后，从初值开始加1计数。当产生溢出时，硬件将该位设置为“1”。此时，向CPU发出中断请求。如果CPU响应该中断请求，则由硬件将该位自动清“0”。通过软件轮询，也可以将该位清“0”位索引76543210名字TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0定时器/计数器寄存器组

--控制寄存器（TCON）TR1定时器/计数器1运行控制位。该位由软件置位和清零。当工作模式寄存器TMOD的GATE位（第7位）为”0”，且TR1位为”1”时，允许定时器/计数器1开始计数；当TR1位为“0”时，禁止定时器/计数器1计数；当工作模式寄存器TMOD的GATE（第7位）位为“1”，TR1位为“1”，且INT1输入为高电平时，才允许其开始计数TF0定时器/计数器0的溢出中断标志。当允许定时器/计数器0计数后，从初值开始加1计数。当产生溢出时，硬件将该位设置为“1”。此时，向CPU发出中断请求。如果CPU响应该中断请求，则由硬件将该位自动清“0”。通过软件轮询，也可以将该位清“0”定时器/计数器寄存器组

--控制寄存器（TCON）TR0定时器/计数器0运行控制位。该位由软件置位和清零。当工作模式寄存器TMOD的GATE位（第3位）为“0”，且TR0位为“1”时，允许其开始计数；当TR0位为“0”时，禁止计数；当工作模式寄存器TMOD的GATE位（第3位）为“1”，TR0位为“1”，且INT0输入为高电平时，才允许其开始计数IE1外部中断请求源（INT1/P3.3）标志。当IE1位为“1”时，外部中断向CPU发出中断请求。当CPU响应该中断后，由硬件自动清除该位IT1外部中断源触发控制位。当IT1位为“0”时，上升沿或者下降沿均可触发外部中断1；当IT1位为“1”时，只有下降沿可以触发外部中断1定时器/计数器寄存器组

--控制寄存器（TCON）IE0外部中断请求源（INT0/P3.2）标志。当IE0位为“1”时，外部中断向CPU发出中断请求。当CPU响应该中断后，由硬件自动清除该位IT0外部中断源触发控制位。当IT0位为“0”时，上升沿或者下降沿均可触发外部中断0；当IT0位为“1”时，只有下降沿可以触发外部中断0定时器/计数器寄存器组

--工作模式寄存器（TMOD)定时器/计数器T0和定时器/计数器T1的定时或者计数功能由TMOD寄存器的控制位C/T进行选择该寄存器位于SFR地址为0x89的位置。当复位后，该寄存器的值为“00000000”T1_GATE（TMOD.7）该位使能/禁止定时器/计数器1。当该位为“1”时，只有在INT1引脚为高，并且TCON寄存器的TR1位置“1”时，才能打开定时器/计数器1位索引76543210名字T1_GATET1_C/TT1_M1T1_M0T0_GATET0_C/TT0_M1T0_M0作用域与定时器1有关与定时器0有关定时器/计数器寄存器组

--工作模式寄存器（TMOD)T1_C/T（TMOD.6）该位控制定时器/计数器1的工作模式。当该位为“1”时，定时器/计数器1工作在计数器方式（即对引脚T1/P3.5外部脉冲计数）；当该位为“0”时，定时器/计数器1工作在定时器方式（即对内部时钟进行计数）T1_M1和T1_M0（TMOD.5和TMOD.4）T1_M1T1_M0工作模式0016位自动重新加载模式。当溢出时，将RL_TH1和RL_TL1的值自动重新加载到TH1和TL1中0116位不可自动重新加载模式。即：需要重新写TH1和TL1寄存器108位自动重新加载模式。当溢出时，将TH1的值自动重新加载到TL1中11无效。停止计数定时器/计数器寄存器组

--工作模式寄存器（TMOD)T0_GATE（TMOD.3）该位使能/禁止定时器/计数器0。当该位为“1”时，只有在INT0引脚为高，并且TCON寄存器的TR0位置“1”时，才能打开定时器/计数器0T0_C/T（TMOD.2）该位控制定时器/计数器0的工作模式。当该位为“1”时，定时器/计数器0工作在计数器方式（即对引脚T0/P3.4外部脉冲计数）；当该位为“0”时，定时器/计数器0工作在定时器方式（即对内部时钟进行计数）定时器/计数器寄存器组

--工作模式寄存器（TMOD)T0_M1和T0_M0（TMOD.1和TMOD.0）定时器/计数器0模式选择T0_M1T0_M0工作模式0016位自动重新加载模式。当溢出时，将RL_TH0和RL_TL0的值自动重新加载到TH0和TL0中0116位不可自动重新加载模式，即需要重新写TH0和TL0寄存器108位自动重新加载模式。当溢出时，将TH0的值自动重新加载到TL0中11不可屏蔽中断的16位自动重装定时器（由于该中断优先级最高，因此可用于监控系统防止跑飞）定时器/计数器寄存器组

--辅助寄存器（AUXR)为了与传统的MCS-51/MCS-251单片机兼容，在复位后，定时器0、定时器1和定时器2和传统8051一样，都是12分频。在STC32G系列单片机中，通过AUXR寄存器可以禁止分频，直接使用T0clk/T1clk时钟驱动定时器该寄存器位于SFR地址为0x8E的位置。当复位后，该寄存器的值为“00000001”位索引76543210名字T0x12T1x12UART_M0x6T2RT2_C/TT2x12EXTRAMS1BRT定时器/计数器寄存器组

--辅助寄存器（AUXR)T0x12定时器0速度控制位。当该位为“0”时，定时器0是传统8051单片机的速度（即12分频）；当该位为“1”时，定时器0的速度是传统8051单片机速度的12倍（即不分频）T1x12定时器1速度控制位。当该位为“0”时，定时器1是传统8051单片机的速度（即12分频）；当该位为“1”时，定时器1的速度是传统8051单片机的12倍（即不分频）定时器/计数器寄存器组

--辅助寄存器（AUXR)UART_M0x6串口1模式0的通信速率设置位。当该位为“0”时，串口1模式0的速度是传统8051单片机的速度（即12分频）；当该位为“1”时，串口1模式0的速度是传统8051单片机速度的6倍（即2分频）T2R定时器2允许控制位。当该位为“0”时，不允许定时器2运行；当该位为“1”时，允许定时器2运行T2_C/T控制定时器/计数器2的工作模式。当该位为“0”时，用作定时器（即对内部系统时钟进行计数）；当该位为“1”时，用作计数器（即对引脚T2/P3.1的外部脉冲进行计数）定时器/计数器寄存器组

--辅助寄存器（AUXR)T2x12定时器2速度控制位。当该位为“0”时，定时器2是传统8051单片机的速度（即12分频）；当该位为“1”时，定时器2的速度是传统8051单片机速度的12倍（即不分频）EXTRAM内部/外部RAM存取控制位。当该位为“0”时，允许使用逻辑上在片外、物理上在片内的扩展数据RAM区；当该位为“1”时，禁止使用逻辑上在片外、物理上在片内的扩展数据RAM区定时器/计数器寄存器组

--辅助寄存器（AUXR)S1BRT串口1（UART1）选择定时器1/定时器2作为波特率发生器的控制位。当该位为“0”时，选择定时器1作为串口1（UART）的波特率发生器；当该位为“1”时，选择定时器2作为串口1（UART）的波特率发生器，此时释放定时器1，它可以作为独立的定时器使用注：默认，串口1使用定时器2作为波特率发生器，不建议使用定时器1.定时器2可同时共享作为串口1、串口2、串口3和串口4的波特率发生器定时器/计数器寄存器组

--计数寄存器（TH0和TL0)计数寄存器TH0和TL0用于保存定时器/计数器0的计数初值TH0保存计数初值的高8位，TL0保存计数初值的低8位TH0和TL0分别位于SFR地址为0x8C和0x8A的位置。复位后，它们值均为“00000000”TH0寄存器TL0寄存器位索引76543210名字定时器/计数器0计数初值高8位位索引76543210名字定时器/计数器0计数初值低8位定时器/计数器寄存器组

--计数寄存器（TH1和TL1)计数寄存器TH1和TL1用于保存定时器/计数器1的计数初值TH1保存计数初值的高8位，TL1保存计数初值的低8位TH1和TL1分别位于SFR地址为0x8D和0x8B的位置。复位后，它们值均为“00000000”TH1寄存器TL1寄存器位索引76543210名字定时器/计数器1计数初值高8位位索引76543210名字定时器/计数器1计数初值低8位定时器/计数器寄存器组

--计数寄存器（T2H和T2L)计数寄存器T2H和T2L用于保存定时器/计数器2的计数初值T2H保存计数初值的高8位，T2L保存计数初值的低8位T2H和T2L分别位于SFR地址为0xD6和0xD7的位置。复位后，它们值均为“00000000”T2H寄存器T2L寄存器位索引76543210名字定时器/计数器2计数初值高8位位索引76543210名字定时器/计数器2计数初值低8位定时器/计数器寄存器组

--中断与时钟输出控制寄存器（INT_CLKO）通过INT_CLKO寄存器的T0CLKO、T1C