8051系列單片機有兩個定時器:T0和T1,分別稱為定時器和定時器T1,這兩個定時器都是16位的定時器/計數器;8052系列單片機增加了第三個定時器/計數器T2;它們都有定時或事件計數功能,常用於時間控制、延時、對外部時間計數和檢測等場合;
二、定時器/計數器的結構
8051單片機的兩個定時器T0和T1分別都由兩個特殊功能寄存器組成;T0由特殊功能寄存器TH0和TL0構成,而T1則是由TH1和TL1構成;
作為定時器使用時,定時器計數8051單片機片內振蕩器輸出經過12分頻後的脈衝個數,即:每個機器周期使定時器T0/T1的寄存器值自動累加1,直到溢出,溢出後繼續從0開始循環計數;所以,定時器的解析度是時鐘振蕩頻率的1/12;
作為計數器使用時,通過引腳T0(P3.4)或T1(P3.5)對外部
脈衝信號進行計數,當輸入的外部脈衝信號發生從1到0的負跳變時,計數器的值就自動加1;計數器的最高頻率一般是時鐘振蕩頻率的1/24;
由此可知,不論是定時器還是計數器工作方式,定時器T0和T1均不佔用CPU的時間,除非定時器/計數器T0和T1溢出,才可能引起CPU中斷,轉而去執行中斷處理程序;所以說,定時器/計數器是單片機中效率高而工作靈活的部件;
三、定時器/計數器的工作模式
除了可選擇定時器和計數器的這兩種工作方式外,每個定時器/計數器都有4種工作模式;
在模式0、1和2時,T0和T1的工作模式相同;在模式3時,兩個定時器/計數器的工作模式不同;
工作模式0:
由TL0的低5位和TH0的全部8位共同構成一個13位的定時器/計數器;定時器/計數器啟動後,定時或計數脈衝個數加到TL0上,從預先設置的初值(時間常數)開始累加,不斷遞增1;當 TL0計滿後,向TH0進位,直到13位寄存器計滿溢出;溢出時,定時器/計數器硬體會自動地把13位的寄存器值清0,中斷標記TF0置1;如果需要進一步定時/計數,需要使用相關指令重置時間常數,並把定時器/計數器的中斷標記TF0置0;工作模式0的結構如下圖:
工作模式1:
模式1與模式0幾乎完全相同,唯一的區別就是,模式1中的寄存器TH0和TL0共同構成的是一個16位定時器/計數器來參與操作,因此比模式0中的定時/計數範圍更大;工作模式1的結構如下圖:
工作模式2:
這種模式又稱為自動再裝入預置
數模式;當定時器/計數器的寄存器TH0/TL0的值溢出時,定時器/計數器硬體設備會自動把寄存器TH0/TL0的值清0,以重新開始操作;但是有時候,我們的定時/計數操作是需要多次重複定時/計數的,如果溢出時不做任何處理,那麼,在第二輪定時/計數時就是從0開始定時/計數了,而這並不是我們想要的;所以,要保證每次溢出之後,在重新開始定時/計數的操作是我們想要的,那就要把預置數(時間常數)重新裝入某個地方;而重新裝入預置數的操作是硬體設備自動完成的,不需要人工幹預所以,這種工作模式就叫自動再裝入預置數方式;既然需要重新裝入預置數,那麼預置數就必須要存放在某個地方,才能保證重裝操作成功;在工作模式2中,把自動重裝入的預置數存放在定時器/計數器的寄存器的高8位中,也就是存放在TH0中,而只留下TL0參與定時/計數操作;顯然,定時/計數的方位小了很多;
注:這個工作模式常用於波特率發生器(串口通訊),T1工作在串口模式2;用於這種方式時,定時器就是為了提供一個時間基準;計數溢出之後,不需要做太多的事情,只做一件事就可以,就是重新裝入預置數,再開始重新計數,而且中間不需要任何延時;工作模式2的結構如下圖:
工作模式3:
由於定時器/計數器T1沒有工作模式3,如果把定時器/計數器T0設置為工作模式3,那麼TL0和TH0將被分割成兩個相互獨立的8位定時器/計數器;工作模式3的結構如下圖:
四、定時器/計數器的定時/計數範圍
工作方式0:13位定時器/計數器工作模式,最多可計數2的13次方次,即:8192次,[0,8191];
工作方式1:16位定時器/計數器工作模式,最多可計數2的16次方次,即:65536次,[0,65535];
工作方式2:8位定時器/計數器工作模式,最多可計數2的8次方次,即:256次,[0,255];
工作方式3:8位定時器/計數器工作模式,最多可計數2的8次方次,即:256次,[0,255];
預置數的計算公式:預置數=最大值-需要計數的次數;
五、定時器/計數器的控制寄存器
8051
單片機設計了兩個8位的特殊功能寄存器來控制定時器/計數器的工作狀態;這兩個特殊功能寄存器分別是TMOD和TCON;它倆都在特殊功能寄存器區;
1、工作模式控制寄存器TMOD(89h):
2、工作狀態控制寄存器TCON(88H):
六、定時器/計數器的初始化
1、設置定時器/計數器的工作模式TMOD(常用的是模式1:TMOD=0x01);
2、裝入預置數到THx和TLx中(THx=TLx=MAX(8192/65536/256)-計數次數);
3、如果工作在中斷方式,則需要開定時器/計數器的中斷TCON中的標誌位:TF0/TF1=0/1;
4、啟動定時器/計數器:TR0/TR1=1;
注:由於8051單片機的定時器/計數器使用的時鐘脈衝是外部晶振(12MHZ)經過12分頻(12MHZ/12=1MHZ)之後的頻率,所以,一個時鐘脈衝就是1微秒;所以,8192個脈衝=8192微秒=8.192毫秒; 65536個脈衝=65536微秒=65.536毫秒; 256個脈衝=256微秒=0.256毫秒;