0%

定时器/计数器的原理及使用

发表于 更新于 分类于

定时器计数器也可以简称定时器，是单片机内与CPU独立的一个硬件，是单片机的重点内容之一

CPU时序

  • 振荡周期：为单片机提供实时信号震荡源的周期（晶振周期或外加震荡周期）；

    • 状态周期：两个振荡周期；

  • 机器周期：六个机器周期；

  • 指令周期：完成一条指令的全部时间，以机器周期为单位。

    当外接晶振频率为12M时：
    振荡周期：1/12M=1/12微秒
    状态周期：1/6us
    机器周期：1us
    指令周期：1~4us

51单片机定时器结构

定时器计数器实质是加1计数器（16位），由高八位和低8位两个寄存器组成，工作时先向低8位累加，加满后再向高8位累加，高8位溢出后发出中断信号。TMOD是工作方式寄存器，确定工作方式与功能，TCON是控制寄存器，前面已经讲过。
定时器结构

TMOD寄存器

TMOD是定时器计数器的工作方式寄存器，低四位控制定时器T0，高四位控制定时器T1。
TMOD寄存器

  • GATE：门控位，GATE=0，定时器计数器的启动与停止仅受TCON寄存器中的TR0/TR1，GATE=1时，受TR0/TR1与外部中断引脚（INT0/INT1）上的电平共同控制‘’
  • C/T：定时器模式和计数模式选择位，C/T=1为计数器模式，C/T=0为定时器模式；
  • M1M0：工作方式选择位，每个定时器都有四种工作方式，如下表：
M1M0 工作方式
00 方式0，为13位定时器计数器
01 方式1，16位定时器计数器
10 方式2,8位初值自动重装的8位定时器计数器
11 方式3，仅适用于T0，分成两个8位计数器，T1停止计数

定时器计数器工作方式

在这里我们以方式1为例。
定时器0方式1的逻辑结构如图：

定时器0方式1 逻辑结构

当GATE=0，TR0=1，低8位TL0在机器周期的作用下开始加1计数，当TL0计满后，向TH0进位，直到TH0也满，此事计数器溢出，TF0置1，向CPU请求中断。
那么如何让定时器定时自己想要的时间呢？
定时器每执行一次+1需要一个机器周期，即12个振荡周期，在时钟频率为12MHz的单片机中，1个机器周期为1us，那么计满计数器需要2^16个机器周期，大约65.5ms。如果我们要定时50ms，就要给TL0TH0装一个初值，在这个初值上加50000个数后，定时器计数器溢出，就是50ms中断一次。当需要1s中断一次时，我们只需要编写程序，使定时器产生20个50ms的中断后执行中断程序。
如何计算初值呢？
当我们要定时50ms，那初值应该是2^16-50000=15536。15536/256=60装入高8位，15536%256=176装入低8位。

定时器程序编写

使用定时器前需对寄存器进行初始化：

  1. 对TMOD赋值，确定T0/T1工作方式
  2. 计算初值，填入TH0/TL0；
  3. 对IE0赋值，开放中断；
  4. 使TR0/TR1置位，启动计数。

接着我们编写程序，目的是使第一个发光二极管以2s为周期闪烁。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
#include<reg52.h>

#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

sbit led=P2^0;
uint num=0;

void main(){
    EA=1;
    ET0=1;
	led=0;
    TR0=1;
    TMOD=0x01;
    TH0=0xFC;
    TL0=0x18;
    while(1);
}
void time0() interrupt 1{
    TH0=0xFC;
    TL0=0x18;
    num++;
    if(num==1000){
        num=0;
        led=~led;
    }
}