51单片机定时器概述及例程分析

6.1 51单片机定时器概述

6.1.1 定时器的描述

要实现定时功能，除了利用单片机内部的定时/计数器，也可以采用下面三种方法：

（1）软件定时：软件定时不占用硬件资源，但占用了CPU时间，降低了CPU的利用率。

（2）采用时基电路定时：例如采用555电路，外接必要的元器件（电阻和电容），即可构成硬件定时电路。但在硬件连接好以后，定时值与定时范围不能由软件进行控制和修改，即不可编程。

（3）采用可编程芯片定时：这种定时芯片的定时值及定时范围很容易用软件来确定和修改，此种芯片定时功能强，使用灵活。在单片机的定时/计数器不够用时，可以考虑进行扩展。

定时/计数器的实质是加1计数器（16位），由高8位和低8位两个寄存器组成。TMOD是定时/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0，T1的启动和停止及设置溢出标志。

加1计数器输入的计数脉冲有两个来源,一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；另一个是 T0 或T1引脚输入的外部脉冲源。每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出会使TCON中TF0或TF1置1，向CPU发出中断请求（定时/计数器中断允许时）。如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。可见，由溢出时计数器的值减去计数初值才是加1计数器的计数值。

设置为定时器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数（1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12）。计数值乘以机器周期就是定时时间。

设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。在每个机器周期的某个期间采样T0、T1引脚电平。当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加1，更新的计数值在下一个机器周期装入计数器。由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz 时，最高计数频率不超过6MHz，即计数脉冲的周期要大于2us。

6.1.2 51单片机定时器结构

6.1 定时器中断相关寄存器

6.1.1 工作模式寄存器TMOD

寄存器地址：0x89

 

Bit  7	Bit  6	Bit  5	Bit  4	Bit  3	Bit  2	Bit  1	Bit  0
GATE	C/T	M1	M0	GATE	C/T	M1	M0

 

Bit 7：定时器1门控

0：关闭门控，只要TR1为1，就可以启动定时/计数器工作

1：开启门控，此时只有当TR1为1且外部中断引脚为高电平时，才能够启动定时器工作

Bit 6：定时器1工作模式选择

0：定时模式，时钟源来自MCU内部

1：计数模式，时钟源来自T1引脚上

Bit 5~Bit 4：定时器1计数模式选择

00：数据寄存器使用13位

01：数据寄存器使用16位

10：8位自动重装定时/计数器

11：T1停止计数

Bit 3：定时器0门控

0：关闭门控，只要TR0为1，就可以启动定时/计数器工作

1：开启门控，此时只有当TR0为1且外部中断引脚为高电平时，才能够启动定时器工作

Bit 2：定时器0工作模式选择

0：定时模式，时钟源来自MCU内部

1：计数模式，时钟源来自T0引脚上

Bit 1~ Bit 0：定时器0计数模式选择

00：数据寄存器使用13位

01：数据寄存器使用16位

10：8位自动重装定时/计数器

11：T0分成两个独立的8位定时/计数器

6.1.2 定时器0数据寄存器高字节TH0

寄存器地址：0x8C

 

Bit  7	Bit  6	Bit  5	Bit  4	Bit  3	Bit  2	Bit  1	Bit  0
定时器0计数值高八位

 

6.1.3 定时器0数据寄存器低字节TL0

寄存器地址：0x8A

 

Bit  7	Bit  6	Bit  5	Bit  4	Bit  3	Bit  2	Bit  1	Bit  0
定时器0计数值低八位

 

6.1.4 定时器1数据寄存器高字节TH1

寄存器地址：0x8D

 

Bit  7	Bit  6	Bit  5	Bit  4	Bit  3	Bit  2	Bit  1	Bit  0
定时器1计数值高八位

 

6.1.5 定时器1数据寄存器低字节TL1

寄存器地址：0x8B

 

Bit  7	Bit  6	Bit  5	Bit  4	Bit  3	Bit  2	Bit  1	Bit  0
定时器1计数值低八位

 

6.2 例程分析

6.2.1 原理图

6.2.2 实现的功能

使用定时器0，控制LED以1Hz频率闪烁。

6.2.3 源代码

重点关注以下几行代码：

第20行：定义了一个unsigned char的变量，为什么要定义这样一个全局变量。首先定时器的数据寄存器只有16位，也就是说最大数据范围只有65535，超过这个数据后就会从0重新开始计时，根据单片机的计数周期设置在1us，最大定时时间只有65.535ms，而达到1s是远远不够的，所以定义一个全局变量来计算定时器产生中断的次数，假设我们设置定时器50ms中断一次，那么，当进入20次中断，则意味着定时器刚好定时1s。

第28行：这里用到了一条语句，LED = !LED，叹号代表取反，只能用于布尔型变量，所谓布尔型变量就是只有0和1两种状态，也就是1个二进制位，在C语言中，叹号代表二进制位取反，“~”则代表按位取反运算，例如有一个二进制位初值是1，取反的结果就是0，但是如果有一个字节0x8F，此时只能用按位取反运算，而不能用二进制位取反运算，0x8F按位取反的结果应该是0x70，例程中这条语句的含义就是LED二进制位取反后将结果重新赋值给LED变量。

第23行~第24行：这两行用于给定时器重新写入初值，因为51单片机的数据寄存器进入中断后就会从0开始重新计数，假设最开始设置的值是1000，进入中断后，定时的时间就是65535-1000+1=64536us，进入中断如果不设置初值，那么下一次进入中断时定时的时间就是65536us，与最初的时间误差是65536-64536=1000us，所以每次进入中断都需要给数据寄存器重新写入初值。

第42行~第43行：定时器在初始化的时候就要给写入初始值，为什么要写入这个初始值呢，首先数据寄存器是只能加1运算，从0加到65535，但是如果我们只想要定时50us就进入中断应该怎么处理呢，这就需要给定时器的数据寄存器先写入一个数，让定时器从这个数开始加1，加到65535刚好是50us，那么这个初值就是65535-50，这个定时的时间刚好就是50us，而/和%则是代表取整和取余。

注：取整与取余运算

（1）取整运算：用/表示，代表取除法运算中整数部分，例如2/3，得到的结果就是商为0且余数为2，此时取整运算得到的结果就是0；

（2）取余运算：用%表示，代表取除法运算中余数部分，例如2/3，得到的结果就是商为0且余数为2，此时取余运算得到的结果就是2。