C51单片机的定时器介绍

定时器是生活中常见的一种定时装置，常见的定时器有机械定时器和电子定时器

使用的时候我们给他设置时间，当我们指定的时间到了以后定时器会给我们提醒

其实，每天都跟我们打交道的单片机里面也有一个简单的定时器，他一直站在单片机的角落，为机器精确的定时默默的奉献出自己的一份力量

（1）单片机的心脏与机器周期

总所周知，单片机的心脏——晶振是一颗很重要的原件，晶振负责给单片机提供稳定的周期频率，保证单片机的稳定运行

晶振是一颗能产生稳定脉冲频率的电子期间，通电的时候，晶振每一秒发出脉冲频率的次数分之一成为晶振频率

晶振频率 = 1秒/1秒内晶振发出脉冲的次数

我们把晶振频率记作f，晶振周期记作T

晶振周期T= 1/晶振频率

在单片机里面，单片机完成一次操作所用的时间叫做机器时间。这里不得不说明，在汇编里面，单片机的机器时间是12个晶振周期，但是在C语言里面，这个周期是不固定的，这也就是为什么用空循环来延迟，得不到精确的时间

void delay(unsigned int xms)  //调用时需提供参数xms的实际值。
{
  unsigned int i,j;   //定义无符号整型变量i、j
  for(i=0; i< xms; i++)  //后面没带";"，下一条语句是循环体。参数xms延时x毫秒。
      for(j=0; j< 110; j++);  //后面带";"，表示这个for语句的循环体是空语句。
}//这个值得学习，这里的代码是延迟代码


//复制请注明原作者 谢谢  
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这也就是为什么我们不太建议用这个延迟精确时间的缘由

因为C51在汇编状态的机器周期是12，所以可以认为单片机的机器周期值就是12

本小节讲到这里就结束啦，这一节大家就要记住

·单片机的机器周期值是12，机器频率 = 12f（晶振周期）

·f(晶振频率) = 1/晶振1秒脉冲次数

·T（晶振周期）=1/f

（2）认识定时器的结构

单片机里面的定时器结构图示如下（这个是我自己画的，有点丑）

如图所示，C51定时器原理如图，定时器里面有一个寄存器，单片机每经过一次机器周期就会自动给这个寄存器+1，一直加，直到寄存器满溢出，溢出后寄存器自动恢复0，并且给出一个信号告诉我们寄存器满了.这就是定时器一次定时的工作流程

（3）定时器结构

C51中，一共有两组定时器，记作T0，T1定时器不仅能定时，还可以当计数器使用。我们本节主要讨论定时器。

定时器由三个寄存器组成

1. 计数寄存器

C51里面的定时器有两组（TH0，TL0）（TH0，TL1），每组由高八位和低八位组成的十六位寄存器

TH1，TL1属于定时器1，TH0，TL0属于定时器0

这里有个特别重要的概念！！，定时器的溢出

定时器的溢出不是满了就算溢出，而是，满了再加一才算溢出，拿T0举例，现在T0的寄存器的数值是0xFFFF（65535，1111 1111 1111 1111），这时候再加一，才会溢出（也就是65535+1 = 65536才溢出），这就意味着我们计算的时候，溢出值要用65536来计算

为了方便使用定时器，我们需要给定时器的寄存器设置初始值，下面先介绍如何计算定时器初始值

假设单片机使用11.0592MHz的晶振，那么……

机器的频率f = 1/11059200

前面我们知道，定时器会在每一次机器周期自动+1，也就是说定时器每加一一次的时间是机器周期t ，t = 12/晶振周期T

定时器计数计到65536才算溢出

假设延迟S（注意单位是秒），1000毫秒 = 1秒

计算的时候要使用Hz作为频率单位，1MHz = 1 000 000Hz

假设定时器计数N次，溢出

那么步长N = （晶振频率f * 要延迟的秒数S）/ 12（机器周期）

初始值X = 65536 - 步长N

/*
小练笔，假设晶振频率是11.0592MHz
单片机周期是12
现在要延迟20ms


计算步长和初始值
20ms = 0.02s
步长N = 11059200 * 0.02/12 = 18432
初始值X=65536-N = 47104


*/

细心的朋友可能发现了，如果从0开始计时，C51定时器定时的时长最大值是0.07111

那我要如何延迟超过71ms的时间呢，这里有个方法：重复，让定时器重复延迟多次，达到我们想要的时间，不过这就算是后话了，后面实例的时候再说吧

2.TCON寄存器

TCON寄存器在机器里的地址：0x88，可位寻址，复位值（单片机复位的时候寄存器的值） = 0x00（0000 0000）

在定时器里面,TCON寄存器主要有两个作用，开关定时器，复位和检测定时器是否溢出

TF ：

检测定时器是否溢出，没有溢出的时候是0，溢出的时候是1。

当定时器溢出的时候要我们手动给TF寄存器写0复位

TR：定时器开关，写0的时候关闭定时器自动计数定时，写1的时候启用定时器计数定时。

TF1，TR1属于定时器1，TF0，TR0属于定时器0

注意这个寄存器是可位寻址的（可以直接访问寄存器中的某个地址），举个栗子哈，如果我们要哦将TR1写0，我们不用操作整个寄存器，只需要

TR1 = 0；

即可

以下是TCON寄存器在定时器下的使用方法合集（这些关键字在reg52.h里面已经被定义，使用的时候像下面一样用直接用）

TR0 = 0;//关闭Timer0
TR0 = 1;//打开Timer0


TR1 = 0;//关闭Timer1
TR1 = 1;//打开Timer1
//----------------------------------------
if (TF0 == 1){TF0 = 0;}//判断Timer0是否溢出，如果溢出，重置溢出判断位
if(TF1 ==1){TF1 = 0;}//判断Timer1是否溢出，如果溢出，重置溢出判断位


//特别提醒，溢出后一定要记得重置TF

特别提醒，溢出一定要记得重置TF位

3.TMOD寄存器

TMOD寄存器在机器里的地址：0x89，不可位寻址，复位值（单片机复位的时候寄存器的值） = 0x00（0000 0000）

TMOD寄存器设置寄存器的模式，我们先来看看TMOD寄存器的结构

高位对应Timer1，低位对应Timer0

名称	功能
GATE	置1的时候为门控位，正常使用定时器置0
C/T	切换定时，计数器。置1使用计数器，置0使用定时器
M1	定时器模式设置，请看下表
M0

我们发现，定时器有两组模式设置位，这两组模式设置为能组合出4种模式

M1	M0	模式功能
0	0	兼容8048单片机13位定时/计数器
0	1	16位定时/计数器
1	0	把一个定时器的寄存器拆开成两个八位，第一个八位满了就把这个值给到另一个8位，继续计时
1	1	禁用Timer1，这时候Timer0相当于两个8位Timer

最常用的是M1 = 0，M0 = 1的16位定时器

总结，TMOD定时器的设置方法：设置一个16位定时器

功能	设置值	说明
GATE	0	不使用门控位
C/T	0	设置值位0的时候使用定时器
M1	0	使用16位定时器
M0	1

这里必须要说明，TMOD寄存器是不可位寻址的，我们不能直接访问这个寄存器里面的某一个地址。这就是说我们不能用GATE1 = 0；之类的方法来设置TMOD寄存器，修改的时候一次性修改整个TMOD寄存器

//按照上面的式设置寄存器
TMOD = 0x01;//TMOD寄存器修改值位0x01---》 0000 0001 16位定时器，Timer0 模式1
TMOD = 0x10;//TMOD寄存器修改值位0x01---》 0001 0000 16位定时器，Timer1 模式1

这样就完成了最基本的16位定时器设置

定时器结构

这里大家做个简单的了解就行

我们可以看到，OSC是晶振，/d得到机器周期，这就是给寄存器+1的信号

这个信号经过C/T(定时/计数器选择)当C/T = 0的时候选择定时器，当C/T = 1的时候选择计数器

GATE是一个门控位置，GATE的信号经过一个非门取反，也就是说GATE ＝ ０的时候非门的一端输出１，GATE ＝ ０的时候非门的一端输出０GATE配合Intr（这是一个外部中断输入口，没有信号的时候置0），这个电路后面经过一个或门，只要有一路或者两路为高电平就输出高电平，两路都输出低电平的时候输出低电平

TR是使用定时/计数器的总开关，这里有个与门，只有两路都输入高电平的时候才会输出高电平，输出高电平的时候控制后面的开关，把信号输入到计数器的寄存器

当计数器的寄存器溢出的时候就出发TF，TF ＝ １；

到了这，就不难理解这些寄存器怎么设置了

首先，我们把GATE设置成0，因为我们用不上Intr外部中断输入，Intr = 0，GATE设置成0以后机器经过或门的时候输出1。

或门输出1的时候，我们置TR = 1，这样与门输出1，信号就能通到计数寄存器上了

这时置C/T = 0，让脉冲源来自机器周期的脉冲信号

修改M0=1，M1=0。使用16位寄存器

一个标准16位定时器设置值

GATE	C/T	M0	M1	TF	TR	TH	TL
0	0	1	0	0	1	根据需要设置值

以下是定时器操作的全部代码，我们以Timer0为例子

#include< reg52.h >
void main()
{//注意设置定时器初始值要在main函数里面设置


  TMOD = 0x01;

  /*设置定时器模式寄存器TMOD为 0000 0001
  GATE = 0
  C/T = 0
  M1 =0
  M0 = 1
  标准16位定时器
  */

  //先设置定时器初始值
  TL0 = 0x3A;//设置定时器初始值低位
  TH0 = 0x8E;//设置定时器初始值高位
 
  TR0 = 0；//记得一定要设置定时器开启

  while(1)
  {
    if (TF0 == 1)
      {//这里可以先放下你的定时器计时满了以后要执行的代码
      
       //溢出后你需要先给你的定时器再次设置初始值
        TL0 = 0x3A;//设置定时器初始值低位
        TH0 = 0x8E;//设置定时器初始值高位

        TF0 = 0;//设置好初始值后再复位定时器
      }
  }
}

以上就是最基本的操作方法咯，前面我们说过，如果只使用定时器，单片机最长延迟71ms，如果需要延迟更长的时间，可以利用单片机重复延迟

使用11.0592MHz的晶振，在这里，我们计算出延迟1ms的初始值是921.6

这里，如果初始值设置为921，时间会略微段短一点，设置为922，又会略微长一点，这就是为什么我们要精确定时的时候，使用11.0592MHz的晶振会不准，使用12MHz的晶振是不错的解决办法，可惜使用了12MHz的晶振，又无法进行正常的串口通讯（这个后面再提吧）

这里我取的数值是922，因为偏差比921小

以下是延迟函数delay（）的参考代码

#include< reg52.h >
void main()
{//注意设置定时器初始值要在main函数里面设置


  TMOD = 0x01;

  /*设置定时器模式寄存器TMOD为 0000 0001
  GATE = 0
  C/T = 0
  M1 =0
  M0 = 1
  标准16位定时器
  */

  TL0 = 0x03;//设置定时器初始值低位
  TH0 = 0x9A;//设置定时器初始值高位

  void delay(unsigned int Ms)//延迟函数，输入的单位是毫秒
  {
    unsigned int counter = 0;
    TR0 =1;//启用定时器
    for(counter = 0;counter< Ms;counter++)
    {
      while(TF0 !=0){}//循环一直进行，直到TF0不再是0
      TL0 = 0x03;//设置定时器初始值低位
      TH0 = 0x9A;//设置定时器初始值高位
      TF0 = 0;//复位溢出位,复位之前一定要先设置好初始值
    }
    TR0 = 0;//关闭定时器
  }
  
  while(1)
  {
   delay(1);//测试定时器
   delay(10);
   delay(100);
   delay(1000);
  }
}

这个参考代码不算特别完整，仅供多次定时器延迟达到一个长于71ms的一种方法