第9课 定时器

在对单片机应用项目进行编程时，经常需要插入一定的延时程序，此时一般有两种方案可选择，一是采用软件手段——插入一段延时程序，二是采用单片机内部的硬件资源——定时器。对于软件手段，我们在前面的课程已经详细讲到过，它最大的缺点就是占用单片机的“机时”，也就是耗费单片机的“精力”，从而降低了单片机的工作效率。而定时器则不同，它是单片机内部一个独立的功能模块，定时器一旦设置后，定时器便自动开始计时，当计时时间满后，便产生相应的中断，去处于中断函数内的程序，而在计时这段时间内，定时器和CPU是分别独立工作的，CUP此时就可以有时间去做其它的事情。所以为了提高单片机的工作效率和实现精确的延时，目前几乎所有的半导休生产厂商在设计单片机时，在内部都配置了定时器模块。下面51单片机内部的定时器进行介绍。

1、定时器/计数器概述

51单片机内部共有两个定时器/计数器模块T0和T1,对于52单片机内部又增加了定时器T3。它们即具有定时功能，也可以作计数功能，可以通过相应的寄存器进行设置。但不论是用于定时功能还是计数功能，其基本原理都是一样的，如图1所示为定时器/计数器的结构图，内部为一个加1计数器，由高8位TH0(或TH1)和低8位TL0(或TL1)两个计数寄存器组成。TMOD是定时器/计数器的工作模式和工作方式寄存器，用来确定是处于定时模式还是计数模式以及何种工种方式，这个后面讲解寄存器的时会讲到。TCON为控制寄存器，用来控制定时器/计数器的启动、停止及溢出标志等的设置。

图1 定时器/计数器的结构框图

工作原理如图的所示，加1计数器相当于一个装数的容器，每来一个脉冲自动加1，当数装满后便自动溢出，如果此时设置的中断，CPU便会停止当前正在执行的工作，去执行中断函数内的程序。这里也可以形象把计数器看作一个装水的水桶，每来一滴水，水桶的水便会增加一点，当水装满了后，便会溢出。

加1计数器的计数脉冲有两个来源，一个是由系统时钟振荡器输出脉冲经过12分频后送来，一个是由外部引脚T0(P34引脚)和T1(P35引脚)送来的外部脉冲（通常为下降沿），前者主要用于定时，后者主要用于计数。每来一个脉冲时，计数器会自动加1，当加到全为1时，再来一个脉冲，计数器便会自动清0，且计数器此时会溢出并使TCON寄存器中的TF0和TF1置1，如果此时设置了定时器中断允许，便会自动的向CPU发出中断请求。

图2 定时器/计数器的工作原图

可能大家还是不明白，这样为什么就可以用来进行定时和计数呢，这里我们以通俗的例子解释一下定时，还是以水桶装水为例，假设水桶开始一滴水都没有（相当于计数器内部全为0），此时来一滴水（相当于来一个脉冲），水桶的水便会增加一滴（相当于计数器自动加1），而水桶的容积是规定了的（相当于计数器最大计数值），水桶的水总会有满的时候（相当于计数器加到全部为1），此时假设每来一滴水的时间我们知道或者人为可以设置，水桶从一滴水没有到全部装满就会有一个时间，这个就是定时时间值。

也就是说，我们如果知道每来一个脉冲相应的时间t，又知道加1计数器最大可以装多少数n，我们就可以知道这个时间值T，即T=nt。而这个T的时间通常是固定的，实际应用时需要不同的定时时间，我们可以采用预先在计数器内装一定的初值（相当于在水桶内先装一些水），然后在这个初值的基本上再来相应脉冲，计数器自动加1，一直到溢出，我们就可以得到任意想要的定时时间。

从图2中我们还可以看出，定时器/计数器还有一个控制开关，此开关可以控制定时器计数器相应的启动和停止。而此开关的开闭主要是由图2左下部的TRX 、GATE等信号共同作用，这里都是门电路，可以由数电的知道解释，因为比较简单，这里我就不作说明，后面结合的相关的寄存器进行介绍。

2、定时器/计数器相关寄存器

与定时器/计数器相关的寄存器主要有两个（编程时如涉及到中断，还要用到中断相关的寄存器，前面已经讲可），一个是工作模式及工作方式设置寄存器TMOD，一个就是跟控制有关（就是图2中开关的设置有关的）寄存器TCON，下面分别对其进行介绍。

注意:对单片机内部寄存器的说明相当于对结构原理的解释，所以在单片机内部功能模块看不明白时，也可以借助相关寄存器的说明加以理解。

（1）定时器工作模式及工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD用于设置定时/计数器的工作模式及工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：

GATE：门控位。GATE＝0时，只要用软件使TCON中的TR0或TR1为1，就可以启动定