51单片机 | 定时/计数器原理及结构（T0和T1）

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定时/计数器结构（T0和T1）

16位寄存器T0、T1分别由TH0、TL0和TH1、TL1四个8位计数器组成

• 定时器的区别：
  • T0可分成2个独立的8位定时器，而定时器1则不能；
  • T1可作为串口的波特率发生器，而定时器0则不能。
• 工作原理
  • 用途：定时器和计数器
  • 核心：加1计数器
  • 原理：每来一个脉冲则加1计数器加1，当加到全1时再来一个脉冲使加1计数器归零，同时加1计数器的溢出使TCON寄存器中的TF0（或TF1）置1，向CPU发出中断请求
  • 脉冲来源：
    • 定时器：脉冲来源是由系统的时钟晶振器输出脉冲源提供
    • 计数器：脉冲来源是由T0或T1引脚（P3.4或P3.5）输入的外部脉冲源提供

  注：T0或T1都不能同时既做定时器也做计数器

  补充：

  • 计数器工作原理：

    用作计数器时，对T0或T1引脚的外部脉冲计数，如果前一个机器周期采样值为1，后一个机器周期采样值为0 ，则说明有一个脉冲，计数器加1。

    在每个机器周期的S5P2期间采样引脚输入电平。新的计数初值于下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。

    此种方式需要两个机器周期来检测一个1->0负跳变信号，因此最高的计数频率为时钟频率的1/24。

  • S5P2：

    S5P2指的是第5个时钟周期的相位2。

    晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端输入到片内的时钟发生器上，时钟发生器是一个二分频触发器电路，它将振荡器的信号频率除以2，向CPU提供了两相时钟信号P1和P2。时钟信号的周期称为机器状态时间S，它是振荡周期的2倍。在每个时钟周期（即机器状态时间S）的前半周期，相位1（即P1信号）有效，在每个时钟周期的后半周期，相位2（即P2信号）有效。

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使用的寄存器

• TCON控制寄存器：启动和停止定时/计数器的计数，并控制定时器的工作状态，不能按位寻址

  

• TMOD方式寄存器：设置定时器的工作方式，选择定时或计数的功能，可以按位寻址。（和中断共用寄存器，高四位为定时计数器使用，低四位为中断使用）

  

  

  注：GATE逻辑结构此处略过，详见书P100

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工作方式：

• 方式0
  • 计算公式：

    

    

    

  • 最大计数：8192个机器周期
  • 工作原理：

    13位计数器，使用TL0的低5位和TH0的高8位组成，TL0的低5位溢出时向TH0进位。TH0溢出时发出中断请求。

    

• 方式1
  • 计算公式：

    

    

    

  • 最大计数：65536个机器周期
  • 工作原理：

    16位计数器，TL0作为低8位，TH0作为高8位

    

• 方式2：自动重装初值的8位计数方式
  • 计算公式：

    p.s.晶振频率必须选择12的整数倍，因为定时器的频率是晶振频率的1/12。

    

    

    

  • 最大计数：256个机器周期
  • 优点：

    适合做比较精准的脉冲信号发生器

  • 缺点：

    

  • 工作原理：

    计数器溢出后，计数器自动将上次设置的初值重装。

    

• 方式3：p.s.只能用于定时/计数器T0，T0工作在方式3时，T1不要使用在有中断的场合。通常该种情况下T1用作串口波特率发生器
  • 工作原理：

    将T0分成两个独立的8位定时/计数器TL0和TH0。

    TL0为正常的8位定时/计数器，计数器溢出后置位TF0，申请中断，之后重装初值。

    TH0也是8位定时/计数器，但由于TL0占用了TF0和TR0，因此TH0占用定时器TF1和TR1（所以T1不能用）

    

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时钟周期/机器周期计算：

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定时/计数器初始化

• 对TMOD赋值，确定T0和T1的工作方式
• 计算初值，并将其写入TH.x和TL.x
• 使用中断方式时对IE寄存器赋值开发中断
• 使TR0或TR1置位，启动定时/计数器