一、定时器／计数器的结构

MCS－51系列单片机典型产品8051等内部有两个16位的可编程定时／计数器，称为定时器0（T0）和定时器1（T1），可编程选择其作为定时器用或作为计数器用。此外，工作方式、定时时间、计数值、启动、中断请求等都可以由程序设定，其逻辑结构如图3.9所示。

图3.9　定时器／计数器逻辑结构图

由图可知，805l定时／计数器由定时器0、定时器1、定时器方式寄存器TMOD和定时器控制寄存器TCON组成。

定时器0、定时器1是16位加法计数器，分别由两个8位专用寄存器组成，定时器0由TH0和TL0组成，定时器1由TH1和TL1组成，每个寄存器均可单独访问。

当定时／计数器设置为定时工作方式时，计数器对内部机器周期计数，每过一个机器周期，计数器加1，直至计满溢出。当定时／计数器设置为计数工作方式时，计数器对来自输入引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）的外部信号计数。如果在第一个机器周期检测到T0／T1引脚的脉冲信号为1，第二个机器周期检测到T0／T1引脚的脉冲信号为0，即出现从高电平到低电平的跳变时，计数器加1。由于检测一个由1到0的负跳变需要两个机器周期，所以，最高检测频率为振荡频率的1／24。

定时器方式寄存器TMOD用于设置定时／计数器的工作方式，定时器控制寄存器TCON用于控制定时／计数器启动和停止。

当设置了定时器的工作方式并启动定时器工作后，定时器就按被设定的工作方式独立工作，不再占用CPU的操作时间，只有在计数器计满溢出时才可能中断CPU当前的操作。

二、定时／计数器的控制

在启动定时／计数器工作之前，CPU必须将一些命令（称为控制字）写入定时／计数器中，这个过程称为定时／计数器的初始化。定时／计数器的初始化通过定时／计数器的方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON完成。

1.定时／计数器方式控制寄存器TMOD

定时／计数器方式控制寄存器TMOD的地址为89H，用于控制和选择定时／计数器的工作方式，高四位控制T1，低四位控制T0，不能采用位寻址方式。格式如下：

TMOD的低4位为定时器0的方式字段，高4位为定时器1的方式字段，它们的含义完全相同。

M1和M0：方式选择位。定义如下表：

表3.4　定时计数器工作方式

C／¯T：功能选择位。C／¯T＝0时，设置为定时器工作方式；C／¯T＝1时，设置为计数器工作方式。

GATE：门控位。当GATE＝0时，软件控制位TR0或TR1置1即可启动定时器；当GATE＝1时，软件控制位TR0或TR1须置1，同时还须（P3.2）或（P3.3）为高电平方可启动定时器，即允许外中断、启动定时器。

例如：设置T0工作于定时方式，内部启动，操作方式为方式2；设置T1工作在计数方式下，外部启动，操作方式为方式0，则设定工作方式的程序为：

TMOD＝0xC2；

2.定时／计数器控制寄存器TCON

TCON既是用于定时／计数器控制的寄存器，也是用于中断标志及中断控制的寄存器，其中分布了与外部中断及定时／计数器相关的中断请求标志位。格式如下：

与定时／计数器控制相关的有定时器溢出中断请求标志TF1／TF0及定时器启动停止控制位TR1／TR0。

TF1／TF0＝1时，定时器有溢出中断请求；TF1／TF0＝0时，定时器无溢出中断请求。

TR1／TR0＝1时，启动定时器工作；TR1／TR0＝0，停止定时器工作。

有关中断控制的内容见中断单元。

三、定时／计数器的工作方式

定时／计数器有四种工作方式，每种工作方式下，内部计数器的位数及功能有所不同。

1.工作方式0

当TMOD中的M1M0＝00时，定时／计数器工作在方式0，构成一个13位定时／计数器。其逻辑结构图如图3.10所示。定时器1的结构和操作与定时器0完全相同。

图3.10　定时器0（或定时器1）在方式0时的逻辑结构图

由图可知：16位加法计数器（TH0和TL0）只用了13位，其中，TH0占高8位，TL0占低5位。当TL0低5位溢出时自动向TH0进位，而TH0溢出时向中断位TF0进位（硬件自动置位），并申请中断，此时内部计数器的最大计数值为213＝8192。

当C／¯T＝0、GATE＝0、TR0＝1时，定时器0对机器周期计数，此时，定时器0为定时器。

当C／¯T＝1、GATE＝0、TR0＝1时，定时器0的计数脉冲从P3.4引脚输入，当外部信号电平发生由0到1的负跳变时，计数器加1，此时，定时器0为计数器。

当GATE＝1、TR0＝1时，定时／计数器的启停由外部中断请求信控制，若，可用于测量脉宽。

2.工作方式1

当TMOD中的M1M0＝01时，定时／计数器工作在方式1，其逻辑结构图如图3.11所示。由图可知，方式1构成一个16位定时／计数器，其结构与操作几乎完全与方式0相同，只是二者计数位数不同，最大计数值为216＝65536。

图3.11　定时器0（或定时器1）在方式1时的逻辑结构图

3.工作方式2

当TMOD中的M1M0＝10时，定时／计数器T0、T1工作在方式2，其逻辑结构图如图3.12所示。由图可知，定时／计数器内部的计数器为自动重装初值的8位计数器。其中，TL0是8位计数器，TH0是重置初值的8位缓冲器。当TL0计数满溢出时，将中断请求TF0置1，同时将TH0中的计数初值以硬件方法自动装入TL0。最大计数值为28＝256。(www.daowen.com)

定时／计数器工作在方式2，适合用作较精确的定时脉冲信号发生器。

图3.12　定时器0（或定时器1）在方式2时的逻辑结构图

4.工作方式3

当TMOD中的M1M0＝11时，定时／计数器工作在方式3，其逻辑结构图如图3.13所示。此时定时／计数器T0可拆成两个独立的8位定时／计数器使用，T1不变。当T0工作在方式3下，T0、T1的设置和使用方法是不同的。

图3.13　定时器0在方式3时的逻辑结构图

定时／计数器T0中的两个8位计数器TH0、TL0拆分为两个独立的计数器后，TL0所对应的定时／计数器使用T0原有控制资源，使用TR0控制启停，TF0作为溢出标志。TH0所对应的定时／计数器只能作8位定时器用，借用T1的资源TR1、TF1。T0工作在方式3时定时／计数值的初值计算与方式2相同。

方式3时，定时器1仍可设置为方式0、方式1或方式2。但由于TR1、TF1及T1的中断源已被定时器0占用，此时，定时器1仅由控制位切换其定时或计数功能，当计数器计满溢出时，只能将输出送往串行口。在这种情况下，定时器1一般用作串行口波特率发生器或不需要中断的场合。因定时器1的TR1被占用，因此其启动和关闭较为特殊，当设置好工作方式时，定时器1即自动开始运行。若要停止操作，只需送入一个设置定时器1为方式3的方式字即可。

四、定时／计数器的程序设计

1.定时／计数器的初始化编程

初始化编程主要包括以下几方面的内容：

（1）设定定时器的工作方式控制字，并将其写入TMOD中。

（2）确定定时或计数的初值，并将其写入TH0、TL0或THl、TL1。

设K为定时／计数器位数，则各种工作方式下的位数如下：

方式0：K＝13；

方式1：K＝16；

方式2：K＝8；

方式3：T0的K＝8。

定时时间及计数值可按下式计算：

定时时间为：

定时／计数器为计数器，其计数值为：

2K－计数初值

（3）若使用定时／计数器的中断功能，则设置IE、IP。

（4）启动定时／计数器工作，将TR0或TR1置1。

2.定时／计数器应用实例

例3－1　设单片机的晶振频率fosc＝12MHz，要求由T0产生1ms的定时并使P1.7输出周期为2ms的方波。

分析：将P1.7口线每隔1ms反相一次，即可输出周期为2ms的方波。首先应编程使定时器产生1ms的定时，设定时／计数器T0工作在方式0，工作方式控制字为0X00，此时定时器内部计数器为13位，则

将高8位送入TH0，低5位送入TL0，然后，启动定时器。源程序如下：

仿真输出波形如图3.14所示，示波器中显示了输出的方波，并且测量出方波的周期是2ms。

图3.14　仿真输出波形

例3－2　设fosc＝12MHz，利用定时器控制P1口外接的8个发光二极管，以1S为间隔循环点亮。

分析：选用T0方式1、定时50ms，当定时器溢出20次后，就完成1秒的定时。计算定时50 ms时的初值：

计算得计数初值＝65536－50000。

源程序如下：

定时／计数器是单片机中的重要部件，灵活应用定时／计数器可以提高编程技巧，减轻CPU的负担，简化外围电路。