用Keil C51开发定时器/计数器
基本的MCS-51单片机内部有两个16位可编程的定时器/计数器T0和T1。它们各自具有4种工作状态，其控制字和状态均在相应的特殊功能寄存器中，可以通过软件对控制寄存器编程设置，使其工作在不同的定时状态或计数状态。
现在，许多厂家生产的8051兼容单片机上，还加入了定时器/计数器2，使单片机的应用更为灵活，适应性更强。
很多8051单片机的书籍都对定时器/计数器有详细的介绍，我们在此不再详细地讨论。但因为编写或或阅读程序时经常要查阅定时器/计数器的设置情况，因此我们仅对一些编程时经常要用到的较重要的寄存器和设置方式进行简要简介。
5.2.1 定时器/计数器简介
8051单片机的定时器/计数器基本结构如图5-2所示，定时器T0由两个8位计数器TH0和TL0构成，定时器T1也由两个8位计数器TH1和TL1构成，TMOD寄存器控制定时器的工作方式，TCON寄存器控制定时器的启动和停止以及定时器的状态。
图5-2 定时器/计数器结构
在作定时器使用时，输入的时钟脉冲是由晶体振荡器的输出经12分频后得到的。实际上，定时器就是单片机机器周期的计数器。因为每个机器周期包含晶体振荡器的12个振荡周期，而每一个机器周期定时器加1，故其频率为晶振频率的1/12。如果晶振频率为12MHz，则定时器每接收一个输入脉冲的时间为1µs。
选择计数器工作方式时，计数脉冲来自相应的外部输入引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）。在这种情况下，当检测到输入引脚上的电平由高跳变到低时，计数器就加1。
5.2.2 控制和状态寄存器
（1）定时器控制寄存器（TCON）
TCON为定时器/计数器的控制寄存器，同时也锁存外部中断请求标志，各位定义如下。
Ø TF1：定时器/计数器1中断请求标志位。当定时器计数满溢出回零时，由硬件置位，并可申请中断。当CPU响应中断并进入中断服务程序后，TF1自动清零。
Ø TR1：定时器/计数器1运行控制位，靠软件置位或清除。置位时，定时器/计数器1接通工作，清除时停止工作。
Ø TF0：定时器/计数器0中断请求标志位，其功能和操作情况类同于TF1。
Ø TR0：定时器/计数器0运行控制位，其功能和操作情况类同于TR1。
Ø IEl：外部中断1的中断申请标志，检测到在INT引脚上出现的外部中断信号的下降沿时，由硬件置位，申请中断。进入中断服务程序后被硬件自动清除。
Ø IT1：外部中断1的类型控制位。IT1=1，由下跳沿触发；IT1＝0，由低电平触发。可以由软件来设置或清除。
Ø IE0：外部中断0的中断申请标志。其功能和操作情况类同于IE1。
Ø IT0：外部中断0的类型控制位。其功能和操作情况类同于IT1。
（2）工作方式寄存器（TMOD）。TMOD确定定时器的工作方式及功能选择，不能位寻址。其中，高4位用于控制定时器1，低4位用于控制定时器0。TMOD各位的定义如下。
Ø GATE：门控位，当GATE＝1时，只有¯I¯N¯T¯0或¯I¯N¯T¯1引脚为高电平，且TR0或TR1置1时，定时器/计数器才工作。当GATE＝0时，定时器/计数器仅受TR0或TR1的控制，而不管¯I¯N¯T¯0或¯I¯N¯T¯1引脚的电平是高还是低。
Ø C/¯T：定时器/计数器功能选择位，C/¯T＝0时，设置为定时功能；C/¯T＝1时，设置为计数功能。
Ø M1 M0 ：工作方式选择位。由M1M0共2位形成4种编码，对应以下4种工作方式。
n M1M0＝00：工作方式0（13位方式）。
n M1M0＝01：工作方式1（16位方式）。
n M1M0＝10：工作方式2（8位自动装入时间常数方式）。
n MlM0＝11：工作方式3（2个8位方式——仅对T0）。
5.2.3 定时器/计数器设置实例
以定时器/计数器T0为例，在方式0下，TL0的低5位和TH0的8位构成13位计数器，因此计数工作方式时，计数值的范围是：1～8192（213）。
当设定为定时工作方式时，定时时间的计算公式为：
（213－计数初值）×晶振周期×12 或 （213－计数初值）×机器周期
这样，我们可以算出，若单片机系统的外接晶振频率为6MHz，则该系统的最小定时时间为：
[213－（213－1）]×[1/（6×106）]×12＝2×10－6＝2（µs）
最大定时时间为：
（213－0）×[1/（6×106）]×12＝16384×10－6＝16384（µs）=16.384（ms）
或：最小定时单位×1013＝16384（µs）=16.384（ms）
【例】某单片机系统的外接晶振频率为6MHz，使用定时器1，以方式0定时，从P1.0输出2ms方波的计算和设置方法如下：
① 计算计数初值。欲产生2ms的等宽正方波脉冲，只需在P1.0端以1ms为周期交替输出高低电平即可实现，为此定时时间应为1ms。使用6MHz晶振，则机器周期为：
机器周期=12/晶振频率=12/（6×106）=2（µs）
方式0为13位计数结构。设待求的计数初值为X，则：
（213-X）×2×10-6＝1×10-3
求解得：
X＝7692
化为二进制数表示为1111000001100。
用十六进制表示，高8位为F0H，放入TH1；低5位为0CH，放入TL1。
② TMOD寄存器初始化。为把定时器/计数器1设定为方式0，设置M1M0＝00；为实现定时功能，应使C/¯T ＝0；为实现定时器/计数器1的运行控制，设置GATE＝0。定时器/计数器0不用，有关位设定为0。因此TMOD寄存器应初始化为00H。
③ 由定时器控制寄存器TCON中的TR1位控制定时的启动和停止，TR1＝1启动，TR1＝0停止。
若使其工作在方式1，定时器/计数器为16 位定时器/计数器，即加法计数器由 TH0 全部8位和TL0全部8位构成16位，其余与方式0完全相同，因此计算TH0和TL0初值的方法也和工作方式0类似，只是需注意原来13位的地方现在要换成16位。
5.2.4 定时器/计数器2
8051单片机中，有一部分型号有三个定时器/计数器，如Intel的8032、Atmel的89C52、89C55、Philips的89C51RC、89C58，等等。这些单片机的第三个定时器/计数器叫T2，其控制寄存器是T2CON，它的各位定义如下：
Ø TF2：定时器2溢出标志。定时器溢出时置位，并申请中断，只能靠软件清除。当RCLK或TCLK =1 时TF2 将不会置位。
Ø EXF2：定时器2外部标志。当EXEN2为1，且T2EX 引脚上出现负跳变产生捕获或重装时EXF2置位，申请中断。若已允许定时器2 中断，EXF2=1 将使CPU 从中断向量处执行定时器2中断子程序。EXF2 位必须用软件清零。当定时器/计数器2工作在向上递增或向下递减计数器模式（方式控制寄存器T2MOD的DCEN位=1）时，EXF2 不能激活中断。
Ø RCLK：接收时钟标志。靠软件置位或清除。RCLK=1时，用定时器2溢出脉冲作为串行口（工作于方式1或3时）的接收时钟。RCLK=0时，用定时器1的溢出脉冲作为接收时钟。
Ø TCLK：发送时钟标志。靠软件置位或清除。TCLK=1时，用定时器2溢出脉冲作为串行口（工作于方式1或3时）的发送时钟。TCLK=0时，用定时器1的溢出脉冲作为发送时钟。
Ø EXEN2：定时器2外部允许标志。靠软件置位或清除。当EXEN2=1时，如果定时器2未用作串行口的波特率发生器，在T2EX端出现负跳变脉冲时，激活定时器2捕获或重装，并置EXF2标志为1，请求中断。EXEN2=0时，T2EX端的外部信号无效。
Ø TR2：定时器2启动/停止控制位。靠软件置位或清除。TR2=1时，启动定时器2，否则停止。
Ø C/¯T¯2：定时器2定时方式或计数方式控制位。C/¯T¯2=0，选择定时方式；C/¯T¯2=1时，选择对外部计数方式（下降沿触发）。
Ø CP/¯R¯L¯2：捕获/重装载选择。CP/¯R¯L¯2=1时，如果EXEN2=1，且T2EX端出现负跳变脉冲时发生捕获操作，即把TH2和TL2的内容传递给RCAP2H和RCAP2L。CP/¯R¯L¯2=0时，若定时器2溢出或EXEN2=1，T2EX端出现负跳变脉冲，会出现重装载操作，即把RCAP2H和RCAP2L的内容传递给TH2和TL2。当RCLK=1或TCLK=1时，该位无效，在定时器2溢出时强制其自动重装载。
通过软件设置T2CON，可使定时/计数器以三种基本工作方式之一工作。第一种为捕捉方式。设置为捕捉方式时，和定时器0 或定时器1 一样以16 位方式工作。这种方式通过复位EXEN2来选择。当置位EXEN2时，如果T2EX有负跳变电平，将把当前的数锁存在（RCAP2H和RCAP2L）中。这个事件可用来产生中断。
第二种工作方式为自动重装方式，其中包含了两个子功能，由EXEN2来选择，当EXEN2复位时，16 位定时器溢出将触发一个中断并将RCAP2H 和RCAP2L 中的数装入定时器中。当EXEN2 置位时，除上述功能外，T2EX 引脚的负跳变将产生一次重装操作。
最后一种方式用来产生串行口通信所需的数据传输率，这通过同时或分别置位RCLK 和TCLK来实现。在这种方式中，每个机器周期都将使定时器加1，而不像定时器0 和1 那样，需要12个机器周期。这使得串行通信的数据传输率更高。
定时器2还有一个不可寻址的方式控制寄存器T2MOD，其内容如下：
Ø —：保留位。
Ø T2OE：定时器2输出允许位。
Ø DCNE：置位时，允许定时器2作为向上/向下计数器。
5.2.5 编程实例
【例1】这是一个简单的定时器程序，由一个循环组成，在点亮接在P1.0 口的LED之后，延时一段时间，再灭掉LED，又延时一段时间，之后循环到前面。按全速运行，可以看到P1.0口上接的LED 灯不断地闪烁。
#include <reg52.h> //包括一个52标准内核的头文件
sbit P10 = P1^0; //要控制的LED灯
sbit K1= P3^2; //按键K1
//用定时器中断闪烁LED
void main(void) //主程序
{
TMOD=0x01; //定时器0，16位工作方式
TR0=1; //启动定时器
ET0=1; //打开定时器0中断
EA=1; //打开总中断
while(1) //程序循环
{
; //主程序在这里就不断自循环，实际应用中，这里是做主要工作
}
}
//定时器0中断
timer0() interrupt 1 // 定时器0中断是1号
{
TH0=0x00; //写入定时器0初始值0x0005
TL0=0x06;
P10=~P10; //反转LED灯的亮和灭
}
程序中，使用了定时器0，工作在方式1，即16位工作方式。For()循环后面直接一个分号，表示这个循环里面什么事情也不做，就等循环完成指定的次数就退出来。这也是指令循环延时的最常见的C 写法。
【例2】这是一个跑马灯程序，使用了定时器2。
#include <reg52.h> //包括一个52标准内核的头文件
sbit P10 = P1^0; //头文件中没有定义的IO就要自己来定义了
sbit P11 = P1^1;
sbit P12 = P1^2;
sbit P13 = P1^3;
bit ldelay=0; //长定时溢出标记,预置是0
//定时器中断方式的跑马灯
void main(void) //主程序
{
unsigned char code ledp[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};//预定的写入P1的值
unsigned char ledi; //用来指示显示顺序
RCAP2H =0x10; //赋T2的预置值0x1000，溢出30次就是1秒钟
RCAP2L =0x00;
TR2=1; //启动定时器
ET2=1; //打开定时器2中断
EA=1; //打开总中断
while(1) //主程序循环
{
if(ldelay) //发现有时间溢出标记，进入处理
{
ldelay=0; //清除标记
P1=ledp[ledi]; //读出一个值送到P1口
ledi++; //指向下一个
if(ledi==4)ledi=0; //到了最后一个灯就换到第一个
}
}
}
//定时器2中断
timer2() interrupt 5
{
static unsigned char t;
TF2=0;
t++;
if(t==30) //T2的预置值0x1000，溢出30次就是1秒钟,晶振22118400HZ
{
t=0;
ldelay=1; //每次长时间的溢出，就置一个标记，以便主程序处理
}
}