51單片機內(nèi)部共有兩個定時器/計數(shù)器模塊T0和T1,對于52單片機內(nèi)部又增加了定時器T3。它們即具有定時功能，也可以作計數(shù)功能，可以通過相應(yīng)的寄存器進行設(shè)置。但不論是用于定時功能還是計數(shù)功能，其基本原理都是一樣的，如圖1所示為定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖，內(nèi)部為一個加1計數(shù)器，由高8位TH0(或TH1)和低8位TL0(或TL1)兩個計數(shù)寄存器組成。TMOD是定時器/計數(shù)器的工作模式和工作方式寄存器，用來確定是處于定時模式還是計數(shù)模式以及何種工種方式，這個后面講解寄存器的時會講到。TCON為控制寄存器，用來控制定時器/計數(shù)器的啟動、停止及溢出標(biāo)志等的設(shè)置。

圖1 定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖

 

工作原理如圖的所示，加1計數(shù)器相當(dāng)于一個裝數(shù)的容器，每來一個脈沖自動加1，當(dāng)數(shù)裝滿后便自動溢出，如果此時設(shè)置的中斷，CPU便會停止當(dāng)前正在執(zhí)行的工作，去執(zhí)行中斷函數(shù)內(nèi)的程序。這里也可以形象把計數(shù)器看作一個裝水的水桶，每來一滴水，水桶的水便會增加一點，當(dāng)水裝滿了后，便會溢出。

加1計數(shù)器的計數(shù)脈沖有兩個來源，一個是由系統(tǒng)時鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)過12分頻后送來，一個是由外部引腳T0(P34引腳)和T1(P35引腳)送來的外部脈沖（通常為下降沿），前者主要用于定時，后者主要用于計數(shù)。每來一個脈沖時，計數(shù)器會自動加1，當(dāng)加到全為1時，再來一個脈沖，計數(shù)器便會自動清0，且計數(shù)器此時會溢出并使TCON寄存器中的TF0和TF1置1，如果此時設(shè)置了定時器中斷允許，便會自動的向CPU發(fā)出中斷請求。

圖2 定時器/計數(shù)器的工作原圖

可能大家還是不明白，這樣為什么就可以用來進行定時和計數(shù)呢，這里我們以通俗的例子解釋一下定時，還是以水桶裝水為例，假設(shè)水桶開始一滴水都沒有（相當(dāng)于計數(shù)器內(nèi)部全為0），此時來一滴水（相當(dāng)于來一個脈沖），水桶的水便會增加一滴（相當(dāng)于計數(shù)器自動加1），而水桶的容積是規(guī)定了的（相當(dāng)于計數(shù)器最大計數(shù)值），水桶的水總會有滿的時候（相當(dāng)于計數(shù)器加到全部為1），此時假設(shè)每來一滴水的時間我們知道或者人為可以設(shè)置，水桶從一滴水沒有到全部裝滿就會有一個時間，這個就是定時時間值。

也就是說，我們?nèi)绻�知道每來一個脈沖相應(yīng)的時間t，又知道加1計數(shù)器最大可以裝多少數(shù)n，我們就可以知道這個時間值T，即T=nt。而這個T的時間通常是固定的，實際應(yīng)用時需要不同的定時時間，我們可以采用預(yù)先在計數(shù)器內(nèi)裝一定的初值（相當(dāng)于在水桶內(nèi)先裝一些水），然后在這個初值的基本上再來相應(yīng)脈沖，計數(shù)器自動加1，一直到溢出，我們就可以得到任意想要的定時時間。

從圖2中我們還可以看出，定時器/計數(shù)器還有一個控制開關(guān)，此開關(guān)可以控制定時器計數(shù)器相應(yīng)的啟動和停止。而此開關(guān)的開閉主要是由圖2左下部的TRX 、GATE等信號共同作用，這里都是門電路，可以由數(shù)電的知道解釋，因為比較簡單，這里我就不作說明，后面結(jié)合的相關(guān)的寄存器進行介紹。

與定時器/計數(shù)器相關(guān)的寄存器主要有兩個（編程時如涉及到中斷，還要用到中斷相關(guān)的寄存器，前面已經(jīng)講可），一個是工作模式及工作方式設(shè)置寄存器TMOD，一個就是跟控制有關(guān)（就是圖2中開關(guān)的設(shè)置有關(guān)的）寄存器TCON，下面分別對其進行介紹。

注意:對單片機內(nèi)部寄存器的說明相當(dāng)于對結(jié)構(gòu)原理的解釋，所以在單片機內(nèi)部功能模塊看不明白時，也可以借助相關(guān)寄存器的說明加以理解。

（1）定時器工作模式及工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時/計數(shù)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：門控位。GATE＝0時，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動定時/計數(shù)器工作；GATA＝1時，要用軟件使TR0或TR1為1，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時/計數(shù)器工作。即此時定時器的啟動多了一條件。

C/T :定時/計數(shù)模式選擇位。C/T＝0為定時模式；C/T =1為計數(shù)模式。

M1M0：工作方式設(shè)置位。定時/計數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進行設(shè)置。具體說明如下表：

（2）定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON

TCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時/計數(shù)器的啟動和中斷申請。其格式如下：

TF1（TCON.7）：T1溢出中斷請求標(biāo)志位。T1計數(shù)溢出時由硬件自動置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動清0。T1工作時，CPU可隨時查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測試的標(biāo)志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。

TR1（TCON.6）：T1運行控制位。TR1置1時，T1開始工作；TR1置0時，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時/計數(shù)器的啟動與停止。

TF0（TCON.5）：T0溢出中斷請求標(biāo)志位，其功能與TF1類同。

TR0（TCON.4）：T0運行控制位，其功能與TR1類同。

通過對上面TMOD寄存器的介紹，我們知道，通過設(shè)置M0M1可能選擇定時器的工作方式。這里可能有的人對選擇定時器工作方式及賦初值是什么意思不明白，其實也很好理解，前面我們不是把加1計數(shù)器比作裝水的水桶嗎，而51單片機有4種工作方式就相當(dāng)于有4種不同大小的裝水的水桶，所以我們必須通過TMOD這個寄存器選擇哪使用哪一個水桶（也就是選擇哪一種工作方式）；至于為什么要賦初值前面我實際已經(jīng)有講到過，計數(shù)器從全是裝0到全部裝1的整個時間是固定的，而我們實際用使用需要不同的定時間，所以我們必須先在計數(shù)器內(nèi)先裝一些數(shù)，然后在這個基本上進行加1計數(shù)，就可以得到我們想要的定時時間。

定時器總共有四種工作方式，而因為定時器工作方式1比較常用，所以這里僅對定時器0工作方式1進行介紹，并介紹如何賦初值。

方式1的計數(shù)位數(shù)是16位，由TL0作為低8位、TH0作為高8位，組成了16位加1計數(shù)器 ，其邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

 

圖3 定時器0工作方式1邏輯結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)GATE=0,TR0=1時，TL0便在機器周期的作用下開始自動加1，當(dāng)加了256次后自動向前進一位，直到TH0也計滿，然后溢出，置標(biāo)志寄存器TF0=1,如果此時設(shè)置了中斷允許，CPU便作進入中斷函數(shù)內(nèi)進行中斷程序的處理。注意，此時若TR0=1一直打開的話，計數(shù)器滿后會全部自動清零，然后重新重復(fù)以上過程，直到TR0=0時結(jié)束。

接下來講解如何計算定時器的初值問題。定時器一旦啟動，它便在原來的數(shù)值基礎(chǔ)上開始加1計數(shù)，若在程序開始時，我們沒有設(shè)置TH0和TL0,它們的默認值都是0，假設(shè)時鐘頻率為12MHZ，12個時鐘周期為一個機器周期，那么此時的機器周期就是1us，計滿TH0和TL0就需要2X16-1,再來一個脈沖，計數(shù)器就溢出，隨即向CPU申請中斷。因此溢出一次的時間為65536us，約等于65.5ms，如果我們要定時50ms,此時就需要向TH0t和TL0里面先賦初值，在這個初值的基礎(chǔ)上計50000個數(shù)后，定時器溢出，此時剛好就是50ms中斷一次，如需要定時1S時，在寫程序時當(dāng)產(chǎn)生20次50ms的定時器中斷后便認定是1s，這樣便可以精確制定定時時間了。要定時50ms，即要計50000個數(shù)，TH0和TL0中應(yīng)該裝的總數(shù)是65536－50000＝15536，把15536對256求模：15536/256裝入TH0中，把15536對256求余：15536%256裝入TL0中就可以了。

以上就是定時器賦初值的計算方法，總結(jié)后可以得出以下結(jié)論：當(dāng)用定時器的方式1時，設(shè)機器周期為t ,定時器產(chǎn)生一次中斷的時間為T，那么需要計數(shù)的個數(shù)N=T/t，裝放THX和TLX中的數(shù)分別為：

THX=(65536-N)/256 ,TLX=(65536-N)%256

要計算機器周期t,就需要知道系統(tǒng)的時鐘頻率，也就是單片機外接晶振的頻率，實驗板上的時鐘頻率為11.0592MHZ，那么機器周期為12X(1/11059200)=1.09us,若T=50ms.那么N=50000/1.09=45873,如果晶振為12MHX的話，用同樣的方法算出來N=50000.

下面我們舉一個例子，用單片機的定時器0、工作方式1和中斷技術(shù)實現(xiàn)讓L1以間隔1s的時間閃爍。

這里我們先總結(jié)一下，在使用定時器主要對定時器作相應(yīng)的初始化，其步驟為：

（1）對TMOD賦值

選擇計數(shù)或者定時

確定T0或T1的工作方式。

（2）計算初值,并將其寫入TH0、TL0或TH1、TL1。

（3）使TR0或TR1置位，啟動定時/計數(shù)器定時或計數(shù)。

（4）需使用中斷方式時，則對IE等賦值，開放中斷

下面我們給出相關(guān)程序。

例1：1357燈以間隔1s的時間閃爍。

 

#include<reg52.h>//頭文件，主要用來聲明，特殊功能寄存器的地址

#define uint unsigned int//宏定義

#define uchar unsigned char//宏定義

sbit D1=P1^0;//位聲明

uchar time;//定義變量time為無符號字符型

void main()//主函數(shù)

{

       TMOD=0x01;//設(shè)置定時器0為工作方式1

       TH0=(65535-50000)/256;//定時50ms賦初值15535

       TL0=(65535-50000)%256;

       EA=1;//開總中斷

       ET0=1;//開定時器0中斷

       TR0=1;//啟動定時器0

          //上面６行為定時器和中斷初始化程序 　

       while(1);//停在這里等待中斷產(chǎn)生

                    

}

void tim1() interrupt 1//中斷子函數(shù)，功能為500ms燈滅一次

{

       time++;//進入一次中斷time自加１

       if(time==10)//如果自加到10,相當(dāng)于500ms

       {

              D1=~D1;//燈亮滅交替

              time=0;//time清零

       }

}

程序下載到51hei實驗板上的現(xiàn)象如圖4所示：