普中51单片机：定时器与计数器详解及应用（七）

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文章目录

  • 引言
  • 定时器工作原理
  • TMOD定时器/计数器工作模式寄存器
  • 定时器工作模式
    • 模式0(13位定时器/计数器)
    • 模式1(16位定时器/计数器)
    • 模式2(8位自动重装模式)
    • 模式3(两个8位计数器)
  • 定时器配置流程
  • 代码演示——LED1间隔1秒闪烁
  • 代码演示——按键1控制LED流水灯状态
  • 代码演示——LCD1602定时器时钟显示

引言

定时器和计数器是用于测量时间间隔或计数事件的硬件模块。它们可以在许多应用中使用，例如生成精确的时间延迟、测量频率、计数外部事件等。51单片机的定时器属于单片机的内部资源，其电路的连接和运转均在单片机内部完成。本文将详细介绍51单片机中的定时器和计数器的工作原理、配置方法及其应用。

本章节将涉及中断相关的知识，具体内容可参考：中断系统讲解

注意：定时器的资源和单片机的型号是关联在一起的，不同型号的单片机可能会有不同的定时器数量和操作方式，但一般来说，T0和T1的操作方式是所有51单片机所共有的。

定时器工作原理

定时器在单片机内部就像一个小闹钟，根据时钟的输出信号，每隔“一秒”，计数单元的数值就增加一。当计数单元数值增加到“设定的闹钟提醒时间”时，计数单元就会向中断系统发出中断申请，产生“响铃提醒”，使程序跳转到中断服务函数中执行。

定时器/计数器的工作原理基于时钟脉冲。定时器模式下，它们使用内部时钟源来计数；计数器模式下，它们使用外部脉冲源来计数。每个定时器/计数器都有一个寄存器，用于存储当前的计数值。

TMOD定时器/计数器工作模式寄存器

定时和计数功能由特殊功能寄存器TMOD的控制位 C T C\sqrt{T} CT ​进行选择，TMOD寄存器的各位信息如下表所列。可以看出，2个定时/计数器有四种操作模式，通过TMOD的M1和M0选择。2个定时/计数器的模式0、1和2都相同，模式3不同，各模式下的功能如下所述：
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定时器工作模式

通过对寄存器TMOD寄存器中的M1、M0的设置，定时器/计数器0和1有四种不同的工作模式。

模式0(13位定时器/计数器)

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工作模式图如下：
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模式1(16位定时器/计数器)

模式1除了使用了TH0及TL0全部16位外，其他与模式0完全相同。此模式下，TL0的8位溢出向TH0进位，TH0溢出置位TCON中的溢出标志位TF0。

当GATE=0(TMOD.3)时，如TR0=1，则定时器计数。GATE=1时，允许由外部输入INTO控制定时器0，这样可实现脉宽测量。TRO为TCON寄存器内的控制位，TCON寄存器各位的具体功能描述见上节TCON寄存器的介绍。

注意：STC89C51RC/RD+系列单片机的定时器有两种计数速率:一种是12T模式，每12个时钟加1，与传统8051单片机相同;另外一种是6T模式，每6个时钟加1，速度是传统8051单片机的2倍T0的速率在烧录用户程序时在STC-ISP编程器中设置。

模式2(8位自动重装模式)

此模式下定时器/计数器可自动重装载8位计数器，TL0的溢出不仅置位TF0，而且将TH0内容重新装入TL0。（TH0可先设置好，重装时TH0内容不变）
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模式3(两个8位计数器)

对定时器0，在此模式中，定时器1停止计数，效果与将TR1设置为0相同。

对定时器0，此模式下定时器0的TL0及TH0作为2个独立的8位计数器。下图为模式3时的定时器0逻辑图。TL0占用定时器0的控制位: C T C\sqrt{T} CT ​、GATE、TRO、INTO及TFO。THO限定为定时器功能(计数器周期)，占用定时器1的TR1及TF1。此时，TH0控制定时器1中断。

模式3是为了增加一个附加的8位定时器/计数器而提供的，使单片机具有三个定时器/计数器。模式3只适用于定时器/计数器0，定时器T1处于模式3时相当于TR1-0，停止计数，而T0可作为两个定时器用。
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定时器配置流程

  1. 对TMOD赋值，以确定T0和T1的工作方式。
  2. 根据所要定时的时间计算初值，并将其写入TH0、TL0或TH1、TL1。
  3. 如果使用中断，则对EA赋值，开放定时器总中断。
  4. 使TR0或TR1置位，启动定时/计数器定时或计数。

注意：STC-ISP烧写工具自带计算所要定时的时间计算初值，可根据自己选择的模式，进行复制代码即可
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代码演示——LED1间隔1秒闪烁

通过定时器0中断控制LED1指示灯间隔1秒闪烁，实物图连接：D1连接到P2_0引脚即可，使用的12.000MHz的时钟，每次间隔一毫秒触发中断，在中断触发函数进行计数，当为1000时，就是一秒。

#include <REGX52.H>

sbit LED1 = P2^0;

void External0_ISR(void) interrupt 1
{
	static unsigned int count = 0;
	TL0 = 0x18;	//需要手动复原			
	TH0 = 0xFC;	//需要手动复原
    // 中断处理代码
	if(count == 1000)
	{
		count = 0;
		LED1 = !LED1;
	}
	count++;
}


void Timer0_Init(void)		//1毫秒@12.000MHz
{
	TMOD &= 0xF0;			//设置定时器模式
	TMOD |= 0x01;			//设置定时器模式
	TL0 = 0x18;				//设置定时初始值
	TH0 = 0xFC;				//设置定时初始值
	TF0 = 0;				//清除TF0标志
	ET0 = 1;//打开T0中断
	EA = 1;//打开总中断
	TR0 = 1;				//定时器0开始计时
}


void main()
{
	Timer0_Init();
	while(1)
	{
		
	}	
}

代码演示——按键1控制LED流水灯状态

在此演示中，使用了INTRINS.H库中的_crol_左移和_cror_右移函数，当按下KEY1按键时，LED流水灯就会切换方向状态进行闪烁。实物图连接：K1连接P0_0引脚，LED八个灯插入P2引脚。

  • cror(unsigned char val, unsigned char n): 字符循环右移，将 val 循环右移 n 位。
  • crol(unsigned char val, unsigned char n): 字符循环左移，将 val 循环左移 n 位
#include <REGX52.H>
#include <INTRINS.H>

sbit KEY1 = P0^0;
sbit KEY2 = P0^1;
unsigned char LEDMode;

void DelayXms(unsigned int xms)	//@12.000MHz
{
	unsigned char data i, j;
	
	while(xms)
	{
		i = 2;
		j = 239;
		do
		{
			while (--j);
		} while (--i);
		xms--;
	}
}

void Timer0_Init(void)		//1毫秒@12.000MHz
{
	TMOD &= 0xF0;			//设置定时器模式
	TMOD |= 0x01;			//设置定时器模式
	TL0 = 0x18;				//设置定时初始值
	TH0 = 0xFC;				//设置定时初始值
	TF0 = 0;				//清除TF0标志
	ET0 = 1;//打开T0中断
	EA = 1;//打开总中断
	TR0 = 1;				//定时器0开始计时
}

void External0_ISR(void) interrupt 1
{
	static unsigned int count = 0;
	TL0 = 0x18;	//需要手动复原			
	TH0 = 0xFC;	//需要手动复原
    // 中断处理代码
	if(count == 1000)
	{
		count = 0;
		if(LEDMode == 0)
			P2 = _crol_(P2,1);
		if(LEDMode == 1)
			P2 = _cror_(P2,1);

	}
	count++;
}

unsigned char Getkey()
{
	unsigned char keyNumber = 0;
	if(KEY1 == 0)
	{
		DelayXms(5);
		while(KEY1 == 0);
		DelayXms(5);
		keyNumber = 1;
	}
	if(KEY2 == 0)
	{
		DelayXms(5);
		while(KEY2 == 0);
		DelayXms(5);
		keyNumber = 2;
	}
	return keyNumber;
}


void main()
{
	unsigned char keyNum = 0;
	P2 = 0xfe;
	Timer0_Init();
	while(1)
	{
		keyNum = Getkey();
		if(keyNum)
		{
			if(keyNum == 1)
			{
				LEDMode++;
				if(LEDMode>=2)
				{
					LEDMode = 0;	
				}
			}
		}
	}
}

代码演示——LCD1602定时器时钟显示

此演示代码使用LCD1602模块作为显示，LCD1602模块不过多讲解，后续会提供专门的章节说明。需要LCD1602库可以私聊我。实物图连接：板子插上LCD1602模块即可。

#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"

unsigned char Sec=55,Min=59,Hour;//秒分时

void DelayXms(unsigned int xms)	//@12.000MHz
{
	unsigned char data i, j;
	
	while(xms)
	{
		i = 2;
		j = 239;
		do
		{
			while (--j);
		} while (--i);
		xms--;
	}
}

void Timer0_Init(void)		//1毫秒@12.000MHz
{
	TMOD &= 0xF0;			//设置定时器模式
	TMOD |= 0x01;			//设置定时器模式
	TL0 = 0x18;				//设置定时初始值
	TH0 = 0xFC;				//设置定时初始值
	TF0 = 0;				//清除TF0标志
	ET0 = 1;//打开T0中断
	EA = 1;//打开总中断
	TR0 = 1;				//定时器0开始计时
}

void External0_ISR(void) interrupt 1
{
	static unsigned int count = 0;
	TL0 = 0x18;	//需要手动复原			
	TH0 = 0xFC;	//需要手动复原
    // 中断处理代码
	if(count == 1000)
	{
		count = 0;
		Sec++;
		if(Sec == 60)
		{
			Sec = 0;
			Min++;
			if(Min == 60)
			{
				Min = 0;
				Hour++;
				if(Hour == 24)
				{
					Hour = 0;
				}
			}

		}
	}
	count++;
}

void main()
{
	Timer0_Init();
	LCD_Init();
	LCD_ShowString(1,1,"Time:");
	LCD_ShowString(2,1,"00:00:00");
	while(1)
	{
		LCD_ShowNum(2,1,Hour,2);
		LCD_ShowNum(2,4,Min,2);
		LCD_ShowNum(2,7,Sec,2);
	}	
}

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