单片机学习笔记（三）——定时器/计数器

计数器是对外来脉冲进行计数，51芯片有T0和T1两个外来脉冲输入端，分别接P3.4和P3.5两个引脚，当出现负跳变脉冲时，计数器加1；定时器也是通过计数器的计数来实现的，但此时的计数脉冲来自单片机内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲，计数器加1。若采用12M晶振，则计数频率为1MHz，即每过1μs，计数器加1。
单片机的定时器/计数器有4种工作方式（方式0、方式1、方式2和方式3），其控制字在相应的特殊功能寄存器中，通过对它的特殊功能寄存器的编程，我们可以选择定时器/计数器两种工作模式和0~3四种工作方式。
一、控制寄存器介绍
首先介绍两个特殊功能寄存器TMOD和TCON，TMOD用于选择定时器/计数器的工作模式和工作方式，TCON用于控制T0、T1的启动和停止计数，也包含T0和T1的状态。
（一）TMOD（Timer Mode）
选择定时器/计数器的工作模式和工作方式，字节地址为89H，不能进行位寻址。

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
GATE	C/T*	M1	M0	GATE	C/T*	M1	M0

8位标志位分为两组，高4位控制T1，低4位控制T0。四个标志位含义如下：
（1）GATE：门控位。
GATE=0时，以运行控制位TRX（X=0,1）来启动定时器/计数器运行；
GATE=1时，以外部中断引脚INT0或INT1上的高电平来启动定时器计数器运行。
（2）M1、M0：工作方式选择位，4种编码对应4种工作方式如下：

M1 M0	工作方式
00	方式0，13位定时器/计数器
01	方式1,16位定时器计数器
10	方式2,8位的常数重新自动装载定时器/计数器
11	方式3，仅适用于T0，T0分为两个8位计数器，T1不计数

（3）C/T*：定时器/计数器模式选择位
C/T*=0，定时器模式
C/T*=1，计数器模式，计数器外部输入引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）的负跳变脉冲计数。
（二）TCON（Timer Control）
定时器/计数器控制寄存器，字节地址88H，可位寻址，位地址为88H~8FH

TCON	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
标志位	TF1	TR1	TF0	TR0	IE1	IT1	IE0	IT0
位地址	8FH	8EH	8DH	8CH	8BH	8AH	89H	88H

低四位与中断有关，这里只介绍高四位
（1）TF1/TF0：计数溢出标志位，计数溢出时置“1”；使用查询方式时，此位作为状态位供CPU查询（查询有效后应及时清零）；中断方式时，此位作为中断请求标志位，进入中断服务程序后硬件自动将其清零。
（2）TR1/TR0：计数运行控制位，值为“1”，定时器/计数器启动工作，为“0”停止工作。
二、四种工作方式的区分
方式0和方式1的区别在于计数器的位数不同，方式0为13位（THX+TLX低5位），方式1为16位（THX+TLX）。但是，方式0和方式1一旦计数溢出，则计数器将全部清零，这样如果需要循环计数就需要反复装入计数初值，不仅影响计数精度还导致编程麻烦，因此方式二就是针对这个问题设置的，在计数溢出时，不仅将溢出标志位TF置“1”，同时还将已经设定好的初值装入计数器（将THX中的8位数装入TLX）。
方式3只适用于定时器/计数器T0，目的是为了增加一个附加的定时器计数器。这时TL0和TH0被分为两个相互独立的8位计数器，其中TL0使用T0的状态位们；而TL0则被固定为一个8位定时器（不能做外部计数模式），它使用定时器T1的状态控制位TR1和TF1，同时占用T1的中断请求源TF1。因此，T0工作在方式3时T1运行的控制条件只有两个，一个是C/T*，用来选择定时器还是计数器模式；另一个是M1、M0选择T1运行的工作方式，M1M0=11 时，T1停止计数。
三、定时器/计数器对输入信号的要求
1.定时器：定时器模式计数信号是内部时钟脉冲，每个机器周期使计数器加1，因此定时器输入脉冲的周期与机器周期一样，为12倍的时钟周期。当采用12MHz晶振时，刚好每1μs计数一次。可以看出，定时的精度决定于输入脉冲的周期，因此当需要高分辨率的定时时，应尽量选择频率较高的晶体。
2.计数器：计数器的计数信号是来着相应外部输入引脚INT0和INT1的负跳变，在连续的两个周期采样，若第一采样为高电平 而第二次为低电平则表示发生了负跳变，计数器加1。由于确认一次负跳变需要两个机器周期，即24个震荡周期，因此外部输入的计数脉冲的最高频率为系统晶体震荡频率的1/24，如若采用6MHz晶振，则允许输入的脉冲频率为6MHz/24=250kHz。此外，为保证某一给定电平在变化前能被采样一次，则这一电平至少要保持一个机器周期。