单片机学习——定时器/计数器

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前言

一般51单片机是两个定时器（定时器0和定时器1），本文以STC8H8K64U为例（只是多了三个定时器，定时器0-4），讲解定时器，原理与其他单片机并无区别。注意哈：定时器和计数器是一体的，定时器的本质就是个加1计数器，不可能单独再设置一个计数器，那样也太麻烦了。

一、我们怎样定时

1.软件定时

初学单片机的朋友对软件定时非常熟悉，这就是Delay延时函数，让CPU循环执行一段程序，通过选择指令和安排循环次数实现软件定时，软件定时会完全占用CPU，让CPU执行无意义指令，此方法增加了CPU开销，降低了CPU的工作效率。（仅适用于CPU空闲的程序）

2.硬件定时

硬件定时则不占用CPU时间，定时功能全部由硬件电路（如555时基电路）完成，但是需要改变参数调节定时时间，使用不方便，还增加了硬件成本。

3.可编程定时器定时

该定时器的定时值及定时范围可以通过软件进行确定和修改。通过系统时钟/输入信号进行计数与控制，可以用于定时控制、记录事件、输出可编程时钟信号或用作分频器。

二、定时器/计数器结构和工作原理

先给一个STC8H8K64U框架图，再详细讲解。

我们可以清楚看到TH0、TL0、TH1、TL1，里面H就是高、L就是低的意思，TH0就是定时器0高8位的意思（定时器是16位的），TL0就是定时器0低8位。
TMOD是T0、T1工作方式寄存器，由它确定T0、T1工作方式以及功能。
TCON是T0、T1的控制寄存器，用于控制T0、T1的启动与停止，并且记录T0、T1计满溢出标志位（TF0和TF1稍后详细讲解）。
AUXR是辅助寄存器，它内部的T0x12和T1x12分别用于设定T0、T1内部计数脉冲的分频系数，上图中的P3.4、P3.5分别是T0、T1的外部输入端。

T0、T1的核心电路是一个加1计数器，加1计数器的脉冲来源有两个：一是外部脉冲，P3.4和P3.5，另一个就是系统时钟信号，加1计数器会对脉冲源计数，一个脉冲加1，计数器加满（全1）的时候再加1就会归0，同时使得溢出标志位TF0或者TF1为1（这取决于你在使用哪个定时器/计数器），框架图如下：

1.定时功能

根据上图，当脉冲源为系统时钟（等间隔脉冲，就是那种固定多久有一个高电平的脉冲）时，由于计数脉冲为同一个时间基准(因为晶振用的是同一个)，脉冲数乘以计数脉冲周期（系统周期或12倍系统周期，具体看是否选择12分频）就是定时时间。即当系统时钟确定时，计数器的计数值就确定了时间。意思就是，只是计算加1加了多少次，每次加1的时间间隔（1秒除以晶振频率=振动一次的时间，也就是脉冲的间隔时间）一样，加的次数 x 间隔时间 = 总计时

2.计数功能

根据上图，当脉冲源为单片机外部引脚的输入脉冲时，就是外部事件的计数器。如定时/计数器T0，在其对应的计数输入端T0（P3.4）有一个负跳变时，T0计数器的状态值加一。

负跳变：由高电平变成低电平的过程，又被称为下降沿
正跳变：由低电平变成高电平的过程，也被称为上升沿

三、定时/计数器（T0/T1）的控制

1.TMOD

B6和B2位都是(C非/T) 特殊符号打不出来

(C非/T) :功能选择位。(C非/T)=0时，设置为定时工作模式；(C非/T)=1时，设置为计数工作模式。
M1和M0：T0、T1工作方式选择位.

GATE：门控位。
当（GATE）=0时，软件控制位TR0或TR1置1即可启动定时/计数器；
当（GATE）=1时，软件控制位TR0或TR1须置1，同时还须INT0（P3.2）或INT1（P3.3）引脚输入为高电平方可启动定时/计数器，即允许外部中断INT0（P3.2）、INT1（P3.3）输入引脚信号参与控制定时/计数器的启动与停止。

2.TCON

TF1：定时/计数器1溢出标志位。
当定时/计数器1计满产生溢出时，由硬件自动置位TF1，在中断允许时，向CPU发出中断请求，中断响应后，由硬件自动清除TF1标志。也可通过查询TF1标志，来判断计满溢出时刻，查询结束后，用软件清除TF1标志。

TR1：定时/计数器1运行控制位。
由软件置1或清0来启动或关闭定时/计数器1。当（GATE）=0时，TR1置1即可启动定时/计数器1；当（GATE）=1时，TR1置1且INT1（P3.3）输入引脚信号为高电平时，方可启动定时/计数器1。

3.AUXR

T0x12：
当（T0x12）＝0，定时计数脉冲完全与传统8051单片机的计数脉冲一样，计数脉冲周期为系统时钟周期的12倍，即12分频；当（T0x12）＝1，计数脉冲为系统时钟脉冲，计数脉冲周期等于系统时钟周期，即无分频。

T1x12：
当（T1x12）＝0，定时计数脉冲完全与传统8051单片机的计数脉冲一样，计数脉冲周期为系统时钟周期的12倍，即12分频；当（T1x12）＝1，计数脉冲为系统时钟脉冲，计数脉冲周期等于系统时钟周期，即无分频。

四、定时/计数器的工作方式

工作方式部分过多，本人建议找视频讲解便于理解，文字部分阐述不容易理解，故在此仅放不同工作方式原理图。

方式0

GATE、INT0和TR0之间的关系
GATE、INT0和TR0之间的关系，决定定时器/计数器是否能正常工作。这三个信号通过逻辑或门和逻辑与门产生control信号，用于控制内部SYSclk信号或者外部脉冲通过T0引脚是否能接入该定时器/计数器。