定时器和计数器

1 定时器介绍

1.1 什么是定时器

(1)SoC的一种内部外设。

(2)定时器就是CPU的“闹钟”。

1.2 什么是计数器

(1)定时器就是用计数的原始实现的。

(2)计数器可以计算外部脉冲个数。

1.3 定时器如何工作

(1)第1步：先设置好定时器的时钟源（如果需要的话）。

(2)第2步：初始化时钟相关寄存器。

(3)第3步：设置定时时间（计数个数）。

(4)第4步：设置中断处理程序。

(5)第5步：打开定时器。

(6)运行时：定时器计数到后产生中断，然后执行中断isr。

2 软件控制硬件的关键-寄存器

2.1 什么是寄存器

(1)register。

(2)寄存器，寄存，内容可变，一般按位定义。

(3)寄存器使用地址访问，编程上像内存一样。

2.2 寄存器的工作原理

(1)寄存器和硬件之间有双向影响。

(2)软件可以读写寄存器。

(3)总结：寄存器是软件能够控制硬件的关键。

2.3 单片机学习的关键就是各种寄存器

(1)单片机的学习主要包括2个：CPU和各种内部外设。

(2)各种内部外设的编程接口就是寄存器。

(3)熟悉一款单片机其实就是熟悉他的寄存器。

(4)寄存器会随着单片机的复杂化而变复杂。

(5)学会用C语言操作寄存器的技巧。

3 51单片机的定时器简介

关于脉冲宽度的计算：

譬如外部12MHz晶振，单片机工作在12T模式下，则内部时钟频率是1MHz，则时钟脉冲宽度为1us（1/1MHz = 1us）。如果单片机工作在6T模式下，则内部时钟频率是2MHz，则时钟脉冲宽度为0.5us（1/2MHz = 0.5us）。

4 定时器的主要寄存器介绍(定时器0和1)

4.1 TCON

(1)8个位，但是有4个名字：TF、TR、IE、IT，每个名字的符号都有2个，后面分别带0和1，对应T0和T1。

(2)TF: timer flag，定时器（溢出）标志位，是只读（软件只是通过读取TF1来知道硬件的状态，而不用去写这一位来设置硬件的状态）的。timer定时时间到了后会做2件事情：第一个是把TF标志改为1，第二个是产生中断让CPU去中断处理；TF是硬件清零的（由1变0是自动的，不需要软件来干预。）有一些CPU的设计是需要软件去清零的，这时候用户的程序就一定要记得给标志位清零，不然就不能重复进入中断或者反复不停的重复进入中断。

(3)TR就是timer run，就是定时器的启动计数的开关。当我们把整个定时器初始化好了之后，我们给TR位写1就可以开启计数了。TR位和GATE位有一定关联性。

(4)GATE是TMOD寄存器中的，也有2个分别对应T0和T1。GATE位中文名叫门控位，工作方式是：当GATE=0时（相当于门是打开的，此时GATE位是可以忽略的），此时定时器开关就只受TR位影响。具体就是TR=1开启计数，TR=0结束计数。当timer处于定时器工作模式时GATE就要等于0；GATE一般是在timer处于计数器模式时用的。当timer用来计数时，很关键的就是什么条件下计数，什么条件下不计数。当GATE=0时计数条件只有TR1一个（TR1=1就计数，TR1=0就不计数），当GATE=1时是否计数不仅取决于TR1还取决于INT1引脚（P3.3），实际规则是：当TR1=1并且INT1引脚也为高电平时才会计数。

(5)IE也是个标志位，作用就是用来展示硬件的状态改变的。譬如IE1对应外部中断1（INT1），平时不发生INT1时IE1=0，当INT1发生中断时，硬件自动IE1=1，当CPU处理了INT1时硬件会自动给IE1=0（硬件自动清零）。

(6)IT是用来设置外部中断的中断触发方式的。所谓中断的触发方式，就是指硬件在某种条件下才会被判定为要产生中断，所以其实就是中断产生的条件。中断触发方式一般就是：边沿触发和电平触发2种。边沿触发又分为：上升沿触发、下降沿触发、双边沿触发；电平触发方式分为：高电平触发、低电平触发2种。

4.2 TMOD

(1)C/T位，设置T0/T1工作在定时器模式还是计数器模式。1表示计数器，0表示定时器。

(2)M1 + M0，2个位一起来表示T0/T1处于哪种工作模式下，一般有4种：13位、16位、8位自动重载、双8位。

5 定时器编程实践

5.1 实验目的

(1)使用定时器来完成LED闪烁。

(2)原来实现闪烁时中间的延迟是用delay函数实现的，在delay的过程中CPU要一直耗在这里不能去做别的事情。这是之前的缺点。

(3)本节用定时器来定一个时间（譬如0.3s），在这个定时器定时时间内CPU还可以去做主任务，定时时间到产生中断，在中断处理程序isr中让LED闪烁即可。

5.2 如何编程

(1)定时（timer初始化）。

(2)主程序该干嘛干嘛。

(3)中断处理程序。

我们开发板的定时器最多能订多长时间？
内部时钟频率是1MHz，时钟周期是1us。最多能定65535（16位定时器），也就是说最大定时时间为65535*1us=65535us=65.535ms。
如果要定比较长的时间（譬如2s），定时器直接是不能满足的，解决办法是多次定时后加起来构成一个长时间。

计算TL0和TH0：
(1)确定自己定时时间，定为50ms
(2)确定内部时钟周期，因为12T模式，外部晶振12MHz，所以为：1us
(3)定时个数就是：50ms/1us = 50000
(4)TL0 = （65536 - 50000） % 256, TH0 = （65536 - 50000） / 256

51单片机的计数器是减计数器，所以应该拿65536减去计数的次数，才能得到TH和TL的值。

#include 

unsigned char count;            // 10次，对应500ms
sbit LED = P0^1;                // LED对应的GPIO定义

#define CNT     20

void timer0_isr(void) interrupt 1 using 1
{
    TL0 = 50000 % 256;  
    TH0 = 50000 / 256;          // 手工重载计数值

    if (count-- == 0)
    {
        // 说明已经中断了10次了，500ms到了，干活了
        LED = !LED;             // LED取反
        count = CNT;
    }
}


void main(void)
{
    TMOD = 0x01;        // T0设置工作在定时器模式下，16位定时器
    TL0 = (65536l - 50000) % 256;   
    TH0 = (65536l - 50000) / 256;
    TR0 = 1;            // 开启计数器，开始计数了
    ET0 = 1;            // 开启T0中断
    EA = 1;             // 开启中断总开关

    count = CNT;            // 10次，对应500ms

    while (1);          // 主任务
}