【C51定时计数器讲解】

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前言

单片机定时计数器（详解）

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一、时钟计时原理

时钟，钟摆这些计时方式已经和单片机中的定时计数器原理很像了。
时钟的工作原理是利用了一个晶体振荡器，如下：

它的控制频率为32.768KHZ，即32768HZ，即一秒振荡2^15次，再通过内部15分频，即可得到1HZ的方波了（周期T=1s），然后利用这个方波来驱动秒针运动，即方波每秒前进一格，秒针驱动6度；接着秒针向分针进位，分针像时针进位。这样3个针的角度值就代表时间的多少了，即记录时间的目的。

二.单片机定时器原理

而单片机定时器是最常见的内部资源了，C51内部设有两个功能相同的定时计数器，定时器0/定时器1他们的原理也很简单：即在RAM区里面指定一段空间，用于计数（counter）

每驱动一个周期的方波，counter++；如果方波周期T是固定的，那么计数器的值就代表流逝的时间，这里的振荡方波当然就是C51单片机自带的晶体振荡电路产生的。（缩写为OSC）而在C51单片机内部也是有分频器的，只不过默认为12分频（除以12），然后再送给计数器触发计数，而计数器RAM中的counter实际长度为两个字节（如下经过了镜像处理）：

当然为了读写更加便捷，它不能位于普通的RAM区了，位于特殊功能寄存器（Counter reigster）C51 RAM空间地址表格中：

其中TH0/TL0:是定时器0的两个计数器 TH1/TL1是定时器1的两个计数器
而在上图框图上，由于经过了镜像处理，所以显示了低位在左（TLi），高位在右（THi）

OSC为系统时钟，如果我们采用的频率为12MHZ，那么经过12分频，计数器输入的时钟即为1MHZ（10^6HZ)
即一秒振荡10 的6次方次）这里的周期T=1/10^6秒=0.000001秒

1s=1000ms=1000000us；所以这里的周期0.000001s=1us；相当于每次计数器中数字加1，那么就过了1us

那么如果我们要定时 1s ：只要检测定时器里面的数值：1us*10^6=1sec 扩大10的6次方即过了一秒钟

但是会存在bug，因为是16位计数器（ THi / TLi) 它的最大值为1111 1111 1111 1111 相当于65535【0-2^16-1】

所以撑死此计数器只能计数65535*1us=65.535ms
那么为了计时更长的时间，会在后面增加溢出标志位（TimeOverFlowFlag）即TFi：那么每当计数溢出，就会触发溢出标志位 置1，说明从开始已经计数了65.535ms / 那么我们可以在用户RAM区再申请一个变量别名即为C
用于累加溢出次数

那么我们想要计时1s=1us*10^6;

1s的话对应振荡次数为10的6次方 ，所以这里是通过算总振荡次数是不是10^6来对应1s的时间

当然可以直接算时间溢出15次，则1565.536ms+662561us+641us=983040us+16896us+64us=10^6us=1s

所以当计数器THi TLi ==0000 0000 0000 0000开始以频率1Mhz（分频后）计数到溢出变量为C=15和到计数器为THi TLi == 0100 0010 0100 0000末态的时候，就过了准准确确过了1s

当然这里的溢出标志位除了有此功能，还有个更重要的功能，即是进入中断程序

当然上述讨论的是以SOC系统时钟基准，为了更灵活的改变时间基准，而有不破坏原来的晶振电路（不影响系统主频），增加了选择开关，可以选择外部晶振，用以不同的时间基准如下：

其中C是Counter缩写，T是Timer缩写，横线代表低电平有效，也就是该控制位C/T=1的时候，时间基准就由外部晶振提供（单片机的外部引脚提供） i也是通位符（如果是T0，则TH0/TL0,TF0)，此时外部时间基准由单片机P3^4管脚链接

即在流水线上，会设置传感器来检测物体是否通过，当有物体通过，传感器即会输出一个方波，如果我们把传感器的输出方波链接在Ti，在通过单片机对应的外部定时计数器输入管脚，那么CNT中（THi/TLi）便会对流水线上的通过物品计数，这便实现了外部计数功能了。

当然为了更好的控制CNT 特殊功能寄存器计数，增加了使能开关（启动控制） ，当GATE=0的时候，那么在与门面前，TRi的状态就决定了启动开关的状态，TRi为Timer Run Flag的缩写，定时器的启动位，所以我们想要定时计数器运行，那么这个启动位就必须打开，比如定时器1使用，就打开TR1，即TR1=1；（C语言编程）

那么看下面的部分，或门由两个变量输入，其中一个是外部中断变量（INT，是interrupt的缩写）【如果是外部中断0，即复用了单片机P3 ^ 2管脚；如果是外部中断1，即复用了单片机P3^3管脚】

如果我们使用外部中断0，外部晶振（定时计数器0为例），TR0定时器0启动位打开为1，C/T选择位为1，那么单片机P3^4上的方波信号是否送入到CNT中进行计数，就取决于或门的两个变量，如果GATE=0，那么CNT就会开始计数，即单片机管脚P3.2上的电平不起作用（链接外部中断0的管脚）；

那么如果GATE=1打开，那么单片机引脚P3.2就可以控制启停定时计数器，如果是高电平，则工作；如果是低电平则不工作（即启动控制开关）如下：

这便是C51实际的控制电路部分；接下来则是聊寄存器部分：CNT

其实CNT中还有两个控制位MO/M1:这两个控制位是CNT工作方式选择位

前面我们一直说的情况就是方式1的情况M1M0=01的时候，Thi/TLi一共16位（高8位/低8位）而方式0，即M1M0=00的时候，即13位使用，高8位THi全部使用；低8位中实际只使用了低5位（TLi）

方式2：即M1M0=10的时候：即自动装载如下：

上述所说的变量全部在特殊功能寄存器中（TMOD/TCON) ，TCON寄存器的低四位是外部中断相关的位。（这两个寄存器地址可以参考RAM表，在上面）

补充一点：

相信硬件了解过后，软件编程信手拈来

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