【51入门系列】无法逃避的宿命----定时器

有了前面对于中断的理解

很多外设，就能够轻松驾驭了

今次咱聊聊有关定时器/计数器，下面简称T/C(Timer/Counter)。

其实T/C在51内部同属于一个电路模块

只不过计数器由外部事件驱动，接受的是外部脉冲

对外部脉冲进行计数

而定时器则是对51单片机自身产生的脉冲进行计数

无论是计数器还是定时器，计数或者定时达到一定数值

就会产生中断

看这个框图

晶振的震荡频率经过12分频后，作为定时器的计数脉冲

如果是12MHz的晶振，不难推算

定时器的计数脉冲频率就是1Mhz

也就是说每1μs，定时器就会自己进行加1计数

值得一提的是，51单片机只能够进行加计数

而很多其他类型的单片机则可以进行加减计数

那么计数器呢

图中可以看出来

外部引脚T0/T1

对应P3.4和P3.5管脚所输入的信号

则作为计数器的计数脉冲

每一次有效信号到达

计数器就会自行加1计数

直至计数达到某一数值，产生中断

完成中断服务程序

So，定时器和计数器只是触发来源不同而已

那么究竟什么时候，T/C才会进中断呢？

咱就得给T/C的计数寄存器赋初值了

如果计数达到这个初值，便产生中断

最简单的理解就是杯子理论

51的T/C比较简单，只能够加计数

所以，如果把一个杯子的容积看成T/C的计数大小

每一次计数都是向杯子里加水的话

那么杯子装满水后，继续加水便会溢出

也就是51产生中断的时刻

如果我们提前在被子里面倒上一些水，也就是赋初值

那么，就可以在我们需要的时间内出现中断

这种办法很容易被用来作为软件循环的时间基准

譬如定时1ms，然后在每xxms做一件什么事情

说高深点，也就是心跳啥的了

下面再来聊聊T/C的几种不同模式

一共有4种工作模式，以定时器0为例

直接上框图更加直观

先是工作模式0：

在工作模式0时，TL0的低5位(D0-D4)和TH0的全部8位构成了一个13位的寄存器

每次计数脉冲过来，这个13位的寄存器都会加1(如果有预设值的话，从预设值开始)

这个13位的寄存器自加满并溢出时

内核会把这个13位的寄存器清零，并且把TF0位置1，产生中断

如果我们需要继续使用定时器

那么在中断来临或者其他必要的时候

重新将TF0清零，且将TH0和TL0进行赋初值

看看工作模式1：

模式1和模式0基本上完全一样

唯一的区别就是计数寄存器

模式0是13位，而模式1变成了TL0的全8位和TH0的全8位构成的16位计数寄存器

这么看来，模式1的计数/定时范围更大

再是工作模式2：

这个模式里面，可以自动装入预置数

不过牺牲了TH0的8位寄存器，将TH0作为保存预置数的寄存器

TL0作为计数寄存器，进行计数自加

显而易见，模式3虽然可以不需要手动赋初值

这种方式给编程带来了方便

但是计数范围就小了很多

适合作为一些通信的时间基准，譬如模式2可作为串口通信的波特率发生器

要注意的是，T1/C1其实是没有工作模式3的，只有T0/C0才有

这种模式简单点理解，就是把T0/C0划为两个T/C

每个都是8位的计数寄存器

不过一个由TH0计数，一个由TL0计数

上面几张图很明显地可以看出各种模式之间的区别

简单总结一下：

工作方式0——13位T/C工作模式,最多可计数2的13次方 次,即:8192次,;

工作方式1——16位T/C工作模式,最多可计数2的16次方 次,即:65536次,;

工作方式2——8位T/C工作模式，计算次数最多为2^8,即256，,;

工作方式3——8位定T/C工作模式 ，计算次数最多为2^8,即256，,;

51单片机设计了2个8位的特殊功能寄存器

用来控制T/C的工作状态

这两个特殊功能寄存器分别是

TMOD和TCON

都在特殊功能寄存器区

贴两个定时器中断寄存器，有前面中断的基础

应该是比较好理解的了

工作模式控制寄存器TMOD

这个寄存器主要是用来设置T/C的工作模式和工作性质(是计数器还是定时器)

工作状态控制寄存器TCON

其实TCON只有高4位是和T/C有关

低4位其实与外部中断相关

Reg51.h头文件中都定义了这些寄存器的位

可以直接寻址并赋值

十分方便

那么预设值该怎么计算呢？

预置数的计算公式:预置数=最大值-需要计数的次数;

举个栗子

我要1ms产生一个中断，假设外部晶振是12MHz，采用模式1

那么T/C会1μs进行一次计数

T/C计数1000次，便是1ms

计数最大值就是2的16次方

那么 预置数 = 65536 – 1000 =64536

64536的十六进制便是 FC18

所以，将TH0 = FC，TL0=18作为预设值

并使能中断，就能达到1ms产生中断的效果

来做个试验

#include 

sbit LED2 = P1^0;

        

void main()

{ 

 TMOD=0x01;//设置定时器0为工作方式1

 TH0=0xfc;//设置初值，计划1ms定时器溢出中断(我用的是11.0592Mhz晶振)

 TL0=0X66;

 EA=1;//开总中断

 ET0=1;//开定时器0中断

 TR0=1;//启动定时器0

 while(1)

 {}

}

 

void time0() interrupt 1

{

LED2 = ~LED2;

/*重新配置计数器*/

    TF0 = 0;

    TH0 = 0xfc;

    TL0 = 0x66; 

}

简单分析一下这个代码

让T0工作在方式1，赋初值FC66

计数器自加溢出后产生中断

中断里面LED2口(P1.0口)发生电平翻转

产生一个周期2ms的方波

有图有真相

上图中实测电平保持时间是1.0159ms，与预期的1ms 稍有差别

大约在20us左右

这是由多方面因素造成

一是测量仪器的精度和IO口翻转的延时

二是中断里面执行了数条语句，别忘了51执行语句也是us级别的哟

一条c语言语句被IDE编译后，可能等效于好几条汇编机器语言

不过话说回来，指望用单片机完成十分精确的定时

本身就是个不靠谱的想法

要求严格的时钟，还是用专用IC来实现吧

继续闪个灯

#include 

sbit LED = P1^0;

unsigned int Count=0; //定义一个无符号整型变量

        

void main()

{ 

 TMOD=0x01;//设置定时器0为工作方式1

 TH0=0xfc;	//定时1ms

 TL0=0X66;

 EA=1;//开总中断

 ET0=1;//开定时器0中断

 TR0=1;//启动定时器0

 while(1)

 {



  if(Count ==500) //如果有500次自加，也就是500ms

   {

    Count = 0;

    LED = ~LED; 	//LED取反

   }

 }

}

 

void time0() interrupt 1

{

 Count ++; //变量每1ms自加1

    TF0 = 0;

    TH0 = 0xfc;

    TL0 = 0x66;

}

上个GIF

呃，绿灯被我玩坏了

换了个高冷的冰蓝LED

So，到这里

T/C的基本的操作就是这么些

嗯，还有奖品未送出

这里设计几个题目吧

1、  可以用定时器中断来完成按键的去抖吗？拿点证据出来

2、  可以用计数器来测量外部计数信号吗？拿点证据出来

3、  试试模式3

根据回帖，选出获奖的小伙伴哟