6.1 51單片機(jī)定時(shí)器概述

6.1.1 定時(shí)器的描述

要實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，除了利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，也可以采用下面三種方法：

（1）軟件定時(shí)：軟件定時(shí)不占用硬件資源，但占用了CPU時(shí)間，降低了CPU的利用率。

（2）采用時(shí)基電路定時(shí)：例如采用555電路，外接必要的元器件（電阻和電容），即可構(gòu)成硬件定時(shí)電路。但在硬件連接好以后，定時(shí)值與定時(shí)范圍不能由軟件進(jìn)行控制和修改，即不可編程。

（3）采用可編程芯片定時(shí)：這種定時(shí)芯片的定時(shí)值及定時(shí)范圍很容易用軟件來確定和修改，此種芯片定時(shí)功能強(qiáng)，使用靈活。在單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器不夠用時(shí)，可以考慮進(jìn)行擴(kuò)展。

定時(shí)/計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加1計(jì)數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個(gè)寄存器組成。TMOD是定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0，T1的啟動(dòng)和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。

加1計(jì)數(shù)器輸入的計(jì)數(shù)脈沖有兩個(gè)來源,一個(gè)是由系統(tǒng)的時(shí)鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來；另一個(gè)是 T0 或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)加到計(jì)數(shù)器為全1時(shí)，再輸入一個(gè)脈沖就使計(jì)數(shù)器回零，且計(jì)數(shù)器的溢出會(huì)使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求（定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷允許時(shí)）。如果定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于定時(shí)模式，則表示定時(shí)時(shí)間已到；如果工作于計(jì)數(shù)模式，則表示計(jì)數(shù)值已滿?？梢姡梢绯鰰r(shí)計(jì)數(shù)器的值減去計(jì)數(shù)初值才是加1計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。

設(shè)置為定時(shí)器模式時(shí)，加1計(jì)數(shù)器是對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)（1個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩周期，即計(jì)數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計(jì)數(shù)值乘以機(jī)器周期就是定時(shí)時(shí)間。

設(shè)置為計(jì)數(shù)器模式時(shí)，外部事件計(jì)數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計(jì)數(shù)器。在每個(gè)機(jī)器周期的某個(gè)期間采樣T0、T1引腳電平。當(dāng)某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時(shí)，則計(jì)數(shù)器加1，更新的計(jì)數(shù)值在下一個(gè)機(jī)器周期裝入計(jì)數(shù)器。由于檢測(cè)一個(gè)從1到0的下降沿需要2個(gè)機(jī)器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個(gè)機(jī)器周期。當(dāng)晶振頻率為12MHz 時(shí)，最高計(jì)數(shù)頻率不超過6MHz，即計(jì)數(shù)脈沖的周期要大于2us。

6.1.2 51單片機(jī)定時(shí)器結(jié)構(gòu)

6.1 定時(shí)器中斷相關(guān)寄存器

6.1.1 工作模式寄存器TMOD

寄存器地址：0x89

?

?

Bit 7：定時(shí)器1門控

0：關(guān)閉門控，只要TR1為1，就可以啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作

1：開啟門控，此時(shí)只有當(dāng)TR1為1且外部中斷引腳為高電平時(shí)，才能夠啟動(dòng)定時(shí)器工作

Bit 6：定時(shí)器1工作模式選擇

0：定時(shí)模式，時(shí)鐘源來自MCU內(nèi)部

1：計(jì)數(shù)模式，時(shí)鐘源來自T1引腳上

Bit 5~Bit 4：定時(shí)器1計(jì)數(shù)模式選擇

00：數(shù)據(jù)寄存器使用13位

01：數(shù)據(jù)寄存器使用16位

10：8位自動(dòng)重裝定時(shí)/計(jì)數(shù)器

11：T1停止計(jì)數(shù)

Bit 3：定時(shí)器0門控

0：關(guān)閉門控，只要TR0為1，就可以啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作

1：開啟門控，此時(shí)只有當(dāng)TR0為1且外部中斷引腳為高電平時(shí)，才能夠啟動(dòng)定時(shí)器工作

Bit 2：定時(shí)器0工作模式選擇

0：定時(shí)模式，時(shí)鐘源來自MCU內(nèi)部

1：計(jì)數(shù)模式，時(shí)鐘源來自T0引腳上

Bit 1~ Bit 0：定時(shí)器0計(jì)數(shù)模式選擇

00：數(shù)據(jù)寄存器使用13位

01：數(shù)據(jù)寄存器使用16位

10：8位自動(dòng)重裝定時(shí)/計(jì)數(shù)器

11：T0分成兩個(gè)獨(dú)立的8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器

6.1.2 定時(shí)器0數(shù)據(jù)寄存器高字節(jié)TH0

寄存器地址：0x8C

?

?

6.1.3 定時(shí)器0數(shù)據(jù)寄存器低字節(jié)TL0

寄存器地址：0x8A

?

?

6.1.4 定時(shí)器1數(shù)據(jù)寄存器高字節(jié)TH1

寄存器地址：0x8D

?

?

6.1.5 定時(shí)器1數(shù)據(jù)寄存器低字節(jié)TL1

寄存器地址：0x8B

?

?

6.2 例程分析

6.2.1 原理圖

6.2.2 實(shí)現(xiàn)的功能

使用定時(shí)器0，控制LED以1Hz頻率閃爍。

6.2.3 源代碼

重點(diǎn)關(guān)注以下幾行代碼：

第20行：定義了一個(gè)unsigned char的變量，為什么要定義這樣一個(gè)全局變量。首先定時(shí)器的數(shù)據(jù)寄存器只有16位，也就是說最大數(shù)據(jù)范圍只有65535，超過這個(gè)數(shù)據(jù)后就會(huì)從0重新開始計(jì)時(shí)，根據(jù)單片機(jī)的計(jì)數(shù)周期設(shè)置在1us，最大定時(shí)時(shí)間只有65.535ms，而達(dá)到1s是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以定義一個(gè)全局變量來計(jì)算定時(shí)器產(chǎn)生中斷的次數(shù)，假設(shè)我們?cè)O(shè)置定時(shí)器50ms中斷一次，那么，當(dāng)進(jìn)入20次中斷，則意味著定時(shí)器剛好定時(shí)1s。

第28行：這里用到了一條語句，LED = !LED，嘆號(hào)代表取反，只能用于布爾型變量，所謂布爾型變量就是只有0和1兩種狀態(tài)，也就是1個(gè)二進(jìn)制位，在C語言中，嘆號(hào)代表二進(jìn)制位取反，“~”則代表按位取反運(yùn)算，例如有一個(gè)二進(jìn)制位初值是1，取反的結(jié)果就是0，但是如果有一個(gè)字節(jié)0x8F，此時(shí)只能用按位取反運(yùn)算，而不能用二進(jìn)制位取反運(yùn)算，0x8F按位取反的結(jié)果應(yīng)該是0x70，例程中這條語句的含義就是LED二進(jìn)制位取反后將結(jié)果重新賦值給LED變量。

第23行~第24行：這兩行用于給定時(shí)器重新寫入初值，因?yàn)?1單片機(jī)的數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)入中斷后就會(huì)從0開始重新計(jì)數(shù)，假設(shè)最開始設(shè)置的值是1000，進(jìn)入中斷后，定時(shí)的時(shí)間就是65535-1000+1=64536us，進(jìn)入中斷如果不設(shè)置初值，那么下一次進(jìn)入中斷時(shí)定時(shí)的時(shí)間就是65536us，與最初的時(shí)間誤差是65536-64536=1000us，所以每次進(jìn)入中斷都需要給數(shù)據(jù)寄存器重新寫入初值。

第42行~第43行：定時(shí)器在初始化的時(shí)候就要給寫入初始值，為什么要寫入這個(gè)初始值呢，首先數(shù)據(jù)寄存器是只能加1運(yùn)算，從0加到65535，但是如果我們只想要定時(shí)50us就進(jìn)入中斷應(yīng)該怎么處理呢，這就需要給定時(shí)器的數(shù)據(jù)寄存器先寫入一個(gè)數(shù)，讓定時(shí)器從這個(gè)數(shù)開始加1，加到65535剛好是50us，那么這個(gè)初值就是65535-50，這個(gè)定時(shí)的時(shí)間剛好就是50us，而/和%則是代表取整和取余。

注：取整與取余運(yùn)算

（1）取整運(yùn)算：用/表示，代表取除法運(yùn)算中整數(shù)部分，例如2/3，得到的結(jié)果就是商為0且余數(shù)為2，此時(shí)取整運(yùn)算得到的結(jié)果就是0；

（2）取余運(yùn)算：用%表示，代表取除法運(yùn)算中余數(shù)部分，例如2/3，得到的結(jié)果就是商為0且余數(shù)為2，此時(shí)取余運(yùn)算得到的結(jié)果就是2。