51單片機定時器概述及例程分析

6.1 51單片機定時器概述

6.1.1 定時器的描述

要實現(xiàn)定時功能，除了利用單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器，也可以采用下面三種方法：

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

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

（3）采用可編程芯片定時：這種定時芯片的定時值及定時范圍很容易用軟件來確定和修改，此種芯片定時功能強，使用靈活。在單片機的定時/計數(shù)器不夠用時，可以考慮進行擴展。

定時/計數(shù)器的實質(zhì)是加1計數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個寄存器組成。TMOD是定時/計數(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的啟動和停止及設置溢出標志。

加1計數(shù)器輸入的計數(shù)脈沖有兩個來源,一個是由系統(tǒng)的時鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來；另一個是 T0 或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來一個脈沖計數(shù)器加1，當加到計數(shù)器為全1時，再輸入一個脈沖就使計數(shù)器回零，且計數(shù)器的溢出會使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發(fā)出中斷請求（定時/計數(shù)器中斷允許時）。如果定時/計數(shù)器工作于定時模式，則表示定時時間已到；如果工作于計數(shù)模式，則表示計數(shù)值已滿?？梢?，由溢出時計數(shù)器的值減去計數(shù)初值才是加1計數(shù)器的計數(shù)值。

設置為定時器模式時，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計數(shù)值乘以機器周期就是定時時間。

設置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個機器周期的某個期間采樣T0、T1引腳電平。當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，則計數(shù)器加1，更新的計數(shù)值在下一個機器周期裝入計數(shù)器。由于檢測一個從1到0的下降沿需要2個機器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周期。當晶振頻率為12MHz 時，最高計數(shù)頻率不超過6MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于2us。

6.1.2 51單片機定時器結構

6.1 定時器中斷相關寄存器

6.1.1 工作模式寄存器TMOD

寄存器地址：0x89

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Bit 7：定時器1門控

0：關閉門控，只要TR1為1，就可以啟動定時/計數(shù)器工作

1：開啟門控，此時只有當TR1為1且外部中斷引腳為高電平時，才能夠啟動定時器工作

Bit 6：定時器1工作模式選擇

0：定時模式，時鐘源來自MCU內(nèi)部

1：計數(shù)模式，時鐘源來自T1引腳上

Bit 5~Bit 4：定時器1計數(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位自動重裝定時/計數(shù)器

11：T1停止計數(shù)

Bit 3：定時器0門控

0：關閉門控，只要TR0為1，就可以啟動定時/計數(shù)器工作

1：開啟門控，此時只有當TR0為1且外部中斷引腳為高電平時，才能夠啟動定時器工作

Bit 2：定時器0工作模式選擇

0：定時模式，時鐘源來自MCU內(nèi)部

1：計數(shù)模式，時鐘源來自T0引腳上

Bit 1~ Bit 0：定時器0計數(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位自動重裝定時/計數(shù)器

11：T0分成兩個獨立的8位定時/計數(shù)器

6.1.2 定時器0數(shù)據(jù)寄存器高字節(jié)TH0

寄存器地址：0x8C

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6.1.3 定時器0數(shù)據(jù)寄存器低字節(jié)TL0

寄存器地址：0x8A

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6.1.4 定時器1數(shù)據(jù)寄存器高字節(jié)TH1

寄存器地址：0x8D

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6.1.5 定時器1數(shù)據(jù)寄存器低字節(jié)TL1

寄存器地址：0x8B

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6.2 例程分析

6.2.1 原理圖

6.2.2 實現(xiàn)的功能

使用定時器0，控制LED以1Hz頻率閃爍。

6.2.3 源代碼

重點關注以下幾行代碼：

第20行：定義了一個unsigned char的變量，為什么要定義這樣一個全局變量。首先定時器的數(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，超過這個數(shù)據(jù)后就會從0重新開始計時，根據(jù)單片機的計數(shù)周期設置在1us，最大定時時間只有65.535ms，而達到1s是遠遠不夠的，所以定義一個全局變量來計算定時器產(chǎn)生中斷的次數(shù)，假設我們設置定時器50ms中斷一次，那么，當進入20次中斷，則意味著定時器剛好定時1s。

第28行：這里用到了一條語句，LED = !LED，嘆號代表取反，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個二進制位，在C語言中，嘆號代表二進制位取反，“~”則代表按位取反運算，例如有一個二進制位初值是1，取反的結果就是0，但是如果有一個字節(jié)0x8F，此時只能用按位取反運算，而不能用二進制位取反運算，0x8F按位取反的結果應該是0x70，例程中這條語句的含義就是LED二進制位取反后將結果重新賦值給LED變量。

第23行~第24行：這兩行用于給定時器重新寫入初值，因為51單片機的數(shù)據(jù)寄存器進入中斷后就會從0開始重新計數(shù)，假設最開始設置的值是1000，進入中斷后，定時的時間就是65535-1000+1=64536us，進入中斷如果不設置初值，那么下一次進入中斷時定時的時間就是65536us，與最初的時間誤差是65536-64536=1000us，所以每次進入中斷都需要給數(shù)據(jù)寄存器重新寫入初值。

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

注：取整與取余運算

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

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