第 5 章 MCS-51 的定时器 / 计数器

5.1 定时器 / 计数器的结构

5.2 定时器 / 计数器的工作原理

5.3 定时器 / 计数器的控制

5.4 定时器 / 计数器的工作方式

5.5 定时器 / 计数器的精度

5.6 定时器 / 计数器的程序设计及应用实例

退出退出

5.1 定时器 /计数器的结构

图 5-1 定时器 / 计数器结构图特殊功能寄存器 TH0 、 TL0 、 TH1 、 TL1 、 TMOD 、 TCON

TH1 TL1 TH0 TL0

TCON TMOD

微处理器CPU

7 0 7 0 7 0 7 0

P3.5 P3.4

内部总线

5.2 定时器 /计数器的工作原理 两个 16 位的定时 / 计数器 T0(TH0T

L0) 和 T1 (TH1TL1) ，基本工作原理是加 1 计数，即对指定的脉冲信号进行加 1 操作，直到出现溢出。

(1) 定时器，对机器周期加 1 计数，因此，计数周期固定为 12/

(2) 计数器，对单片机外部输入的脉冲信号加 1计数， T0(P3.4) ， T1(P3.5)

OSCf

5.3 定时器 / 计数器的控制

5.3.1 定时器 / 计数器方式控制寄存器 TMOD

TMOD 用于控制定时器 / 汁数器的工作模式及工作方式，其字节地址为 80H ，格式如下。其中，低 4 位用于决定 T0 的工作方式，高 4 位用于决定 T1 的工作方式。

1 、 M1 和 M0 工作方式控制位

M0 和 M1 为工作方式控制位，确定 4种工作方式，如表 5-1 所示。

M1 M0

0

0

1

1

0

1

0

1

方式

0

1

2

3

功能说明

13位定时器/计数器

16位定时器/计数器

常数能够自动重新装入的8位定时器/计数器

仅适用于T0，分为两个8位的定时器/计数器，关闭T1

22 、 、 定时器 / 计数器方式选择位 =0 ，定时方式，对机器周期进行计数； =1 ，计数方式，对外部信号进行计数，外部信号接至 T0 （ P3.4 ）或 T1 （ P3.5 ）引脚。

3 、 GATE 门控位 GATE=0 时，只要用软件使 TR0 （或 TR1 ）置

1 就能启动定时器 T0 （或 T1 ）； GATE=1 时，只有在 INT0 （或 INT1 ）引脚为高电平的情况下，且由软件使 TR0 （或 TR1 ）置 1 时，才能启动定时器 T0 （或 T1 ）工作

C T/C T/C T/

5.3.2 定时器 / 计数器的控制寄存器 TCON 控制寄存器 TCON 的位地址是 88H ，可以对它进行位寻址。其功能：

(1)(1) 启动 : 设定好了定时器 / 计数器的工作方式后，通过设置控制寄存器 TCON 中的相应位来启动。

(2) 停止：要使定时器 / 计数器停止运行，也通过设置 TCON 中的相应位来实现。

(3) 标志： TCON 能标明溢出和中断情况。

TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

1. TR0: 定时器 T1 运行控制位。可由软件置 1 （或清零）来启动（或关闭）定时器 T0 ，使定时器 T0开始计数。。

2. TF0: 定时器 T0 溢出标志位。当定时器 T0 溢出时，由硬件自动使 TF1 置 1 ，并向 CPU 申请中断。 CPU 响应中断后，自动对 TF0 清零。 TF0 也可以用软件查询和清零。

3. TR1 : 定时器 T1 运行控制位。功能与 TR0 相同。4. TF0 : 定时器 T0 溢出标志位。功能与 TF0 相同。 IE1 ：外部中断 1 请求标志位。 IT1 ：外部中断 1 触发方式控制位。 IE0 ：外部中断 0 请求标志位。 IT0 ：外部中断 0 触发方式控制位。

5.4 定时器 / 计数器的工作方式

5.4.1 工作方式 0 （ M1 M0:00 ）

定时器 / 计数器工作在方式 0 时， 16 位计

数器只用了 13 位，即 THx 的高 8 位和 TLx 的

低 5 位，组成一个 13 位定时器 / 计数器。（ x

=0 或 1 ）

图 5-2 定时器／计数器方式 0 结构框图

振荡器 12

C/T=0C/T=1

TL1(5位)

TH1(8位)

TF1

控制

中断

A1GATE

INT1脚

0~4 0~7

T1脚

&

≥1

TR1B

5.4.2 工作方式 1 （ M1 M0:01 ）

定时器 / 计数器工作在方式 0 时， 16 位计数器，即 THx 作为高 8 位， TLx 作为低 8位。

图 5-3 定时器／计数器方式 1 结构框图

振荡器 12

C/T=0C/T=1

TL1(8位)

TH1(8位)

TF1

控制

中断

A1GATE

INT1脚

0~7 0~7

T1脚

&

≥1

TR1B

5.4.3 工作方式 2 （ M1 M0:10 ） 自动重装初值 8 位计数器。 TLx 作为 8 位计数器， THx 用作常数寄存器。 TLx 计数满产生溢出时，一方面置 1 溢出标志 TFx ；另一方面自动将 THx 中的内容送至 TLx ，使 8 位定时器 / 计数器从所装初值开始更新开始计数。

图 5-4 定时器／计数器方式 2 结构框图

振荡器 12

C/T=0C/T=1

TL1(8位)

TH1(8位)

TF1

控制

中断

1GATE

INT1

0~7

0 7

T1脚

&

≥1

TR1

重新装入

5.4.4 工作方式 3 （ M1 M0:11 ）将 16 位的计数器 T0 分为两个独立的 8 位计数器 TH0 和TL0 。定时器 T1 只能工作在方式 0 ～ 2 ，不需中断的场合。

图 5-5 定时器／计数器方式 3 结构框图

振荡器 12

C/T=0C/T=1

TL0(8位)

TF0

控制

中断

1GATE

INT0脚

T0脚

&

≥1

TR0

―fOSC112

TR1控制

TH0(8位)

TF1 中断―fOSC112

a

b

―fOSC1

12

5.5 定时器 / 计数器的精度

定时 : 对机器周期（即 12/ fosc ）计数。精度取决于输入脉冲的周期，因此当需要高分辨率的定时时，应尽量选用频率较高的晶振 (MCS-51最高为 12MHz) 。 如： fosc=12MHz 时，机器周期 1 微秒，计数脉冲周期间隔为 1 微秒，误差为 1 微秒。 fosc=6MHz 时，机器周期 2 微秒，计数脉冲周期间隔为 2 微秒，误差为 2 微秒。 注：在使用中断情况下，如果有其它中断服务正在执行，延迟取决于其它中断服务程序执行的时间。

计数：由于确认一次下跳变要花两个机器周期的时间，因此外部输入的计数脉冲的最高频率为振荡器频率的 1/24 。且高低电平至少保持一个机器周期 Tcy 。

Tcy: 一个机器周期

>TCY

>TCY

另外，在读取运行中的定时器／计数器时，需要加以注意，否则读取的计数值有可能出错。原因是不可能在同一时刻同时读取 THx 和 TLx 的内容。

一种解决读错问题的方法是：先读 (THx) ，后读 (TLx) ，再读 (THx) ，若两次读得的 (THx) 相同，则可确定读得的内容是正确的。

如下面的程序，读得的 (TH0) 和 (TL0) 分别放置在 R1和 R0 内。

RDTIME: MOV A ， TH0 ；读 (TH0) MOV R0 ， TL0 ；读 (TL0) CJNE A ， TH0 ， RDTIME ；比较两次读得的 (TH0) MOV R1 ， A RET

5.6 定时器 / 计数器的程序设计及应用

使用定时器 / 计数器时必须计算计数初值。假设 T 为定时时间，计数器位数为 n ，系统时钟频率为 fosc ，计数初值为 x ，则它

们满足下列关系式： T

122

osc

f

xn

212

fn oscx T 即

【例 5-1 】利用定时器 T0 产生 1ms 定时。由 P1.0 输出占空比为 1:1 的周期为 2ms 的方波信号。

（设时钟频率为 6MHZ ）。 1. 确定计数初值 由于时钟频率为 6MHZ ，所以，机器周期为 :

12/fosc=2µs

t= （ 221313-T0 初值） 机器周期当 t=1ms 时，（ 221313-T0 初值） 21010-6-6=1 1010-3-3

解得： T0 初值 =7692=1111000001100B

高 8 位 11110000B=0F0H赋给 TH0 ， 低 5 位 01100B=0CH赋给 TL0 。

2.设计程序

MOV TMOD , #00H ；设定 T0 的工作方式

SETB TR0 ； 启动 T0 工作

LOOP: MOV TH0 , #0F0H ； 给定时器 T0 送初值

MOV TL0 , #0CH LOOP1: JNB TF0 , $ ； $ 为当前指令指针地址 CLR TF0

CPL P1.0 SJMP LOOP

【例 5-2 】 用定时器 T0 产生 25HZ 的方波。由 P1.0输出此方波（设时钟频率为 12MHZ ）。

25HZ 的方波周期为 40ms ，可用定时器产生 20ms的定时，每隔 20ms改变一次 P1.0 的电平，即可得 25HZ 的方波。 1. 确定计数初值 由于时钟频率为 12MHZ ，所以，机器周期为 :12/fosc=1µs t= （ 21616-T0 初值） 机器周期当 t=20ms 时，（ 221616-T0 初值） 11010-6-6=20 1010-3-3

解得： T0 初值 =45536=0B1E0H 高 8 位 0B1H赋给 TH0 ， 低 8 位 0E0H赋给 TL0 。

2. 设计程序

MOV TMOD, #01H ；设定 T0 的工作方式1

SETB TR0 ； 启动 T0 工作LOOP: MOV TH0, #0B1H ；给定时器 T0 送初值 MOV TL0 , #0E0H LOOP1: JNB TF0, $ ； $ 为当前指令指针

地址 CLR TF0 CPL P1.0 SJMP LOOP

【例 5-3 】 用定时器 T1 产生 500us 的定时。由 P1.0输出周期为 1ms 的方波 ( 设时钟频率为 6MHZ) 。

1ms 的方波，可用定时器产生 500us 的定时，每隔500us改变一次 P1.0 的电平。

1. 确定计数初值 由于时钟频率为 6MHZ ，所以，机器周期为 :12/

fosc=2µs t= （ 288-T1 初值） 机器周期当 t= 500us 时，（ 288-T1 初值） 210-6-6=500 10-6-6

解得： T1 初值 =06H 06H赋给 TL1 ， 06H 同时赋给 TH1 。

2. 设计程序

MOV TMOD , #20H ；设定 T1 的工作方式 2 MOV TH1, #06H ； 给定时器 T1 送初值

MOV TL1, #06H SETB TR1 ； 启动 T1 工作LOOP: JNB TF1 , $ ； $ 为当前指令指针地址

CLR TF1 CPL P1.0 SJMP LOOP