这里是 单片微型计算机原理及接口技术 的第七章知识点
STC15单片机的定时/计数器
T0/T1结构
定时方法
软件定时：执行一个程序段。
完全占用CPU的时间，因而降低了CPU的利用率，适用于时间短的定时。
硬件定时：采用固定电路，如555定时器。
由纯硬件来完成，使用不够方便。
可编程定时/计数器：利用硬件电路控制定时，定时时间由软件确定，精确、灵活；还能对外部事件计数。
IAP15W4K58单片机的定时/计数器
- 有5个可编程的16位定时/计数器：T0、T1、T2、T3和T4。它们都具有计数和定时两种工作模式。
- 定时/计数器的核心部件是加法计数器，对脉冲进行加1计数。
- 计数脉冲来自系统时钟，为定时模式，定时时间=脉冲周期X脉冲个数。SFR中的Tix12位决定脉冲频率=系统时钟还是=系统时钟/12。
计数脉冲来自外部引脚（T0为P3.4，T1为P3.5，T2为P3.1，T3为P0.5，T4为P0.7），为计数模式，外部脉冲负跳变时，计数值加1。
T0有4种工作方式：
方式0，16位自动重载方式；
方式1，16位不可重载方式；
方式2，8位自动重载方式；
方式3，不可屏蔽中断的16位自动重载方式。定时/计数器T1有3种工作方式，与T0的方式0、1、2相同。
- 定时/计数器T2、T3、T4都只有16位自动重载方式。
- T0、T1、T2、T3和T4既可以当作定时器使用，也可以当作波特率发生器和可编程时钟输出。
- 作为波特率发生器和可编程时钟输出时，只能采用自动重载工作方式。
STC15单片机T0/T1的结构
- TH0、TL0是T0的计数寄存器。TH1、TL1是T1的计数寄存器。
- TMOD选择T0/T1的工作模式和工作方式。
- TCON控制启动和停止计数，同时包含了T0、T1的溢出状态。
- AUXR：设置定时计数脉冲的分频系数。
- INT_CLKO：控制是否允许输出可编程时钟信号。
TMOD
选择定时/计数器的工作模式和工作方式，字节地址为89H
（1）GATE：门控位。
- GATE = 0，TRx=1即可启动定时/计数器运行。
- GATE = 1，TRx=1，且INT0（或 INT1）=1，才可启动定时/计数器运行。
（2）C/T：计数器模式和定时器模式选择位 - C/T = 0，定时器工作模式，对系统时钟/12或系统时钟脉冲进行计数。
- C/T = 1，计数器工作模式，对外部输入引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脉冲计数。
（3）M1、M0：工作方式选择位
| M1 | M0 | 工作方式 | 功能说明 |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 方式0 | 16位自动重装初值，溢出时将初值自动装入TH和TL |
| 0 | 1 | 方式1 | 16位不可重装载 |
| 1 | 0 | 方式2 | 8位自动重装载初值，溢出时将TH中的初值自动装入TL |
| 1 | 1 | 方式3 | 不可屏蔽中断的16位自动重装初值（T1无效） |
TCON
控制T0、T1的启动和停止，记录T0、T1的溢出状态
字节地址为88H，可位寻址，位地址为88H～8FH。
（1）TF1、TF0：计数溢出标志位。
- 计数器计满溢出时，由硬件置TFi=1。
- 可作为状态位供CPU查询，查询结束，应用软件及时将该位清0。
- 可作为中断请求标志，进入中断服务程序后由硬件自动清0。
（2）TR1、TR0：计数运行控制位。 - 由软件置1或清0。
- GATE=0时，TRi =1，启动Ti工作；TRi =0，停止Ti工作。
- GATE=1时，TRi =1，且INTi=1，才可启动Ti工作。
AUXR
设定T0、T1的计数脉冲的分频系数，字节地址为8EH
STC15单片机是1T的8051单片机，机器周期=1个时钟周期。
为兼容传统8051，可通过AUXR设置为1T或传统的12T。
Tix12 = 0，Ti是传统8051速度，定时计数脉冲为系统时钟的12分频；
Tix12 = 1，Ti的速度是传统8051的12倍，定时计数脉冲为系统时钟。
INT_CLKO
控制是否输出可编程时钟信号，字节地址为8FH
（1）T0CLKO：是否允许P3.5配置为T0的时钟输出T0CLKO。
- T0CLKO=0， 不允许P3.5配置为T0的时钟输出；
- T0CLKO=1，将P3.5配置为T0的时钟输出T0CLKO。
（2）T1CLKO：是否允许P3.4配置为T1的时钟输出T1CLKO。 - T1CLKO=0， 不允许P3.4配置为T1的时钟输出；
- T1CLKO=1，将P3.4配置为T1的时钟输出T1CLKO。
T0CLKO(P3.5)、T1CLKO(P3.4)的输出时钟频率分别由T0、T1控制。
T0/T1工作方式
T0有4种工作方式，T1除方式3无效外，其余3种工作方式与T0完全相同。
方式0
可自动重载的16位定时/计数器
TMOD中的GATE=0时，仅由TR0控制T0的运行；
GATE=1时，只有当INT0=1且TR0=1，T0才启动运行。
利用INT0的控制可实现脉宽测量。
C/T位控制的电子开关决定了定时/计数器的两种工作模式。
（1） C/T=0，开关连接到系统时钟的分频输出，T0为定时器模式。有2种计数速率：
T0x12=0，12T模式，每12个系统时钟计数值加1；
T0x12=1，1T模式，每个系统时钟计数值加1。
（2） C/T=1，开关连接到外部脉冲输入端P3.4，T0为计数器模式。
当P3.4的外部输入脉冲发生负跳变时，计数值加1。
- 2个隐藏的寄存器RL_TH0和RL_TL0分别和TH0、TL0共有同一个地址。
- 写入TH0、TL0的计数初值会同时写入RL_TH0和RL_TL0中。
- 当读取计数值时，读取的是TH0和TL0中的当前计数值。
- 计数溢出时，硬件置TF0=1，并且将RL_TH0和RL_TL0中的初值重新载入TH0和TL0中，自动启动下一轮计数。
INT_CLK0中的T0CLKO=1时，P3.5管脚为T0的时钟输出T0CLKO。
输出时钟频率=T0溢出率/2。
定时时间=($2^{16}$-[TH0，TL0])×计数脉冲周期×$12^{(1-12T0)}$；
溢出率= $f_{计数脉冲}$/($2^{16}$-[ TH0，TL0]) /$12^{(1-T0x12)}$；
T0CLKO的输出时钟频率= $f_{计数脉冲}$/($2^{16}$-[ TH0，TL0]) /$12^{(1-12T0)}$/2。
计数脉冲可以来自系统时钟，也可以由T0(P3.4)输入的外部脉冲提供。
方式1
不可重装初值的16位定时/计数器
方式2
可重装初值的8位定时/计数器
TL0是8位计数器，而TH0是一个数据缓冲器，存放8位计数初值。
TL0计数溢出时，置TF0=1同时，自动将TH0中的初值送至TL0，使TL0从初值开始重新计数。
INT_CLK0中的T0CLKO=1时，P3.5管脚为T0的时钟输出T0CLKO。输出时钟频率=T0溢出率/2。
定时时间=($2^8$-[TH0])×计数脉冲周期×$12(1-12T0)$；
溢出率= $f_{计数脉冲}$/($2^8$-[ TH0]) /$12^{(1-12T0)}$；
T0CLKO的输出时钟频率= $f_{计数脉冲}$/($2^8$-[ TH0]) /$12^{(1-12T0)}$/2。
计数脉冲可以来自系统时钟，也可以由T0(P3.4)输入的外部脉冲提供。
方式3
不可屏蔽的可重装初值的16位定时/计数器
只需ET0=1就可打开T0的中断，与总中断允许位EA无关，即不受EA屏蔽。
T1在方式3无效，其余3种工作方式的电路结构与T0完全相同。
由于方式0是16位的可自动重装初值的定时/计数器，
方式1不可自动重装初值，故不推荐使用；
方式2实现的功能完全可以由方式0取代；
方式0、方式2常用作串口通信的波特率发生器。
T0/T1定时应用
定时/计数器的初始化任务：
- 设置TMOD，确定工作模式和工作方式；
- 设置AUXR中对应的分频系数；
- 计算计数初值，高8位写入THi，低8位写入TLi。
- 对于方式2，初值既要写入THi，也要写入TLi；
- 采用定时中断时，设置中断允许和中断优先级；
- 置位TCON中的Tri，启动定时或计数。
【例1】假设系统时钟频率为12MHz，在P1.0引脚上输出周期为2s的方波。
系统时钟频率=12 MHz，分频系数为12，则定时脉冲周期=1us。
T1工作于方式0定时，最大定时时间=$2^{16}$×定时脉冲周期=65.536ms，
需要采用多次定时累计的方法实现1s的定时时间。
1s的定时=定时50ms×累计20次。
（1）计算计数初值X
有50ms=($2^{16}$-X)×1us，初值X=15536，T1的初值TH1=3CH，TL1=B0H。
（2）对计数溢出采用查询式处理
程序设计：
MOV R2, #20 ；定时次数，每次50ms
MOV TMOD, #00H ；T1方式0定时
MOV TH1, #3CH ；50ms定时初值
MOV TL1, #0B0H
SETB TR1 ；启动定时
Check_TF1: JBC TF1, T1_Over ；查询到溢出，则跳转
SJMP Check_TF1
T1_Over: DJNZ R2, Check_TF1
MOV R2, #20
CPL P1.0 ；1s时间到，P1.0翻转
SJMP Check_TF1
对计数溢出采用中断式处理：
主程序设计包括定时器初始化和中断系统初始化。
———对寄存器IP、IE、TCON、TMOD和AUXR的相应位进行正确的设置，并将计数初值送入定时器中。
1s = 50ms*20次
| 主程序任务： 允许T1中断 启动T1定时 中断总允许 设置T1优先级 设置T1方式字 设置T1定时50ms初值 启动T1 | 中断服务子程序任务： 记录定时中断次数 P1.0翻转 返回主程序 |
- 单片机复位时，从程序入口0000H跳向主程序MAIN处执行
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 001BH ；T1中断向量
AJMP T1_ISR
ORG 0100H ;主程序起始地址
MAIN: MOV R2, #14H ；定时次数，每次50ms
MOV TMOD, #00H ；T1方式0定时
MOV TH1, #3CH ；50ms定时初值
MOV TL1, #0B0H
- 主程序初始化完成后，执行“SJMP $”指令，循环等待。
- 响应T1中断时，跳向T1中断入口001BH，再跳向T1_ISR处执行T1的中断服务子程序。
- 执行完”RETI”后，返回断点处继续执行”SJMP $”。
- 当下一次T1的50ms定时中断发生，再跳向T1中断入口001BH ， … 。
SETB ET1 ；T1中断允许
SETB EA ；中断总允许
SETB PT1 ；T1高优先级
SETB TR1 ；启动定时
SJMP $ ；等待T1 50ms时间到，溢出中断
T1_ISR: DJNZ R2, EXIT ; 1s未到，退出中断
MOV R2, #14H
CPL P1.0 ；1s时间到，P1.0翻转
EXIT: RETI
END
【例2】假设系统时钟频率采用12MHz，要求在P3.4引脚上输出51.2KHz的时钟信号。假设单片机为1T模式。
利用P3.4是定时/计数器T1的可编程时钟输出端口，编程中需允许T1输出时钟，并设置T1为自动重载方式。
根据输出时钟频率=T1溢出率/2，
计算溢出率=102.4KHz。
再由溢出率= $f_{SYS}$/($2^8$-初值) /$12^{(1-12T1)}$，
计算初值=8BH。
汇编参考程序如下：
ANL TMOD, #0FH
ORL TMOD, #20H ；T1方式2定时
ORL AUXR, #40H ；T1x12=1
MOV TH1, #8BH
MOV TL1, #8BH
ORL INT_CLKO, #02H ；T1CLKO=1
SETB TR1
T0/T1计数应用
【例3】系统时钟为6MHz，当T0（P3.4）引脚上发生负跳变时，作为P1.0引脚产生方波的启动信号。开始从P1.0脚上输出一个周期为1ms的方波。
T0设为方式1计数，只计1，初值为FFFFH。
当T0计数输入端(P3.4)↓时，T0计数器加1且溢出，置TF0=1，向CPU发中断请求。进入T0中断程序后，启动T1。
T1定义为方式2定时，定时500µs。
T1每500µs产生一次中断，在中断服务子程序中对P1.0求反，使P1.0产生周期1ms的方波。
计算T1的初值x：
汇编参考程序：
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 000BH ；T0中断向量
LJMP T0_ISR
ORG 001BH ；T1中断向量
CPL P1.0
RETI
ORG 0100H
MAIN: MOV TMOD, #25H ；设T0为方式1计数，T1为方式2定时
MOV TH0, #0FFH ；T0初值FFFFH
MOV TL0, #0FFH
SETB ET0
MOV TH1, #06H ；T1初值06H
MOV TL1, #06H
SETB EA
SETB TR0 ；启动T0
AJMP $
T0_ISR: CLR TR0 ；T0停止计数
SETB ET1
SETB TR1 ；启动T1
RETI
END
T0/T1的门控位GATE的应用
利用门控制位GATEx，可用来测量INTi（INT0为P3.2，INT1为P3.3）引脚上正脉冲的宽度。
【例4】门控位GATE1可使T1的计数启动受 INT1的控制，当GATE1=1，TR1=1，只有INT1=1时，T1才被允许计数。可测量INT1(P3.3)上正脉冲的宽度。
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 0100H
MAIN: MOV TMOD, #80H ；T1为方式0定时，GATE1=1
MOV TH1, #0
MOV TL1, #0
LOOP1: JB P3.3, LOOP1 ；等待P3.3=0，前一轮结束
SETB TR1
LOOP2: JNB P3.3, LOOP2 ；当P3.3=1时，才启动T1定时
LOOP3: JB P3.3, LOOP3
CLR TR1 ；当P3.3=0时，停止T1定时
MOV R0, TL1
MOV R1, TH1 ；读取T1的计数值至R1，R0
END
T0/T1综合应用
【例5】用定时器实现可变占空比矩形波输出，驱动LED7(P1.7)发光，达到呼吸灯的效果。矩形波的周期为5ms。
用2个定时器实现：
T0定时tms，中断方式运行，控制矩形波的低电平宽度；
T1定时5ms-t，中断方式运行，控制矩形波的高电平宽度。
每10ms（2个矩形波）改变一次占空比，占空比改变101次后一次呼吸过
程结束，循环重复。
T0和T1交替运行，T0定时结束时开启T1，T1定时结束时开启T0。
1 | //为减少在改变定时器初值时的计算任务，将101个初值存储一个表格。 |
【例6】利用单片机定时/计数器设计一个简易频率计，采用数码管显示，利用开关控制频率计的启动、停止。
查询开关P3.2控制启、停。T0实现1s定时中断，T1计数。定时到，读取T1数值即为频率。
1s = 50ms*20次
汇编参考程序（数码管部分省略）：
1 |
|
T2/T3/T4
T2、T3、T4都只有16位自动重载工作方式。它们既可作定时/计数器用，也可用作可编程时钟输出和串行通信的串口波特率发生器。
TiH、TiL是Ti的计数寄存器，分别和初值寄存器RL_THi和RL_TLi共有同一个地址。
计数初值写入TiH、TiL的同时也写入RL_THi和RL_TLi中。
计数溢出时，通过RL_THi和RL_TLi将初值重载入TiH和TiL，自动启动下一轮计数。
当读取计数值时，读取的是TiH和TiL中的当前计数值。
AUXR
用作定时/计数器T2的控制位。
T2R控制T2的启动/停止。
当T2R=1，启动T2开始定时/计数；当T2R =0时，则T2停止定时/计数。
T2_C/T控制的电子开关决定了T2的两种工作模式。
（1） T2_C/T=0，开关连接到系统时钟的分频输出，T2为定时器模式。
T2x12=0，对系统时钟/12的脉冲计数。T2x12=1，对系统时钟脉冲计数。
（2） T2_C/T=1，开关连接到外部脉冲输入P3.1，T2为计数器模式。
引脚上的外部输入脉冲发生负跳变时1。
T4T3M
用作T3和T4的控制，字节地址为D1H
T3R控制T3的启动/停止。
T3R=1，启动T3开始定时/计数；T3R =0时，则T3停止定时/计数。
T3_C/T控制T3的两种工作模式。
（1） T3_C/T=0， T3为定时器工作模式。
T3x12=0，对系统时钟/12的脉冲计数。T23x12=1，对系统时钟脉冲计数。
（2） T3_C/T=1， T3为计数器工作模式。
P0.5引脚上的外部输入脉冲发生负跳变时，计数值加1。
T4R控制T4的启动/停止。
当T4R=1，启动T4开始定时/计数，当T4R =0时，则T4停止定时/计数。
T4_C/T控制T4的两种工作模式。
（1） T4_C/T=0， T4为定时器工作模式。
T4x12=0，对系统时钟/12的脉冲计数。T4x12=1，对系统时钟脉冲计数。
（2） T4_C/T=1， T4为计数器工作模式。
当P0.7引脚上的外部输入脉冲发生负跳变时，计数值加1。
T2、T3、T4都不受门控信号GATE的控制，它们的计数溢出标志都对用户不可见。
IE2
控制T2、T3、T4的中断允许，字节地址为AFH
ETi=1，允许Ti溢出中断；ETi =0，禁止Ti溢出中断。
T2、T3、T4的中断优先级都固定为低级。
INT_CLKO
用于可编程时钟输出T2CLKO的控制，字节地址为8FH
T2CLKO：是否允许P3.0配置为定时/计数器T2的时钟输出T2CLKO。
T2CLKO=0， 不允许P3.0配置为定时/计数器T2的时钟输出；
T2CLKO=0，将P3.0配置为定时/计数器T2的时钟输出T2CLKO。
T4T3M
用于可编程时钟输出的控制，字节地址为8FH
（1）T3CLKO：是否允许P0.4配置为定时/计数器T3的时钟输出T3CLKO。
T3CLKO=0， 不允许P0.4配置为定时/计数器T3的时钟输出；
T3CLKO=0，将P0.4配置为定时/计数器T3的时钟输出T3CLKO。
（2）T4CLKO：是否允许P0.6配置为定时/计数器T4的时钟输出T4CLKO。
T4CLKO=0， 不允许P0.6配置为定时/计数器T4的时钟输出；
T4CLKO=0，将P0.6配置为定时/计数器T4的时钟输出T4CLKO。
T2CLKO（P3.0）的输出时钟频率由定时/计数器T2控制；
T3CLKO（P0.4）的输出时钟频率由定时/计数器T3控制；
T4CLKO（P0.6）的输出时钟频率由定时/计数器T4控制。
时钟输出信号的频率为定时/计数器溢出率的二分之一。
定时时间=$(2^{16}-[TiH，TiL])×计数脉冲周期×12^{(1-Tix12)}$；
Ti溢出率= $f_{计数脉冲}/(2^{16}-[ TiH，TiL]) /12^{(1-Tix12)}$；
TiCLKO的输出时钟频率= $f_{计数脉冲}/(2^{16}-[ TiH，TiL]) /12^{(1-Tix12)}/2$。