51單片機定時/計數器原理及結構（T0和T1）

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定時/計數器結構（T0和T1）

16位寄存器T0、T1分別由TH0、TL0和TH1、TL1四個8位計數器組成

• 定時器的區別：
  • T0可分成2個獨立的8位定時器，而定時器1則不能；
  • T1可作為串口的波特率發生器，而定時器0則不能。
• 工作原理
  • 用途：定時器和計數器
  • 核心：加1計數器
  • 原理：每來一個脈衝則加1計數器加1，當加到全1時再來一個脈衝使加1計數器歸零，同時加1計數器的溢出使TCON寄存器中的TF0（或TF1）置1，向CPU發出中斷請求
  • 脈衝來源：
    • 定時器：脈衝來源是由系統的時鐘晶振器輸出脈衝源提供
    • 計數器：脈衝來源是由T0或T1引腳（P3.4或P3.5）輸入的外部脈衝源提供

  註：T0或T1都不能同時既做定時器也做計數器

  補充：

  • 計數器工作原理：

    用作計數器時，對T0或T1引腳的外部脈衝計數，如果前一個機器周期採樣值為1，後一個機器周期採樣值為0 ，則說明有一個脈衝，計數器加1。

    在每個機器周期的S5P2期間採樣引腳輸入電平。新的計數初值於下一個機器周期的S3P1期間裝入計數器。

    此種方式需要兩個機器周期來檢測一個1->0負跳變信號，因此最高的計數頻率為時鐘頻率的1/24。

  • S5P2：

    S5P2指的是第5個時鐘周期的相位2。

    晶體振蕩器的振蕩信號從XTAL2端輸入到片內的時鐘發生器上，時鐘發生器是一個二分頻觸發器電路，它將振蕩器的信號頻率除以2，向CPU提供了兩相時鐘信號P1和P2。時鐘信號的周期稱為機器狀態時間S，它是振蕩周期的2倍。在每個時鐘周期（即機器狀態時間S）的前半周期，相位1（即P1信號）有效，在每個時鐘周期的後半周期，相位2（即P2信號）有效。

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使用的寄存器

• TCON控制寄存器：啟動和停止定時/計數器的計數，並控制定時器的工作狀態，不能按位定址

  

     

• TMOD方式寄存器：設置定時器的工作方式，選擇定時或計數的功能，可以按位定址。（和中斷共用寄存器，高四位為定時計數器使用，低四位為中斷使用）

  

  

  註：GATE邏輯結構此處略過，詳見書P100

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工作方式：

• 方式0
  • 計算公式：

    

    

    

  • 最大計數：8192個機器周期
  • 工作原理：

    13位計數器，使用TL0的低5位和TH0的高8位組成，TL0的低5位溢出時向TH0進位。TH0溢出時發出中斷請求。

    

• 方式1
  • 計算公式：

    

    

    

  • 最大計數：65536個機器周期
  • 工作原理：

    16位計數器，TL0作為低8位，TH0作為高8位

    

• 方式2：自動重裝初值的8位計數方式
  • 計算公式：

    p.s.晶振頻率必須選擇12的整數倍，因為定時器的頻率是晶振頻率的1/12。

    

    

    

  • 最大計數：256個機器周期
  • 優點：

    適合做比較精準的脈衝信號發生器

  • 缺點：

    

  • 工作原理：

    計數器溢出後，計數器自動將上次設置的初值重裝。

       

    

• 方式3：p.s.只能用於定時/計數器T0，T0工作在方式3時，T1不要使用在有中斷的場合。通常該種情況下T1用作串口波特率發生器
  • 工作原理：

    將T0分成兩個獨立的8位定時/計數器TL0和TH0。

    TL0為正常的8位定時/計數器，計數器溢出後置位TF0，申請中斷，之後重裝初值。

    TH0也是8位定時/計數器，但由於TL0占用了TF0和TR0，因此TH0占用定時器TF1和TR1（所以T1不能用）

    

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時鐘周期/機器周期計算：

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定時/計數器初始化

• 對TMOD賦值，確定T0和T1的工作方式
• 計算初值，並將其寫入TH.x和TL.x
• 使用中斷方式時對IE寄存器賦值開發中斷
• 使TR0或TR1置位，啟動定時/計數器