C51單片機(jī)定時(shí)器介紹

C51中的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器是同一個(gè)硬件電路支持的，通過寄存器配置不同，就可以將他當(dāng)做定時(shí)器或者計(jì)數(shù)器使用。

確切的說，定時(shí)器和計(jì)數(shù)器區(qū)別是致使他們背后的計(jì)數(shù)存儲(chǔ)器加1的信號(hào)不同。當(dāng)配置為定時(shí)器使用時(shí)，每經(jīng)過1個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)存儲(chǔ)器的值就加1。而當(dāng)配置為計(jì)數(shù)器時(shí)，每來一個(gè)負(fù)跳變信號(hào)(信號(hào)從P3.4 或者P3.5引腳輸入)，就加1，以此達(dá)到計(jì)數(shù)的目的。

標(biāo)準(zhǔn)C51有2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：T0和T1。他們的使用方法一致。C52相比C51多了一個(gè)T2。

定時(shí)器的本質(zhì)原理就是：每經(jīng)過1個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)存儲(chǔ)器的值就加1。因此當(dāng)使用定時(shí)器時(shí)，就必須掌握時(shí)鐘周期和機(jī)器周期的關(guān)系。

時(shí)鐘周期 ：晶振頻率的倒數(shù)。如果使用的是11.0592M的晶振，那么就是 1 / (11.0592x10^6) 秒   

注：1MHz = 10^6Hz

機(jī)器周期 ：標(biāo)準(zhǔn)51下，機(jī)器周期 =12倍的時(shí)鐘周期。即：12 / (11.0592x10^6) 秒 。有的增強(qiáng)51單片機(jī)，1個(gè)機(jī)器周期等于4倍的時(shí)鐘周期，還有的更短。

計(jì)數(shù)存儲(chǔ)寄存器THx&TLx

定時(shí)器和計(jì)數(shù)器工作，都依賴于 計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)則是由計(jì)數(shù)存儲(chǔ)器THx和TLx這2個(gè)8位寄存器完成的。

對(duì)于計(jì)數(shù)器，每來一個(gè)負(fù)跳變信號(hào)(信號(hào)從P3.4 或者P3.5引腳輸入)，就加1，以此達(dá)到計(jì)數(shù)的目的。

對(duì)于定時(shí)器，每隔1個(gè)機(jī)器周期 加 1，假如（只是假如）一個(gè)機(jī)器周期為 1ms ， 當(dāng)加到1000次時(shí)，我們就認(rèn)為經(jīng)過了1s，這就是定時(shí)器定時(shí)依據(jù)。

T0和T1都擁有一對(duì)8bit計(jì)數(shù)存儲(chǔ)寄存器。他們的復(fù)位值都是0。

T0 對(duì)應(yīng)：TH0 ,TL0

T1 對(duì)應(yīng) : TH1 , TL1

sfr TL0 = 0x8A; // TL中的L是LOW的意思，代表低位，同理H代表HIGH高位。2個(gè)8位組合起來就形成了一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器。當(dāng)然也可以配置為僅僅當(dāng)做8bit計(jì)數(shù)存儲(chǔ)器用。

sfr TL1 = 0x8B;

sfr TH0 = 0x8C;

sfr TH1 = 0x8D;

當(dāng)計(jì)數(shù)器加滿后，再加1，就溢出了，溢出后自動(dòng)歸0。且溢出時(shí)，溢出標(biāo)識(shí)位TFx 就會(huì)自動(dòng)變?yōu)?（T0的溢出標(biāo)志位TF0，T1的溢出標(biāo)志位TF1）。如果啟用了對(duì)應(yīng)的中斷，單片機(jī)會(huì)調(diào)用中斷處理函數(shù)。

若TH0 和 TL0 以 16位 模式工作，那它的計(jì)數(shù)范圍為   [0 , 65535 ]  ,  也就是累加 65536次發(fā)生溢出。 每累加一次是  12 / (11.0592x10^6) 秒。

那么從 0 累加到溢出 歷時(shí)  ≈ 0.071s = 71ms 。

可以延時(shí) 10的整數(shù)倍ms，這樣就避免了誤差，以便用倍數(shù)控制更長(zhǎng)的延時(shí)時(shí)間。所以，我么要給 TH0 和  TL0賦一個(gè)初始值，使他們的溢出周期（TH0，TL0從初始值到溢出所用的時(shí)間）減少到 10ms。

就像一個(gè)瓶子，開始裝了2/3，再來就只能裝1/3就溢出了。通過比例式計(jì)算：

12 / (11.0592x10^6) s       -----     1   次

10x 10-3   s                        ------          x  次         （求出 x = 9216次 ，計(jì)數(shù)9216次后溢出）

65536 - 9216 = 56320  =  二進(jìn)制（ 11011100   00000000）

也就是  TH0 = 11011100 ， TL0 = 00000000

工作模式寄存器TMOD

通過TMOD來配置T0和T1的工作模式。

注意，TMOD寄存器不可位尋址（例如sbit led = P0^0 就是P0寄存器位尋址的例子），因此對(duì)它的配置需要對(duì)這個(gè)8bit寄存器整體賦值。

注：51中有些特殊功能寄存器不支持位尋址。只有寄存器的地址值能夠被8整除的（即以數(shù)字0或者8結(jié)尾的地址，如0xA8, 0xD0），才能支持位尋址。不支持位尋址的，只能整體賦值。

小技巧：在對(duì)寄存器整體賦值時(shí)，要注意只修改我們想修改的位而不影響其它無關(guān)位的值，避免影響了之前對(duì)這個(gè)寄存器的配置。

TMOD |= 0x01;   //僅僅修改TMOD的最低位，其他位保持不變。

C/T：計(jì)數(shù)器，定時(shí)器功能選擇位。 1為計(jì)數(shù)器模式， 0 為定時(shí)器模式。

M0和M1：

GATE：門控位。

解釋說明：

②處 C/T = 0 表示為定時(shí)器模式，觸發(fā)信號(hào)為①處的單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)。（若②處CT = 1，則觸發(fā)信號(hào)為Tn腳）

③處表明，信號(hào)能觸發(fā)使加法計(jì)數(shù)器加1，還得受④處控制。不然時(shí)鐘信號(hào)是不能讓加法計(jì)數(shù)器累加的。 ④處這個(gè)是與門，所以TRx（TR0和TR1）必須為1，表明我們要開啟定時(shí)器。同時(shí)當(dāng)，GATE為0，通過非門后為1，再通過或門，也是1，那么就讓③處控制起來了。若GATE為1，那么，定時(shí)器的啟動(dòng)停止受 TRx和 INTx 共同控制。 INTx腳為1且TRx為1才能啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。

于是在一般情況下使用定時(shí)器，我們需要如下配置：

TRx    為  1

GATE  為 0

INTx   任意

控制寄存器TCON

控制寄存器就是用來控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 啟動(dòng)和停止的，以及溢出標(biāo)志位的查詢和修改。TFx是計(jì)數(shù)存儲(chǔ)器溢出標(biāo)志位，只要一溢出，就馬上置為1。

TF1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的溢出標(biāo)志位。1表示計(jì)數(shù)存儲(chǔ)器溢出，0表示計(jì)數(shù)存儲(chǔ)器正常計(jì)數(shù)。

        清0方式：①通過代碼修改TF1為0

                       ②當(dāng)通過中斷機(jī)制來使用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1時(shí)，進(jìn)入中斷處理函數(shù)后自動(dòng)歸0

TR1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的啟動(dòng)和停止位。1表示啟動(dòng)，0表示停止。

TF0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的溢出標(biāo)志位。1表示計(jì)數(shù)存儲(chǔ)器溢出，0表示計(jì)數(shù)存儲(chǔ)器正常計(jì)數(shù)。

        清0方式：①通過代碼修改TF0為0

                       ②當(dāng)通過中斷機(jī)制來使用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0時(shí)，進(jìn)入中斷處理函數(shù)后自動(dòng)歸0

TR0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的啟動(dòng)和停止位。1表示啟動(dòng)，0表示停止。

低4位與外部中斷INT0和INT1有關(guān)，與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器無關(guān)。這里不做介紹。

程序1：P0_0連接驅(qū)動(dòng)的LED小燈，用T0作為16位定時(shí)器，完成間隔為1s 的 blink程序。

#include<REGX51.H>

#include"binary.h"

#include"int51.h"

/******************************/

void timer0_init(void);

void timer0_delay(uint16_t dly);

// P0_0驅(qū)動(dòng)LED小燈

#define LEDpin P0_0

void main(void)

{

    LEDpin = 0;

    timer0_init();

    TR0 = 1;

    for(;;)

    {

       LEDpin = 1;

       timer0_delay(1000);         //延時(shí)1000ms

       LEDpin = 0;

       timer0_delay(1000);        //延時(shí)1000ms

    }

}

/*************************

T0作為定時(shí)器的初始化

**************************/

void timer0_init(void)

{

    TMOD |= B0000_0001;        //定時(shí)器0,16位存儲(chǔ)計(jì)數(shù)器模式

    TH0 = B1101_1100;       //TH0 TL0 形成數(shù)是 56320  。這樣,一次溢出代表經(jīng)過10ms     

    TL0 = B0000_0000;

}

/**********************

參數(shù):

    dly,延時(shí)的毫秒數(shù)，只能是10的整數(shù)倍

***********************/

void timer0_delay(uint16_t dly)

{

     while(dly)

    {   

        if(TF0){

             TF0 = 0;

             TH0 = B1101_1100;  

             TL0 = B0000_0000;

             dly -= 10;             //溢出一次代表10ms

        }

    }

}

程序2：通過T0定時(shí)器的8位重裝模式，使得P0_0輸出PWM信號(hào)，LED為呼吸燈效果。

#include<REGX51.H>

#include"binary.h"

#include"int51.h"

/******************************/

void timer0_init(void);

void timer0_delay(uint16_t dly);

void pwm_duty(uint16_t d);

// P0_0驅(qū)動(dòng)LED小燈

#define LEDpin P0_0

void main(void)

{   

    uint16_t i;

    LEDpin = 0;

    timer0_init();

    TR0 = 1;

    for(;;)

    {

       for(i=0;i<=500;++i)

           pwm_duty(i);

       for(i=500;i>0;--i)

           pwm_duty(i);

    }

}

/*************************

T0作為定時(shí)器的初始化

**************************/

void timer0_init(void)

{

    TMOD |= B0000_0010;      //定時(shí)器0,8位重裝模式

    TH0 = 250;           //一次溢出代表經(jīng)過6.51us     

    TL0 = 250;

}

/**********************

一次溢出代表經(jīng)過6.51us

參數(shù) c乘以6.51us 就是這個(gè)函數(shù)延時(shí)的時(shí)間   

***********************/

void timer0_delay(uint16_t c)

{

    while(c)

    {   

        if(TF0){

             TF0 = 0;   //因?yàn)槭亲詣?dòng)重裝，因此不用給計(jì)數(shù)存儲(chǔ)器賦值。

             --c;            

        }

    }

}

/*************

參數(shù)d 的范圍是[0,500]。d / 500 即為 pwm輸出的占空比，控制LED燈的暗亮程度

**************/

void pwm_duty(uint16_t d)

{

    LEDpin = 1;

    timer0_delay(d);

    LEDpin = 0;

    timer0_delay(500-d);

}

注：如果需要精確的延時(shí)，使用8位自動(dòng)重裝模式最好，因?yàn)橛布�裝值（賦值給TH0）比軟件裝值快。但8位自動(dòng)重裝模式不宜做單次長(zhǎng)時(shí)間延遲。畢竟溢出周期短。長(zhǎng)時(shí)間延遲需要多個(gè)溢出周期，也挺消耗資源的。

盡量讓溢出周期 越長(zhǎng)越好。溢出周期為10ms 的優(yōu)于 1ms 的。因?yàn)椋�在同樣的延時(shí)時(shí)間下，如100ms，溢出周期為10ms 的 只需要溢出10次，為TH0 和 TL0重新賦值10次，而溢出周期為1ms的要溢出100次，為TH0 和 TL0重新賦值100次。減少溢出次數(shù)和賦值次數(shù)，可以減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，提高定時(shí)的準(zhǔn)確性。