單片機(jī)定時器/計(jì)數(shù)器基本原理

目前常用的單片機(jī)中往往都配備了定時器/計(jì)數(shù)器。在AT89S52芯片內(nèi)包含有三個16位的定時器/計(jì)數(shù)器：T0、T1和T2，其核心是加1計(jì)數(shù)器。我們主要要求掌握T0和T1的結(jié)構(gòu)和功能。學(xué)習(xí)中要注意從電路結(jié)構(gòu)上來理解功能的實(shí)現(xiàn)。定時器/計(jì)數(shù)器方式寄存器TMOD和定時器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON是用以設(shè)定定時器/計(jì)數(shù)器的工作方式、定時或計(jì)數(shù)功能，控制啟動或停止以及產(chǎn)生溢出中斷的重要模塊，應(yīng)該對這兩個寄存器中的逐位的定義和功能進(jìn)行學(xué)習(xí)和掌握。

一、定時器/計(jì)數(shù)器的功能

AT89S52單片機(jī)定時器/計(jì)數(shù)器的基本部件是兩個8位的計(jì)數(shù)器(T1計(jì)數(shù)器分為高8位TH1和低8位TL1，T0計(jì)數(shù)器的高8位是TH0，低8位是TL0)。如圖1所示。

定時器/計(jì)數(shù)器的核心是一個加1計(jì)數(shù)器，在作定時器使用時，它對機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，每過一個機(jī)器周期計(jì)數(shù)器加1，直到計(jì)數(shù)器計(jì)滿溢出。

當(dāng)它用作對外部事件計(jì)數(shù)時，計(jì)數(shù)器接相應(yīng)的外部輸入引腳T0(P3.4)或T1(P3.5)并在每個機(jī)器周期的S5P2時采樣，當(dāng)采樣到1—0的負(fù)跳變時，計(jì)數(shù)器加1。

二、定時器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)

AT89S52單片機(jī)內(nèi)部的定時/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。定時器T0由特殊功能寄存器TL0(低8位)和TH0(高8位)構(gòu)成，定時器T1由特殊功能寄存器TL1(低8位)和TH1(高8位)構(gòu)成。每個寄存器均可單獨(dú)訪問。

圖2 定時器/計(jì)數(shù)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

一、定時/計(jì)數(shù)的基本概念

定時和計(jì)數(shù)是日常生活和生產(chǎn)中最常見和最普遍的問題。

定時器和計(jì)數(shù)器功能基本上都是使用相同的邏輯實(shí)現(xiàn)的，而且這兩個功能都包含輸入的計(jì)數(shù)信號，本質(zhì)上都是對脈沖計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器用來計(jì)數(shù)并指示在任意間隔內(nèi)輸入信號(事件)的個數(shù)，而定時器則對規(guī)定間隔內(nèi)輸入的信號個數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，用來指示經(jīng)歷的時間。

在單片機(jī)中，定時/計(jì)數(shù)器作定時功能用時，對機(jī)器周期計(jì)數(shù)(由單片機(jī)的晶體振蕩器經(jīng)過12分頻后得到)，因每次計(jì)數(shù)的周期是固定的，所以根據(jù)它計(jì)數(shù)的多少就可以很方便的計(jì)算出它計(jì)數(shù)的時間。如圖1所示。

圖1 計(jì)數(shù)與定時

二、溢出的基本概念

從一個生活中的例程看起：一個水盆在水龍頭下，水龍頭沒關(guān)緊，水一滴滴地滴入盆中。盆的容量是有限的，水滴持續(xù)落下，盆中的水持續(xù)變滿，最終有一滴水使得盆中的水滿了，這就是“溢出”。

如果一個空的盆要1萬滴水滴進(jìn)去才會滿，開始滴水之前可以先放入一部分水，叫做計(jì)數(shù)初值。如果現(xiàn)在要計(jì)數(shù)9000，那么可以先放入1000滴水，也就是計(jì)數(shù)初值為1000，再計(jì)數(shù)9000就可以溢出產(chǎn)生中斷。

單片機(jī)中通常采用計(jì)數(shù)初值的辦法，如果每個脈沖是1微秒，則計(jì)滿256個脈沖需時256微秒，如果現(xiàn)在要定時100微妙，只要在計(jì)數(shù)器里面先放進(jìn)156，然后計(jì)數(shù)100就可以就可以溢出產(chǎn)生中斷了。如圖2所示。

圖2 定時器/計(jì)數(shù)器的溢出

三、定時/計(jì)數(shù)的主要方法

實(shí)現(xiàn)定時或計(jì)數(shù)，主要有三種方法。

(1)軟件延時

軟件延時利用微處理器執(zhí)行一個延時程序段實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槲⑻幚砥鲌?zhí)行每條指令都需要一定時間，通過指令的循環(huán)實(shí)現(xiàn)軟件延時。軟件定時具有不使用硬件的特點(diǎn)，但卻占用了大量CPU時間。另外，軟件定時精度不高，在不同系統(tǒng)時鐘頻率下，執(zhí)行一條指令的時間不同，同一個軟件延時程序的定時時間也會不同。

(2)硬件定時

硬件定時采用數(shù)字電路中的分頻器將系統(tǒng)時鐘進(jìn)行適當(dāng)分頻產(chǎn)生需要的定時信號，也可以采用單穩(wěn)電路或簡易定時電路(如常用的555定時器)由外接RC(電阻、電容)電路控制定時時間。這樣的定時電路較簡單，利用不同分頻倍數(shù)或改變電阻阻值、電容容值使定時時間在一定范圍內(nèi)改變。

(3)可編程的硬件定時

可編程定時器/計(jì)數(shù)器最大特點(diǎn)是可以通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)定時時間的改變，通過中斷或查詢方法來完成定時功能或計(jì)數(shù)功能。這種電路不僅定時值和定時范圍可用程序改變，而且具有多種工作方式，可以輸出多種控制信號，具備較強(qiáng)的功能。