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第 6 章 MCS-51 单片机定时器 / 计数器. 曲阜师范大学杏坛学院 王艳玲. 目 录 6.1 MCS-51 定时器 / 计数器的结构及原理 6.2 定时器 T0 、 T1 6.3 定时器 T2 6.4 定时器应用举例. 第 6 章 MCS-51 单片机的定时器 / 计数器. 本章主要讨论 MCS-51 单片机定时器 / 计数器的逻辑结构和工作原理。内容主要有 MCS-51 单片机定时器 T0 、 T1 、 T2 的逻辑结构，工作方式的选择和应用。 本章为单片机的主要内容，也是第七章串行口的学习的基础。.
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第6章 MCS-51单片机定时器/计数器 曲阜师范大学杏坛学院 王艳玲
目 录 6.1 MCS-51定时器/计数器的结构及原理 6.2 定时器T0、T1 6.3 定时器T2 6.4 定时器应用举例
第6章 MCS-51单片机的定时器/计数器 本章主要讨论MCS-51单片机定时器/计数器的逻辑结构和工作原理。内容主要有MCS-51单片机定时器T0、T1、T2的逻辑结构，工作方式的选择和应用。 本章为单片机的主要内容，也是第七章串行口的学习的基础。
6.1 MCS-51单片机定时器/计数器的结构及原理 主要内容 6.1.1 MCS-51单片机定时器的结构 6.1.2 MCS-51单片机定时器的工作原理 6.1.3 定时器/计数器的控制寄存器
T2EX(P1.1) T 0 ( P 3 . 4 ) T 1 ( P 3 . 5 ) T 2 ( P 1 . 0 ) 定时器 2 定时器 0 定时器 1 TH 1 TL 1 TH 0 TL 0 TH 2 TL 2 溢 溢 溢 重装 出 出 出 模 控 模 捕获 式 制 式 控 RCAP 2 H RCAP 2 L 制 CPU 控 模 制 式 中断 TCON TMOD T 2 CON T 2 MOD 中断 6.1.1 MCS-51单片机定时器的结构 MCS-51单片机定时器/计数器逻辑结构图：
6.1.1 MCS-51单片机定时器的结构 MCS-51主要由如下构成： • 三个16位的可编程定时器/计数器：定时器/计数器0、1和2。 • 每个定时器有两部分构成：THx和TLx • 特殊功能寄存器T2MOD和T2CON ，主要对T2进行控制。 • 特殊功能寄存器TMOD和TCON ，主要对T0和T1进行控制。
6.1.1 MCS-51单片机定时器的结构 • 引脚P3.5、P3.4、P1.0，输入计数脉冲。 • 定时器T0、T1和T2是3个中断源，可以向CPU 发出中断请求。 • 定时器/计数器T2增加了两个8位的寄存器： RCAP2H和RCAP2L。 • 特殊功能寄存器之间通过内部总线和控制逻辑电路连接起来。
C/T=0 振荡器 12 分频 T L x THx 中断请求 TFx ( 8 ) ( 8 ) 位 位 Tx 控制 C/T=1 TRx 6.1.2 MCS-51单片机定时器的工作原理 定时器/计数器T0、T1、T2 的内部结构简图如下图所示。
6.1.2 MCS-51单片机定时器/计数器的工作原理 从上图可以看出： • 定时器的实质是一个加1计数器。 • C/T =0 ，为定时器方式。 • 计数信号由片内振荡电路提供，振荡脉冲12分频送给计数器，每个机器周期计数器值增1。 • 例如：如果晶振频率为12MHz，则最高计数频率为0.5MHz
6.1.2 MCS-51单片机定时器/计数器的工作原理 • C/T =1 ，为计数方式。 • 计数信号由Tx引脚(P3.4、P3.5和P1.0)输入，每输入一有效信号，相应的计数器中的内容进行加1。 • 控制信号TRx=1时，定时器启动。 • 当定时器由全1加到全0时计满溢出，从0开始继续计数，TFx=1 ，向CPU申请中断。
6.1.3 定时器/计数器的方式和控制寄存器 1、T0、T1 工作模式寄存器TMOD 功能：确定定时器的工作模式。 其格式如图6-3所示： GATE——外部门控制位。 GATE＝1，使用外部控制门。 TRx=1， P3.2（P3.3）=1时，启动定时器。
6.1.3 定时器/计数器的方式和控制寄存器 GATE＝0，不使用外部门控制计数器 C/T——定时或计数方式选择位。 C/T＝0时，为定时器 C/T＝1时，为计数器 采样过程：CPU在每机器周期S5P2期间，输入信号进行采样。若前一机器周期采样值为1，下一机器周期采样值为0，则计数器增1，随后的机器周期S3P1期间，新的计数值装入计数器。
6.1.3 定时器/计数器的方式和控制寄存器 M1、M0——工作模式选择位。 如下表所示:
6.1.3 定时器/计数器的方式和控制寄存器 2、T0、T1的控制寄存器TCON TF1、TF0：T1、T0的溢出标志位 计数溢出，TFx=1。 中断方式：自动清零； 查询方式：软件清零。
6.1.3 定时器/计数器的方式和控制寄存器 TR1、TR0：T1、T0启停控制位。 置1，启动定时器； 清0，关闭定时器。 IE1、IE0：外部中断1、0请求标志位 IT1、IT0：外部中断1、0触发方式选择位 注意： GATE=1 ，TRx与P3.2（P3.3） 的配合。
6.2 定时器T0、T1的工作模式及应用 主要内容 6.2.1 模式0的逻辑结构及应用 6.2.2 模式1的逻辑结构及应用 6.2.3 模式2的逻辑结构及应用 6.2.4 模式3的逻辑结构及应用
6.2.1 模式0的逻辑结构及应用 M1M0＝00，选择模式0。逻辑结构如图6-5所示。（以T0为例） T0的结构：13位定时器/计数器。 由TH0的8位、TL0的低5位构成(高3位未用) 工作过程：TL0溢出后向TH0进位，TH0溢出后将TF0置位，并向CPU申请中断。 定时时间=（213-定时初值）×机器周期 最大定时时间：213×机器周期
6.2.1 模式0的逻辑结构及应用 C/T=1，计数方式。计数脉冲由P3.4引脚输入。 C/T=0时，定时方式。 图6-5 模式0的逻辑结构图
6.2.2 模式1的逻辑结构及应用 M1M0＝01时，选择模式1。逻辑结构如下页图所示。 T0的结构：16位定时器/计数器。 TL0：存放计数初值的低8位。 TH0存放计数初值的高8位； 定时时间=(216-定时初值)×机器周期 最大定时时间：216×机器周期
6.2.2 模式1的逻辑结构及应用 工作过程：当TL0计满时，向TH0进1；当TH0计满时，溢出使TF0=1，向CPU申请中断。 MCS-51单片机之所以设置几乎完全一 样 的方式0和方式1，是出于与 MCS-48单片机兼容的。
6.2.3 模式2的逻辑结构及应用 M1 M0 ＝10时，选择模式2。逻辑结构如图6-7所示。 T0的结构： TL0：8位的定时器/计数器； TH0：8位预置寄存器，用于保存初值。 工作过程：当TL0计满溢出时，TF0置1，向CPU发出中断请求；同时引起重装操作（TH0的计数初值送到TL0），进行新一轮计数。
12 振荡器 分频 C / T = 0 TL 0 TF 0 中断 C / T = 1 8 （ 位 ） T 0 P 3 . 4 （ ） TR 0 ＆ + GATE TH 0 P 3 . 2 8 （ 位 ） 6.2.3 模式2的逻辑结构及应用 图6-7 模式2的逻辑结构图
6.2.3 模式2的逻辑结构及应用 定时时间=(28 - 初值)×机器周期 最大定时时间=28 ×机器周期 优点：模式2能够进行自动重装载。模式0和1计数溢出后，计数器为全0。循环定时或计数时，需要重新设置初值。 说明：在模式2能够满足计数或定时要求时，尽可能使用模式2。
6.2.4 模式3的逻辑结构及应用 1、T0模式3的结构特点 M1 M0 ＝11，选择模式3。逻辑结构如图 6-8和6-9所示： 结构： TL0、TH0分为两个独立的8位计数器 TL0： 8位定时器/计数器 使用T0所有的资源和控制位 TH0：8位定时器 使用T1所有的资源(中断向量、中断控制ET1、PT1)和控制位 （TR1、TF1）
6.2.4 模式3的逻辑结构及应用 图6-8 模式3下T0的逻辑结构图
6.2.4 模式3的逻辑结构及应用 2、T0模式3时T1的工作模式 T1可以模式0～模式2工作。 T1的结构如图6-9所示 由于TF1及中断矢量被TH0占用，所以T1仅用作波特率发生器或其它不用中断的地方。 T1作波特率发生器，其计数溢出直接送至串行口。设置好工作方式，串行口波特率发生器开始自动运行。 TMOD中T1的M1M0=11，T1停止工作。
6.2.4 模式3的逻辑结构及应用 图6-9 模式3下，T1的逻辑结构图
C / T = 0 12 振荡器 分频 TL 1 8 （ 位 ） T 1 ( P 3 . 5 ) C / T = 1 重新装入 TH 1 8 （ 位 ） 串行口 思考：T0工作在模式3，T1怎么进行方式设置？
6.2.4 模式3的逻辑结构及应用 1、定时器/计数器工作模式的选择方法 （1）首先计算计数值N （2）确定工作模式 原则是尽可能地选择模式2 若 N ≤ 256选择模式2，否则选择模式1 （3）如果需要增加一个定时器/计数器 选择模式3。
6.2.4 模式3的逻辑结构及应用 2、定时器/计数器初值X的计算方法 因为 X + N = 28或216 所以 X = 28或216-N （1）对定时器 设定时时间为t N = t/机器周期 所以 X = 28或216- t/机器周期 （2）对计数器 X = 28或216- N
6.2.4 模式3的逻辑结构及应用 例6-1设单片机的振荡频率为12MHz，用定时器/计数器0的模式1编程，在P1.0引脚产生一个周期为1000µs的方波，定时器T0采用中断的处理方式。 定时器的分析过程。 工作方式选择 需要产生周期信号时，选择定时方式。定时时间到了对输出端进行周期性的输出即可。 工作模式选择 根据定时时间长短选择工作模式。 首选模式2，可以省略重装初值操作。
6.2.4 模式3的逻辑结构及应用 定时时间计算：周期为1000µs的方波要求定时器的定时时间为500µs，每次溢出时，将P1.0引脚的输出取反，就可以在P1.0上产生所需要的方波。 定时初值计算： 振荡频率为12MHz，则机器周期为1µs。 设定时初值为X， （65536-X）×1µs=500µs X=65036=0FE0CH 定时器的初值为：TH0=0FEH，TL0=0CH
6.2.4 模式3的逻辑结构及应用 C语言程序： #include <reg52.h> //包含特殊功能寄存器库 sbit P1_0=P1^0; //进行位定义 void main( ) { TMOD=0x01; //T0做定时器，模式1 TL0=0x0c; TH0=0xfe; //设置定时器的初值 ET0=1; //允许T0中断 EA=1; //允许CPU中断 TR0=1; //启动定时器 while(1); //等待中断 }
6.2.4 模式3的逻辑结构及应用 void time0_int(void) interrupt 1 { //中断服务程序 TL0=0x0c; TH0=0xfe; //定时器重赋初值 P1_0=~P1_0; //P1.0取反，输出方波 } 汇编语言程序： ORG 0000H SJMP MAIN ORG 000BH LJMP TIME0
6.2.4 模式3的逻辑结构及应用 MAIN: MOV TMOD,#01H ；T0定时，模式1 MOV TL0,#0CH ；置定时初值 MOV TH0,#0FEH SETB ET0 ；定时器T0开中断 SETB EA ；CPU开中断 SETB TR0 ；启动定时器T0 SJMP $ ；等待定时器溢出 TIME0: ;中断服务程序 MOV TL0,#0CH MOV TH0,#0FEH ；重装定时初值 CPL P1.0 ；P1.0取反 RETI ；中断返回 END
6.2.4 模式 3的逻辑结构及应用 例6-2设单片机的振荡频率为12MHz，用定时器/计数器0编程实现从P1.0输出周期为500μs的方波。 分析：方法同例6-1 定时时间： 方波周期为500μs，定时250μs。 模式选择： 定时器0可以选择模式0、1和2。模式2最大的定时时间为256μs，满足250μs的定时要求，选择模式2。
6.2.4 模式 3的逻辑结构及应用 （1）初值计算 （256-X）×1µs=250µs X=6； 则TH0=TL0=6 （2）程序： 采用中断处理方式的程序 ： C语言程序 ： # include <reg52.h> //包含特殊功能寄存器库 sbit P1_0=P1^0;
6.2.4 模式3的逻辑结构及应用 void main( ) { TMOD=0x02; //选择工作模式 TL0=0x06; TH0=0x06; //为定时器赋初值 ET0=1; //允许定时0中断 EA=1; TR0=1; //启动定时器0 while(1); //等待中断 } void time0_int(void) interrupt 1 { P1_0=~P1_0; }
6.2.4 模式3的逻辑结构及应用 汇编语言程序： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH ；中断处理程序 CPL P1.0 RETI ORG 0030H ；主程序 MAIN: MOV TMOD，#02H MOV TL0，#06H MOV TH0，#06H SETB ET0 ；允许定时器0中断 SETB EA ；允许CPU中断 SETB TR0 ；启动定时器0 SJMP $ ；等待中断 END
6.2.4 模式3的逻辑结构及应用 采用查询方式处理的程序： C语言程序： # include <reg52.h> sbit P1_0=P1^0; void main() { TMOD=0x02; TL0=0x06; TH0=0x06; TR0=1; while (1) { while(!TF0) ; //查询计数溢出 TF0=0; P1_0=~P1_0; } }
6.2.4 模式3的逻辑结构及应用 汇编语言程序: MAIN: MOV TMOD,#02H ；主程序 MOV TL0,#06H MOV TH0,#06H SETB TR0 LOOP: JNB TF0,$ ；查询计数溢出 CLR TF0 CPL P1.0 SJMP LOOP END
6.3 定时器/计数器T2 主要内容 6.3.1 定时器T2的特殊寄存器 6.3.2 定时器T2的工作方式及结构
6.3.1 定时器/计数器T2的特殊寄存器 89C52中的T2是一个16位的、具有自动重装载和捕获能力的定时器/计数器。 T2的结构：除TL2、TH2和控制寄存器T2CON及T2MOD之外，还增加了捕获寄存器RCAP2L（低字节）和RCAP2H（高字节）。 T2的计数脉冲源有两个：一个是内部机器周期，另一个是由T2（P1．0）端输入的外部计数脉冲。
6.3.1 定时器/计数器T2的特殊功能寄存器 T2有4种工作方式∶自动重装、捕获和波特率发生器、可编程时钟输出。 增加了两个引脚： T2（P1.0），T2EX（P1.1）。 1、定时器/计数器2的控制寄存器T2CON 可位寻址和字节寻址。 功能：选择T2的工作方式和工作模式。 允许位寻址和字节寻址。其格式如下：
6.3.1 定时器/计数器T2的特殊功能寄存器 TF2 ：定时器/计数器2的溢出中断标志位 T2溢出时置位，申请中断。软件清零。 波特率发生器方式下，RCLK＝1或TCLK＝1时，定时器溢出不对TF2进行置位。 EXF2（T2CON.6）：定时器/计数器2外部触发标志位
6.3.1 定时器/计数器T2的特殊功能寄存器 EXEN2＝1，且T2EX引脚上有负跳变将触发捕获或重装操作，EXF2=1，向CPU发出中断请求。 软件复位。 RCLK：串行口接收时钟允许标志位 RCLK=1时，T2溢出信号分频后做串行口工作在模式1和3的接收波特率。 RCLK=0时，T1溢出信号分频信后做串行口接收波特率。
6.3.1 定时器/计数器T2的特殊功能寄存器 TCLK：串行口发送时钟允许标志位 TCLK=1时，T2溢出信号分频后做串行口工做在模式1和3的发送波特率。 TCLK=0时，T1溢出信号分频后做串行口的发送波特率。
6.3.1 定时器/计数器T2的特殊功能寄存器 EXEN2 （ T2CON．3） ：定时器/计数器2外部允许标志位 EXEN2=1，定时器/计数器2没有工作在波特率发生器方式，如T2EX（P1.1）引脚上产生负跳变时，将激活“捕获”或“重装”操作。 EXEN2=0，T2EX引脚上的电平变化对定时器/计数器2不起作用。
6.3.1 定时器/计数器T2的特殊功能寄存器 TR2 ：定时器/计数器2启动控制位 TR2=1，启动定时器/计数器2。 TR2=0，停止定时器/计数器2。 C/T2：T2的定时器或计数器方式选择位。 C/T2=1，T2为计数器。 对T2（P1.0）引脚输入脉冲进行计数（下降沿触发）；当T2（P1.0）产生负跳变时，计数器增1。
6.3.1 定时器/计数器T2的特殊功能寄存器 C/T2=0， T2做定时器。 每个机器周期T2加1。 CP/RL2 ：捕获和重装载方式选择控制位 捕获方式： CP/RL2=1，EXEN2=1，T2EX（P1.1）引脚负跳变将触发捕获操作。 重装载方式： CP/RL2=0，EXEN2=1，T2EX引脚有负跳变或T2计满溢出时，触发自动重装操作。
