單片機定時器作用原理及學(xué)習(xí)應(yīng)用詳解

單片機定時器作用原理及學(xué)習(xí)應(yīng)用詳解定時器是單片機的重點中的重點，但不是難點，大家肯定要完全理解并且嫻熟把握定時器的應(yīng)用。

定時器的初步熟悉

時鐘周期：時鐘周期T是時序中最小的時間單位詳細計算的方法就是1/時鐘源，假如大家用的晶振是11.0592M，那么對于這個單片機系統(tǒng)來說，時鐘周期=1/11059200秒。

機器周期：我們的單片機完成一個操作的最短時間。機器周期主要針對匯編語言而言，在匯編語言下程序的每一條語句執(zhí)行所使用的時間都是機器周期的整數(shù)倍，而且語句占用的時間是可以計算出來的，而C語言一條語句的時間是不行計算的。51單片機系列，在其標準架構(gòu)下一個機器周期是12個時鐘周期，也就是12/11059200秒?，F(xiàn)在有不少增加型的51單片機，其速度都比較塊，有的1個機器周期等于4個時鐘周期，有的1個機器周期就等于1個時鐘周期，也就是說大體上其速度可以達到標準51架構(gòu)的3倍或12倍。由于我們是講標準的51單片機，所以我們后邊的課程假如遇到這個概念，全部是指12個時鐘周期。

這兩個概念了解即可，下邊就來我們的重頭戲，定時器和計數(shù)器。定時器和計數(shù)器是單片機內(nèi)部的同一個模塊，通過配置SFR（特別功能寄存器）可以實現(xiàn)兩種不同的功能，我們大多數(shù)狀況下是使用定時器功能，因此我們的課程也是主要來講定時器功能，計數(shù)器功能大家自己了解下即可。

顧名思義，定時器就是用來進行定時的。定時器內(nèi)部有一個寄存器，我們讓它開頭計數(shù)后，這個寄存器的值每經(jīng)過一個機器周期就會加1一次，因此，我們可以把機器周期理解為定時器的計數(shù)周期。我們的秒表，每經(jīng)過一秒，數(shù)字加1，而這個定時器就是每過一個機器周期的時間，也就是12/11059200秒，數(shù)字加1。還有一個特殊留意的地方，就是秒表是加到60后，秒就自動變成0了，這種狀況在單片機和計算機里我們稱之為溢出。那定時器加到多少才會溢出呢？定時器有幾種模式，假如是16位的定時器，也就是2個字節(jié)，最大值就是65535，那么加到65535后，再加1就算溢出，假如有其他位數(shù)的話，道理是一樣的，對于51單片機來說，溢出后，這個值會直接變成0。從某一個初值，經(jīng)過計算確定的時間后溢出，這個過程就是其定時的含義。

定時器的寄存器描述

標準的51里邊只有定時器0和定時器1這兩個定時器，現(xiàn)在許多單片機也有多個定時器的，在這里我們先講定時器0和1。那么我前邊提到過，對于單片機的每一個功能模塊，都是由他的SFR，也就是特別功能寄存器來掌握。而和定時器有關(guān)的特別功能寄存器，有以下幾個，大家不需要去記憶這些寄存器的名字和作用，你只要也許知道就行，用的時候，隨時可以查手冊，找到每個寄存器的名字和每個寄存器所起到的作用。

表2定時值存儲寄存器

表3TCON--定時器/計數(shù)器掌握寄存器的位安排(地址：88H)

可位尋址；復(fù)位值：0x00；復(fù)位源：任何復(fù)位

表4TCON--定時器/計數(shù)器掌握寄存器的位描述

大家留意在表4中的描述中，只要寫到硬件置1或者清0的，就是指一旦符合條件，單片機自動完成的動作，只要寫軟件置1或者清0的，是指我們用程序去完成這個動作，后邊課程中不再做說明。

表2中的寄存器，是存儲計數(shù)器的計數(shù)值的，兩個字節(jié)的用于定時器1,兩個字節(jié)用于定時器0。

表3中有TF1、TR1、TF0、TR0這4位需要我們理解清晰。兩位定時器1的，兩位定時器0的，我們只解釋定時器1的，定時器0的同理。先看TR1，當我們程序中寫TR1=1以后，定時器值就會每經(jīng)過一個機器周期加1，當我們程序中寫TR1=0以后，定時器值就會保持不變化。TF1，這個是一個標志位，他的作用是告知我們定時器溢出了。比如我們的定時器設(shè)置成16位的定時器，那么每經(jīng)過一個機器周期，TL1加1一次，當TL1加到255后，再加1，TL1變成0，TH1會加1一次，如此始終加到TH1和TL1都是255（即TH1和TL1組成的16位整型數(shù)為65535）以后，再加1一次，那么就會溢出，TH1和TL1同時都變?yōu)?，只要一溢出，TF1立刻自動變成1，告知我們定時器溢出了，僅僅是供應(yīng)給我們一個信號，讓我們知道定時器溢出了，它不會對定時器是否連續(xù)運行產(chǎn)生任何影響。

表5TMOD--定時器方式掌握寄存器的位安排(地址89H)

不行位尋址；復(fù)位值：0x00；復(fù)位源：任何復(fù)位

細心的同學(xué)會發(fā)覺，TCON那個地方標注的是“可位尋址”，TMOD這里標注的是“不行位尋址”。這個地方的意思就是比如TCON有一位TR1，我們可以在程序中直接進行TR1=1；這樣操作。但是(T1)M1=1；這樣的操作就是錯誤的。我們要操作就必需一次操作一個字節(jié)，就是必需一次性對TMOD全部位操作，不能對其中某一位單獨進行操作。

表6TMOD--定時器/計數(shù)器方式掌握寄存器的位描述

表7TMOD--定時器方式掌握寄存器M1/M0工作模式

以上這4種模式的配置，其中模式0是為了兼容老的8048單片機而設(shè)的，現(xiàn)在的51幾乎不會用到這種模式，而模式3依據(jù)我的應(yīng)用閱歷，他的功能模式2完全可以取代，所以基本上也是不用，那么我們重點就學(xué)習(xí)模式1和模式2。

模式1就是THn和TLn組成了一個16位的定時器，取值范圍是0到65535，溢出后，只要不對THn和TLn重新賦值，則從0開頭計數(shù)。模式2的功能是自動裝載，就是TLn溢出后，TFn就直接置1了，并且THn的值直接賦給TLn，然后TLn從新賦值的這個數(shù)字開頭計數(shù)。這個功能可以用來產(chǎn)生串口的通信波特率，我們講串口的時候要用到，本章節(jié)我們重點來學(xué)習(xí)模式1。為了加深大家理解這個定時器原理，我們來看一下他的模式1的電路示意圖1。

圖1定時器/計數(shù)器模式1示意圖

我?guī)е蠹襾矸治鲆幌逻@個示意圖，后邊假如手冊中遇到，大家也就會自己討論了。OSC框表示時鐘頻率，由于我們1個機器周期等于12個時鐘周期，所以那個d就等于12。下邊GATA右邊的那個門是一個非門電路，再右側(cè)是一個或門，再往右是一個與門電路。

圖上可以看出來，下邊部分電路是掌握了上邊部分，那我們先來看下邊是如何掌握的，我們以定時器0為例。

1、TR0和下邊或門電路的結(jié)果要進行與門運算，TR0假如是0的話，與運算完了確定是0，所以確定假如要讓定時器工作，TR0=1。

2、與門結(jié)果要想是1，那或門出來的信號必需也得是1才行。在GATE位為1的狀況下，經(jīng)過一個非門變成0，或門電路結(jié)果要想是1的話，那INT0即P3.2引腳必需是1的狀況下，這個時候定時器才會工作，而INT0引腳是0的狀況下，定時器不工作，這就是GATE位的作用。

3、當GATE位為0的時候，經(jīng)過一個非門變成1，不管INT0引腳是什么電平，經(jīng)過或門電路后則確定是1，定時器就會工作。

4、要想讓定時器工作，就是加1，從圖上看有兩種方式，第一種方式是那個開關(guān)打到上邊的箭頭，就是C/T=0的時候，一個機器周期TL就會加1一次，當開關(guān)打到下邊的箭頭，即C/T=1的時候，T0引腳即P3.4引腳來一個脈沖，TL就加1一次，這也就是計數(shù)器功能。

INT0引腳是P3.2，INT1引腳是P3.3，T0引腳是P3.4，T1引腳是P3.5。

定時器程序應(yīng)用

了解了定時器相關(guān)的寄存器，那么我們下面就來做一個定時器的程序，鞏固一下我們學(xué)到的內(nèi)容。我們這節(jié)課的程序先使用定時器0，在使用定時器的時候，需要以下幾個步驟：

第一步：設(shè)置特別功能寄存器TMOD，配置好工作模式；

其次步：設(shè)置計數(shù)寄存器TH0和TL0的初值；

第三步：設(shè)置TCON，通過打開TR0位來讓定時器開頭計數(shù)。

第四步：推斷TCON寄存器的TF0位，監(jiān)測定時器溢出狀況。

寫程序之前，我們要先來學(xué)會計算如何用定時器定時時間。我們以晶振是11.0592M為例講解，時鐘周期就是1/11059200，機器周期就是12/11059200，我們假如要定時20ms，就是0.02秒，要經(jīng)過x個機器周期得到0.02秒，我們來算一下x*12/11059200=0.02，得到x=18432。那么我們現(xiàn)在16位的定時器溢出值是65536，我們可以這樣，先給TH0和TL0一個初值，讓他們經(jīng)過18432個機器周期后剛好溢出，溢出后我們可以通過檢測TF0位得知，就剛好是0.02秒。這個初值y=65536-18432=47104，轉(zhuǎn)成16進制就是0xB800，那么就是TH0=0xB8，TL0=0x00。

那0.02秒我們已經(jīng)定時出來了，細心的同學(xué)會發(fā)覺，我們假如初值直接給一個0x0000，始終到65536溢出，定時器定時值最大也就是71ms左右，那么我們想定時更長時間怎么辦呢？用你學(xué)校學(xué)過的規(guī)律，倍數(shù)關(guān)系就可以解決此問題。

那好了，我們下面就用程序來實現(xiàn)以下這個功能。

#include//包含寄存器的庫文件

sbitLED=P0^0;

sbitADDR0=P1^0;

sbitADDR1=P1^1;

sbitADDR2=P1^2;

sbitADDR3=P1^3;

sbitENLED=P1^4;

voidmain()

{

unsignedcharcounter=0;

ENLED=0;ADDR0=0;ADDR1=1;

ADDR2=1;ADDR3=1;LED=1;//74HC138和LED燈初始化部分

TMOD=0x01;//設(shè)置定時器0為模式1

TH0=0xB8;

TL0=0x00;//定時值初值

TR0=1;//打開定時器0

while(1)

{

if(1==TF0)//推斷定時器0是否溢出

{

TF0=0;

TH0=0xB8;//一旦溢出后，重新賦值

TL0=0x00;

counter++;

if(50==counter)//推斷定時器0溢出是否達到50次

{

counter=0;//counter清0，重新計數(shù)

LED=!LED;//LED取反操作，0--1，1--0

}

}

}

}

程序都有解釋，不難理解，這里要解釋一個地方，就是兩次if推斷，細心的同學(xué)會發(fā)覺，if(1==TF0)這句，我把1寫前邊，