理解單片機(jī)中的計數(shù)器和定時器

一、計數(shù)概念的引入

從選票的統(tǒng)計談起：畫“正”。這就是計數(shù)，生活中計數(shù)的例程處處可見。例：錄音機(jī)上的計數(shù)器、家里面用的電度表、汽車上的里程表等等，再舉一個工業(yè)生產(chǎn)中的例程，線纜行業(yè)在電線生產(chǎn)出來之后要計米，也就是測量長度，怎么測法呢？用尺量？不現(xiàn)實，太長不說，要一邊做一邊量呢，怎么辦呢？行業(yè)中有很巧妙的辦法，用一個周長是1米的輪子，將電纜繞在上面一周，由線帶輪轉(zhuǎn)，這樣輪轉(zhuǎn)一周不就是線長1米嘛，所以只要記下輪轉(zhuǎn)了多少圈，就能知道走過的線有多長了。

二、計數(shù)器的容量

從一個生活中的例程看起：一個水盆在水龍頭下，水龍沒關(guān)緊，水一滴滴地滴入盆中。水滴持續(xù)落下，盆的容量是有限的，過一段時間之后，水就會逐漸變滿。錄音機(jī)上的計數(shù)器最多只計到999….那么單片機(jī)中的計數(shù)器有多大的容量呢？8031單片機(jī)中有兩個計數(shù)器，分別稱之為T0和T1，這兩個計數(shù)器分別是由兩個8位的RAM單元組成的，即每個計數(shù)器都是16位的計數(shù)器，最大的計數(shù)量是65536。

三、定時

8031中的計數(shù)器除了能作為計數(shù)之用外，還能用作時鐘，時鐘的用途當(dāng)然很大，如打鈴器，電視機(jī)定時關(guān)機(jī)，空調(diào)定時開關(guān)等等，那么計數(shù)器是如何作為定時器來用的呢？

一個鬧鐘，我將它定時在1個小時后鬧響，換言之，也能說是秒針走了（3600）次，所以時間就轉(zhuǎn)化為秒針走的次數(shù)的，也就是計數(shù)的次數(shù)了，可見，計數(shù)的次數(shù)和時間之間的確十分相關(guān)。那么它們的關(guān)系是什么呢？那就是秒針每一次走動的時間正好是1秒。

<單片機(jī)定時器記數(shù)器結(jié)構(gòu)>

結(jié)論：只要計數(shù)脈沖的間隔相等，則計數(shù)值就代表了時間的流逝。由此，單片機(jī)中的定時器和計數(shù)器是一個東西，只不過計數(shù)器是記錄的外界發(fā)生的事情，而定時器則是由單片機(jī)供給一個非常穩(wěn)定的計數(shù)源。那么供給組定時器的是計數(shù)源是什么呢？看圖1，原來就是由單片機(jī)的晶體震蕩器經(jīng)過12分頻后獲得的一個脈沖源。晶體震蕩器的頻率當(dāng)然很準(zhǔn)，所以這個計數(shù)脈沖的時間間隔也很準(zhǔn)。問題：一個12M的晶體震蕩器，它供給給計數(shù)器的脈沖時間間隔是多少呢？當(dāng)然這很不難，就是12M/12等于1M，也就是1個微秒。結(jié)論：計數(shù)脈沖的間隔與晶體震蕩器有關(guān)，12M的晶體震蕩器，計數(shù)脈沖的間隔是1微秒。

四、溢出

讓我們再來看水滴的例程，當(dāng)水持續(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。這個時候如果再有一滴水落下，就會發(fā)生什么現(xiàn)象？水會漫出來，用個術(shù)語來講就是“溢出”。

水溢出是流到地上，而計數(shù)器溢出后將使得TF0變?yōu)椤?”。至于TF0是什么我們稍后再談。一旦TF0由0變成1，就是產(chǎn)生了變化，產(chǎn)生了變化就會引發(fā)事件，就象定時的時間一到，鬧鐘就會響一樣。至于會引發(fā)什么事件，我們下次課再介紹，現(xiàn)在我們來研究另一個問題：要有多少個計數(shù)脈沖才會使TF0由0變?yōu)?。

五、任意定時及計數(shù)的辦法

剛才已研究過，計數(shù)器的容量是16位，也就是最大的計數(shù)值到65536，因此計數(shù)計到65536就會產(chǎn)生溢出。這個沒有問題，問題是我們現(xiàn)實生活中，經(jīng)常會有少于65536個計數(shù)值的要求，如包裝線上，一打為12瓶，一瓶藥片為100粒，怎么樣來滿足這個要求呢？

提示：如果是一個空的盆要1萬滴水滴進(jìn)去才會滿，我在開始滴水之前就先放入一勺水，還需要10000滴嘛？對了，我們采用預(yù)置數(shù)的辦法，我要計100，那我就先放進(jìn)65436，再來100個脈沖，不就到了65536了嗎。定時也是如此，每個脈沖是1微秒，則計滿65536個脈沖需時65.536毫秒，但現(xiàn)在我只要10毫秒就能了，怎么辦？10個毫秒為10000個微秒，所以，只要在計數(shù)器里面放進(jìn)55536就能了。

單片機(jī)中的定時/計數(shù)器都能有多種用途，那么我怎樣才能讓它們工作于我所需要的用途呢？這就要通過定時/計數(shù)器的方式控制字來設(shè)置。

在單片機(jī)中有兩個特殊功能寄存器與定時/計數(shù)有關(guān)，這就是TMOD和TCON。順便說一下，TMOD和TCON是名稱，我們在寫程序時就能直接用這個名稱來指定它們，當(dāng)然也能直接用它們的地址89H和88H來指定它們（其實用名稱也就是直接用地址，匯編軟件幫你翻譯一下而已）。

從圖1中我們能看出，TMOD被分成兩部份，每部份4位。分別用于控制T1和T0，至于這里面是什么意思，我們下面介紹。

從圖2中我們能看出，TCON也被分成兩部份，高4位用于定時/計數(shù)器，低4位則用于中斷（我們暫不管）。而TF1（0）我們上節(jié)課已提到了，當(dāng)計數(shù)溢出后TF1（0）就由0變?yōu)?。原來TF1（0）在這兒！那么TR0、TR1又是什么呢？看上節(jié)課的圖。

計數(shù)脈沖要進(jìn)入計數(shù)器還真不不難，有層層關(guān)要通過，最起碼，就是TR0（1）要為1，開關(guān)才能合上，脈沖才能過來。因此，TR0（1）稱之為運行控制位，可用指令SETB來置位以啟動計數(shù)器/定時器運行，用指令CLR來關(guān)閉定時/計數(shù)器的工作，一切盡在自已的掌握中。

<單片機(jī)定時器/計數(shù)器結(jié)構(gòu)>

定時/計數(shù)器的四種工作方式

工作方式0

定時器/計數(shù)器的工作方式0稱之為13位定時/計數(shù)方式。它由TL（1/0）的低5位和TH（0/1）的8位組成13位的計數(shù)器，此時TL（1/0）的高3位未用。

我們用這個圖來討論幾個問題：

M1M0：定時/計數(shù)器一共有四種工作方式，就是用M1M0來控制的，2位正好是四種組合。

C/T：前面我們說過，定時/計數(shù)器即可作定時用也可用計數(shù)用，到底作什么用，由我們根據(jù)需要自行決定，也說是決定權(quán)在我們��編程者。如果C/T為0就是用作定時器（開關(guān)往上打），如果C/T為1就是用作計數(shù)器（開關(guān)往下打）。順便提一下：一個定時/計數(shù)器同一時刻要么作定時用，要么作計數(shù)用，不能同時用的，這是個極普通的常識，幾乎沒有教材會提這一點，但很多開始學(xué)習(xí)者卻會有此困惑。

GATE：看圖，當(dāng)我們選擇了定時或計數(shù)工作方式后，定時/計數(shù)脈沖卻不一定能到達(dá)計數(shù)器端，中間還有一個開關(guān)，顯然這個開關(guān)不合上，計數(shù)脈沖就沒法過去，那么開關(guān)什么時候過去呢？有兩種情況

GATE=0，分析一下邏輯，GATE非后是1，進(jìn)入或門，或門總是輸出1，和或門的另一個輸入端INT1無關(guān)，在這種情況下，開關(guān)的打開、合上只取決于TR1，只要TR1是1，開關(guān)就合上，計數(shù)脈沖得以暢通無阻，而如果TR1等于0則開關(guān)打開，計數(shù)脈沖無法通過，因此定時/計數(shù)是否工作，只取決于TR1。

GATE=1，在此種情況下，計數(shù)脈沖通路上的開關(guān)不僅要由TR1來控制，而且還要受到INT1管腳的控制，只有TR1為1，且INT1管腳也是高電平，開關(guān)才合上，計數(shù)脈沖才得以通過。這個特性能用來測量一個信號的高電平的寬度，想想看，怎么測？

為什 么在這種模式下只用13位呢？干嗎不用16位，這是為了和51機(jī)的前輩48系列兼容而設(shè)的一種工作式，如果你覺得用得不順手，那就干脆用第二種工作方式。

工作方式1

工作方式1是16位的定時/計