定时器计数器的4种工作方式及应用

在前面的学习中，我们已经知道通过设置TMOD的M1、M0两位，可以选择定时/计数器的四种工作方式。T0和T1在使用前三种工作方式时，除使用的寄存器和控制位不同外，其他操作相似。另外，T1没有工作方式3。下面以T0为例来讲述4种工作方式。

工作方式0及应用

当M1M0=00时，T0采用方式0工作，如图5-2所示，此时T0是一个由TL0的低5位和TH0的8位构成的13位计数器(注：TL0的高3位未用)。

图5-2　定时/计数器T0工作方式0的原理图

13位计数器的最大计数值为2 13 =8192，若振荡器的时钟频率 f OSC=12MHz时，机器周期为1 μ s，方式0最大的定时时间为8192 μ s。

若TL0的低5位计数满时，直接向TH0进位(而不是向TL0的第6位进位);13位定时/计数溢出时，TF0置“1”。

技巧

定时/计数原理：定时/计数器只有在计数值达到最大(发生溢出)时，才会产生中断。那么任意值的定时或计数怎么实现呢，比如采用方式0时，我们需要计数500，那么，计数开始前，在定时/计数器中写入预置数7692(8192-500)，就可以达到需要的效果。

【例5-1】利用T0方式0定时由P1.0输出频率为500Hz的方波信号，晶振为12MHz。

分析如下：

已知信号的频率为500Hz，则周期为2ms，由于输出的是方波信号，定时时间为半个周期，即1000us。

则定时初值=2 13 -t/T机器=8192-1000/1=7192

TH0= 7192/32=0xe0

TL0= 7192%32=0x18

c语言的源程序如下：

工作方式1及应用

当M1M0=01时，T0采用方式1工作，如图5-3所示，此时T0是TL0和TH0构成16位的定时/计数器，最大计数值为2 16 =65536，其他特性和方式0相似。

图5-3　定时/计数器T0工作方式1的原理图

【例5-2】利用定时器0产生10Hz的方波，由P1.0口输出，设晶振频率为12MHz。

分析如下：

频率为10Hz的方波，周期为100ms，定时时间为50ms，12MHz晶振的机器周期为1us。

T0初值=2 16 -t/T机器=65536-50000/1=55536=0x3cb0

则TH0=0x3c，TL0=0xb0

C语言的源程序如下：

工作方式2及应用

当M1M0=10时，T0采用方式2工作，如图5-4所示，此时T0是一个8位自动重装定时/计数器，低8位TL0用作计数(最大计数值为2 8 =256)，高8位TH0用于保存计数初值。若TL0计数已满发生溢出，TF0置“1”的同时，TH0中的初值将自动装入TL0。

图5-4　定时/计数器T0工作方式2的原理图

提示

方式2的计数范围虽然比较小，但是初值可自动恢复，因此适用于计数范围较小、需要重复计数的场合，例如脉冲信号发生器。

【例5-3】在工业流水线生产中，常利用传感器检测货品经过个数。这里我们进行模仿操作，由单片机定时器T1的外部脉冲输入引脚对检测的脉冲信号进行计数，当计数满12个时，让电机运转3秒后停止。脉冲计数及电机控制的电路如图5-5所示。

图5-5　脉冲计数及电机控制电路图

分析如下：

利用T1的方式2计数对外部脉冲计数，根据题目要求，当计数12次能够产生溢出，则T1的初值应设定为256-12=244。TMOD寄存器的高4位是针对T1进行设置，其中M1M0=10设为方式2，

设为计数方式。电机的启动与停止通过P1.0进行控制，当P1.0输出1时三极管导通，电机得电运行，当P1.0输出0时，三极管截止，电机失电停止。

c语言的源程序如下：

工作方式3及应用

当M1M0=11时，T0采用方式3工作，如图5-6所示，在这种工作方式下，T0被拆成两个独立的定时/计数器来用。其中，TL0使用T0原有的资源，可以作为8位定时/计数器;TH0使用T1的TR1和TF1，只能对内部脉冲计数，作为定时器使用。

图5-6　定时/计数器T0工作方式3的原理图

当T0工作在方式3时，T1仍可设置为方式0、方式1或方式2，如图5-7所示。此时，T1由定时/计数方式选择位切换其定时或计数功能，当计数器计满溢出时，将输出送往串行口。在这种情况下，T1一般用作串行口波特率发生器。

图5-7　T0工作在方式3时T1的三种工作方式

提示

由于T1的TR1位被TH0占用，因此，其启动和关闭较为特殊。当工作方式设置完成时，T1就开始运行;将T1的工作方式设置为方式3时，T1停止工作。

【例5-4】有一应用系统，将T1置于方式2作为串行口的波特率发生器，现要求T0增加一个外部中断源，中断时P1.1口取反，并由P1.0输出频率为10KHz的方波信号(假设单片机的晶振频率为12MHz)。

分析如下：

由于T1已经被使用，因而T0既要作为方波信号发生器，又要增加一个外部中断源，只能采用工作方式3，其中TH0为8位定时器，TL0为预置初值0xff的计数器。

10KHz方波的周期为100us，因此，TH0初值为256-100/2=206=0xce

程序如下：

定时器计数器综合应用实例讲解

【例1】 编写定时器T0产生1秒的定时程序，通过P1.0口输出高、低电平均为1s的方波(假设单片机采用12MHz的晶振)。

分析如下：

12MHz的晶振，机器周期为1us，各种工作方式直接定时的最大定时时间分别为：

方式0: 2 13 =8192us=8.192ms

方式1: 2 16 =65536us=65.536ms

方式2、3: 2 8 =256us

编程思路：

任何一种方式都无法直接实现1s的定时，可以考虑采用方式1实现50ms定时中断，设置一变量对中断的次数进行计数，计数到20时即为1秒。

c语言源程序如下：

【例2】 脉冲宽度的检测：要求对外部输入的高电平脉冲持续的时间进行检测，即检测高电平脉冲宽度，将检测的脉宽以微秒为单位显示在数码管上(假设单片机的晶振频率为12MHz)。

脉宽检测系统电路如图5-8所示。

图5-8　脉冲宽度检测系统电路图

分析如下：

TMOD的GATE位为门控位，当GATE置1时，只有当对应的外部中断引脚

为1，且TRn置1时，定时器n才会启动定时(n=0或1)。利用该特点，可以检测

口脉冲高电平持续的时间，在信号的上升沿启动定时器，下降沿停止定时器。

在本实例中，采用T0的方式1定时功能对脉冲宽度进行测量，直接测量的最大值为65535，如果晶振为12MHz，则机器周期为1us，直接可检测的最大脉冲宽度为65.535ms。如果需要检测更宽的脉冲，可对定时器0溢出的次数进行计数，将溢出次数乘以65536，来计算。将外部中断设为下降沿触发，当检测到下降沿信号时，将进入外部中断处理程序，读取定时器的数值，此数值即为脉冲信号的宽度，通过数码管(关于数码管显示的知识参见8.3节)动态扫描显示检测的脉冲宽度值。

c源程序如下：