定时器/计数器的学习和使用

原文：

       定时器是单片机的重要功能模块之一，在检测、控制领域有广泛应用。定时器常用作定时时钟，以实现定时检测、定时响应、定时控制，并且可用于产生ms宽的脉 冲信号，驱动步进电机。定时和计数功能最终都是通过计数实现的，若计数的事件源是周期固定的脉冲，则可以实现定时功能，否则只能实现计数功能。因此可以将 定时和计数功能由一个部件实现。
一、定时器/计数器原理
       实现定时和计数的方法一般有：软件定时、专用硬件电路和可编程定时器/计数器三种方法。
软件定时：执行一个循环程序进行时间延迟。定时准确，不需要外加硬件电路，但增加CPU开销。
专用硬件电路定时：可实现精确的定时和计数，但参数调节不便。
可编程定时器／计数器：不占用CPU时间，能与CPU并行工作，实现精确的定时和计数，又可以通过编程设置其工作方式和其它参数，因此使用方便。
    定时器的基本工作原理是：利用计数器对固定周期的脉冲计数，通过寄存器的溢出来触发中断。
二、定时器的具体应用步骤：
1、使用定时器时主要有两种方法：
    1）使用定时中断技术，计时溢出时触发中断，预先设计的中断子程序将被自动调用；
    2）使用查询法检查是否出现计时溢出，溢出时执行指定代码。
    上述方法中使用的较多的是第一种。
2、具体应用步骤如下：
    1） 打开中断允许位：
对 IE 寄存器进行控制，IE寄存器各位的信息如下图所示：

                        图2.2-1 中断使能寄存器组成
EA：  为0 时关所有中断；为1时开所有中断
ET2：为0时关T2中断；为 1时开T2 中断，只有8032、8052、8752才有此中断
ES：  为0时关串口中断；为 1时开串口中断
ET1：为0时关T1中断；为 1时开T1 中断
EX1：为0时关INT1中断；为1时开INT1中断
ET0：为0时关T0中断；为 1时开T0 中断
EX0：为0时关INT0中断；为1时开INT0中断
   2）选择定时器/计时器的工作方式：
定时器TMOD格式，如下图所示 ：

                                   图2.2-2定时器TMOD格式
    CPU 在每个机器周期内对 T0/T1 检测一次，但只有在前一次检测为 1 和后一次检测为 0时才会使计数器加 1。因此，计数器不是由外部时钟负边沿触发，而是在两次检测到负跳变存在时才进行计数的。由于两次检测需要 24 个时钟脉冲，故 T0/T1 线上输入的 0或 1 的持续时间不能少于一个机器周期。通常，T0 或 T1 输入线上的计数脉冲频率总小于 100kHz。
    方式 0：定时器/计时器按 13 位加 1 计数，这 13 位由 TH 中的高 8 位和 TL 中的低 5 位组成，其中TL中的高3 位弃之不用（与MCS-48兼容）。

                                   图2.2-3 定时器0的计数位数   
    13 位计数器按加 1 计数器计数，计满为 0 时能自动向 CPU 发出溢出中断请求，但要它再次计数，CPU必须在其中断服务程序中为它重装初值。
    方式 1：16 位加1计数器，由TH 和TL 组成，在方式 1的工作情况和方式0的相同，只
是计数器值是方式0 的8倍。

                                                              图2.2-4  定时器1的计数位数
       方式 2：计数器被拆成一个 8 位寄存器 TH 和一个 8 位计数器 TL，CPU 对它们初始化时必须送相同的定时初值。当计数器启动后，TL按8位加1 计数，当它计满回零时，一方面向CPU发送溢出中断请求，另一方面从 TH 中重新获得初值并启动计数。

                                                                图2.2-5  定时器2的计数位数
       方式 3：T0 和T1 工作方式不同，TH0 和 TL0 按两个独立的 8 位计数器工作，T1 只能按不需要中断的方式2 工作。
       在方式 3 下的 TH0 和 TL0 是有区别的：TL0 可以设定为定时器/计时器或计数器模式工作，仍由TR0 控制，并采用TF0 作为溢出中断标志；TH0 只能按定时器/计时器模式工作，它借用TR1和 TF1 来控制并存放溢出中断标志。因此， T1就没有控制位可以用了，故 TL1 在计满回零时不会产生溢出中断请求的。
       显然，T0 和T1设定为方式3，实际上就相当于设定了 3个8 位计数器同时工作，其中 TH0和TL0 为两个由软件重装的8 位计数器，TH1 和TL1为自动重装的8位计数器，但无溢出中断请求产生。由于 TL1工作于无中断请求状态，故用它来作为串口可变波特率发生器是最好不过的。

                                                                             图2.2-6  
           3)为计数器赋值
计数器初值计算：
                                                                TC = M ? C
             TC：计数器初值，M：计数器模值（2k），C：把计数器计满的计数值
定时器初值计算：
                              T = (M ? TC)T计数             或             TC = M ? T/T计数
             M：模值，T 计数：单片机时钟周期 TCLK（ΦCLK的倒数）的12 倍；TC 为定时器的定时初值，T为欲定时的时间。
                                                         TC = M ? T × /12
             M：模值，ΦCLK：单片机时钟周期ΦCLK；TC 为定时器的定时初值，T 为欲定时的时间。
             例如：单片机主脉冲频率ΦCLK为12MHz，最大定时时间为：
                   方式0 时    TMAX = 213×1us = 8.192ms
                   方式1 时    TMAX = 216×1us = 65.536ms
                   方式2 和方式3  TMAX = 28×1us = 0.256ms
          4) 启动计时器

                                                             图2.2-7 计时器控制寄存器  
TR0：为0时，停T0计数；为1 时，启T0 计数
TF0：为0 时，无T0中断（硬件复位）；为1 时，有 T0 溢出中断
TR1：为0时，停 T1计数；为1 时，启T1 计数
TF1：为0 时，无T1中断（硬件复位）；为1 时，有 T1 溢出中断
IE1：为0 时，硬件复位；为 1时INT1上有中断
IT1：为0 时，INT1电平触发（软件复位）；为1时，INT1负边沿触发
IE0：为0 时，硬件复位；为 1时INT0上有中断
IT0：为0 时，INT0电平触发（软件复位）；INT0负边沿触发
三、总结
       当然，最重要的工作室编写定时器中断服务程序，当定时器的时间到达（计时溢出）时即触发中断，所编写的相应的程序会被自动执行。
          对于方式0、1、3，如果希望定时器能按设定的某固定时间间隔不断触发，还需要在定时中断服务程序中再次设置定时寄存器初值（TH0/TL0或TH1 /TL1），对于方式2则不需要，因为该方式下定时寄存器低字节（TH0或TL1）独立完成计数工作，在定时中断发生时，定时寄存器高字节（TH0 或TH1）的值会自动重新赋给低字节，高字节的值在整个过程中保持不变。
         需要注意的是，如果仅在主程序中设置了定时寄存器的初值，中断程序中未重新给定时寄存器赋值，中断程序将以该方式下的最大定时值工作。例如，方式0为13位，最大值为8192；方式1为16位，最大值为65535.