单片机定时器的作用及使用方法详解

单片机定时器在单片机的功能是很重要的，它一般被用作定时功能，来做定时检测、定时响应和定时控制，并且可以产生毫秒宽的脉冲信号来驱动步进电机。计时和计数的最终功能是通过计数实现的。如果计数事件源是周期性固定脉冲，则可以实现定时功能，否则只能实现计数功能。因此，定时和计数功能可以由单个组件实现。计时器的结构和工作原理可以通过下面的图表简单地分析。

单片机的作用：

首先要为大家解释的一个问题是，单片机定时器其实跟我们平时常说的计数器，是同一个电子元件，只不过计数器记录的是51单片机外部情况，所接受的也是外部脉冲，而定时器则是由单片机自身提供的一个非常稳定的计数器，这个稳定的计数器就是单片机上连接的晶振部件。单片机的晶振经过12分频之后提供给单片机的只有1MHZ的稳定脉冲，晶振的频率是非常准确的，所以单片机的计数脉冲之间的时间间隔也是非常准确的，这个准确的时间间隔是1微秒。

下面我们来看一下，一个单片机定时器的简单结构图，如下图所示：

单片机定时器的简单结构图

而无论是单片机定时器，还是计数器，他们在单片机的工作运行过程中都有定时或事件计数功能，因此常常会被应用于时间控制、程序延时、对外部时间计数和检测等工作范围内。而一旦了解了计数器/定时器的应用领域和使用情况，工程师就可以充分利用单片机定时器来完成一些对时间限制要求精准的程序的设定，例如信号检测或电气自动化设计，都是比较常用到51单片机计数器进行程序设计的领域。

单片机的使用：

单片机定时器的使用可以说非常简单，只要掌握原理，有一点的C语言基础就行了。要点有以下几个：

1. 一定要知道英文缩写的原形，这样寄存器的名字就不用记了。

理解是最好的记忆方法。好的教材一定会给出所有英文缩写的原形。

2. 尽量用形像的方法记忆。

比如TCON和TMOD两个寄存器各位上的功能，教程一般有个图表，你就在学习中不断回忆那个图表的形像。

3. TMOD：定时器/计数器模式控制寄存器(TIMER/COUNTER MODE CONTROL REGISTER)

定时器/计数器模式控制寄存器TMOD是一个逐位定义的8位寄存器，但只能使用字节寻址，其字节地址为89H。其格式为：其中低四位定义定时器/计数器C/T0,高四位定义定时器/计数器C/T1，各位的说明：

(1)GATE——门控制。

GATE=1时，由外部中断引脚INT0、INT1来启动定时器T0、T1。

当INT0引脚为高电平时TR0置位，启动定时器T0;

当INT1引脚为高电平时TR1置位，启动定时器T1。

GATE=0时，仅由TR0,TR1置位分别启动定时器T0、T1。

(2)C/T——功能选择位

C/T=0时为定时功能，C/T=1时为计数功能。

置位时选择计数功能，清零时选择定时功能。

(3)M0、M1——方式选择功能

由于有2位，因此有4种工作方式:

M1M0 工作方式 计数器模式 TMOD(设置定时器模式)

0 0 方式0 13位计数器 TMOD=0x00

0 1 方式1 16位计数器 TMOD=0x01

1 0 方式2 自动重装8位计数器 TMOD=0x02

1 1 方式3 T0分为2个8位独立计数器，T1为无中断重装8位计数器 TMOD=0x03

单片机定时器0设置为工作方式1为TMOD=0x01

这里我们一定要知道，TMOD的T是TIMER/COUNTER的意思，MOD是MODE的意思。至于每位上的功能，你只要记住图表，并知道每个英文缩写的原型就可以了。

在程序中用到TMOD时，先立即回忆图表，并根据缩写的单词原形理出每位的意义，如果意义不是很清楚，就查下手册，几次下来，TMOD的图表就已经在脑子里了。

8位 GATE位，本身是门的意思。

7位 C/T Counter/Timer

6位 M1 Mode 1

5位 M0 Mode 0

4. TCON: 定时器/计数器控制寄存器(TIMER/COUNTER CONTROL REGISTER)

TMOD分成2段，TCON控制更加精细，分成四段，在本文中只要用到高四段。

TF0(TF1)——计数溢出标志位，当计数器计数溢出时，该位置1。

(1)TR0(TR1)——定时器运行控制位

当TR0(TR1)=0 停止定时器/计数器工作

当TR0(TR1)=1 启动定时器/计数器工作

(2)IE0(IE1)——外中断请求标志位

当CPU采样到P3.2(P3.3)出现有效中断请求时，此位由硬件置1。在中断响应完成后转向中断服务时，再由硬件自动清0。

(3)IT0(IT1)——外中断请求信号方式控制位

当IT0(IT1)=1 脉冲方式(后沿负跳有效)

当IT0(IT1)=0 电平方式(低电平有效)此位由软件置1或清0。

(4)TF0(TF1)——计数溢出标志位

当计数器产生计数溢出时，此位由硬件置1。当转向中断服务时，再有硬件自动清0。计数溢出的标志位的使用有两种情况：采用中断方式时，作中断请求标志位来使用;采用查询方式时，作查询状态位来使用。注意记忆方法，理解单词原形，就绝对不会把TF和TR搞混。TF的F也就是溢出Over Flow的F。TR的R就是运行Run。默认是0不运行，当然要置1才运行。

5. STC单片机STC89C52RC定时器延时时间的计算

延时时间要根据晶振频率计算，不同板子可能有所不同。

时钟周期：

1/时钟源，在我现在这块板子上，晶振频率是11.0592M，也就是时钟周期是 1/11059200秒

机器周期：

一般51单片机是12个时钟周期，我的板子也就是 12/11059200秒

单次定时最长时间：

如果是16位的计数器，16位最大值是65535，共可计数65536次。基本的常数一定要记住，还要记住8位最大值是255，共可计数256次，还要记住8位上每位代表的数值。

12 * 65536/11059200 = 0.0711 s,也就是，71 ms内的定时可以单次定时就完成。如果定时时间超过71 ms，就要循环了。

一次定时需要几次机器周期：

计算公式：定时秒数/机器周期

比如我要定时1秒， 1/(12/11059200)= 921600次，16位计数器最大可计数65536次，921600次早就益出了。我们可以每次定时10 ms，循环100次就可以定时1秒了，1 s缩小100百倍就是10 ms, 也就是每次需要计数9216次。

确实计数器初始值:

定时10 ms时，如果计数器从0开始计数，我们就不知道什么时候到了9216次。所以应该计数了9216次，16位计数器最多计数95536次，然后就溢出，一溢出TCON的TF位就会置1，我们只要经常检测TF位就可以知道什么时候完成10ms的定时了。

计算公式：计数器初始值=最大计数次数 - 需要计数次数

如果定时10 ms，计数器的初始值就是 65536 - 9216

计算计数器的高位和低位：

16位的计数器，也就是两个8位组成，8位的最大计数次数是256。所以:

计数器高位 = 初始值/256

计数器低位 = 初始值%6