《微型计算机技术及应用》课程授课教案（讲义）第5章 51单片机的外围模块及应用 5.2 定时器及其应用

5.2定时器及其应用定时器可以实现下列功能：（1）定时操作（2）测量外部输入信号（3）定时输出（4）监视系统正常工作5.2.1定时器的一般结构和工作原理组成：一个N为计数器、计数时钟源控制电路、状态和控制寄存器；计数方式：加计数和减计数；时钟来源：内部时钟和外部时钟。电子开关内部时钟N位计数器中断外部时钟-溢出标志计数时钟控制控制图5-2-1定时器的一般结构、定时方式对于一个N位的加1计数器，若计数时钟f是已知，则从初值a开始加1计数至溢出所占用的时间为：二、计数器方式时钟来源：外部时钟源目的：对外部时钟累加统计或为了测量外部输入时钟的参数

5.2定时器及其应用 定时器可以实现下列功能： （1）定时操作 （2）测量外部输入信号 （3）定时输出 （4）监视系统正常工作 5.2.1定时器的一般结构和工作原理 组成：一个N为计数器、计数时钟源控制电路、状态和控制寄存器； 计数方式：加计数和减计数； 时钟来源：内部时钟和外部时钟。 图 5-2-1 定时器的一般结构 一、定时方式 对于一个 N 位的加 1 计数器，若计数时钟 f 是已知，则从初值 a 开始加 1 计数 至溢出所占用的时间为： 二、计数器方式 时钟来源：外部时钟源 目的：对外部时钟累加统计或为了测量外部输入时钟的参数。 *( ) 1 2 a f T N = −

三、通用的多功能定时器组成：一个自由运行的N位计数器，若干个输入捕捉寄存器，若干个比较输出寄存器，以及相应的状态控制寄存器。功能：1.输入捕捉方式2.比较输出IEDG向CPU请求中断CF15引脚跳变选择输人插提寄存器ICRACK和检测Tens内部时钟向CPU计数器TCNTfosc/n鲨出标志请求中断向CPU请求中断比较器OCF电平选择15Tee输出控制比较输出寄存器OCROLVL图5-2-2多功能定时器结构框图四、监视定时器WDT功能：当CPU受到干扰而工作不正常时，监视定时器溢出产生复位信号，使系统恢复正常工作。5.2.2定时器T0、T1的功能和使用方法定时/计数器的核心部件是一个加法（或减法）计数器，有两种工作模式：（1）计数器工作模式（2）定时器工作模式4种工作方式（方式0-方式3）。TMOD：选择定时器/计数器TO、T1的工作模式和工作方式

三、通用的多功能定时器 组成：一个自由运行的 N 位计数器，若干个输入捕捉寄存器，若干个比较输 出寄存器，以及相应的状态控制寄存器。 功能：1.输入捕捉方式 2.比较输出 图 5-2-2 多功能定时器结构框图 四、监视定时器WDT 功能：当CPU受到干扰而工作不正常时，监视定时器溢出产生复位信号，使系 统恢复正常工作。 5.2.2 定时器T0、T1的功能和使用方法 定时/计数器的核心部件是一个加法（或减法）计数器，有两种工作模式： （1）计数器工作模式 （2）定时器工作模式 4种工作方式(方式0-方式3)。 TMOD：选择定时器/计数器T0、T1的工作模式和工作方式

TCON：控制TO、T1的启动和停止计数，同时包含了TO、T1的状态。单片机复位时，两个寄存器都清0。定时/计数器TO、T1的控制在MCS-51中，与定时/计数器TO、T1工作方式有关的寄存器为TMOD和TCON。其中TMOD控制定时/计数器TO、T1的工作方式，而TCON控制定时/计数器的启动并记录定时/计数器的溢出标志。一、工作方式控制寄存器TMOD8位分为两组，高4位控制T1，低4位控制TO。（1）GATEiaa门控位0：仅以TRX（X=01）来启动定时器/计数器运行。1：用引脚INTO*(或INT1*)上的高电平和TRX两个条件来启动定时器/计数器运行。（2）C/Tia;a计数器模式和定时器模式选择位0：定时器模式。1：计数器模式。（3）M1、MOaa工作方式选择位表4-2M1、MO工作方式选择D7D6D5D4D3D2D1DOTMODGATEC/TM1MOC/TMOGATEM189Hk+T1方式字段TO方式字段M1MO工作方式00方式0，13位定时器/计数器。01方式1，16位定时器/计数器。10方式2，8位常数自动重新装载11方式3，仅适用于TO，TO分成两个8位计数器，T1停止计数

TCON：控制T0、T1的启动和停止计数，同时包含了T0、T1的状态。 单片机复位时，两个寄存器都清0。 定时/计数器T0、T1的控制 在MCS-51中，与定时/计数器T0、T1工作方式有关的寄存器为TMOD和TCON。 其中TMOD控制定时/计数器T0、T1的工作方式，而TCON控制定时/计数器的 启动并记录定时/计数器的溢出标志。 一、工作方式控制寄存器TMOD 8位分为两组，高4位控制T1，低4位控制T0。 （1）GATE¡ª¡ª门控位 0：仅以TRX（X=0,1）来启动定时器/计数器运行。 1：用引脚INT0* (或INT1* )上的高电平和TRX两个条 件来启动定时器/计数器运行。 （2） C/T* ¡ª¡ª计数器模式和定时器模式选择位 0：定时器模式。 1：计数器模式。 （3）M1、M0¡ª¡ª工作方式选择位 表4-2 M1、M0工作方式选择 M1 M0 工 作 方 式 0 0 方式0，13位定时器/计数器。 0 1 方式1，16位定时器/计数器。 1 0 方式2，8位常数自动重新装载 1 1 方式3，仅适用于T0，T0分成两个8 位计数器，T1停止计数

二、定时器/计数器控制寄存器TCON位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88HTCONTF1TR1TFOTROIE1ITIIEOITO字节地址为88H复位初值为00H与外中断有关定时器TRO启动控制定时器TO溢出中断定时器TR1启动控制定时器T1溢出中断图5-2-4TCON寄存器中与定时/计数器控制有关的位D2D1D7D6D5D4D3DOIF1IE1II1IEOICOHTROITO88HIR1IF0低4位与外部中断有关，已介绍。高4位的功能如下：(1)TF1、TFO——计数溢出标志位(2)TR1、TRO——计数运行控制位1：启动定时器/计数器工作O：停止定时器/计数器工作三、定时/计数器TO、T1的工作方式定时/计数器T0有四种工作方式（即方式0、方式1、方式2和方式3），主要用于定时和计数;定时/计数器T1有三种工作方式（即方式0、方式1和方式2)。方式0与方式1工作方式基本相同，区别是方式0是作为13位定时/计数器使用，为了与INTEL公司早期单片机兼容，现在不推荐使用，方式1是作为16位定时/计数器使

二、定时器/计数器控制寄存器TCON 图 5-2-4 TCON 寄存器中与定时/计数器控制有关的位 低4位与外部中断有关，已介绍。高4位的功能如下： (1) TF1、TF0——计数溢出标志位 (2) TR1、TR0——计数运行控制位 1：启动定时器/计数器工作 0：停止定时器/计数器工作 三、 定时/计数器T0、T1的工作方式 定时/计数器T0有四种工作方式(即方式0、方式1、方式2和方式3)，主要用于定 时和计数； 定时/计数器T1有三种工作方式(即方式0、方式1和方式2)。 方式0与方式1工作方式基本相同，区别是方式0是作为13位定时/计数器使用， 为 了与INTEL公司早期单片机兼容，现在不推荐使用，方式1是作为16位定时/计数器 使

用。1.方式0（13位定时/计数器）计数脉冲开关定时器TO振荡器in中断请求C/T=0THOTLONF(TO(P3.4)8位5位C/T=1TRO1(接通）/0（断开）GATEINTO(P3.2)对于8XC5X芯片，n=12。对于8XC5XX2芯片，在“12时钟/机器周期”下，n=12：在“6时钟/机器周期”下，n=6图5-2-5定时/计数器TO(T1)工作于方式O的结构当M1、M0初始化为00时，定时/计数器工作于方式0，即计数长度为13位。C/T*位决定工作模式：O：开关打在上面，为定时器工作模式：1：开关打在下面，为计数器工作模式，计数脉冲为P3.4、P3.5引脚上的外部输入脉冲，当引脚上发生负跳变时，计数器加1。GATE位：决定定时器/计数器的运行取决于TRX一个条件还是TRx和INTx*引脚两个条件。（1）0：A点（见图6-2）是否计数，仅取决于TRx的状态。（2）1：B点电位由INTX*的输入电平和TRX的状态这两个条件来确定。是否计数是由TRx和INTx*二个条件来控制的。定时方式：计数脉冲是系统时钟信号的n分频，即每隔n/f秒，TLO加1。当TLO溢出时，THO自动加1；当THO也溢出时，定时器TO中断标志TFO位置1。定时时间的计算：如果定时器初值为a，则方式1的定时时间t为：2.方式1（16位定时/计数器）

用。 1.方式0（13位定时/计数器） 图 5-2-5 定时/计数器T0(T1)工作于方式0的结构 当M1、M0初始化为00时，定时/计数器工作于方式0，即计数长度为13位。 C/T* 位决定工作模式： 0：开关打在上面，为定时器工作模式； 1：开关打在下面，为计数器工作模式，计数脉冲为P3.4、P3.5引脚上的外部 输入脉冲，当引脚上发生负跳变时，计数器加1。 GATE位：决定定时器/计数器的运行取决于TRx一个条件还是TRx和INTx*引 脚两个条件。 （1）0：A点（见图6-2）是否计数,仅取决于TRx的状态。 （2）1：B点电位由INTX*的输入电平和TRX的状态这两个条件来确定。是否计数 是由TRx和INTx*二个条件来控制的。 定时方式：计数脉冲是系统时钟信号的n分频，即每隔n/f秒，TL0加1。当TL0 溢出时，TH0自动加1；当TH0也溢出时，定时器T0中断标志TF0位置1。 定时时间的计算：如果定时器初值为a，则方式1的定时时间t为： 2.方式1（16位定时/计数器）

fos计数脉冲开关定时器TO振荡器-n中断请求C/T=0THOTLOTFO8位TO(P3.4)8位C/T=TRO1(接通)/0(断开)GATEINTO(P3.2)对于8XC5X芯片，n=12。对于8XC5XX2芯片，在“12时钟/机器周期”下，n=12;在“6时钟/机器周期”下，n=6。图5-2-6定时/计数器TO(T1)工作于方式1的结构当M1、M0初始化为01时，定时/计数器工作于方式1，即计数长度为16位。C/T*位决定工作模式：O：开关打在上面，为定时器工作模式；1：开关打在下面，为计数器工作模式，计数脉冲为P3.4、P3.5引脚上的外部输入脉冲，当引脚上发生负跳变时，计数器加1。GATE位：决定定时器/计数器的运行取决于TRX一个条件还是TRx和INTx*引脚两个条件。（1）O：A点（见图6-2）是否计数，仅取决于TRx的状态，（2）1：B点电位由INTX*的输入电平和TRX的状态这两个条件来确定。是否计数是由TRx和INTx*二个条件来控制的。定时方式：计数脉冲是系统时钟信号的n分频，即每隔n/f秒，TLO加1。当TLO溢出时，THO自动加1；当THO也溢出时，定时器TO中断标志TFO位置1。定时时间的计算：如果定时器初值为a，则方式1的定时时间t为：12T=*(2'°- a)usf

图 5-2-6 定时/计数器T0(T1)工作于方式1的结构 当M1、M0初始化为01时，定时/计数器工作于方式1，即计数长度为16位。 C/T* 位决定工作模式： 0：开关打在上面，为定时器工作模式； 1：开关打在下面，为计数器工作模式，计数脉冲为P3.4、P3.5引脚上的外部 输入脉冲，当引脚上发生负跳变时，计数器加1。 GATE位：决定定时器/计数器的运行取决于TRx一个条件还是TRx和INTx* 引脚两个条件。 （1）0：A点（见图6-2）是否计数,仅取决于TRx的状态。 （2）1：B点电位由INTX*的输入电平和TRX的状态这两个条件来确定。是否计数 是由TRx和INTx*二个条件来控制的。 定时方式：计数脉冲是系统时钟信号的n分频，即每隔n/f秒，TL0加1。当TL0 溢出时，TH0自动加1；当TH0也溢出时，定时器T0中断标志TF0位置1。 定时时间的计算：如果定时器初值为a，则方式1的定时时间t为： s f T a osc *( ) 12 2 16 = −

显然，当晶振频率为12MHz，定时器初值为0时，方式1最长定时时间为：定时/计数器T1工作于方式1时，与定时/计数器T0方式1完全相同。由于方式1没有自动重装初值功能，THO溢出后，定时器将从OOOOH开始计数。因此，当需要重复定时或计数时，必须通过数据传送指令重装初值。为了减少定时误差，进入定时器中断服务程序后，最好立即重装初值。3.方式2计数脉冲开关1(接通）/0（断开）定时器TO中断请求振莎器±C/T=0TLOTFO8位↑ c/T=1T0(P3.4)重装初值控制TROTHOGATE8位INTQ(P3.2)*对于8XC5X芯片米说，n=12*对于8XC5XX2芯片米说，在12时钟/机器周期下，n=12：在6时钟/机器周期下，n=6图5-2-7定时/计数器T0(T1)工作于方式2的结构计数满后自动装入计数初值；8位定时/计数器；M1、M0=10。TLX作为常数缓冲器，当TLX计数溢出时，在置：。1i土溢出标志TFX的同时还自动的将THX中的初值送至TLX，使TLX从初值开始重新计数。由于方式2的计数长度为8位，因此定时时间T与计数器初值M之间的关系为：由于在方式2中，自动重装初值保存在THO寄存器中，因此同样需要初始化TLO和THO(内容与TLO相同)。4.方式3

显然，当晶振频率为12MHz，定时器初值为0时，方式1最长定时时间为： 定时/计数器T1工作于方式1时，与定时/计数器T0方式1完全相同。 由于方式1没有自动重装初值功能，TH0溢出后，定时器将从0000H开始计数。 因此，当需要重复定时或计数时，必须通过数据传送指令重装初值。为了减少定时 误差，进入定时器中断服务程序后，最好立即重装初值。 3. 方式 2 图 5-2-7 定时/计数器T0(T1)工作于方式2的结构 计数满后自动装入计数初值； 8位定时/计数器； M1、M0=10。 TLX作为常数缓冲器，当TLX计数溢出时，在置¡°1¡±溢出标志TFX的同时， 还自动的将THX中的初值送至TLX，使TLX从初值开始重新计数。 由于方式2的计数长度为8位，因此定时时间T与计数器初值M之间的关系为： 由于在方式2中，自动重装初值保存在TH0寄存器中，因此同样需要初始化TL0和 TH0(内容与TL0相同)。 4.方式3 振 荡 器 f OSC ÷n C / T = 0 C / T =1 TL0 8位 计 数 脉 冲 开 关 1(接 通 ) / 0(断 开 ) 定 时 器 T 0 TF0 中 断 请 求 T0(P3.4) TR0 GATE INT 0(P3.2) *对 于 8XC5X芯 片 来 说 ， n＝ 12 *对 于 8XC5XX2芯 片 来 说 ， 在 12时 钟 /机 器 周 期 下 ， n＝ 12； 在 6时 钟 /机 器 周 期 下 ， n＝ 6 ＝ ＝ TH0 8位 重 装 初 值 控 制

计数开关定时器TO振荡器CIT:TLO8位TO(P3.4)CIT中断请求TROI(接通)/0(断开）GATEINTO (P3.2)对于8XC5X芯片，n=12。对于8XC5XX2芯片，在“12时钟/机器周期”下，n=12：在“6时钟/机器周期”Fn=计数开关THOfosc.TF8位n中断请求TR11(接通)/0(断开)图5-2-8定时/计数器TO工作于方式3的结构方式3将定时/计数器T0分成两个独立的8位定时/计数器（但只有TLO具有定时和计数功能，而THO计数脉冲来自CPU内分频器，不可选择，只能作为8位定时器使用)。只适用于定时器/计数器TO。T1不能工作在方式3。当TLO溢出时，定时器TO溢出中断标志位TFO置1：而THO溢出时，定时器T1溢出中断标志位TF1置1。定时/计数器T1的启动控制位TR1作为THO的启动控制位，即工作在方式3下的定时/计数器TO占用了T1的启动控制位TR1和溢出中断标志位TF1，使定时/计数器T1的功能受到了限制，只能作为不需要中断功能的波特率发生器

图 5-2-8 定时/计数器T0工作于方式3的结构 方式3将定时/计数器T0分成两个独立的8位定时/计数器(但只有TL0具有定时 和计数功能，而TH0计数脉冲来自CPU内分频器，不可选择，只能作为8位定时器 使用)。 只适用于定时器/计数器T0。T1不能工作在方式3。 当TL0溢出时，定时器T0溢出中断标志位TF0置1；而TH0溢出时，定时器T1溢 出中断标志位TF1置1。 定时/计数器T1的启动控制位TR1作为TH0的启动控制位，即工作在方式3下的定 时/计数器T0占用了T1的启动控制位TR1和溢出中断标志位TF1，使定时/计数器T1 的功能受到了限制，只能作为不需要中断功能的波特率发生器

T1振荡器学山C/T=0TL1TH1串行口8位8位C/T=1技T1(P3.5)(a)TI振荡器+nLC/T=0TLI串行口8位-C/T=1么T1(P3.5)T重装初值控制THI8位对于8XC5X芯片，n=12对于8XC5XX2芯片，在“12时钟/机器周期”下，n=12；在“6时钟/机器周期”下，n=6。(b)图5-2-9定时/计数器T0工作在方式3下T1的结构(a)T1方式1；(b)T1方式25.2.3定时器T0的应用-定时中断控制晶闸管导通角用中断的方式实现外部中断INTO接收过零检测信号；定时器TO实现触发角的延时。5.2.4定时/计数器T2的功能和使用方法与定时/计数器T2有关的寄存器有：T2CON(定时器T2控制寄存器）、T2MOD(增强型MCS-51新增的定时器T2工作模式寄存器）、TH2、TL2、RCAP2H和RCAP2L。TH2和TL2分别是定时/计数器T2的高8位和低8位，TH2和TL2构成了16位计数器；而RCAP2H和RCAP2L构成了一个16位寄存器，在自动重装初值方式下，RCAP2H和RCAP2L分别存放TH2和TL2的重装初值：在捕捉方式下，当P1.1引脚出现负跳变时，T2计数器高8位TH2和低8位TL2分别被捕捉到RCAP2H和RCAP2L寄存器中。一、T2的特殊功能寄存器

图 5-2-9 定时/计数器T0工作在方式3下T1的结构 (a) T1方式1；(b) T1方式2 5.2.3 定时器T0的应用-定时中断控制晶闸管导通角 用中断的方式实现 外部中断INT0接收过零检测信号； 定时器T0实现触发角的延时。 5.2.4 定时/计数器T2的功能和使用方法 与定时/计数器T2有关的寄存器有：T2CON(定时器T2控制寄存器)、T2MOD(增 强型MCS-51新增的定时器T2工作模式寄存器)、TH2、TL2、RCAP2H和RCAP2L。 TH2和TL2分别是定时/计数器T2的高8位和低8位，TH2和TL2构成了16位计 数器；而RCAP2H和RCAP2L构成了一个16位寄存器，在自动重装初值方式下， RCAP2H和RCAP2L分别存放TH2和TL2的重装初值；在捕捉方式下，当P1.1引脚 出现负跳变时，T2计数器高8位TH2和低8位TL2分别被捕捉到RCAP2H和RCAP2L 寄存器中。 一、T2的特殊功能寄存器

1.定时/计数器T2的控制在标准MCS-52系列中，定时/计数器T2的工作方式及用途由T2CON寄存器的内容决定，该寄存器各位含义如图5-2-10所示。CBHCAHC9HC8H位地址CFHCEHCDHCCHT2CONTF2EXF2RCLKTCLKEXEN2TR2字节地址：0C8HC/T2CP/RL2复位后初值：00H捕提/自动重装方式选择定时/计数方式选择启动控制禁止/允许外部触发串行口发送波特率选择串行口接收波特率选择T2外部触发标志T2计数器溢出标志图5-2-10T2CON寄存器各位含义1）CP/RL2*：捕捉/自动重装方式选择位O：T2工作于16位自动重装初值方式；1：T2工作于16位捕捉方式。2）C/T2*：定时/计数方式选择位。0：T2处于定时方式；1：T2处于计数方式。3）TR2:定时/计数器T2计数脉冲通/断控制位。O：T2停止计数；1：T2计数。4）EXEN2：定时器T2外部触发允许/禁止位。0：外部触发禁止；

1. 定时/计数器T2的控制 在标准MCS-52系列中，定时/计数器T2的工作方式及用途由T2CON寄存器的 内容决定，该寄存器各位含义如图5-2-10所示。 图5-2-10 T2CON寄存器各位含义 1）CP/RL2*:捕捉/自动重装方式选择位。 0：T2工作于16位自动重装初值方式； 1：T2工作于16位捕捉方式。 2）C/T2*:定时/计数方式选择位。 0： T2处于定时方式； 1： T2处于计数方式。 3）TR2:定时/计数器T2计数脉冲通/断控制位。 0： T2停止计数； 1： T2计数。 4） EXEN2：定时器T2 外部触发允许/禁止位。 0：外部触发禁止；