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【80C51单片机】定时器/计数器的理解

定时器/计数器

80C51单片机的定时器和计数器(Timers and Counters)是其重要的外围设备,用于测量时间间隔、产生时间延迟、计数事件等。80C51有两个定时器/计数器:Timer 0和Timer 1
理解:定时器与计数器的区别在于触发计数增加的信号源。作为定时器,每经过一个机器周期计数加1;作为计数器,则是外部引脚(P3.4或P3.5)每检测到一次负跳变即加1。通过寄存器设置,单片机可灵活转换这两种功能。
标准C51有2个定时器/计数器:T0和T1。他们的使用方法一致。C52相比C51多了一个T2

1. 定时器怎么定时

定时器的本质原理: 每经过一个机器周期,就加1 :寄存器(存储数据的高速小容量存储单元)

简单理解(加1经过了多少时间)

假设系统时钟频率为12 MHz,时钟周期为:
T c l o c k = 1 f c l o c k = 1 12  MHz ≈ 83.33  ns T_{clock}=\frac1{f_{clock}}=\frac1{12\text{ MHz}}\approx83.33\text{ ns} Tclock=fclock1=12 MHz183.33 ns

一个机器周期包含12个时钟周期:
T m a c h i n e = 12 × T c l o c k = 12 × 83.33   n s ≈ 1   μ s T_{machine}=12\times T_{clock}=12\times83.33\mathrm{~ns}\approx1\mathrm{~μs} Tmachine=12×Tclock=12×83.33 ns1 μs

这样,每秒钟可以执行约1,000,000个机器周期,这对于大多数嵌入式应用来说是一个足够高的速度。
为什么是1us,我粗俗的理解为方便后期的计算
为什么是12个时钟周期,
这是由该单片机内部的硬件设计和工作原理决定的。80C51单片机在执行指令和进行数据处理时,其基本操作被划分为若干个状态周期(State),每个状态周期又进一步细分为两个相位(Phase),即P1和P2,这两个相位各对应一个时钟脉冲。因此,每个状态周期需要2个时钟周期。
一个机器周期由6个这样的状态周期组成,即S1至S6,所以计算下来就是 6×2=12 个时钟周期

什么是时钟周期

时钟周期也称为振荡周期,它的频率由晶振产生,定义为时钟频率的倒数。时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作。时钟周期是一个时间的量。更小的时钟周期就意味着更高的工作频率

什么是机器周期

机器周期也称为CPU周期。在计算机中,为了便于管理,常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段(如取指、译码、执行等),每一阶段完成一个基本操作。完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。一般情况下,一个机器周期由若干个时钟周期组成

2.如何设置定时

基本结构

计数寄存器(THx和TLx):每个定时器/计数器有两个8位的寄存器,分别是高(THx)和低位(TLx),用于存储计数值。
控制寄存器(TCON和TMOD):用于配置和控制定时器/计数器的工作模式和启动停止等操作。
时钟源选择:可以选择内部时钟源或外部时钟源。

相关寄存器

在这里插入图片描述
控制寄存器
在这里插入图片描述

1. TMOD寄存器

用于设置定时器/计数器的工作模式和计数器的运行方式。它是一个8位寄存器,其中每个定时器/计数器占4位:

GATE:当设置为1时,定时器/计数器的运行受外部引脚INTx控制。
C/T:选择定时器或计数器模式。当为0时,工作在定时器模式;当为1时,工作在计数器模式。
M1和M0:设置定时器/计数器的工作模式

工作模式设置(M1和M0)

模式0(M1=0, M0=0):13位定时器/计数器(TLx的5位和THx的8位组成)。
模式1(M1=0, M0=1):16位定时器/计数器(TLx和THx组成)。
模式2(M1=1, M0=0):8位自动重装载定时器/计数器(THx加载到TLx)。
模式3(M1=1, M0=1):分为两部分,Timer 0的TL0和TH0分别作为两个独立的8位定时器/计数器,Timer 1停止工作。

2. TCON寄存器

TCON寄存器用于控制定时器/计数器的启动和停止,以及外部中断的标志和控制。TCON寄存器的格式如下

在这里插入图片描述
TF1:定时器1溢出标志(当溢出的时候,硬件会修改bit6(TF1)位上面的数据,改成1(置1),如果不用中断,我们代码清零)。
TR1:定时器1运行控制位(开始计时,相当于按下了闹钟)。
TF0:定时器0溢出标志。
TR0:定时器0运行控制位。
IE1:外部中断1标志。
IT1:外部中断1触发类型控制。
IE0:外部中断0标志。
IT0:外部中断0触发类型控制

配置寄存器(用按位操作)
清0与0,置1或1
清零时,对应的需要清零的位与上0,不需要清零的位与上1
置1的时,需要置1的位置或1,不需要置一的位置或0

代码示例

/*通过定时器0,控制LED亮一秒,灭一秒,晶振11059200Hz*/
#include "reg52.h"
sbit led = P3^6;

void Timer0Init(void)		//10毫秒@11.0592MHz
{
	//AUXR &= 0x7F;		//定时器时钟12T模式
	TMOD &= 0xF0;		//设置定时器模式 清零时需要清零的位与上0(清0与0)
	TMOD |= 0x01;		//设置定时器模式 置1或1 
	TL0 = 0x00;		//设置定时初值
	TH0 = 0xDC;		//设置定时初值
	TF0 = 0;		//清除TF0标志
	TR0 = 1;		//定时器0开始计时
}

void main()
{
	int cnt = 0;
	led = 1;
	Timer0Init();

	while(1){
		if(TF0 == 1)//当爆表的时候,硬件会修改bit5(TF0)位上面的数据,改成1
		{
			TF0 = 0;//不用中断,必须软件清零
			cnt++;  //统计爆表的次数
			//重新给初值
			TL0=0x00;
			TH0=0xDC;
			if(cnt == 100){//爆表100次,经过了1s
				cnt = 0;  //当100次表示1s,重新让cnt从0开始,计算下一次的1s
				led = !led;//每经过1s,翻转led的状态
			}
		}
	}
}

本人菜鸟,请大神多多指教

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