嵌入式系统 - 定时器/计数器

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定时器是一种特殊类型的时钟，用于测量时间间隔。从零向上计数以测量经过的时间的计时器通常称为秒表。它是一种从指定的时间间隔开始倒计时并用于产生时间延迟的装置，例如沙漏就是计时器。

计数器是一种存储（有时还显示）特定事件或进程相对于时钟信号发生的次数的设备。它用于对微控制器外部发生的事件进行计数。在电子学中，可以使用寄存器型电路（例如触发器）非常轻松地实现计数器。

定时器和计数器的区别

定时器与计数器的区别如下：

8051的定时器及其相关寄存器

8051有两个定时器，定时器0和定时器1。它们可以用作定时器或事件计数器。定时器0和定时器1都是16位宽。由于 8051 遵循 8 位架构，因此每个 16 位作为低字节和高字节两个单独的寄存器进行访问。

定时器0寄存器

定时器 0 的 16 位寄存器按低字节和高字节进行访问。低字节寄存器称为 TL0（定时器 0 低字节），高字节寄存器称为 TH0（定时器 0 高字节）。这些寄存器可以像任何其他寄存器一样访问。例如，指令MOV TL0,#4H将值移至定时器#0 的低字节。

定时器1寄存器

定时器 1 的 16 位寄存器按低字节和高字节进行访问。低字节寄存器称为TL1（定时器1低字节），高字节寄存器称为TH1（定时器1高字节）。这些寄存器可以像任何其他寄存器一样访问。例如，指令MOV TL1,#4H将值移入定时器 1 的低字节。

TMOD（定时器模式）寄存器

定时器0和定时器1使用相同的寄存器来设置各种定时器操作模式。它是一个 8 位寄存器，其中低 4 位用于定时器 0，高 4 位用于定时器。在每种情况下，低 2 位用于预先设置定时器模式，高 2 位用于指定位置。

Gate - 设置后，定时器仅在 INT(0,1) 为高电平时运行。

C/T - 计数器/定时器选择位。

M1 - 模式位 1。

M0 - 模式位 0。

门

每个计时器都有启动和停止的方法。有些定时器通过软件来完成此操作，有些定时器通过硬件来完成此操作，有些定时器同时具有软件和硬件控制。8051定时器有软件和硬件两种控制方式。定时器的启动和停止由软件控制，定时器 1 使用指令SETB TR1和CLR TR1，定时器 0 使用指令SETB TR0和CLR TR0。

SETB指令用于启动它，并由CLR指令停止。只要 TMOD 寄存器中的 GATE = 0，这些指令就会启动和停止定时器。通过在 TMOD 寄存器中设置 GATE = 1，可以通过外部源启动和停止定时器。

C/T（时钟/定时器）

TMOD 寄存器中的该位用于决定定时器是用作延迟发生器还是事件管理器。如果C/T = 0，则用作定时器延迟生成的定时器。创建时间延迟的时钟源是 8051 的晶体频率。如果 C/T = 0，则 8051 附带的晶体频率也决定 8051 定时器定期滴答的速度。

定时器频率始终是 8051 所连接晶振频率的 1/12。虽然各种基于 8051 的系统的 XTAL 频率为 10 MHz 至 40 MHz，但我们通常使用 11.0592 MHz 的 XTAL 频率。这是因为8051.XTAL的串行通信波特率=11.0592，使得8051系统与PC机通信无误。

M1/M2

不同模式的定时器

模式 0（13 位定时器模式）

模式 0 下的定时器 1 和定时器 0 均作为 8 位计数器（带有 32 分频预分频器）运行。定时器寄存器配置为 13 位寄存器，由 TH1 的全部 8 位和 TL1 的低 5 位组成。TL1 的高 3 位是不确定的，应被忽略。设置运行标志（TR1）不会清除寄存器。当计数从全 1 翻转到全 0 时，定时器中断标志 TF1 被置位。定时器 0 的模式 0 操作与定时器 1 的操作相同。

模式 1（16 位定时器模式）

定时器模式“1”是16位定时器，是常用的模式。它的功能与 13 位模式相同，只是使用了所有 16 位。TLx 从 0 开始递增到最大 255。一旦达到值 255，TLx 重置为 0，然后 THx 递增 1。作为一个完整的 16 位定时器，该定时器最多可以包含 65536 个不同的值，并且65,536 个机器周期后将溢出回 0。

模式 2（8 位自动重载）

两个定时器寄存器均配置为具有自动重载功能的 8 位计数器（TL1 和 TL0）。TL1 (TL0) 的溢出设置 TF1 (TF0)，并用软件预设的 Th1 (TH0) 内容重新加载 TL1 (TL0)。重新加载使 TH1 (TH0) 保持不变。

自动重新加载模式的好处是，您可以让计时器始终包含 200 到 255 之间的值。如果您使用模式 0 或 1，则必须检查代码以查看溢出情况，在这种情况下，将计时器重置为 200。在这种情况下，宝贵的指令会检查该值并/或重新加载。在模式 2 中，微控制器负责处理此问题。一旦您在模式 2 下配置了定时器，您就不必担心检查定时器是否溢出，也不必担心重置值，因为微控制器硬件会为您完成这一切。自动重载模式用于建立通用波特率。

模式 3（分割定时器模式）

定时器模式“3”被称为分割定时器模式。当定时器0置于模式3时，它变成两个独立的8位定时器。定时器0为TL0，定时器1为TH0。两个定时器都从 0 计数到 255，并且在溢出的情况下重置回 0。定时器 1 的所有位现在都将绑定到 TH0。

当定时器0处于分割模式时，实际定时器1（即TH1和TL1）可以设置为模式0、1或2，但不能启动/停止，因为执行此操作的位现在链接到TH0。实际定时器 1 将随着每个机器周期递增。

初始化定时器

决定定时器模式。考虑一个连续运行且独立于任何外部引脚的 16 位定时器。

初始化 TMOD SFR。使用 TMOD 的最低 4 位并考虑定时器 0。将 GATE 0 和 C/T 0 这两位保留为 0，因为我们希望定时器独立于外部引脚。由于16位模式为定时器模式1，因此清T0M1并设置T0M0。实际上，唯一打开的位是 TMOD 的位 0。现在执行以下指令 -

MOV TMOD,#01h

现在，定时器0处于16位定时器模式，但定时器没有运行。要在运行模式下启动定时器，请通过执行以下指令设置 TR0 位 -

SETB TR0

现在，定时器 0 将立即开始计数，每个机器周期递增一次。

读取定时器

16 位定时器可以通过两种方式读取。要么以 16 位数字的形式读取计时器的实际值，要么检测计时器何时溢出。

检测定时器溢出

当定时器从最高值溢出到 0 时，微控制器会自动设置 TCON 寄存器中的 TFx 位。因此，可以检查 TFx 位，而不是检查计时器的准确值。如果TF0被置位，则定时器0溢出；如果 TF1 被置位，则定时器 1 溢出。