嵌入式系统 - 定时器/计数器

定时器是一种专门的时钟，用于测量时间间隔。从零开始计数以测量经过时间的定时器通常称为秒表。它是一种从指定时间间隔开始倒计时并用于产生时间延迟的设备，例如，沙漏就是一个定时器。

计数器是一种存储（有时显示）特定事件或过程相对于时钟信号发生的次数的设备。它用于计数微控制器外部发生的事件。在电子学中，计数器可以很容易地使用寄存器型电路（例如触发器）来实现。

定时器和计数器之间的区别

定时器和计数器的区别如下 −

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 采用 8 位架构，因此每个 16 位都作为低字节和高字节的两个独立寄存器进行访问。

定时器 0 寄存器

定时器 0 的 16 位寄存器作为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进行访问。例如，指令 MOV TL0, #4H 将值移动到定时器 #0 的低字节中。

定时器 1 寄存器

定时器 1 的 16 位寄存器以低字节和高字节访问。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 将值移动到定时器 1 的低字节中。

TMOD（定时器模式）寄存器

定时器 0 和定时器 1 都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 位留给定时器 0，高 4 位留给定时器。在每种情况下，低 2 位用于提前设置定时器模式，高 2 位用于指定位置。

门 −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。

GATE

每个定时器都有启动和停止的方法。有些定时器通过软件实现，有些通过硬件实现，有些同时具有软件和硬件控制。8051 定时器同时具有软件和硬件控制。定时器的启动和停止由软件控制，对于定时器 1 使用指令 SETB TR1 和 CLR TR1，对于定时器 0 使用指令 SETB TR0 和 CLR TR0。

SETB 指令用于启动定时器，CLR 指令用于停止定时器。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，定时器可以由外部源启动和停止。

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生成器还是事件管理器。如果 C/T = 0，则将其用作定时器延迟生成的定时器。产生时间延迟的时钟源是 8051 的晶振频率。如果 C/T = 0，则连接到 8051 的晶振频率还决定了 8051 定时器以固定间隔滴答的速度。

定时器频率始终是连接到 8051 的晶振频率的 1/12。尽管各种基于 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 的串行通信的波特率。XTAL = 11.0592 允许 8051 系统与 PC 进行无错误通信。

M1 / M2

定时器的不同模式

模式 0（13 位定时器模式）

模式 0 中的定时器 1 和定时器 0 都作为 8 位计数器运行（带有 32 分频预分频器）。定时器寄存器配置为 13 位寄存器，由 TH1 的所有 8 位和 TL1 的低 5 位组成。TL1 的高 3 位是不确定的，应该忽略。设置运行标志 (TR1) 不会清除寄存器。当计数从全 1 翻转为全 0 时，定时器中断标志 TF1 被设置。定时器 0 的模式 0 操作与定时器 1 相同。

模式 1（16 位定时器模式）

定时器模式"1"是 16 位定时器，是一种常用模式。它的工作方式与 13 位模式相同，只是使用了所有 16 位。TLx 从 0 开始递增，最大为 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，定时器可能包含最多 65536 个不同的值，并且在 65,536 个机器周期后它将溢出回 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）的溢出会设置 TF1（TF0），还会使用 Th1（TH0）的内容重新加载 TL1（TL0），该内容由软件预设。重新加载不会改变 TH1（TH0）。

自动重载模式的好处是，您可以让定时器始终包含 200 到 255 之间的值。如果使用模式 0 或 1，则必须检查代码以查看溢出，在这种情况下，将定时器重置为 200。在这种情况下，宝贵的指令会检查值和/或重新加载。在模式 2 中，微控制器会处理此问题。在模式 2 中配置定时器后，您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所有工作。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"称为分割定时器模式。当定时器 0 处于模式 3 时，它变为两个独立的 8 位定时器。定时器 0 为 TL0，定时器 1 为 TH0。两个定时器的计数范围均为 0 到 255，如果发生溢出，则重置回 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，真正的定时器 1（即 TH1 和 TL1）可以设置为模式 0、1 或 2，但无法启动/停止，因为执行这些操作的位现在已链接到 TH0。实际定时器 1 将随每个机器周期递增。

初始化定时器

确定定时器模式。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 位模式是定时器模式 1，因此清除 T0M1 并设置 T0M0。实际上，唯一要打开的位是 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，但定时器未运行。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 位定时器可以用两种方式读取。要么将定时器的实际值读取为 16 位数，要么检测定时器何时溢出。

检测定时器溢出

当定时器从其最高值溢出到 0 时，微控制器会自动设置 TCON 寄存器中的 TFx 位。因此，无需检查定时器的确切值，只需检查 TFx 位即可。如果设置了 TF0，则定时器 0 已溢出；如果设置了 TF1，则定时器 1 已溢出。