单片机定时器/计数器的基本结构及工作原理

本文主要学习定时器/计数器的基本结构。对结构的学习首先要明确定时器/计数器的功能，可参考第一节的内容来理解。目前常用的单片机中往往都配备了定时器/计数器。在AT89S52芯片内包含有三个16位的定时器/计数器：T0、T1和T2，其核心是加1计数器。我们主要要求掌握T0和T1的结构和功能。学习中要注意从电路结构上来理解功能的实现。定时器/计数器方式寄存器TMOD和定时器/计数器控制寄存器TCON是用以设定定时器/计数器的工作方式、定时或计数功能，控制启动或停止以及产生溢出中断的重要模块，应该对这两个寄存器中的逐位的定义和功能进行学习和掌握。

一、定时器/计数器的功能

AT89S52单片机定时器/计数器的基本部件是两个8位的计数器（T1计数器分为高8位TH1和低8位TL1，T0计数器的高8位是TH0，低8位是TL0）。如图1所示。

定时器/计数器的核心是一个加1计数器，在作定时器使用时，它对机器周期进行计数，每过一个机器周期计数器加1，直到计数器计满溢出。

当它用作对外部事件计数时，计数器接相应的外部输入引脚T0（P3.4）或T1(P3.5)并在每个机器周期的S5P2时采样，当采样到1—0的负跳变时，计数器加1。

二、定时器/计数器的结构

AT89S52单片机内部的定时/计数器的结构如图2所示。定时器T0由特殊功能寄存器TL0（低8位）和TH0（高8位）构成，定时器T1由特殊功能寄存器TL1（低8位）和TH1（高8位）构成。每个寄存器均可单独访问。

三、TMOD和TCON

AT89S52的定时器/计数器是一种可编程部件，在定时器/计数器开始工作之前，CPU必须将一些命令（控制字）写入定时/计数器。

例如：选择哪一个定时器/计数器在何种工作方式下工作？

是用作定时器计时功能还是用作计数器的计数功能？

是否启动定时器/计数器的运行？

……

这些设置的功能是通过对特殊功能寄存器TMOD和TCON的设置来实现。在初始化过程中，要将工作方式控制字写入方式寄存器（初始化工作的一部分），工作状态字写入控制寄存器，CPU就会按设定的工作方式独立运行。

1．定时器/计数器方式寄存器TMOD

定时器/计数器方式控制寄存器TMOD在特殊功能寄存器中，字节地址为89H。TMOD不能进行位寻址，只能用字节传送指令设置定时器工作方式，低半字节定义为定时器/计数器0，高半字节定义为定时器/计数器1。复位时，TMOD所有位均为0。TMOD的格式

如下表所示。

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
GATE	C/	M1	M0	GATE	C/	M1	M0
T1方式控制字				T0方式控制字

M1、M0：工作方式选择位。用来定义定时器/计数器的四种工作方式。

C/：功能选择位：C/位为定时器方式或计数器方式选择位。C/=1时，为计数器方式；C/=0时，为定时器方式。

GATE：门控制位，确定定时器的开启与关闭。当GATE=0时，只要定时器控制寄存器TCON中的TR0（或TR1）被置1时，T0（或T1）被允许开始计数（TCON各位含义见后面叙述）。

当GATE=1时，外部中断引脚或的输入电平控制T0或T1的开启与关闭。

2．定时器/计数器控制寄存器TCON

TCON是T0和T1的控制寄存器，它同时也用来锁存T0、T1的溢出中断请求源和外部中断请求源。TCON寄存器复位时为00H，可以进行位寻址。定时器/计数器控制寄存器TCON字节地址为88H。TCON寄存器各位定义如下表

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
TF1	TR1	TF0	TR0	IE1	IT1	IE0	IT0
				用于外部中断

TCON中各标志位的功能是：

TF1（D7）：定时器1溢出标志位。当T1计满溢出时，由硬件使TF1置1，申请中断。进入中断服务程序后，由硬件自动清0，在查询方式下用软件清0。

TR1（D6）：定时器1运行控制位。TR1置1，启动定时器1；TR1置0则停止工作。TR1由软件置1或清零

TF0（D5）：定时器0溢出标志。其功能及操作情况同TF1。

TR0（D4）：定时器0运行控制位。其功能及操作情况同TR1。

IE1（D3）：外部中断1中断请求标志。IT1=1时，外部中断1引脚上的电平由1变0时，IE1由硬件置位，外部中断1请求中断。当CPU响应中断并转向该中断服务程序执行时，由内部硬件自动清0。

IT1（D2）：外部中断1()电平触发方式或者脉冲触发方式控制位。IT1=1时，外部中断1为负边沿触发方式，引脚上的电平从高到低负跳变有效。IT1=0时，外部中断1为电平触发方式。上输入低电平有效。

IE0（D1）：外部中断0中断请求标志。如果IT0置1，则当上的电平由1变0时，IE0由硬件置位。在CPU把控制转到中断服务程序时由硬件使IE0复位。

IT0（D0）：外部中断源0触发方式控制位，其含义同IT1。

3．TMOD和TCON的控制功能可以通过一个具体的电路结构来加强理解

在图3中，清楚的表示了TMOD和TCON中的控制位对工作方式、定时/计数模式、启动、溢出中断的控制的实现。