51单片机基础：定时器

1.定时器介绍

51单片机通常有两个定时器：定时器 0/1，好一点的可能有定时器3。

在介绍定时器之前我们先科普下几个知识：

1，CPU 时序的有关知识

①振荡周期：为单片机提供定时信号的振荡源的周期（晶振周期或外加振荡

周期）。

②状态周期：2 个振荡周期为 1 个状态周期，用 S 表示。振荡周期又称 S 周

期或时钟周期。

③机器周期：1 个机器周期含 6 个状态周期，12 个振荡周期。

④指令周期：完成 1 条指令所占用的全部时间，它以机器周期为单位。

例如：外接晶振为 12MHz 时，51 单片机相关周期的具体值为：

振荡周期=1/12us;

状态周期=1/6us;（2个振荡周期）

机器周期=1us;（12个振荡周期）

指令周期=1~4us;

2，学习定时器前需要明白的几点

①51 单片机有两组定时器/计数器，因为既可以定时，又可以计数，故称之

为定时器/计数器。

②定时器/计数器和单片机的 CPU 是相互独立的。定时器/计数器工作的过程

是自动完成的，不需要 CPU 的参与。

③51 单片机中的定时器/计数器是根据机器内部的时钟或者是外部的脉冲信

号对寄存器中的数据加 1。

有了定时器/计数器之后，可以增加单片机的效率，一些简单的重复加 1 的

工作可以交给定时器/计数器处理。CPU 转而处理一些复杂的事情。同时可以实

现精确定时作用。我们之前写的延时函数都给大概的时间，是不精确的。但是定时器是精确的。

2. 单片机定时器原理

定时/计数器的实质是加 1 计数器（16 位），由高 8 位和低 8 位两

个寄存器 THx 和 TLx 组成。它随着计数器的输入脉冲进行自加 1，也就是每来一

个脉冲，计数器就自动加 1，当加到计数器为全 1 时，再输入一个脉冲就使计数

器回零，且计数器的溢出使相应的中断标志位置 1，向 CPU 发出中断请求（定时

/计数器中断允许时）。如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；

如果工作于计数模式，则表示计数值已满。可见，由溢出时计数器的值减去计数

初值才是加 1 计数器的计数值。

上图中的 T0 和 T1 引脚对应的是单片机 P3.4 和 P3.5 管脚。51 单片机定时/

计数器的工作由两个特殊功能寄存器控制。TMOD 是定时/计数器的工作方式寄存

器，确定工作方式和功能；TCON 是控制寄存器，控制 T0、 T1 的启动和停止及

设置溢出标志

1，工作方式寄存器 TMOD

工作方式寄存器 TMOD 用于设置定时/计数器的工作方式，低四位用于 T0，高

四位用于 T1。其格式如下：

》GATE 是门控位, GATE＝0 时，用于控制定时器的启动是否受外部中断源信号

的影响。只要用软件使 TCON 中的 TR0 或 TR1 为 1，就可以启动定时/计数器工作；

GATA＝1 时，要用软件使 TR0 或 TR1 为 1，同时外部中断引脚 INT0/1 也为高电平

时，才能启动定时/计数器工作。即此时定时器的启动条件，加上了 INT0/1 引脚

为高电平这一条件。

》 C/T :定时/计数模式选择位。C/T ＝0 为定时模式;C/T =1 为计数模式。

M1M0：工作方式设置位。定时/计数器有四种工作方式。

2，控制寄存器 TCON 

TCON 的低 4 位用于控制外部中断,已在前面介绍。TCON 的高 4 位用于控制定

时/计数器的启动和中断申请。其格式如下：

》TF1（TCON.7）：T1 溢出中断请求标志位。T1 计数溢出时由硬件自动置 TF1

为 1。CPU 响应中断后 TF1 由硬件自动清 0。T1 工作时，CPU 可随时查询 TF1 的

状态。所以，TF1 可用作查询测试的标志。TF1 也可以用软件置 1 或清 0，同硬

件置 1 或清 0 的效果一样

》TR1（TCON.6）：T1 运行控制位。TR1 置 1 时，T1 开始工作；TR1 置 0 时，

T1 停止工作。TR1 由软件置 1 或清 0。所以，用软件可控制定时/计数器的启动

与停止。

》TF0（TCON.5）：T0 溢出中断请求标志位，其功能与 TF1 类同。

》TR0（TCON.4）：T0 运行控制位，其功能与 TR1 类同。

3.定时/计数器的工作方式

1：方式 0

方式 0 为 13 位计数，由 TL0 的低 5 位（高 3 位未用）和 TH0 的 8 位组成。

TL0 的低 5 位溢出时向 TH0 进位，TH0 溢出时，置位 TCON 中的 TF0 标志，向 CPU

发出中断请求。其结构图如下所示：

门控位 GATE 具有特殊的作用。当 GATE=0 时，经反相后使或门输出为 1，此时仅由 TR0 控制与门的开启，与门输出 1 时，控制开关接通，计数开始；当 GATE=1时，由外中断引脚信号控制或门的输出，此时控制与门的开启由外中断引脚信号 和 TR0 共同控制。当 TR0=1 时，外中断引脚信号引脚的高电平启动计数，外中断 引脚信号引脚的低电平停止计数。这种方式常用来测量外中断引脚上正脉冲的宽 度。计数模式时，计数脉冲是 T0 引脚上的外部脉冲。计数初值与计数个数的关

系为：X=2（13）-N。其中 2（13）表示 2 的 13 次方。

2：方式 1

方式 1 的计数位数是 16 位，由 TL0 作为低 8 位，TH0 作为高 8 位，组成了 16 位加 1 计数器。其结构图如下所示：

计数初值与计数个数的关系为：X=2（16）-N。

3：方式 2（串口通信）

方式 2 为自动重装初值的 8 位计数方式。工作方式 2 特别适合于用作较 精确的脉冲信号发生器。其结构图如下所示：

4：方式 3 

方式 3 只适用于定时/计数器 T0， 定时器 T1 处于方式 3 时相当于 TR1=0，

停止计数。工作方式 3 将 T0 分成为两个独立的 8 位计数器 TL0 和 TH0。其

结构如下所示

这几种工作方式中应用较多的是方式 1 和方式 2。定时器中通常使用定时器

方式 1，串口通信中通常使用方式 2。

4.定时器配置

在使用定时器时，应该如何配置使其工作？其步骤如下（各步骤顺序可任

意）：

①对 TMOD 赋值，以确定 T0 和 T1 的工作方式，如果使用定时器 0 即对 T0 配

置，如果使用定时器 1 即对 T1 配置。

②根据所要定时的时间计算初值,并将其写入 TH0、TL0 或 TH1、TL1。

③如果使用中断，则对 EA 赋值，开放定时器中断。（TCON）

④使 TR0 或 TR1 置位，启动定时/计数器定时或计数。(与GATE一起使用的）

上述中有一个定时/计数器初值的计算，下面我们来看下如何计算定时/计数

器初值。

前面我们介绍过机器周期的概念，它是 CPU 完成一个基本操作所需要的时间。

其计算公式是：机器周期=1/单片机的时钟频率。51 单片机内部时钟频率是外部

时钟的 12 分频，也就是说当外部晶振的频率输入到单片机里面的时候要进行 12

分频。比如说你用的是 12MHZ 晶振，那么单片机内部的时钟频率就是 12/12MHZ，

当你使用 12MHZ 的外部晶振的时候，机器周期=1/1M=1us。如果我们想定时 1ms

的初值是多少呢？1ms/1us=1000。也就是要计数 1000 个，初值=65535-1000+1

（因为实际上计数器计数到 66636（2 的 16 次方）才溢出，所以后面要加 1）

=64536=FC18H，所以初值即为 THx=0XFC，TLx=0X18。

知道了如何计算定时/计数器初值，那么想定时多长时间都可以计算出，当

然由于定时计数器位数有限，我们不可能直接通过初值定时很长时间，如果要实

现很长时间的定时，比如定时 1 秒钟。可以通过初值设置定时 1ms，每当定时 1ms

结束后又重新赋初值，并且设定一个全局变量累计定时 1ms 的次数，当累计到

1000 次，表示已经定时 1 秒了。需要其他定时时间类似操作，这样我们就可以

使用定时器来实现精确延时来替代之前的 delay 函数。

这里以定时器 0 为例介绍配置定时器工作方式 1、设定 1ms 初值，开启定时

器计数功能以及总中断，如下：

void Timer0Init()
{
TMOD|=0X01;//选择为定时器 0 模式，工作方式 1，仅用 TR0 打开启动。
TH0=0XFC; //给定时器赋初值，定时 1ms
TL0=0X18;
ET0=1;//打开定时器 0 中断允许
EA=1;//打开总中断
TR0=1;//打开定时器
}

对于定时器 1 的使用方法是一样的，只是将上述的 0 变为 1 即可，具体可参

考我们定时器 1 实验例程。

5.实例

1.通过定时器 0 中断控制 D1 指示灯间隔 1 秒闪烁。

代码如下：

#include <REGX51.H>
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;sbit LED1=P2^0;void Timer0Init()
{TMOD|=0X01;//选择为定时器 0 模式，工作方式 1，仅用 TR0 打开启动。TH0=0XFC; //给定时器赋初值，定时 1msTL0=0X18;ET0=1;//打开定时器 0 中断允许EA=1;//打开总中断TR0=1;//打开定时器
}void main()
{Timer0Init();while(1){}}void Timer0() interrupt 1
{{static u16 i;TH0=0XFC; //给定时器赋初值，定时 1msTL0=0X18;i++;if(i==1000){i=0;LED1=~LED1;}}
}

2.按键控制LED流水灯模式

#include <REGX51.H>#include <INTRINS.H>
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;u8 LEDMode;//延时子函数
void Delay(unsigned int xms)
{unsigned char i, j;while(xms--){i = 2;j = 239;do{while (--j);} while (--i);}
}void Timer0Init()
{TMOD|=0X01;//选择为定时器 0 模式，工作方式 1，仅用 TR0 打开启动。TH0=0XFC; //给定时器赋初值，定时 1msTL0=0X18;ET0=1;//打开定时器 0 中断允许EA=1;//打开总中断TR0=1;//打开定时器
}void main()
{P2=0xfe;Timer0Init();while(1){if(P3_1==0){Delay(20);while(P3_1==0);Delay(20);LEDMode++;if(LEDMode>=2)LEDMode=0;}}}
void Timer0() interrupt 1
{	static u16 i;TH0=0XFC; //给定时器赋初值，定时 1msTL0=0X18;i++;if(i==500){i=0;if(LEDMode==0){P2=_crol_(P2,1);}if(LEDMode==1){P2=_cror_(P2,1);}}  
}