7.3 定时器/计数器的控制寄存器与四种工作方式

7.3.1 定时器/计数器控制寄存器

TCON寄存器的功能主要是接收外部中断源（INT0、INT1）和定时器/计数器（T0、T1）送来的中断请求信号，并对定时器/计数器进行启动/停止控制 。TCON的字节地址是88H，它有8位，每位均可直接访问（即可位寻址）。TCON的字节地址、各位的位地址和名称功能如图7-4所示。

TCON寄存器的各位功能在前面已介绍过，这里仅对与定时器/计数器有关的位进行说明。

1）TF0位和TF1位， 分别为定时器/计数器0和定时器/计数器1的中断请求标志。当定时器/计数器工作产生溢出时，会将TF0或TF1位置“1”，表示定时器/计数器T0或T1有中断请求。

2）TR0位和TR1位， 分别为定时器/计数器0和定时器/计数器1的启动/停止位。在编写程序时，若将TR0或TR1设为“1”，那么T0或T1定时器/计数器开始工作；若设置为“0”，T0或T1定时器/计数器则会停止工作。

7.3.2 工作方式控制寄存器TMOD

TMOD寄存器的功能是控制定时器/计数器T0、T1的功能和工作方式 。TMOD寄存器的字节地址是89H，不能进行位操作。在上电（给单片机通电）复位时，TMOD寄存器的初始值为00H。TMOD的字节地址和各位名称功能如图7-5所示。

在TMOD寄存器中，高4位用来控制定时器/计数器T1，低4位用来控制定时器/计数器T0，两者对定时器/计数器的控制功能一样，下面以TMOD寄存器高4位为例进行说明。

1）GATE位：门控位，用来控制定时器/计数器的启动模式。当GATE=0时，只要TCON寄存器的TR1位置“1”，就可启动T1开始工作；当GATE=1时，除了需要将TCON寄存器的TR1位置“1”外，还要使 引脚为高电平，才能启动T1工作。

2） 位：定时、计数功能设置位。当 时，将定时器/计数器设置为定时器工作模式；当 时，将定时器/计数器设置为计数器工作方式。

3）M1、M0位：定时器/计数器工作方式设置位。M1、M0位取不同值，可以将定时器/计数器设置为不同的工作方式。TMOD寄存器高4位中的M1、M0用来控制T1的工作方式，低4位中的M1、M0用来控制T0的工作方式。M1、M0位不同取值与定时器/计数器工作方式的关系见表7-1。

7.3.3 定时器/计数器的工作方式

在TMOD寄存器的M1、M0位的控制下，定时器/计数器可以工作在四种不同的方式下，不同的工作方式适用于不同的场合。

1.方式0

当M1=0、M0=0时，定时器/计数器工作在方式0，它被设成13位计数器。在方式0时，定时器/计数器由TH、TL两个8位计数器组成，使用TH的8位和TL的低5位。

（1）定时器/计数器工作在方式0时的电路结构与工作原理

定时器/计数器T0、T1工作在方式0时的电路结构、工作原理相同。以T0为例，将TMOD寄存器的低4位中的M1、M0位均设为“0”，T0工作在方式0。定时器/计数器T0工作在方式0时的电路结构如图7-6所示。

当T0工作在方式0时，T0是一个13位计数器。 位通过控制开关S1来选择计数器的计数脉冲来源。当 时，计数脉冲来自单片机内部振荡器（经12分频）；当 时，计数脉冲来自单片机T0引脚（P3.4端口）。

GATE位控制T0的启动方式。GATE位与 引脚、TR0位一起经逻辑电路后形成CON电平，再由CON电平来控制开关S2的通断。当CON=1时，S2闭合，T0工作；当CON=0时，S2断开，T0停止工作（S2断开后无信号送给T0）。GATE、 和TR0形成CON电平的表达式为

从上式可知，若GATE=0，则 ，CON=TR0，即当GATE=0时，CON的值与TR0的值一致，TR0可直接控制T0的启动/停止；若GATE=1，则 ，即CON的值由TR0、 两个值决定，其中TR0的值由编程来控制（软件控制），而 的值由外部 引脚的电平控制，只有当它们的值都为“1”时，CON的值才为“1”，定时器/计数器T0才能启动。

（2）定时器/计数器初值的计算

若定时器/计数器工作在方式0，当其与外部输入端（T0引脚）连接时，可以用作13位计数器；当与内部振荡器连接时，可以用作定时器。

1）计数初值的计算。当定时器/计数器用作13位计数器时，它的最大计数值为8192（2 ¹³ ），当T0引脚输入8192个脉冲时，计数器就会产生溢出而发出中断请求信号。如希望不需要输入8192个脉冲，计数器就能产生溢出，可以给计数器预先设置数值，这个预先设置的数值称为计数初值。 在方式0时，定时器/计数器的计数初值可用下式计算 ：

计数初值=2 ¹³ -计数值

比如希望输入1000个脉冲计数器就能产生溢出，计数器的计数初值应设置为7192（8192-1000）。

2）定时初值的计算。当定时器/计数器用作定时器时，它对内部振荡器产生的脉冲（经12分频）进行计数，该脉冲的频率为 f _osc /12，脉冲周期为12/ f _osc ，定时器的最大定时时间为2 ¹³ ·12/ f _osc ，若振荡器的频率 f _osc 为12MHz，定时器的最大定时时间为8192μs。如果不希望定时这么长，定时器就能产生溢出，可以给定时器预先设置数值，这个预先设置的数值称为定时初值。 在方式0时，定时器/计数器的定时初值可用下式计算 ：

定时初值=2 ¹³ -定时值=2 ¹³ -tf _osc /12

比如单片机时钟振荡器的频率为12MHz（即12×10 ⁶ Hz），现要求定时1000μs（即1000×10 ^-6 s）就能产生溢出，定时器的定时初值应为

定时初值=2 ¹³ -tf _osc /12=8192-1000×10 ^-6 ×12×10 ⁶ /12=7192

2.方式1

当M1=0、M0=1时，定时器/计数器工作在方式1，它为16位计数器 。除了计数位数不同外，定时器/计数器在方式1的电路结构与工作原理与方式0完全相同。定时器/计数器工作在方式1时的电路结构（以定时器/计数器T0为例）如图7-7所示。

定时器/计数器工作在方式1时的计数初值和定时初值的计算公式分别如下：

计数初值=2 ¹⁶ -计数值

定时初值=2 ¹⁶ -定时值=2 ¹⁶ -tf _osc /12

3.方式2

定时器/计数器工作方式0和方式1时适合进行一次计数或定时，若要进行多次计数或定时，可让定时器/计数器工作在方式2。 当M1=1、M0=0时，定时器/计数器工作在方式2，它为8位自动重装计数器 。定时器/计数器工作在方式2时的电路结构（以定时器/计数器T0为例）如图7-8所示。

工作在方式2时，16位定时器/计数器T0分成TH0、TL0两个8位计数器，其中TL0用来对脉冲计数，TH0用来存放计数器初值。在计数时，当TL0计数溢出时会将TCON寄存器的TF0位置“1”，同时也控制TH0重装开始，将TH0中的初值重新装入TL0中，然后TL0又开始在初值的基础上对输入脉冲进行计数。

定时器/计数器工作在方式2时的计数初值和定时初值的计算分别如下：

计数初值=2 ⁸ -计数值

定时初值=2 ⁸ -定时值=2 ⁸ -tf _osc /12

4.方式3

定时器/计数器T0有方式3，而T1没有（T1只有方式0～2）。当TMOD寄存器低4位中的M1=1、M0=1时，T0工作在方式3。在方式3时，T0用作计数器或定时器。

（1）T0工作在方式3时的电路结构与工作原理

在方式3时，定时器/计数器T0用作计数器或定时器，在该方式下T0的电路结构如图7-9所示。

在方式3时，T0被分成TL0、TH0两个独立的8位计数器，其中TL0受T0的全部控制位控制（即原本控制整个T0的各个控制位，在该方式下全部用来控制T0的TL0计数器），而TH0受T1的部分控制位（TCON的TR1位和TF1位）控制。

在方式3时，TL0既可用作8位计数器（对外部信号计数），也可用作8位定时器（对内部信号计数）；TH0只能用作8位定时器，它的启动受TR1的控制（TCON的TR1位原本用来控制定时器/计数器T1）。当TR1=1时，TH0开始工作；当TR1=0时，TH0停止工作，当TH0计数产生溢出时会向TF1置位。

（2）T0工作在方式3时T1的电路结构与工作原理

当T0工作在方式3时，它占用了T1的一些控制位，此时T1还可以工作在方式0～2（可通过设置TMOD寄存器高4位中的M1、M0的值来设置），在这种情况下T1一般用作波特率发生器。当T0工作在方式3时，T1工作在方式1和方式2的电路结构如图7-10所示。

图7-10a是T0在方式3时T1工作在方式1（或方式0）时的电路结构。在该方式下，T1是一个16位计数器，由于TR1控制位已被借用来控制T0的高8位计数器TH0，所以T1在该方式下无法停止，一直处于工作状态。另外，由于TF1位也借给了TH0，所以T1溢出后也不能对TF1进行置位产生中断请求信号，T1溢出的信号只能输出到串行通信接口，此方式下的T1为波特率发生器。

图7-10b是T0在方式3时T1工作在方式2时的电路结构。在该方式下，T1是一个8位自动重装计数器，除了具有自动重装载功能外，其他与方式1相同。 NwA1e3gjF6iJ/re4Ui9n9/Al3grv8MS0sOOoop+YVI80+pdTAzV35c0mSQJSE+u8