一、微控制器的時序

　　微控制器工作時，是在統一的時鐘脈衝控制下一拍一拍地進行的。由於指令的位元組數不同，取這些指令所需要的時間也就不同，即使是位元組數相同的指令，由於執行操作有較大的差別，不同的指令執行時間也不一定相同，即所需的拍節數不同。
　　時鐘週期：時鐘週期也稱為振盪週期，定義為時鐘脈衝的倒數（可以這樣來理解，時鐘週期就是微控制器外接晶振的倒數，例如12M的晶振，它的時間週期就是1/12 us），是計算機中最基本的、最小的時間單位。 在一個時鐘週期內，CPU僅完成一個最基本的動作。 在8051微控制器中把一個時鐘週期定義為一個節拍（用P表示），二個節拍定義為一個狀態週期（用S表示）。
　　機器週期：

在計算機中，為了便於管理，常把一條指令的執行過程劃分為若干個階段，每一階段完成一項工作。8051系列微控制器的一個機器週期同6個S週期（狀態週期）組成。前面已說過一個時鐘週期定義為一個節拍（用P表示），二個節拍定義為一個狀態週期（用S表示），8051微控制器的機器週期由6個狀態週期組成，也就是說一個機器週期=6個狀態週期=12個時鐘週期。
　　指令週期： 指令週期是執行一條指令所需要的時間，一般由若干個機器週期組成。指令不同，所需的機器週期數也不同。 時鐘週期、機器週期、指令週期之間的關係圖如下。

二、51微控制器的定時/計數器的概念

　　微控制器中,脈衝計數與時間之間的關係十分密切,每輸入一個脈衝,計數器的值就會自動累加1,只要相鄰兩個計數脈衝之間的時間間隔相等,則計數值就代表了時間的流逝，因此,微控制器中的定時器和計數器其實是同一個物理的電子元件,只不過計數器記錄的是微控制器外部發生的事情(接受的是外部脈衝),而定時器則是由微控制器自身提供的一個非常穩定的計數器,這個穩定的計數器就是微控制器上連線的晶振部件;MCS-51微控制器的晶振經過12分頻之後提供給微控制器穩定脈衝;晶振的頻率是非常準確的,所以微控制器的計數脈衝之間的時間間隔也是非常準確的。

三、51微控制器的定時/計數器的工作原理

　　加1計數器輸入的計數脈衝有兩個來源,一個是由系統的時鐘振盪器輸出脈衝經12分頻後送來；一個是T0或T1引腳輸入的外部脈衝源。
　　作為定時器使用時,定時器計數8051微控制器片內振盪器輸出經過12分頻後的脈衝個數,即:每個機器週期使定時器T0/T1的暫存器值自動累加1,直到溢位,溢位後繼續從0開始迴圈計數;所以,定時器的解析度是時鐘振盪頻率的1/12;
　　作為計數器使用時,通過引腳T0(P3.4)或T1(P3.5)對外部脈衝訊號進行計數,當輸入的外部脈衝訊號發生從1到0的負跳變時,計數器的值就自動加1由於檢測一個從1到0的下降沿需要2個機器週期，因此要求被取樣的電平至少要維持一個機器週期。當晶振頻率為12MHz時，最高計數頻率不超過1/2MHz，即計數脈衝的週期要大於2微秒。;計數器的最高頻率一般是時鐘振盪頻率的1/24;
　　由此可知,不論是定時器還是計數器工作方式,定時器T0和T1均不佔用CPU的時間,除非定時器/計數器T0和T1溢位,才可能引起CPU中斷,轉而去執行中斷處理程式。所以說,定時器/計數器是微控制器中效率高而工作靈活的部件。

51微控制器定時器工作原理圖：

　　由上圖可見與定時器相關的暫存器主要有下面這幾個：TMOD、 TCON、 TL0、TH0、TL1、TH1。下面介紹一下這幾個暫存器

• 16位加法計數器：
  
  　　是定時計數器的核心，其中 TL0、TH0、是定時計數器0的底八位和高八位；TL1、TH1是定時計數器1的底八位和高八位；並且高八位和底八位可單獨使用。16位加法計數器主要是在設定定時計數器的初值時候使用
• TMOD定時器工作模式及方式暫存器
  
  　　 GATE ：定時操作開關控制位，當GATE=1時，INT0或INT1引腳為高電平，同時TCON中的TR0或TR1控制位為1時，計時/計數器0或1才開始工作。若GATE=0，則只要將TR0或TR1控制位設為1，計時/計數器0或1就開始工作。
  　　C/T ：定時器或計數器功能的選擇位。C/T=1為計數器，通過外部引腳T0或T1輸入計數脈衝。C/T=0時為定時器，由內部系統時鐘提供計時工作脈衝。
  　　M1 M0：T0、T1工作模式選擇位
  　　
  　　
• TCON定時器控制暫存器
  
  TF1：定時器T1溢位標誌，可由程式查詢和清零，TF1也是中斷請求源，當CPU響應T1中斷時由硬體清零。
  TF0：定時器T0溢位標誌，可由程式查詢和清零，TF0也是中斷請求源，當CPU響應T0中斷時由硬體清零。
  TR1：T1充許計數控制位，為1時充許T1計數（定時）。
  TR0：T0充許計數控制位，為1時充許T0計數（定時）。
  IE1：外部中斷1請示源（INT1，P3.3）標誌。IE1＝1，外部中斷1正在向CPU請求中斷，當CPU響應該中斷時由硬體清“0”。
  IT1：外部中斷源1觸發方式控制位。此位為1設定為底電平觸發，為0設定為下降沿觸發。
  IE0：外部中斷0請示源（INT0，P3.2）標誌。IE0＝1，外部中斷1正在向CPU請求中斷，當CPU響應該中斷時由硬體清“0”。
  IT0：外部中斷源0觸發方式控制位。此位為1設定為底電平觸發，為0設定為下降沿觸發。

51微控制器定時器4種工作方式：

　　工作模式0:
　　由TL0的低5位和TH0的全部8位共同構成一個13位的定時器/計數器，定時器/計數器啟動後,定時或計數脈衝個數加到TL0上,從預先設定的初值(時間常數)開始累加,不斷遞增1，當 TL0計滿後,向TH0進位,直到13位暫存器計滿溢位，TH0溢位時，置位TCON中的TF0標誌，向CPU發出中斷請求。並且定時器/計數器硬體會自動地把13位的暫存器值清0,如果需要進一步定時/計數,需要使用相關指令重置時間常數,並把定時器/計數器的中斷標記TF0置0。
　　工作模式1:最常用的定時器工作模式
　　模式1與模式0幾乎完全相同,唯一的區別就是,模式1中的暫存器TH0和TL0共同構成的是一個16位定時器/計數器來參與操作,因此比模式0中的定時/計數範圍更大

　　工作模式2: 工作方式2特別適合於用作較精確的脈衝訊號發生器。
　　這種模式又稱為自動再裝入預置數模式。有時候,我們的定時/計數操作是需要多次重複定時/計數的，如果溢位時不做任何處理，那麼，在第二輪定時/計數時就是從0開始定時/計數了，而這並不是我們想要的。所以,要保證每次溢位之後,再重新開始定時/計數的操作是我們想要的，那就要把預置數(時間常數)重新裝入某個地方，而重新裝入預置數的操作是硬體裝置自動完成的，不需要人工干預，所以這種工作模式就叫自動再裝入預置數方式。在工作模式2中,把自動重灌入的預置數存放在定時器/計數器的暫存器的高8位中,也就是存放在TH0中,而只留下TL0參與定時/計數操作。
　　這個工作模式常用於波特率發生器(串列埠通訊),T1工作在串列埠模式2;用於這種方式時,定時器就是為了提供一個時間基準;計數溢位之後,不需要做太多的事情,只做一件事就可以,就是重新裝入預置數,再開始重新計數,而且中間不需要任何延時。

　　工作模式3:
　　方式3只適用於定時/計數器T0，定時器T1處於方式3時相當於TR1=0，停止計數由於定時器/計數器T1沒有工作模式3,如果把定時器/計數器T0設定為工作模式3,那麼TL0和TH0將被分割成兩個相互獨立的8位定時器/計數器。

三、51微控制器的定時/計數器的應用

　　在protues下搭建模擬環境：
　　

　　在這裡介紹一下定時器初值的設定：
　　
工作方式0:13位定時器/計數器工作模式,最多可計數2的13次方次,即:8192次
工作方式1:16位定時器/計數器工作模式,最多可計數2的16次方次,即:65536次
工作方式2:8位定時器/計數器工作模式,最多可計數2的8次方次,即:256次,
工作方式3:8位定時器/計數器工作模式,最多可計數2的8次方次,即:256次

　　以12M晶振為例：每秒鐘可以執行1000000次機器週期個機器週期。而定時器每次溢位 最多65536 個機器週期。
那麼對12MHz的晶振來講
1個機器週期 1us （ 12/fosc = 1us）
方式0 13位定時器最大時間間隔 = 2^13 = 8.192ms
方式1 16位定時器最大時間間隔 = 2^16 = 65.536ms
方式2 8位定時器最大時間間隔 = 2^8 = 0.256ms =256 us
方式3 8位定時器最大時間間隔 = 2^8 = 0.256ms =256 us

以上是對定時器定時的最大時間間隔做一個說明，下面具體說明怎麼計算初值（小於最大時間間隔）假如定時10ms那麼的定時器初值計算如下：
－當使用12M晶振，12MHz除12為1MHz，也就是說一秒=1000000次機器週期。10ms=10000次 機器週期。
預置數的計算公式:預置數=最大值-需要計數的次數;（65536-10000）
再將預置數裝入16位定時計數器，如下：
TH0=（65536-10000）/256
TL0=（65536-10000）%256
－當使用11.0592M晶振，11.0592MHz除12為921600Hz，就是一秒921600次機器週期，10ms=9216次機器週期。
預置數的計算公式:預置數=最大值-需要計數的次數;（65536-9216）
再將預置數裝入16位定時計數器，如下：
TH0=（65536-9216）/256
TL0=（65536-9216）%256

　　介紹完初值的確定，下面介紹定時器最常見的兩種用法

• 定時：定時計數器作為定時器使用，配置步驟如下：
  1.模式設定，配置TMOD暫存器
  2.定時器初值設定 假設10ms中斷
  3.開定時器中斷
  4.開總中斷
  5.開啟定時器
  通過以上5步就打開了一個定時器，定時器沒10毫秒發起一次中斷，即沒10毫秒進入一次中斷服務程式
  示例程式如下：

#include<reg51.h>

sbit led=P1^0;
unsigned int flag;
void main()
{
    TMOD=0x01;//1.模式設定，00000001，採用的是定時器0，工作與式1（M1=0，M0=1）。
    TH0=(65536-10000)/256;  //2.定時器設定，每隔10毫秒發起一次中斷。
    TL0=(65536-10000)%256;
    ET0=1;                  //3.開定時器0中斷
    EA = 1;                 //4.開總中斷
    TR0=1;                  //5.開啟定時器
    while(1)
    {
         if(flag==100)  
        {
            led=~led;
            flag=0;

        }   
    }
}

void TIM0() interrupt 1 //中斷服務程式
{   
    TH0=(65536-10000)/256;  //進入中斷要重新設定定時器處置，要注意。
    TL0=(65536-10000)%256;
    flag++;
}

• 計數:定時計數器作為計數器使用，配置步驟如下：
  1.模式設定，配置TMOD暫存器。
  2.開計數器中斷
  3.開總中斷
  4.開啟計數器
  通過這簡單的四步，我們就打開了一個計數器，可以對P3.4或者P3.5進行下降沿的脈衝計數，這裡有一點要注意就是計數器可以不開中斷，這樣溢位時只是不會進去中斷服務程式。
  示例程式如下：

#include<reg51.h>

sbit led=P1^0;
sbit s=P3^4;
unsigned int count;
void main()
{
    TMOD=0x05;       //1.模式設定，00000101，採用的是計數器0，工作模式1（M1=0，M0=1）。
    TH0=0;           //計數器清零
    TL0=0;
    ET0=1;           //2.開計數器0中斷
    EA=1;            //3.開總中斷
    TR0=1;           //4.開啟計數器
    led=1;
    while(1)
    {   
        count=(TH0<<8)|TL0;
        if((count*10000)==50000)//按5下按鍵led狀態取反  
            {
                led=0;
                TH0=0XFF;
                TL0=0XFF; //人為的讓計數器進入中斷
            }
    }
}

 void TIM0() interrupt 1 //中斷服務程式
{   
    led=1;
    TH0=0;
    TL0=0;          
}

心得體會~

這樣51微控制器的定時計數器就會使用了，當然這只是基礎的應用，當然我們使用微控制器只是學習配置它的硬體，其他高大上的用法可以說不關微控制器的事情，那關係到演算法啊思路想法這些東西了，真正難得還是後者。所以說只是要求會用，那麼花不了幾天時間就可以學會了，涉及到應用那就是一輩子的事情啦，寫這篇部落格一是對51系列微控制器做一下總結，方便日後開發，二呢也方便初學者借鑑一下，快速入門提高。