第四节 定时器/计数器

MCS-51系列单片机典型产品8051等有两个16位定时器/计数器T0、T1；8052等单

片机有三个16位定时器/计数器T0、T1和T2。它们都可以用作定时器或外部事件计数器。

一、定时器/计数器T0和T1

MCS-51系列的单片机内，与16位定时器/计数器T0、T1有关的特殊功能寄存器有

以下几个：TH0、TL0、TH1、TL1、TMOD、TCON。

TH0、TL0为T0的16位计数器的高8位和低8位，TH1、TL1为T1的16位计数器的高8位和低8位，TMOD为T0、T1的方式寄存器，TCON为T0、T1的状态和控制

寄存器，存放T0、T1的运行控制位和溢出中断标志位。

通过对TH0、TL0和TH1、TL1的初始化编程来设置T0、T1计数器初值，通过对

TCON和TMOD的编程来选择T0、T1的工作方式和控制T0、T1的运行。

1.方式寄存器TMOD

特殊功能寄存器TMOD为T0、T1的工作方式寄存器，其格式如下：

GATE

C/T

M1

M0

GATE

C/T

M1

M0

T1方式控制

T0方式控制

TMOD的低4位为T0的方式字段，高4位为T1的方式字段，它们的含义是完全相同的。

（1）工作方式选择位M1、M0。定时器工作方式由M1、M0两位状态确定，对应关系如表2-8所示。

表2-8

定时器的方式选择

（2）定时和外部事件计数方式选择位C/T。C/T=0为定时方式。在定时方式中，以振荡器输出时钟脉冲的十二分频信号作为计数信号，也就是每一个机器周期定时器加“1”，定时器从初值开始加“1”计数直至定时器溢出所需的时间是固定的。

C/T=1为外部事件计数方式，这种方式采用外部引脚（T0为P3.4，T1为P3.5）上的输入脉冲作为计数脉冲。内部硬件在每个机器周期的S5P2采样外部引脚的状态，当一个机器周期采样到高电平，接着的下一个机器周期采样到低电平时计数器加1，也就是外部输入电平发生负跳变时加1。外部事件计数时最高计数频率为晶振频率的二十四分之一，外部输入脉冲高电平和低电平时间必须在一个机器周期以上。

（3）门控位GATE。GATE=1时，定时器的计数受外部引脚输入电平的控制（INT0控制T0的运行，INT1 控制T1的运行）；GATE=0时，定时器计数不受外部引脚输入电平的控制。

2.控制寄存器TCON

特殊功能寄存器TCON的高4位存放定时器的运行控制位和溢出标志位，低4位存放外部中断的触发方式控制位和锁存外部中断请求源（详见本章第六节“中断系统”）。

TCON格式如下：TF1

TR1

TF0

TR0

IE1

IT1

IE0

IT0

（1）定时器运行控制位TR0、TR1。定时器T0运行控制位TR0由软件置位和清

“0”。门控位GATE为0时，T0的计数仅由TR0控制，TR0为1时允许T0计数，TR0为0时禁止T0计数；门控位GATE为1时，仅当TR0等于1且INT0（P3.2）输入为高

电平时T0才计数，TR0为0或INT0输入低电平时都禁止T0计数。

定时器运行控制位TR1功能及操作情况同TR0。

（2）定时器溢出标志位TF0、TF1。TF0为定时器T0溢出标志位。当T0被允许计数以后，T0从初值开始加“1”计数，最高位产生溢出时置“1”TF0。TF0可以由程序查询和清“0”。TF0也是中断请求源，当CPU响应T0中断时由硬件清“0”TF0。

TF1为定时器T1溢出标志位。其功能及操作情况同TF0。3.定时器的工作方式

MCS-51的定时器T0有四种工作方式：方式0、方式1、方式2和方式3；而定时器T1有三种工作方式：方式0、方式1、方式2。下面对各种工作方式的定时器结构和功能加以详细讨论。

（1）方式0。当M1、M0为00时定时器工作于方式0。定时器T0方式0的结构如图

2-11所示。方式0为13位的计数器，由TL0的低5位和TH0的8位组成，TL0低5位

计数溢出时向TH0进位，TH0计数溢出时置“1”溢出标志TF0。

图2-11 T0方式0结构

在图211的T0计数脉冲控制电路中，有一个方式电子开关和计数控制电子开关。C/T=0时，方式电子开关打在上面，以振荡器的十二分频信号作为 T0的计数信号；C/T=1时，方式电子开关打在下面，此时以T0（P3.4）引脚上的输入脉冲作为T0的计数脉冲。当GATE为0时，只要TR0为1，计数控制开关的控制端即为高电平，使开关闭合，计数脉冲加到T0，允许T0计数。当GATE为1时，仅当TR0为1且INT0引脚上输入高电平时控制端才为高电平，才使控制开关闭合，允许T0计数，TR0为“0”或INT0输入低电平都使控制开关断开，禁止T0计数。

若T0工作于方式0定时，计数初值为a，则T0从初值a加1计数至溢出的时间为

t=f1o2sc*（2¹³-a）μs。

（2）方式1。方式1和方式0的差别仅仅在于计数器的位数不同，方式1为16位的定时器/计数器。定时器T0工作于方式1的逻辑结构如图2-12所示。T0工作于方式1时，由TH0作为高8位，TL0作为低8位，构成一个16位计数器。

图2-12 T0方式1结构

（3）方式2。M1、M0为10时，定时器/计数器工作于方式2，方式2为自动恢复初值的8位计数器。定时器T0工作于方式2时的逻辑结构如图2-13所示。T0工作于方式2时，TL0作为8位计数器，TH0作为计数初值寄存器。当TL0计数溢出时，一方面置“1”溢出标志TF0，同时将TH0中的计数初值送至TL0，使TL0从初值开始重新加1计数。

图2-13 T0方式2结构

上面以T0为例，说明了定时器/计数器方式0、方式1、方式2的工作原理，T1和T0的这三种方式是完全相同的。

（4）方式3。方式3只适用于T0，若T1设置为工作方式3时，则使T1停止计数。定时器T0工作于方式3时的逻辑结构如图2-14所示，T0分为两个独立的8位计数器

TL0和TH0。TL0使用T0的所有状态控制位GATE、TR0、INT0（P3.2）、T0

（P3.4）、TF0等，TL0可以作为8位定时器或外部事件计数器，TL0计数溢出时置“1”溢出标志TF0，TL0计数初值必须由软件每次设定。

TH0被固定为一个8位定时器方式，并使用T1的状态控制位TR1、TF1。一般情况图2-14 T0方式3结构

下，只有当T1用于串行口的波特率发生器或不需要中断的场合，T0才在需要时选工作方式3，以增加一个计数器。这时T1的运行由方式来控制，方式3停止计数，方式0～2允许计数，计数溢出时并不置“1”标志TF1。

二、定时器/计数器T2

80C52中有一个功能较强的定时器/计数器T2，T2和T1、T0一样，可用于定时或外部事件计数。它具有三种工作方式：捕捉方式、常数自动再装入方式和串行口的波特率发生器方式。

1.T2的特殊功能寄存器

8052中与T2相关的特殊功能寄存器有以下五个：TH2、TL2、RCAP2H、RCAP2L、T2CON。TH2、TL2组成16位计数器，RCAP2H、RCAP2L组成一个16位寄存器。在捕捉

方式中，当外部输入T2EX（P1.1）发生负跳变时，将TH2、TL2的当前计数值锁存到

RCAP2H、RCAP2L中，在常数自动再装入方式中，RCAP2H、RCAP2L作为16位计数初值

常数寄存器。

T2CON为T2的状态控制寄存器，其格式如下：

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

TF2

EXF2

RCLK

TCLK EXEN2

TR2

C/T2 CP/RL2

定时器/计数器的工作方式由T2CON的D0、D2、D4、D5位控制，对应关系如表2

-9所示。

表2-9

定时器T2方式选择

TF2：T2的溢出中断标志。在捕捉方式和常数自动再装入方式中，T2加1计数溢出时，置“1”中断标志TF2，CPU响应中断转向T2中断入口（002BH）时，并不清“0”TF2，

TF2必须由用户程序清“0”。当T2作为串行口波特率发生器时，TF2不会被置“1”。

EXF2：定时器T2外部中断标志。EXEN2为1时，当T2EX（P1.1）发生负跳变时置“1”中断标志EXF2，CPU响应中断转T2中断入口（002BH）时，并不清“0”EXF2，EXF2必须由用户程序清“0”。

TCLK：串行接口的发送时钟选择标志。TCLK=1时，T2工作于波特率发生器方式，使定时器T2的溢出脉冲作为串行口方式1、方式3时的发送时钟。TCLK=0时，定时器T1的溢出脉冲作为串行口方式1、方式3时的发送时钟。

RCLK：串行接口的接收时钟选择标志位。RCLK=1时，T2工作于波特率发生器方式，使定时器T2的溢出脉冲作为串行口方式1、方式3时的接收时钟，RCLK=0时，定时器T1的溢出脉冲作为串行口方式1、方式3时的接收时钟。

EXEN2：T2的外部允许标志。T2工作于捕捉方式，EXEN2为1时，T2EX（P1.1）

输入端发生高到低的跳变时，TL2和TH2的当前值自动地捕捉到RCAP2L和RCAP2H中，同时还置“1”中断标志EXF2；T2工作于常数自动装入方式时，EXEN2为1时，当

T2EX（P1.1）输入端发生高到低的跳变时，常数寄存器RCAP2L，RCAP2H的值自动装入TL2、TH2，同时置“1”中断标志EXF2，向CPU申请中断。EXEN2=0时，T2EX

输入电平的变化对定时器T2没有影响。

C/T2：外部事件计数器/定时器选择位。C/T2=1时，T2为外部事件计数器，计数脉冲来自T2（P1.0）；C/T2=0时，T2为定时器，振荡脉冲的十二分频信号作为计数信号。

TR2：T2的计数控制位。TR2为1时允许计数，为0时禁止计数。

CP/RL2：捕捉和常数自动再装入方式选择位。CP/RL2为1时工作于捕捉方式，CP/

RL2为0时T2工作于常数自动再装入方式。当TCLK或RCLK为1时CP/RL2被忽略，

T2总是工作于常数自动恢复的方式，常用来做波特率发生器。

2.T2的工作方式

（1）常数自动再装入方式。T2的16位常数自动再装入方式的逻辑结构如图2-15所示，这种方式主要用于定时。C/T2为0时为定时方式，以振荡器的十二分频信号作为T2的计数信号；C/T2为1时为外部事件计数方式，外部引脚T2（P1.0）上的输入脉冲作为T2的计数信号。

图2-15 T2常数自动再装入方式结构

TR2置“1”后，T2从初值开始加1计数，计数溢出时将RCAP2H、RCAP2L中的

计数初值常数自动再装入TH2、TL2，使T2从该初值开始重新加1计数，同时置“1”溢出标志TF2，向CPU请求中断（TF2也可以由程序查询）。

当EXEN2为1时，除上述功能外，还有一个附加的功能。当T2EX（P1.1）引脚输

入电平发生“1”～“0”跳变时，也将RCAP2H、RCAP2L中常数重新装入到TH2、

TL2，使T2重新从初值开始计数，同时置“1”标志EXF2，向CPU请求中断。

T2的16位常数自动再装入方式是一种高精度的16位定时器/计数器工作方式，计数初值由初始化程序一次设定后，在计数过程中不需要由软件再设定。若计数初值为a，则

定时时间等于f1o2sc*（2¹⁶-a）μs。

（2）16位捕捉方式。T2的16位捕捉方式的逻辑结构如图2-16所示。16位捕捉方式的计数脉冲也由C/T2选择，C/T2为0时以振荡器的十二分频信号作为T2的计数信号，

C/T2为1时以T2（P1.0）引脚上的输入脉冲作为T2的计数信号。置“1”TR2后，T2

从初值开始加1计数，计数溢出时仅置“1”溢出标志TF2，而RCAP2H、RCAP2L的内

容并不送至TH2和TL2，T2的计数初值必须由软件每次设定。

EXEN2为1时除上述功能外，另外有一个附加的功能：当T2EX（P1.1）输入电平

发生负跳变时，将TH2、TL2的当前计数值锁存到RCAP2H、RCAP2L，并置“1”中断标志EXF2，向CPU请求中断。

T2的16位捕捉方式主要用于测试外部事件的发生时间，如可用于测试两路脉冲之间的频率关系或输入脉冲的频率、周期等。

图2-16 T2捕捉方式结构

（3）串行口的波特率发生器方式。T2的串行口波特率发生器方式将在串行接口一节详细讨论。