定时器相关寄存器

Tutorial: 电子电路 Category: 嵌入式 Published: 2026-08-29 08:09:36 Views: 0 Likes: 0 Comments: 0

041.5.2 定时器相关寄存器

#include "reg52.h"
#include <intrins.h>

typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;

uint tim_count = 0;

sbit LED1 = P1^0;
sbit LED2 = P1^1;

void Delay_xms(uint xms) // @11.0592MHz
{
    uchar data i, j;

    while (xms)
    {
        _nop_();
        i = 2;
        j = 199;
        do
        {
            while (--j);
        } while (--i);
        xms--;
    }
}

void main()
{
    TMOD &= 0xF0; //TMOD低四位清零
    TMOD |= 0x01; //定时器0配置成工作模式1
    TL0 = 0x00;
    TH0 = 0xDC;   //装载计数初值0xDC00  10ms触发一次中断
    TF0 = 0;      //标志位清零
    TR0 = 1;      //开始运行定时器

    ET0 = 1;      //允许定时器中断
    EA = 1;       //总中断打开

    while (1)
    {
        Delay_xms(1000);
    }
}

/*****************
定时器0的中断处理函数
*****************/
void Timer0_Routine(void) interrupt 1
{
    TL0 = 0x00;
    TH0 = 0xDC;              //重装初值
    tim_count++;             //定时器中断每触发一次，count值+1
    tim_count = tim_count % 100; //让count值在0-99之间变化

    if (0 == tim_count)
    {
        LED1 = ~LED1; //count每计数100次，改变一下灯的状态
        LED2 = ~LED2; //10ms*100 = 1000ms = 1s  每隔一秒灯的状态改变一次
    }
}

一、定时器相关寄存器

STC89C52 的 Timer0、Timer1 不是由一个寄存器完成全部配置。工作模式、当前计数值、启停状态、溢出请求和中断允许分别放在不同寄存器中：

功能类别	Timer0	Timer1	作用
工作方式	`TMOD`低四位	`TMOD`高四位	选择门控、定时/计数功能和模式0～3
计数值	`TH0`、`TL0`	`TH1`、`TL1`	保存当前计数值或装入计数初值
启停与溢出	`TCON.TR0`、`TCON.TF0`	`TCON.TR1`、`TCON.TF1`	控制运行并报告溢出
中断允许	`IE.ET0`、`IE.EA`	`IE.ET1`、`IE.EA`	决定溢出请求能否进入 CPU

这些名称有规律可循：T 表示 Timer，H/L 表示高/低字节，R 可记作 Run，F 可记作 Flag，M 表示 Mode，E 表示 Enable。理解每个寄存器在信号链中的位置，比单独背诵赋值更可靠。

本节程序使用 Timer0 模式1，完整路径是：

TMOD选择输入、门控和模式
          │
          ▼
TR0启动计数 → TH0:TL0从0xDC00向上计数
          │
          ▼
0xFFFF再加1 → TF0置1
          │
          ├── ET0=1：Timer0局部允许
          └── EA=1：CPU总允许
          ▼
000BH向量 → Timer0_Routine() interrupt 1

1.1 定时器控制寄存器

Timer0、Timer1 的控制寄存器是 TCON，地址为 88H，可位寻址。它不仅控制定时器开始和停止，还保存 Timer0、Timer1 的溢出请求标志，并兼管 INT0、INT1 的触发方式和请求标志。

TCON（88H） B7   B6   B5   B4   B3   B2   B1   B0
             TF1  TR1  TF0  TR0  IE1  IT1  IE0  IT0
复位值        0    0    0    0    0    0    0    0

位	名称	含义	谁负责操作
B7	`TF1`	Timer1 溢出请求标志	溢出时硬件置 1；CPU 响应 T1 中断时硬件清 0，也可软件清 0
B6	`TR1`	Timer1 运行控制，1允许运行、0停止	软件设置，还受 `TMOD.GATE1` 影响
B5	`TF0`	Timer0 溢出请求标志	溢出时硬件置 1；CPU 响应 T0 中断时硬件清 0，也可软件清 0
B4	`TR0`	Timer0 运行控制，1允许运行、0停止	软件设置，还受 `TMOD.GATE0` 影响
B3	`IE1`	外部中断1请求标志	外部条件成立时硬件置位
B2	`IT1`	外部中断1触发方式，0低电平、1下降沿	软件设置
B1	`IE0`	外部中断0请求标志	外部条件成立时硬件置位
B0	`IT0`	外部中断0触发方式，0低电平、1下降沿	软件设置

TR0 与 TF0 是最容易混淆的一组：

TR0 = 1：打开“计数运行开关”
TF0 = 1：报告“计数器已经溢出”

正常工作过程如下：

软件清TF0 ──► 软件置TR0 ──► 硬件持续计数
                                      │
                                      ▼
                           溢出时硬件置TF0
                                      │
                           ET0和EA都为1？
                                      │ 是
                                      ▼
                              CPU进入Timer0 ISR

程序中的 TF0 = 0 是初始化保险。芯片复位后 TF0 本来就是 0，但程序可能不是刚复位就开始配置 Timer0；显式清零可以消除先前运行阶段遗留的请求。TR0 = 1 只启动计数，不会自动打开中断，Timer0 中断还必须设置 ET0 = 1 与 EA = 1。

中断允许寄存器 IE 中与定时器有关的位为：

IE（A8H）   B7   B6   B5   B4   B3   B2   B1   B0
             EA    -  ET2   ES  ET1  EX1  ET0  EX0

EA：CPU 中断总允许位。
ET0：Timer0 溢出中断允许位。
ET1：Timer1 溢出中断允许位。
ET2：Timer2 中断允许位。

STC89C52 还具有 Timer2，但它由独立的 T2CON 等寄存器控制。Timer2 使用 TR2 作为运行控制位；TR0、TR1 则分别属于 Timer0、Timer1。本节重点仍是与传统 8051 兼容的 Timer0、Timer1。

1.2 定时器模式寄存器

TMOD 是地址为 89H 的 8 位工作方式寄存器，复位值为 00H，不可位寻址。高四位控制 Timer1，低四位控制 Timer0；两组字段含义相同。

TMOD（89H）

位序号       B7     B6    B5  B4     B3     B2    B1  B0
位名称       GATE1  C/T1  M1  M0     GATE0  C/T0  M1  M0
             └────── Timer1 ──────┘   └────── Timer0 ──────┘

Timer1位	Timer0位	字段	作用
B7	B3	`GATE`	选择是否让 INT1/INT0 引脚参与运行门控
B6	B2	`C/T`	选择内部时钟定时或外部脉冲计数
B5	B1	`M1`	工作模式选择高位
B4	B0	`M0`	工作模式选择低位

GATE：定时器的启动条件

运行使能逻辑可以写成：

Timer0允许计数 = TR0 AND（NOT GATE0 OR INT0）
Timer1允许计数 = TR1 AND（NOT GATE1 OR INT1）

以 Timer0 为例：

GATE0=0
    │  NOT GATE0=1
    └──────────────┐
                   OR ──┐
INT0 ──────────────┘     AND ──► Timer0计数使能
TR0 ─────────────────────┘

结果：只要TR0=1就能计数，INT0电平无关。

GATE0=1
    │  NOT GATE0=0
    └──────────────┐
                   OR ──┐
INT0 ──────────────┘     AND ──► Timer0计数使能
TR0 ─────────────────────┘

结果：必须TR0=1并且INT0=1才计数，可用于测量INT0高电平脉宽。

因此普通周期定时通常设置 GATE=0，由 TRx 单独控制；GATE=1 不是错误配置，而是面向外部门控测量的功能。

C/T：输入脉冲来源选择

系统时钟 ── 12T或6T分频 ──┐
                           ├── C/T多路选择器 ──► 计数器
P3.4/T0或P3.5/T1外部脉冲 ─┘

`C/T`	功能	Timer0脉冲来源	Timer1脉冲来源
0	定时器	系统时钟经 12T 或 6T 分频	系统时钟经 12T 或 6T 分频
1	计数器	P3.4/T0 外部脉冲	P3.5/T1 外部脉冲

定时功能统计的是内部时钟节拍，外部计数功能统计的是引脚事件。二者使用同一套 TH/TL 加法器、溢出标志和中断通路，只是计数脉冲来源不同。

M1、M0：工作模式选择

`M1 M0`	模式	计数器结构	状态数	重装方式
`00`	模式0	13位，THx 8位加 TLx 低5位	`2^13=8192`	溢出后软件重装
`01`	模式1	16位，THx、TLx 全部参与	`2^16=65536`	溢出后软件重装
`10`	模式2	8位，TLx计数、THx保存重装值	`2^8=256`	硬件自动重装
`11`	模式3	Timer0拆成两个8位单元	每个256	特殊控制；Timer1在模式3停止

本例选择模式1，所以 Timer0 的四个位为：

GATE0  C/T0  M1  M0
  0      0    0   1  = 0001B

代码没有直接使用 TMOD = 0x01，而是：

TMOD &= 0xF0;
TMOD |= 0x01;

第一句只清除 Timer0 的低四位，保留 Timer1 的高四位；第二句再把 Timer0 的 M0 置 1，得到 GATE0=0、C/T0=0、模式1。若配置 Timer1 模式1，则对应的高四位应为 0001B，也就是在不考虑 Timer0 状态时写入高半字节 0x10。

模式1内部计数结构

系统时钟/12或/6 ──┐
                    ├── C/T选择 ── 运行门控 ──► TL0（低8位）
P3.4/T0外部脉冲 ──┘                              │ 溢出进位
                                                  ▼
                                             TH0（高8位）
                                                  │ 溢出
                                                  ▼
                                               TF0置1
                                                  │
                                       ET0=1 且 EA=1
                                                  ▼
                                      interrupt 1，向量000BH

TH0、TL0 各自都是 8 位寄存器。模式1把它们级联成一个 16 位向上计数器：

寄存器	地址	所属定时器	模式1中的作用
`TL0`	`8AH`	Timer0	16位计数值的低8位
`TL1`	`8BH`	Timer1	16位计数值的低8位
`TH0`	`8CH`	Timer0	16位计数值的高8位
`TH1`	`8DH`	Timer1	16位计数值的高8位

TH0             TL0
高8位           低8位
dddd cccc : bbbb aaaa  →  共16位

Timer0 使用 TH0:TL0，Timer1 使用 TH1:TL1。以 Timer0 为例，组合值可以写成：

16位计数值 = (TH0 << 8) | TL0
TH0 = 0xDC，TL0 = 0x00  →  TH0:TL0 = 0xDC00

16 位共有 65536 个状态，范围是 0x0000～0xFFFF，也就是十进制 0～65535。计数器到达 0xFFFF 时只是处在最后一个有效状态；下一个计数脉冲使其回绕到 0x0000，此时才发生溢出并由硬件置位 TF0。

1.3 应用案例

本例在 11.0592 MHz、12T 定时方式下，把 Timer0 配置成约 10 ms 溢出一次。寄存器和代码的对应关系如下：

配置	寄存器结果	含义
`TMOD &= 0xF0; TMOD	= 0x01;`	Timer0低四位=`0001B`
`TH0=0xDC; TL0=0x00;`	`TH0:TL0=0xDC00`	装入16位计数初值
`TF0=0;`	`TCON.B5=0`	清除待处理的溢出请求
`TR0=1;`	`TCON.B4=1`	启动 Timer0
`ET0=1;`	`IE.B1=1`	允许 Timer0 中断
`EA=1;`	`IE.B7=1`	打开 CPU 总中断允许

定时时间取决于计数脉冲频率和初值。通用关系为：

计数次数 N = 65536 - 初值X
定时时间 t = N ÷ 计数频率

反推初值：X = 65536 - t × 计数频率

在 12T 模式下：

计数频率 = 11.0592 MHz ÷ 12 = 921600 Hz
10 ms所需计数 = 0.010 s × 921600 Hz = 9216
初值 = 65536 - 9216 = 56320 = 0xDC00

因此硬件按下面的顺序运行：

0xDC00 → 0xDC01 → ... → 0xFFFE → 0xFFFF
                                          │ 下一个计数脉冲
                                          ▼
                              0x0000，同时TF0=1
                                          │
                                          ▼
                                   进入Timer0 ISR

ISR 重装 0xDC00，再让 tim_count 加一。100 次约 10 ms 中断累计为约 1 s，此时翻转 LED1、LED2。Timer0 的硬件计数与主循环中的 Delay_xms(1000) 并行进行；CPU 执行延时循环时仍可被 Timer0 中断打断。

模式1的 16 位范围比模式2更大，可以直接得到更长的单次定时；这不代表模式1的基本时间分辨率天然更高。只要计数脉冲相同，两种模式每增加一次所代表的时间相同，差别主要在可计数范围和重装方式。

1.3.1 例题: 重装初值

“装载初值”是启动定时器前把起始值写入 TH0、TL0；“重装初值”是一次溢出后，为下一轮计时再次写入相同起始值。

本例第一次装载发生在初始化阶段：

TL0 = 0x00;
TH0 = 0xDC;

模式1溢出后，硬件只会让计数器回绕到 0x0000，不会自动恢复 0xDC00，所以 ISR 中再次写入：

void Timer0_Routine(void) interrupt 1
{
    TL0 = 0x00;
    TH0 = 0xDC;
    // 后续中断处理
}

如果省略重装，第一次间隔仍约为 10 ms，但下一轮会从 0x0000 开始，必须累计完整的 65536 次才再次溢出。在 11.0592 MHz、12T 模式下，下一轮约为：

65536 ÷ 921600 Hz ≈ 71.11 ms

这就破坏了预期的固定 10 ms 节拍。只有当设计本来就需要从 0x0000 计满时，才不必装入非零初值。

模式1的软件重装过程可以画成：

软件装入0xDC00
      │
      ▼
硬件向上计数并溢出
      │
      ▼
TF0=1，CPU进入ISR
      │
      ├── 软件重新写TH0/TL0=0xDC00
      └── 执行业务处理
      ▼
开始下一轮约10 ms计时

Timer0 在 ISR 中仍保持运行，溢出到完成重装之间已经经过若干机器周期，所以实际周期会包含中断响应和重装指令的时间，并存在少量误差。更严格的设计可以采用经过补偿的初值、短小 ISR、硬件自动重装模式，或者更高级的定时外设。若选择先 TR0=0、重装后再 TR0=1，可以避免写寄存器时继续计数，但停止与启动指令本身仍要计入误差分析。

模式2提供硬件自动重装：

TH0：保存8位重装值，通常保持不变
TL0：8位向上计数

TL0从0xFF再加1
      │
      ├── TF0置1并请求中断
      └── 硬件把TH0内容自动复制到TL0

对比项	模式1	模式2
计数位数	16位	8位
计数状态数	65536	256
参与计数的寄存器	TH0与TL0级联	TL0计数
初值保存	TH0、TL0共同保存本轮初值	TH0持续保存重装值
溢出后的处理	软件重写TH0、TL0	硬件自动把TH0复制到TL0
主要优势	单次计数范围大	周期自动重装，软件负担小、重复周期更稳定
主要限制	软件重装会引入额外延迟	8位范围较小，单次最长时间较短

模式2并不是“不建议使用”的模式。需要较短、稳定、重复周期时，自动重装通常非常合适；需要较长的单次定时范围时，模式1更方便。选择依据应是目标周期、时钟频率、允许误差和软件负担，而不是简单认为某一种模式在所有场景都更好。

最后把初值概念归纳为一句话：TH0/TL0 保存的是计数器起点，不是直接保存“10 ms”这样的时间值。只有把系统时钟、6T/12T 设置、工作模式、计数状态数和中断响应过程一起考虑，才能得到正确的定时时间。

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