四、定时/计数器（流水灯延时、定时）

下面讲复习提纲第四部分：四、定时/计数器。这一部分常考定时器功能、工作方式、TMOD/TCON、方式1和方式2、初值计算、定时器中断程序，也是流水灯延时、秒表、交通灯倒计时的核心。

---

1. 定时器/计数器是干什么的

复习提纲中写：

定时功能：对系统机器周期计数，实现精准延时、定时
计数功能：对外部引脚脉冲计数，用于测速、计数

这句话可以拆成两层。

第一层：定时器功能

定时器对单片机内部的机器周期脉冲计数。

比如 12MHz 晶振下，标准 51 单片机：

1个机器周期 = 1us

如果定时器每 1us 加 1，那么：

计数1000次 ≈ 1ms
计数50000次 ≈ 50ms
计数1000000次 ≈ 1s

当然 16 位定时器一次最多只能计 65536 次，所以长时间定时通常要多次中断累加。

定时器常用于：

LED定时闪烁
流水灯定时切换
秒表
电子钟
交通灯倒计时
按键扫描
定时采样传感器

第二层：计数器功能

计数器对外部引脚输入的脉冲计数。

T0 和 T1 的外部输入引脚是：

T0：P3.4
T1：P3.5

例如传送带上每经过一个物体，传感器输出一个脉冲，计数器加 1，就能统计产品数量。

计数器常用于：

外部事件计数
产品计数
转速测量
频率测量
脉冲计数

考试答法：

定时器/计数器既可对内部机器周期脉冲计数实现定时，也可对外部引脚输入脉冲计数实现事件计数。

---

2. 定时器和计数器本质上是同一个东西

很多同学会以为“定时器”和“计数器”是两个完全不同的硬件。其实在 51 单片机里，它们本质上都是加 1 计数器，只是计数脉冲来源不同。

定时器模式：计内部脉冲
计数器模式：计外部脉冲

可以这样理解：

定时器：数时间的脉冲
计数器：数外部事件的脉冲

模式选择由 TMOD 中的 C/T 位决定：

C/T = 0：定时器模式
C/T = 1：计数器模式

---

3. TMOD 工作方式控制寄存器

TMOD 用来设置 T0、T1 的工作方式和工作模式。

它的特点：

字节地址89H
不可位寻址
高4位控制T1
低4位控制T0

结构可以理解为：

高4位：GATE C/T M1 M0  -> 控制T1
低4位：GATE C/T M1 M0  -> 控制T0

3.1 GATE：门控位

GATE=0：只由TRx控制启动和停止
GATE=1：由TRx和INTx引脚电平共同控制

一般初学程序都用：

GATE=0

也就是只靠程序中的 TR0=1 或 TR1=1 启动。

3.2 C/T：定时器/计数器选择

C/T=0：定时器模式，对内部机器周期计数
C/T=1：计数器模式，对外部输入脉冲计数

定时器程序里通常是 C/T=0。

3.3 M1、M0：工作方式选择

M1 M0	工作方式	特点
00	方式0	13位计数器，较少使用
01	方式1	16位计数器，最常用
10	方式2	8位自动重装，考试常考
11	方式3	T0拆成两个8位计数器

如果 T0 设置为方式1定时器模式：

GATE=0, C/T=0, M1=0, M0=1
低4位 = 0001B = 1
TMOD = 0x01

所以常见代码：

TMOD = 0x01;   // T0方式1定时

如果 T1 设置为方式2定时器模式：

高4位 = 0010B
TMOD = 0x20

常见于串口波特率：

TMOD = 0x20;   // T1方式2

---

4. TCON 定时器控制寄存器

TCON 中既有定时器控制位，也有外部中断控制位。这里重点看高 4 位：

位	名称	作用
TF1	T1溢出标志	T1溢出后硬件置1
TR1	T1运行控制	1启动T1，0停止T1
TF0	T0溢出标志	T0溢出后硬件置1
TR0	T0运行控制	1启动T0，0停止T0

启动 T0：

TR0 = 1;

停止 T0：

TR0 = 0;

查询 T0 是否溢出：

if (TF0 == 1)
{
    TF0 = 0;
    // 溢出处理
}

如果用中断方式，进入 T0 中断后，TF0 通常由硬件自动清零。

---

5. 四种工作方式

5.1 方式0：13位计数器

方式0 是 13 位计数器，由 THx 的 8 位和 TLx 的低 5 位组成。

它主要是为了兼容早期 MCS-48 系列，实际使用较少。考试通常只要求知道：

方式0是13位定时/计数方式。

一般程序题不会优先让你用方式0。

---

5.2 方式1：16位计数器，最常用

方式1由 THx 和 TLx 组成 16 位计数器。

THx：高8位
TLx：低8位

最大计数范围：

0000H -> FFFFH
共65536个状态

从装入初值开始加 1，一直加到溢出。

公式：

定时时间 = (65536 - 初值) × 机器周期
初值 = 65536 - 定时时间 / 机器周期

例题：12MHz 晶振，T0方式1定时1ms

已知：

晶振 = 12MHz
机器周期 = 12 / 12MHz = 1us
定时时间 = 1ms = 1000us

需要计数：

N = 1000us / 1us = 1000

初值：

初值 = 65536 - 1000 = 64536

转十六进制：

64536 = FC18H

所以：

TH0 = 0xFC;
TL0 = 0x18;

方式1注意点

方式1溢出后，计数器会回到 0。如果你想每 1ms 都中断一次，就要在中断服务程序中重新装初值：

void timer0_isr(void) interrupt 1
{
    TH0 = 0xFC;
    TL0 = 0x18;
}

---

5.3 方式2：8位自动重装，考试最爱

复习提纲说：

方式2优点：自动重装初值，无需程序手动赋值，定时精准、适合做波特率发生器。

方式2中：

TLx：真正计数
THx：保存重装初值

当 TLx 溢出时，硬件自动把 THx 的值重新装入 TLx。

可以理解为：

THx = 备份初值
TLx = 正在跑的计数器

方式2公式

方式2是 8 位计数，最大计数值是 256。

定时时间 = (256 - 初值) × 机器周期
初值 = 256 - 定时时间 / 机器周期

例如 12MHz 晶振下，想让 T0 每 100us 溢出：

机器周期 = 1us
计数次数 = 100
初值 = 256 - 100 = 156 = 9CH

所以：

TMOD = 0x02;   // T0方式2
TH0 = 0x9C;
TL0 = 0x9C;
TR0 = 1;

方式2为什么适合波特率

串口通信需要稳定周期产生发送/接收节拍。方式2自动重装，减少了中断重装初值造成的误差，所以常用 T1 方式2做波特率发生器。

例如 11.0592MHz 晶振，9600bps 常见设置：

TMOD = 0x20;   // T1方式2
TH1 = 0xFD;
TL1 = 0xFD;
TR1 = 1;

---

5.4 方式3：T0拆分方式

方式3只适用于 T0。它把 T0 拆成两个独立的 8 位计数器：

TL0：一个8位计数器
TH0：另一个8位计数器

这种方式较特殊，T1 的某些控制资源会被占用。考试一般只要求知道：

方式3把T0分成两个8位定时/计数器，T1通常不作为普通中断定时器使用，可作为串口波特率发生器。

---

6. 定时器中断应用

定时器最常见的应用不是单纯查询 TF0，而是使用中断。

典型结构：

初始化定时器
装初值
开定时器中断
开总中断
启动定时器
主程序循环
定时器溢出时自动进入中断

T0 方式1，1ms中断一次

#include <reg51.h>

unsigned int ms_count = 0;
sbit LED = P1^0;

void main(void)
{
    TMOD = 0x01;     // T0方式1，定时器模式
    TH0 = 0xFC;      // 12MHz下1ms初值
    TL0 = 0x18;
    ET0 = 1;         // 开T0中断
    EA = 1;          // 开总中断
    TR0 = 1;         // 启动T0

    while (1)
    {
        // 主程序可以做其他事情
    }
}

void timer0_isr(void) interrupt 1
{
    TH0 = 0xFC;      // 重装初值
    TL0 = 0x18;

    ms_count++;
    if (ms_count >= 500)
    {
        ms_count = 0;
        LED = !LED; // 约500ms翻转一次
    }
}

这个程序可以理解为：

每1ms进一次中断
累计500次就是500ms
每500ms翻转一次LED

---

7. 流水灯延时：软件延时和定时器延时

7.1 软件延时

前面 I/O 口中流水灯常用软件延时：

void delay(unsigned int x)
{
    unsigned int i, j;
    for (i = 0; i < x; i++)
        for (j = 0; j < 120; j++);
}

优点：

简单
容易写
适合初学演示

缺点：

不精确
CPU一直空转
延时时不能及时处理其他任务
受晶振和编译器影响

7.2 定时器延时

定时器延时用硬件计数，CPU 不必一直空转。

例如流水灯每 200ms 移动一次：

#include <reg51.h>
#include <intrins.h>

unsigned int tick = 0;

void main(void)
{
    P1 = 0xFE;
    TMOD = 0x01;
    TH0 = 0xFC;
    TL0 = 0x18;
    ET0 = 1;
    EA = 1;
    TR0 = 1;

    while (1)
    {
        // 等待定时器中断改变P1
    }
}

void timer0_isr(void) interrupt 1
{
    TH0 = 0xFC;
    TL0 = 0x18;

    tick++;
    if (tick >= 200)
    {
        tick = 0;
        P1 = _crol_(P1, 1);
    }
}

这样主程序不会被长延时卡住，更适合复杂系统。

---

8. 初值计算通用方法

这是定时器最重要的计算题。

第一步：算机器周期

机器周期 = 12 / 晶振频率

如果晶振是 12MHz：

机器周期 = 1us

如果晶振是 6MHz：

机器周期 = 2us

第二步：算需要计数次数 N

N = 定时时间 / 机器周期

例如 12MHz 下定时 10ms：

N = 10000us / 1us = 10000

第三步：算初值

方式1：

初值 = 65536 - N

方式2：

初值 = 256 - N

第四步：拆成 TH 和 TL

方式1得到 16 位初值后：

THx = 初值高8位
TLx = 初值低8位

例：12MHz，方式1，定时 10ms：

初值 = 65536 - 10000 = 55536 = D8F0H
TH0 = D8H
TL0 = F0H

---

9. 常见考法

考法1：问定时器和计数器区别

答案：

定时器模式对内部机器周期脉冲计数，用于产生定时；计数器模式对外部引脚输入脉冲计数，用于统计外部事件。两者本质都是加1计数器，只是计数脉冲来源不同。

考法2：问工作方式

答案：

方式0为13位计数器，方式1为16位计数器，方式2为8位自动重装计数器，方式3为T0拆分成两个8位计数器。

考法3：问方式2优点

答案：

方式2具有自动重装初值功能，溢出后硬件自动把THx中的初值装入TLx，减少软件重装时间，提高定时精度，常用于周期定时和串口波特率发生器。

考法4：计算初值

题目：

12MHz晶振，T0方式1定时1ms，求初值。

答案：

机器周期=1us，1ms需计数1000次，初值=65536-1000=64536=FC18H，所以TH0=FCH，TL0=18H。

考法5：写定时器中断初始化

答案示例：

TMOD = 0x01;
TH0 = 0xFC;
TL0 = 0x18;
ET0 = 1;
EA = 1;
TR0 = 1;

---

10. 易混点

1. TMOD 和 TCON 不要混

TMOD：选择工作方式和定时/计数模式
TCON：控制启动停止，保存溢出标志

2. TR0 和 TF0 不要混

TR0：启动/停止T0
TF0：T0溢出标志

3. 方式1和方式2不要混

方式1：16位，范围大，但溢出后需重装初值
方式2：8位，范围小，但自动重装

4. 定时器中断开关要同时开 EA 和 ET0

只写：

ET0 = 1;

不够，还要：

EA = 1;

5. 12MHz下机器周期不是 1/12us，而是 1us

因为：

时钟周期 = 1/12MHz
机器周期 = 12个时钟周期 = 1us

---

第四部分背诵版

51单片机的定时器/计数器本质上是加1计数器。定时器模式对内部机器周期脉冲计数，用于实现延时和定时；计数器模式对外部T0、T1引脚输入脉冲计数，用于外部事件计数。T0外部输入引脚为P3.4，T1外部输入引脚为P3.5。

TMOD用于设置定时器/计数器的工作模式和工作方式，高4位控制T1，低4位控制T0；TCON中的TR0、TR1用于启动或停止定时器，TF0、TF1为溢出标志。定时器有方式0、方式1、方式2、方式3，其中方式1为16位计数器，最常用；方式2为8位自动重装计数器，溢出后自动重装初值，适合周期定时和串口波特率发生器。

定时器初值计算公式为：定时时间=(最大计数值-初值)×机器周期。方式1最大计数值为65536，方式2最大计数值为256。12MHz晶振下，标准51单片机1个机器周期为1us。