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单片机原理及应用教程(C语言版)-第6章MCS-51单片机的定时器计数器

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单片机原理及应用教程(C语言版)-第6章MCS-51单片机的定时器计数器

摘要：本章详细介绍了MCS-51单片机的定时器/计数器原理及其应用。首先，阐述了定时器/计数器的基本概念、工作原理和特点，接着介绍了MCS-51单片机定时器/计数器的内部结构、工作模式和编程方法。然后，通过实例分析了定时器/计数器在实时时钟、脉冲计数、串行通信等应用中的实现方法。最后，对定时器/计数器的使用注意事项进行了总结，为读者在实际应用中提供了参考。本章内容丰富，理论与实践相结合，有助于读者全面掌握MCS-51单片机定时器/计数器的应用。

前言：随着电子技术的飞速发展，单片机在各个领域得到了广泛的应用。MCS-51单片机因其体积小、功耗低、功能强大等优点，成为单片机领域的主流产品之一。定时器/计数器作为MCS-51单片机的重要组成部分，在实时时钟、脉冲计数、串行通信等应用中发挥着关键作用。为了使读者更好地理解和掌握MCS-51单片机定时器/计数器的应用，本章将详细介绍其原理、结构、工作模式和编程方法，并通过实例分析其在实际应用中的实现。

一、1.定时器/计数器概述

1.1定时器/计数器的基本概念

定时器/计数器是计算机系统中常见的功能模块，它能够对时间间隔进行精确测量，也可以对事件发生次数进行计数。在单片机中，定时器/计数器是一个重要的组成部分，它通常由一组硬件电路和相应的软件指令组成。硬件部分包括计数器寄存器、定时器控制寄存器以及定时器/计数器状态寄存器等。这些硬件组件共同协作，实现对时间的精确控制和事件的准确计数。

定时器/计数器的基本功能是计数，它通过接收外部信号或内部时钟信号来增加计数器的值。当计数器达到预设的数值时，会触发一个中断，通知CPU进行相应的处理。这种功能使得定时器/计数器在许多应用场景中变得非常有用，比如在实时时钟系统中，定时器可以用来记录时间；在脉冲计数应用中，定时器可以用来计数脉冲的个数。

在MCS-51单片机中，定时器/计数器通常有两种工作模式：定时模式和计数模式。在定时模式下，定时器/计数器用于测量时间间隔，它可以将内部时钟信号分成不同的分频，从而产生所需的时间间隔。而在计数模式下，定时器/计数器用于计数外部事件的发生次数，它可以对外部脉冲信号进行计数。这两种模式的不同选择，使得定时器/计数器在各个应用领域具有广泛的应用前景。

1.2定时器/计数器的工作原理

定时器/计数器的工作原理基于时钟信号的产生和分频。以MCS-51单片机为例，其定时器/计数器通常使用12MHz的晶振作为时钟源。通过内部振荡器，这个频率会被分频为1MHz，作为定时器/计数器的时钟信号。

(1)在定时模式下，当定时器/计数器启动后，它会从这个1MHz的时钟信号中计数，直到达到预设的值。例如，如果定时器/计数器被配置为16位定时器，并且设置了一个预设值0xFFFF，那么它会在1,048,576个时钟周期后溢出（即产生一个溢出信号）。由于1MHz的时钟周期为1微秒，这意味着定时器/计数器可以在1毫秒内完成一个计数周期。

(2)在计数模式下，定时器/计数器用于计数外部事件的发生次数。它通过一个引脚接收外部信号，每当这个信号从低电平变为高电平或从高电平变为低电平时，定时器/计数器的值就会增加1。例如，假设一个传感器每产生一个脉冲信号，定时器/计数器就计数一次，那么如果传感器每秒产生1000个脉冲，那么定时器/计数器在1秒钟内就会计数到1000。

(3)定时器/计数器的另一个关键功能是中断。当定时器/计数器达到预设值时，它可以产生一个中断信号，这个信号会被CPU捕获，并执行与之关联的中断服务程序。中断服务程序可以用来处理各种任务，比如更新显示、记录事件或者控制其他硬件设备。例如，在一个交通信号灯控制系统中，定时器/计数器可以用来控制信号灯的切换时间，一旦定时器/计数器达到预设的时间，就会触发一个中断来改变信号灯的状态。

1.3定时器/计数器的特点

(1)定时器/计数器作为单片机的重要组成部分，具有多种显著的特点，这些特点使其在众多应用场景中表现出极高的实用性和可靠性。首先，定时器/计数器具有高精度的时间测量能力。在MCS-51单片机中，定时器/计数器通常采用12MHz的晶振作为时钟源，通过内部分频电路，将时钟频率降低到1MHz，从而实现毫秒级别的时间测量。这种高精度的时间测量能力使得定时器/计数器在实时时钟、事件计时等领域具有广泛的应用前景。

(2)定时器/计数器还具有灵活的工作模式。MCS-51