定时器是单片机的重要功能模块之一，在检测、控制领域有广泛应用。定时器常用作定时时钟，以实现定时检测，定时响应、定时控制，并且可以产生ms宽的脉冲信号，驱动步进电机。定时和计数的最终功能都是通过计数实现，若计数的事件源是周期固定的脉冲则可实现定时功能，否则只能实现计数功能。因此可以将定时和计数功能全由一个部件实现。通过下图可以简单分析定时器的结构与工作原理。
一、定时器
1、51单片机计数器的脉冲输入脚。主要的脉冲输入脚有Px,y， 也指对应T0的P3.4和对应T1的P3.5，主要用来检测片外来的脉冲。而引脚18和19则对应着晶振的输入脉冲，脉冲的频率和周期为
F = f/12 = 11.0592M/12 = 0.9216MHZ T = 1/F = 1.085us
2、定时器有两种工作模式，分别为计数模式和定时模式。对Px,y的输入脉冲进行计数为计数模式。定时模式，则是对MCU的主时钟经过12分频后计数。因为主时钟是相对稳定的，所以可以通过计数值推算出计数所经过的时间。
3、51计数器的计数值存放于特殊功能寄存器中。T0(TL0-0x8A, TH0-0x8C), T1(TL1-0x8B, TH1-0x8D)
4、TLx与THx之间的搭配关系
1）、TLx与THx之间32进制。即当TLx计到32个脉冲时，TLx归0同时THx进1。这也称为方式0。
2）、TLx与THx之间256进制。即当TLx计到256个脉冲时，TLx归0同时THx进1。这也称为方式1。在方式1时，最多计65536个脉冲产生溢出。在主频为11.0592M时，每计一个脉冲为1.085us，所以溢出一次的时间为1.085usx65536＝71.1ms。
3）、THx用于存放TLx溢出后，TLx下次计数的起点。这也称为方式2。
4）、THx与TLx分别独立对自己的输入脉冲计数。这也称为方式3。
5、定时器初始化
1）、确定定时器的计数模式。
2）、确定TLx与THx之间的搭配关系。
3）、确定计数起点值。即TLx与THx的初值。
4）、是否开始计数。TRx
（1）和（2）可以由工作方式寄存器TMOD来设定，TMOD用于设置定时/计数器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：
GATE：门控位，用于设置计数器计数与否，是否受P3.2或P3.3电压状态的影响。GATE＝0时，表示计数器计数与否与两端口电压状态无关；GATA＝1时，计数器是否计数要参考引脚的状态，即P3.2为高时T0才计数，P3.3为高时T1才计数。
C/T:定时/计数模式选择位。 ＝0为定时模式； =1为计数模式。
M1M0：工作方式设置位。定时/计数器有四种工作方式，由M1M0进行设置。
6、计数器的溢出
计数器溢出后，THx与TLx都归0。并将特殊功能区中对应的溢出标志位TFx写为1。
好了，理论就讲述到这。现在我们通过一些实验来看看怎么使用定时器。
实验一、P1口连接的8个LED灯以1秒钟的频率闪烁。
首先上代码：
#include "reg51.h"
char c;
void Timer0_Init() //初始化定时器
{
TMOD = 0x01; //
TH0 = 0;
TL0 = 0; //定时器的计数起点为0
TR0 = 1; //启动定时器0
}
void main()
{
Timer0_Init();
while(1)
{
if(TF0 == 1) //检测定时器0是否溢出，每到65535次
{
TF0=0;
c++;
if(c==14) //71ms乘以14为1s
{
c=0;
P1=~P1;
}
}
}
}上述代码的思路是每计算14个溢出，则翻转P1口状态。产生一个溢出的时间是71.1ms，14个则约为1s。
实验二、让一个LED灯每1秒钟闪烁。
#include "reg51.h"
sbit LD1 = P1^0;
void Timer0_Init() //初始化定时器
{
TMOD = 0x01; //
TH0 = 0;
TL0 = 0; //定时器的计数起点为0
TR0 = 1; //启动定时器0
}
void Timer0_Overflow() //处理定时器0的溢出事件
{
static char c;
if(TF0 == 1) //检测定时器0是否溢出，每到65535次
{
TF0=0;
c++;
if(c==14) //71ms乘以14为1s
{
c=0;
LD1=!LD1;
}
}
}
void main()
{
Timer0_Init(); //初始化定时器0
while(1)
{
Timer0_Overflow();
}
}相比于上个例子，这里有两个区别，首先是将timer0的溢出事件作为子函数单独出来，其次是注意翻转一个led灯时候用的是“！”。
例子三、让连接到P1口的LED1和LED8灯每1秒钟闪烁。
#include "reg51.h"
void Timer0_Init() //初始化定时器
{
TMOD |= 0x01; //定时器0方式1，计数与否不受P3.2的影响
TH0 = 0;
TL0 = 0; //定时器的计数起点为0
TR0 = 1; //启动定时器0
}
void Timer0_Overflow() //´处理定时器0的溢出事件
{
static char c;
if(TF0 == 1) //检测定时器0是否溢出，每到65535次
{
TF0=0;
c++;
if(c==14) //71ms乘以14为1s
{
c=0;
P1 ^= (1<<0);//LD1=!LD1;
}
}
}
void Timer1_Init()
{
TMOD|=0x10; //定时器1方式1，计数与否不受P3.3的影响
TH1=0;
TL1=0; //定时器1的计数起点为0
TR1=1; //启动定时器1
}
void Timer1_Overflow() //处理定时器1的溢出事件
{
static char c;
if(TF1==1) //软件查询，主循环每跑完一圈才会到这里。
{
TF1=0;
c++;
if(c==14)
{
c=0;
P1 ^= (1<<7);//LD8=!LD8;
}
}
}
void main()
{
Timer0_Init(); //初始化定时器0
Timer1_Init(); //初始化定时器1
while(1)
{
Timer0_Overflow();
Timer1_Overflow();
}
}相较于例二，例子三有几个点值得注意：
1、TMOD初始化为什么采用TMOD |= 0x01或0x10的形式？
TMOD = 0x01和TMOD = 0x10，那么将造成LD1闪烁比LD8闪烁快8倍。分析一下，从main函数开始执行，先是初始化timer0，这时候定时器1设置为工作方式1。接着程序执行到Timer1_Init()，这时候TMOD=00010000，即选定了timer1在工作方式1，但同时timer0重新配置为工作方式0, 也就是32进制，所以产生快8倍现象。
|这个符号就可以做到互不影响呢？|是或运算符，即有1出1，全0出0。什么意思呢？举个例子，a是11110000，b是10101010，那么a|b就是11111010。通过引入这个符号，可以实现tmod对两个定时器的独立操作。
2、为什么使用P1 ^= (1<<0)可以实现LD1的控制呢？
^这个符号。^称为异或运算符，相同出0，不同出1。举个例子，a是11110000，b是10101010，那么a^b就是01011010。
(1<<i)为00000010，那么x^ (1<<i)＝10101010^00000010＝10101000。当i为2时，(1<<i)为00000100，那么x^ (1<<i)＝10101010^00000100＝10101110，以此类推。我们发现，x ^= (1<<i)是在将x的第i位翻转而同时不影响其他位。
P1 ^= (1<<0)实际是在翻转P0口第一位的值，因此也就是在闪烁LD1灯。
上面三个例子实际都是采用了软件查询法。即main函数会每次进入到溢出事件函数里去判断TF0或1是否等于1，这样就浪费了大量CPU时间。同时，实时性差，假如在执行Timer0_Overflow()的时候timer1也溢出了，这时候timer1的溢出事件就没有及时处理。因此下面我们要引入中断系统。
二、中断系统
中断系统是一套硬件电路，它可以在每个机器周期对所有的外设的标志位作查询。相比于前面的软件查询（if(xx＝＝1)），中断系统也可以叫做硬件查询。51的中断系统可查询以下6个标志位。
IE0（TCON.1），外部中断0中断请求标志位。
IT1（TCON.2），外部中断1触发方式控制位。
IE1（TCON.3），外部中断1中断请求标志位。
TF0（TCON.5），定时/计数器T0溢出中断请求标志位。
TF1（TCON.7），定时/计数器T1溢出中断请求标志位。
RI（SCON.0）或TI（SCON.1），串行口中断请求标志。当串行口接收完一帧串行数据时置位RI或当串行口发送完一帧串行数据时置位TI，向CPU申请中断。
当中断系统查询到外设的标志位变为1时，中断系统可暂停当前的主循环，并且将程序跳转到用户预先指定的函数中执行。要启动中断系统，必须先进行中断初始化，其流程如下：
a、是否要查询外设标志（EA＝0或EA＝1，EA 也叫 CPU中断允许（总允许）位）
b、查询到标志1，是否要跳程序
c、跳转的目标函数，即中断服务子函数
所以在使用定时器中断时，我们只需要首先初始化中断系统，开启总中断（相当于总开关），开启定时器对应的控制位（相当于支路开关），再初始化定时器即可。中断系统作为单片机的外设，只有在某个中断产生时才会打断主循环，并由相应的中断号引入到相应的中断服务子函数。下图是6个中断标志位的信息。
实验四、使用中断系统实现LD1灯每1秒钟闪烁。
#include "reg51.h"
void Timer0_Init()
{
TMOD|=0x01;
TH0=56320/256; //计数起点为56320 ==10ms溢出一次
TL0=56320%256;
TR0=1;
}
void Timer1_Init()
{
}
void ISR_Init() //初始化中断系统
{
EA=1; //启动中断系统
EX0=0; //-->IE0
ET0=1; //-->TF0 控制位置1，表明当TF0置1时，中断系统将介入
EX1=0; //-->IE1
ET1=0; //-->TF1
ES=0; //-->RI,TI
}
//以下中断服务子程序，我们希望中断系统来调用，而不是我们在main函数里面调用，因此使用interrupt. */
void IE0_isr() interrupt 0
{
}
/*void TF0_isr() interrupt 1 //71.1ms 进入一次，但如果要求10MS进来一次呢？
{
static char c;
c++;
if(c==14)
{
P1^=(1<<0);
c=0;
}
}
*/
void TF0_isr() interrupt 1 //10ms 进入一次
{
static char c;
TH0=56320/256; //重装初值
TL0=56320%256;
c++;
if(c==100)
{
P1^=(1<<0);
c=0;
}
}
void IE1_isr() interrupt 2
{
}
void TF1_isr() interrupt 3
{
}
void RI_TI_isr() interrupt 4
{
}
void main()
{
Timer0_Init();
Timer1_Init();
ISR_Init();
while(1)
{
//...
//发现溢出后，中断系统根据中断号寻找中断子服务函数，并强行暂停主循环并进入子函数
//...
}
}显然使用中断系统查询得到的1s更为精确。因为中断系统独立于main函数运行。另外本程序还预装了timer0的初值，这样的话就可以实现比71ms更小的时间片，比如要求10ms就进入中断。关于初值的设定，请参考下图。
实验五、用定时器实现数码管显示1234。
//数码管的定时扫描，每5ms显示一个数码管，也就是说相同的数码管，每20ms会被重新装入同样的数值，根据人眼的延迟效应，人眼观测到的数码管上的数值是静态的。
#include "reg51.h"
unsigned int count;
extern void load_smg();
void Timer0_Init()
{
TMOD|=0X01;
TH0=60928/256;
TL0=60928%256;//每5ms进入一次中断
TR0=1;
}
void isr_Init()
{
EA=1;
ET0=1; //TF0 如果这个标志为1，进入中断子函数
}
void TF0_isr() interrupt 1
{
TH0=60928/256;
TL0=60928%256;//重装初值
load_smg();
}
void main()
{
Timer0_Init();
isr_Init();
while(1)
{
}
}
#include "reg51.h"
//char seg[10]={0xC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90};
code char seg[10]={0xC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90};
char smgbuf[4]={1,2,3,4}; //从RAM的smgbuf这个地址开始连续存放4个数，并且每个数占一个单元。
extern unsigned int count; //外部申明，表示并不在这里申明
void fill_smgbuf() //向LED缓冲区填充数据
{
smgbuf[0]=count/1000; //千位
smgbuf[1]=(count%1000)/100; //百位
smgbuf[2]=((count%1000)%100)/10; //十位
smgbuf[3]=((count%1000)%100)%10; //个位
}
void load_smg() //将数码管显示缓冲区的数据，显示到数码管上
{
static char i;
fill_smgbuf();
i++;
if(i>=4)
{
i=0;
}
P0=0xFF; //消除上一个循环的影子
P2 = ~(1<<i);
P0 = seg[smgbuf[i]];
}
实验六、实现按钮控制数码管上的数值加1或减1，并且当按住按钮不放时，能实现快速的增减。
这里的关键点在于如何实现快速增减，具体请详细分析代码。代码链接点击打开链接
