51單片機(jī)的定時器/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖7-7所示。
T0由特殊功能寄存器TH0、TL0構(gòu)成。
T1由特殊功能寄存器TH1、TL1構(gòu)成。
T0 和T1都具有定時器和計(jì)數(shù)器兩種工作模式，4種工作方式（方式0~3）。屬于增計(jì)數(shù)器。
特殊功能寄存器TMOD用于選擇T0、T1的工作模式和工作方式。特殊功能寄存器TCON用于控制T0、T1的啟動和停止計(jì)數(shù)，同時包含了T0、T1的狀態(tài)。T0、 T1不論是工作在定時器模式還是計(jì)數(shù)器模式，實(shí)質(zhì)是對脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，只不過計(jì)數(shù)信號的來源不同。
計(jì)數(shù)器模式是對加在T0（P3.4）和T1（P3.5）兩個引腳上的外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。
定時器模式是對單片機(jī)的系統(tǒng)時鐘信號經(jīng)片內(nèi)12分頻后的內(nèi)部脈沖信號（機(jī)器周期）計(jì)數(shù)。由于時鐘頻率是定值，所以可根據(jù)對內(nèi)部脈沖信號的計(jì)數(shù)值可計(jì)算出定時時間。
計(jì)數(shù)器的起始計(jì)數(shù)是從初值開始。單片機(jī)復(fù)位時計(jì)數(shù)器初值為0，也可用指令給計(jì)數(shù)器裝入一個新的初值。
TMOD是一個不可以位尋址的8位特殊功能寄存器，字節(jié)地址為89H，其高4位專供T1使用的，其低4位專供T0使用的,見表7-8。
8位分為兩組，高4位控制T1，低4位控制T0。
下面對TMOD的各位給出說明。
（1）GATE—門控位
GATE=0時，僅由運(yùn)行控制位TRx（x = 0，1）來控制定時器運(yùn)行。
GATE=1時，用外中斷引腳INT0*（或INT1* ）上的電平與運(yùn)行控制位TRx共同控制定時器運(yùn)行。
（2）M1、M0—工作方式選擇位
M1、M0的4種編碼，對應(yīng)于4種工作方式的選擇，如表7-9所示。
（3）C/T* —計(jì)數(shù)器模式和定時器模式選擇位
C/T*=0，為定時器工作模式，對單片機(jī)的晶體振蕩器12分頻后的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。
C/T*=1，為計(jì)數(shù)器工作模式，計(jì)數(shù)器對外部輸入引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脈沖（負(fù)跳變）計(jì)數(shù)。
TCON字節(jié)地址為88H，可位尋址，位地址為88H～8FH，格式如表7-10所示。
7.1節(jié)介紹了與外部中斷有關(guān)的低4位。這里僅介紹與定時器相關(guān)的高4位功能。
（1）TF1、TF0—計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位
當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)溢出時，該位置“1”。使用查詢方式時，此位作為狀態(tài)位供CPU查詢，但應(yīng)注意查詢有效后，應(yīng)使用軟件及時將該位清“0”。使用中斷方式時，此位作為中斷請求標(biāo)志位，進(jìn)入中斷服務(wù)程序后由硬件自動清“0”。
（2）TR1、TR0—計(jì)數(shù)運(yùn)行控制位
TR1位（或TR0位）=1，啟動定時器工作的必要條件。
TR1位（或TR0位）=0，停止定時器工作。
該位可由軟件置“1”或清“0”。
（1） 方式0
當(dāng)M1、M0為00時，定時器/計(jì)數(shù)器被設(shè)置為工作方式0，這時定時器/計(jì)數(shù)器的等效邏輯結(jié)構(gòu)框圖如圖7-9所示（以定時器/計(jì)數(shù)器T1為例，TMOD.5、TMOD.4 = 00）。
方式0時，為13位計(jì)數(shù)器，由TLx（x = 0，1）的低5位和THx的高8位構(gòu)成。TLx低5位溢出則向THx進(jìn)位，THx計(jì)數(shù)溢出則把TCON中的溢出標(biāo)志位TFx置“1”。計(jì)數(shù)值的范圍為1～8192，當(dāng)溢出時其計(jì)錄脈沖的個數(shù)為：
S=8192－X ，式中X為T0(或T1) 計(jì)數(shù)初值。
TLx=(213一X) /32 // 取5位的余數(shù)
THx=(213一X)/32 // 取5位的商
圖7-9中， C/T*位控制的電子開關(guān)決定了定時器/計(jì)數(shù)器的兩種工作模式。
①C/T*=0，電子開關(guān)打在上面位置，T1（或T0）為定時器工作模式，把時鐘振蕩器12分頻后的脈沖作為計(jì)數(shù)信號。
②C/T*=1，電子開關(guān)打在下面位置，T1（或T0）為計(jì)數(shù)器工作模式，計(jì)數(shù)脈沖為P3.4（或P3.5）引腳上的外部輸入脈沖，當(dāng)引腳上發(fā)生負(fù)跳變時，計(jì)數(shù)器加1。
GATE位狀態(tài)決定定時器的運(yùn)行控制取決于TRx一個條件，還是取決于TRx和INTX* （x = 0，1）引腳狀態(tài)這兩個條件。
①GATE=0時，A點(diǎn)（見圖6-4）電位恒為1，B點(diǎn)電位僅取決于TRx狀態(tài)。TRx = 1，B點(diǎn)為高電平，控制端控制電子開關(guān)閉合，允許T1（或T0）對脈沖計(jì)數(shù)。TRx = 0，B點(diǎn)為低電平，電子開關(guān)斷開，禁止T1（或T0）計(jì)數(shù)。
②GATE=1時，B點(diǎn)電位由INTX*（x = 0，1）的輸入電平和TRx的狀態(tài)兩個條件來定。當(dāng)TRx=1，且INTX*=1時，B點(diǎn)才為1，控制端控制電子開關(guān)閉合，允許T1（或T0）計(jì)數(shù)。故這種情況下計(jì)數(shù)器是否計(jì)數(shù)是由TRx和INTX*兩個條件來共同控制。
（2） 方式1
當(dāng)M1、M0為01時，工作于方式1，方式1的等效電路邏輯結(jié)構(gòu)如下圖所示。
方式1和方式0的差別僅僅在于計(jì)數(shù)器的位數(shù)不同，方式1為16位計(jì)數(shù)器，由THx高8位和TLx低8位構(gòu)成（x = 0，1），方式0則為13位計(jì)數(shù)器，有關(guān)控制狀態(tài)位的含義（GATE、C/T*、TFx、TRx）與方式0相同。
在方式1下當(dāng)為定時工作方式時，定時時間的計(jì)算公式為：
T=（2^16-X）× Ts
其中X為T0(或T1) 計(jì)數(shù)初值，Ts為機(jī)器周期。當(dāng)為計(jì)數(shù)工作方式時， S=216一X ，式中X為T0(或T1) 計(jì)數(shù)初值, 計(jì)數(shù)值的范圍為1～65536（216）。在方式1中TLx和THx計(jì)數(shù)寄存器各使用8位，而28=256，所以把計(jì)數(shù)起點(diǎn)的值除以256，其余數(shù)放入TLx計(jì)數(shù)寄存器，其商放入THx寄存器中。
TLx=(2^16-X) /256 //取8位的余數(shù)
THx=(2^16-X)/256 //取8位的商
（3） 方式2
方式0和方式1的最大特點(diǎn)是計(jì)數(shù)溢出后，計(jì)數(shù)器為全0。因此在循環(huán)定時或循環(huán)計(jì)數(shù)應(yīng)用時就存在用指令反復(fù)裝入計(jì)數(shù)初值的問題。這不僅影響定時精度，也給程序設(shè)計(jì)帶來麻煩。方式2就是解決此問題而設(shè)置的。
當(dāng)M1、M0為10時，定時器/計(jì)數(shù)器處于工作方式2，這時定時器/計(jì)數(shù)器的等效邏輯結(jié)構(gòu)如圖7-10所示（以定時器T1為例，x = 1）。
定時器/計(jì)數(shù)器的方式2為自動恢復(fù)初值（初值自動裝入）的8位定時器/計(jì)數(shù)器，TLx（x = 0，1）作為常數(shù)緩沖器，當(dāng)TLx計(jì)數(shù)溢出時，在溢出標(biāo)志TFx置“1”的同時，還自動將THx中的初值送至TLx，使TLx從初值開始重新計(jì)數(shù)。定時器/計(jì)數(shù)器的方式2工作過程如右圖所示。
此工作方式可省去用戶軟件中
重裝初值的指令的執(zhí)行時間，
簡化定時初值的計(jì)算方法，
可相當(dāng)精確地確定定時時間。
（4） 方式3
方式3是為了增加一個附加的8位定時器/計(jì)數(shù)器而設(shè)置的，從而使AT89S51單片機(jī)具有3個定時器/計(jì)數(shù)器。方式3只適用于定時器/計(jì)數(shù)器T0，定時器/計(jì)數(shù)器T1不能工作在方式3。T1處于方式3時相當(dāng)于TR1 = 0，停止計(jì)數(shù)（此時T1可用來作為串行口波特率產(chǎn)生器）。
①工作方式3下的T0
當(dāng)TMOD的低2位為11時，T0的工作方式被選為方式3，各引腳與T0的邏輯關(guān)系如圖7-11所示。
T0分為兩個獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器TL0和TH0，TL0使用T0的狀態(tài)控制位C/T*、GATE、TR0，而TH0被固定為一個8位定時器（不能作為外部計(jì)數(shù)模式），并使用T1的狀態(tài)控制位TR1和TF1，同時占用T1的中斷請求源TF1。
當(dāng)T0設(shè)置在方式3時，再把T1也設(shè)置成方式3，此時T1停止計(jì)數(shù)。
當(dāng)定時器/計(jì)數(shù)器工作在計(jì)數(shù)器模式時，計(jì)數(shù)脈沖來自外部輸入引腳T0或T1。當(dāng)輸入信號產(chǎn)生由1至0的跳變（即負(fù)跳變）時，計(jì)數(shù)器值增1。每個機(jī)器周期的S5P2期間，都對外部輸入引腳T0或T1進(jìn)行采樣。如在第一個機(jī)器周期中采得的值為1，而在下一個機(jī)器周期中采得的值為0，則在緊跟著的再下一個機(jī)器周期S3P1期間，計(jì)數(shù)器加1。
由于確認(rèn)一次負(fù)跳變花2個機(jī)器周期，即24個振蕩周期，因此外部輸入的計(jì)數(shù)脈沖的最高頻率為系統(tǒng)振蕩器頻率的1/24。
