單片機(jī)中的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（Timer/Counter）是用于時(shí)間測(cè)量和事件計(jì)數(shù)的重要模塊。它們可以用來生成精確的延時(shí)、測(cè)量外部信號(hào)的頻率或周期、捕獲外部事件的時(shí)間戳等。理解定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作原理對(duì)于單片機(jī)編程和系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重要。以下是定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本工作原理和常見功能的詳細(xì)介紹：

1. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本概念

1.1 定時(shí)器（Timer）

• 功能：用于生成精確的時(shí)間延遲。
• 工作原理：定時(shí)器通過內(nèi)部時(shí)鐘源（通常是單片機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘）進(jìn)行遞增計(jì)數(shù)，達(dá)到設(shè)定值后產(chǎn)生中斷或觸發(fā)特定事件。

1.2 計(jì)數(shù)器（Counter）

• 功能：用于對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。
• 工作原理：計(jì)數(shù)器通過外部輸入信號(hào)進(jìn)行遞增計(jì)數(shù)，達(dá)到設(shè)定值后產(chǎn)生中斷或觸發(fā)特定事件。

2. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)

2.1 計(jì)數(shù)寄存器（Counter Register）

• 功能：存儲(chǔ)當(dāng)前的計(jì)數(shù)值。
• 位寬：常見的位寬有8位、16位和32位。

2.2 預(yù)分頻器（Prescaler）

• 功能：對(duì)輸入時(shí)鐘進(jìn)行分頻，降低計(jì)數(shù)頻率。
• 作用：增加定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的范圍和分辨率。

2.3 模寄存器（Mode Register）

• 功能：設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作模式。
• 常見模式：
  • 定時(shí)器模式：內(nèi)部時(shí)鐘源計(jì)數(shù)。
  • 計(jì)數(shù)器模式：外部時(shí)鐘源計(jì)數(shù)。
  • 自動(dòng)重裝載模式：計(jì)數(shù)器達(dá)到設(shè)定值后自動(dòng)重新加載初始值。
  • 捕捉模式：捕獲外部事件的時(shí)間戳。
  • 比較模式：比較計(jì)數(shù)值和預(yù)設(shè)值，匹配時(shí)產(chǎn)生中斷。

2.4 控制寄存器（Control Register）

• 功能：控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟停、中斷使能等。
• 位設(shè)置：
  • 啟動(dòng)位：控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟停。
  • 中斷使能位：控制是否產(chǎn)生中斷。
  • 工作模式位：設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作模式。

3. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作原理

3.1 定時(shí)器模式

• 工作過程：
  1. 初始化：設(shè)置定時(shí)器的工作模式、初始值和中斷使能。
  2. 啟動(dòng)：通過控制寄存器啟動(dòng)定時(shí)器。
  3. 計(jì)數(shù)：定時(shí)器根據(jù)內(nèi)部時(shí)鐘源遞增計(jì)數(shù)。
  4. 比較：當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生中斷或觸發(fā)特定事件。
  5. 重載：如果是自動(dòng)重裝載模式，計(jì)數(shù)器自動(dòng)重新加載初始值，繼續(xù)計(jì)數(shù)。

3.2 計(jì)數(shù)器模式

• 工作過程：
  1. 初始化：設(shè)置計(jì)數(shù)器的工作模式、初始值和中斷使能。
  2. 啟動(dòng)：通過控制寄存器啟動(dòng)計(jì)數(shù)器。
  3. 計(jì)數(shù)：計(jì)數(shù)器根據(jù)外部輸入信號(hào)遞增計(jì)數(shù)。
  4. 比較：當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生中斷或觸發(fā)特定事件。
  5. 重載：如果是自動(dòng)重裝載模式，計(jì)數(shù)器自動(dòng)重新加載初始值，繼續(xù)計(jì)數(shù)。

4. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的配置

4.1 設(shè)置工作模式

• 示例代碼（C語言，假設(shè)使用8051單片機(jī)）：

  // 設(shè)置定時(shí)器0為模式1（16位定時(shí)器）
  TMOD = 0x01;  // 設(shè)置定時(shí)器0的工作模式
  TH0 = 0xFC;   // 設(shè)置高8位初始值
  TL0 = 0x18;   // 設(shè)置低8位初始值
  TR0 = 1;      // 啟動(dòng)定時(shí)器0
  ET0 = 1;      // 使能定時(shí)器0中斷
  EA = 1;       // 使能全局中斷

4.2 設(shè)置預(yù)分頻器

• 示例代碼（C語言，假設(shè)使用STM32單片機(jī)）：

  // 設(shè)置定時(shí)器2的預(yù)分頻器
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 9999;   // 自動(dòng)重裝載值
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 7199; // 預(yù)分頻器值
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
  TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); // 啟動(dòng)定時(shí)器2

4.3 中斷處理

• 示例代碼（C語言，假設(shè)使用8051單片機(jī)）：

  void Timer0_ISR() interrupt 1 {// 清除定時(shí)器0中斷標(biāo)志TF0 = 0;// 執(zhí)行中斷服務(wù)程序// ...
  }void main() {// 初始化定時(shí)器0TMOD = 0x01;  // 設(shè)置定時(shí)器0為模式1TH0 = 0xFC;   // 設(shè)置高8位初始值TL0 = 0x18;   // 設(shè)置低8位初始值TR0 = 1;      // 啟動(dòng)定時(shí)器0ET0 = 1;      // 使能定時(shí)器0中斷EA = 1;       // 使能全局中斷while (1) {// 主程序循環(huán)}
  }

5. 實(shí)際應(yīng)用示例

5.1 定時(shí)器生成延時(shí)

• 示例代碼（C語言，假設(shè)使用8051單片機(jī)）：

  #include <8051.h>void Timer0_ISR() interrupt 1 {static unsigned int count = 0;TF0 = 0;  // 清除定時(shí)器0中斷標(biāo)志count++;if (count >= 1000) {  // 延時(shí)1秒count = 0;// 執(zhí)行延時(shí)后的操作}
  }void main() {TMOD = 0x01;  // 設(shè)置定時(shí)器0為模式1TH0 = 0xFC;   // 設(shè)置高8位初始值TL0 = 0x18;   // 設(shè)置低8位初始值TR0 = 1;      // 啟動(dòng)定時(shí)器0ET0 = 1;      // 使能定時(shí)器0中斷EA = 1;       // 使能全局中斷while (1) {// 主程序循環(huán)}
  }

5.2 計(jì)數(shù)器測(cè)量外部信號(hào)頻率

• 示例代碼（C語言，假設(shè)使用STM32單片機(jī)）：

  #include "stm32f10x.h"void TIM2_Config(void) {TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;// 使能TIM2和GPIOA的時(shí)鐘RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);// 配置PA0為輸入GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;  // 上拉輸入GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);// 配置TIM2TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 65535;  // 自動(dòng)重裝載值TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 7199; // 預(yù)分頻器值TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);// 配置TIM2的輸入捕獲通道TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;TIM_ICInit(TIM2, &TIM_ICInitStructure);// 使能TIM2的中斷TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);// 配置NVICNVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);// 啟動(dòng)TIM2TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
  }void TIM2_IRQHandler(void) {if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET) {// 清除中斷標(biāo)志TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);// 執(zhí)行中斷服務(wù)程序// ...}
  }int main(void) {TIM2_Config();while (1) {// 主程序循環(huán)}
  }

總結(jié)

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是單片機(jī)中非常重要的模塊，通過合理配置和使用，可以實(shí)現(xiàn)多種時(shí)間測(cè)量和事件計(jì)數(shù)功能。