CPU时序的有关知识

① 振荡周期：为单片机提供定时信号的振荡源的周期（晶振周期或外加振荡周期）；

② 状态周期：2个振荡周期为1个状态周期，用S表示。振荡周期又称为S周期或时钟周期；

③ 机器周期：1个机器周期包含6个状态周期，12个振荡周期；

④ 指令周期：完成1条指令所占用的全部事件，以机器周期为单位。

即 1机器周期 = 6状态周期 = 12振荡周期

比如，外接晶振为12MHz时，51单片机相关周期的具体值为：

振荡周期=1/12us；

状态周期=2x振荡周期=1/6us；

机器周期=6x状态周期=12x振荡周期=1us；

指令周期=1 ~ 4us；

上面的内容是我复制这篇文章的一部分，这是一个比较正式的、教科书式的定时器讲解，如果你有兴趣可以自己翻阅一下。当然，我们的课程内容不会那么学院派，上面的知识你只需要先简单理解就可以了。简单来说，我们的C语言是要翻译成机器命令来进行的，还记得我们的延时函数吗。

void delay(){
    for(i=0;i<300;i++)
        for(j=0;j<300;j++)
}

我们用这段函数来实现了先前流水灯的延迟方法, 但如果让你做一个红绿灯呢？红绿灯需要一个准确的计时，执行delay()命令所得到的延时是很难量化的。或者，你需要做一个电子闹钟也是同样的道理。

还值得注意的一点是，如果使用delay()函数，其本质是让cpu进行无意义的计算来实现的延迟，而使用定时器与cpu工作是并行的，期间可以执行其他命令。

在一些比较原始且需要不断进行通信的单片机，也需要计时器来进行特定的波特率设置来保证能够正确的传输数据。

IO控制中的状态寄存器

所以，学习定时计数器就很重要了,如果让你写51单片机的汇编代码，这一块的内容将占据比较大的篇幅，但所幸的是 <reg51.h> 已经将大部分内容给我们包装好了，所以我们下面简单介绍一下什么是状态寄存器。

我们最早接触到的单片机寄存器其实就是 IO，还记得 P0 = 0x0F; 的意思吗？这是通过 reg51.h的库把 P0这个变量锁定到了51单片机 P0 IO口的控制寄存器上，当你赋值 0x0F之后，实际上单片机的内部是这样做的。状态寄存器

也就是说，一切代码对单片机的操作本质上就是更改单片机内部的寄存器，而后单片机的内部电路再将寄存器的变更映射成输出结果。可以用一个伪代码来理解(这只是方便你理解这个过程，实际上这是由电路控制的且比这个复杂得多)。

bool P0_reg[7]; // 定义8位数组
for (i = 0; i <= 7; i++>)
    if(P0_reg[i] == 1) {//打开对应IO开关; }
    else //关闭对应IO开关;

所以，我们通过更改了8位IO寄存器P0的值实现了单片机的IO控制。我想此时此刻你应该对单片机的寄存器有一个初步的理解了，那么接下来将介绍定时计数器中的状态寄存器。

51单片机中的定时计数器

TMOD寄存器

51单片机中共有两个定时计数器，我们首先介绍TMOD寄存器。

TMOD

也许你发现了，无论是IO寄存器还是TMOD寄存器都是8位的，这也就是称AT89C51是八位单片机的原因。

我们可以看到 7-4与3-0的内容是相同的，这是因为两个定时计数器分别占用TMOD模式寄存器的四位，其中M0与M1用于设定内置于芯片中的计数器模式

function

C / T是用于选定定时计数器的模式＝0为定时模式； =1为计数模式。

GATE是门控位，即定时计数器工作是否受 P3.2与P3.3影响。若GATE＝0，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。(可自行查阅手册)

方式1下的 TH TL TF寄存器

51单片机的方式1是使用最多的计数器方法，所以我们讲解方式1。

在方式1下，定时器由两个8位寄存器THx（高字节）和TLx（低字节）组成（x可以是0或1，代表定时器0或定时器1），共同构成一个16位的计数器。当定时器启动后，每经过一个机器周期，计数器会自动加1。如果使用的是定时功能，那么计数源是内部系统时钟经过12分频后的脉冲；如果是计数功能，则计数源是对应IO(P3.2 P3.3)外部输入的脉冲；当计数器从全1变为全0时（即计满），会产生溢出，此时会设置TFx（Timer Flag x）标志位，并且如果中断被使能的话，还会触发相应的中断服务程序。

实操方式1定时10ms闪烁灯泡

假设我们想用定时器来实现一个特定的时间间隔（比如10毫秒），我们需要根据晶振频率计算出合适的初值。例如我们现在使用的51单片机使用12MHz的晶振：

简单来说，当处于计数模式时，P3.4，P3.5引脚对应的IO接收到一次高电平便进行一次计数。而当处于定时器模式时，每过一个机器周期进行一次计数。当计数器计满时(也就是达到65536后)，运行一次计数器所绑定的中断函数。

中断并不是这一章想要讲解的内容，但我目前可以告诉你的是，你可以认为计数器计满后，会运行所绑定的函数。

现在一个机器周期等于12个时钟周期，即1us。

方式1最大计数为65536次，所以最大的时间间隔是65536 * 1us = 65.536ms。

如果要设定一个10ms的定时，首先计算出这段时间内的机器周期数：10ms / 1us = 10000个周期。

然后从最大值减去这个周期数得到初值：65536 - 10000 = 55536。

将这个值转换为十六进制并分配给THx和TLx寄存器：THx = 55536 / 256, TLx = 55536 % 256。

其工作方式如下图

funtion1

我们还是使用之前的电路

line

代码如下

#include <reg51.h>

unsigned int toggle = 0;

//你可以认为计数器计满后运行一下这个函数
void Timer0_ISR(void) interrupt 1 {
    TH0 = 0x79; // 将初值置回
    TL0 = 0xA0;
    TF0 = 0; // 清除溢出标志
    if(toggle) {
        P0 = 0xFF; // 设定P0输出高电平
        toggle = 0;
    } else {
        P0 = 0x00; // 设定P0输出低电平
        toggle = 1;
    }
}

void main(void) {
        /*定时器寄存器设置*/
    TMOD = 0x01; // 设置定时器0为方式1
    TH0 = 0x79; // 加载初始值
    TL0 = 0xA0;
    TR0 = 1; // 启动定时器0
    
        /*可以暂时忽略这两个寄存器设置*/
    ET0 = 1; // 使能定时器0中断
    EA = 1; // 开启总中断
    
    while(1); //让单片机主程序一直执行空指令
}

作业

以上面的代码为框架尝试使用定时器计数器的计数模式，每按三下按键翻转所有的led灯，提供视频发送到实验室邮箱。

S2.4 模式寄存器与定时计数器

S2.4 模式寄存器与定时器