单片机计数器工作原理及讲解

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常用的单片机中大多数都配备了计数器，随着科技水平的提升，人们对于计数产品的功能需求越来越高，计数器也经过不断的更新升级，现如今已经可以达到精准计数的程度了。计数器给人们工作计数工作带来了很大的便利，大大提高了工作效率，今天这篇文章就为大家讲解一下 单片机计数器的工作原理。

单片机定时器

一、单片机计数器定义

计数是一种简单的基本运算，单片机计数器就是通过单片机实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是针对脉冲的个数进行计数，可以实现测量、计数和控制等功能，同时兼有分频功能。计数器用来计数并指示在任意间隔内输入信号(事件)的个数，用来指示经历的时间计数器可以用来显示产品的工作状态，一般来说主要是用来表示产品已经完成了多少份的折页配页工作。它主要的指标在于计数器的位数，常见的有3位和4位的。

二、单片机计数器的结构极工作原理

1、单片机计数器结构图

在上图中，我们设有两个可编程的16位的定时/计数器：T0和T1，它们既可以用于定时，也可以用来对外部脉冲计数。

定时功能：对机器周期进行加1计数即机器周期X计数值。

计数功能：对外部事件产生的脉冲进行加1计数。

从结构图中，可以看出T0与T1分别由高8位和低8位两个特殊功能寄存器组成，即T0由TH0和TL0组成，T1由TH1和TL1组成。定时/计数器的控制是通过两个特殊功能寄存器来实现的，其中,TMOD是定时/计数器的工作方式寄存器.由它确定定时/计数器的工作方式和功能，TCON是定时/计数器的控制寄存器,用于管理T0和T1的启停,溢出和中断。

现在再次梳理一下：定时器依赖计数器达到我们所需的定时，定时满了溢出之后不停止就有了循环模式。有没有发现一个问题，如果任着闹钟自行运作的话，就只能每间隔12小时响一次，如果想6小时响一次怎么办呢？两种办法，一个是让闹钟一圈就转6个小时，不过也太麻烦了，还有就是响铃之后马上调成12点，不过也需要一直等着闹铃响。

        当然了上述的情况基本上是用不到的，我们还有更灵活的单片机定时器，单片机的定时器同样是依托计数器实现的，闹钟数60秒变0从1开始，计数器数到65536变0从1开始，至于为什么是这么大，16位二进制最大就是这么大，2^16，就好像为什么只有2、4、8、16、32和64位的处理器一样，同样的数到65536的时候溢出变成0，触发更新中断，这时候你定时的时间就到了，不关闭它它就一直这么重复定时，又双叒叕触发中断。

        计数器不让它计到那么大不就行了嘛，是的，计数器作为寄存器它允许你修改，可以让它计数到32768就变成0然后从1重新开始，这时候你定时的时间就是之前的一半了，同样它将重复的一次次产生中断告诉你你定时的时间到了。

        不过细想一下，计数器本来不就是一直在变的嘛，那红红火火恍恍惚惚中修改的貌似不是计数器值，而是限制计数器的值吧，是的，这玩意叫预装值，它限制了计数器所能数到的最大值，而更新中断一方面是告诉你定时的时间到了，另外还会把预装值生效，就比如上次你修改了最大计数是32768，那么在这次数到65536的时候就把32768装载上了，所以接下来这次只需要数到32768就会变成0，然后再把预装放进去。这样你就可以随时随地想定时多久就定时多久。

        不过有没有发现一个问题，即使你最大预装65536，可是时间还是不够怎么办？比如时基是1ms，那你最大才能定时65.536s，我想定时五分钟怎么办，这里引入另一个东西，叫预分频器，什么意思呢，就是把时基给它放慢，跟预装值一样，可设定0~65535，也就是可以放慢1~65536倍，比如你想要五分钟，那我直接把时基放慢10倍，就是把预分频器设置成9，这样最大计时就可以达到655.35s了，你想要的五分钟就是300s，预装载设置成30000-1=29999不就行了嘛。这样一来可定时范围瞬间放大65536倍。

        值得注意的是，如果为什么预装值要下一次生效，比如现在计数器已经数到200了，你想要它数到100就从0开始，这时候显然就是错误的了，所以要按照上一次值就行比较，然后等下一次从头开始的时候再按照新修改的值，就像播放视频的时候把源文件删掉一样，要不播放器自己备份一份，要不直接文件加锁不给删。回到定时器，既然现在的预装还在生效、用户设置的新预装也有，所以这就有了影子寄存器的概念，我们直接修改的预分频和预装值都有影子寄存器，在计时器溢出更新的时候他们的值复制进影子寄存器起效，因此计数器与之比较的影子寄存器，也就是上一次的预装值或者预分频值。

        现在还差点什么呢？我们一直强调的时基，也就是定义时间的基准。比如1us的脉冲信号作为时基的话（也就是1MHz时钟），所能定时的最小值就是1us，最大值就是65536*65536us，看到这里大家应该发现了，定时器定时的精度取决于时基，输入时钟频率越高，定时器精度越高。不过相应的定时的时间也就变短了。所以还是却决于时钟输入和寄存器位数。不过当前的数值也满足绝大多数的应用了。

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