基于单片机C语言的定时器计数器编程：精准计时与频率测量

项目开发为各种需要精确时间控制和频率测量的应用场景提供了关键支持。借助C语言在单片机编程中的强大表现力，我们能够充分发挥定时器计数器的功能，实现精准计时与频率测量，让单片机在众多领域大显身手。

定时器计数器基础

定时器计数器是单片机内部一个极为重要的功能模块，它具备两种基本工作模式：定时器模式和计数器模式。在定时器模式下，它以单片机内部时钟源为基准，按照设定的分频系数对时钟脉冲进行计数，每计数到预设值就会产生一个溢出中断信号，从而实现定时功能。例如，若单片机时钟频率为12MHz，经过分频后定时器每1微秒计数一次，当预设值为1000时，定时器就会在1毫秒后产生溢出中断，我们就可以利用这个中断来实现定时操作，如定时控制LED灯的闪烁频率。

而在计数器模式下，定时器计数器则对外部输入的脉冲信号进行计数。外部脉冲信号通过特定的引脚引入单片机，定时器计数器会对这些脉冲的上升沿或下降沿进行检测并计数。这种模式常用于测量外部事件的频率，如测量旋转物体的转速、测量信号的频率等。

精准计时实现

要实现精准计时，首先需要在单片机中对定时器进行初始化配置。以常见的51单片机为例，我们需要设置定时器的工作模式、分频系数以及预设值。例如，我们要实现一个1秒的定时，假设单片机时钟频率为12MHz，我们可以选择定时器工作在模式1(16位定时器)，分频系数为12，这样定时器每1微秒计数一次。16位定时器的最大计数值为65536，为了实现1秒的定时，我们需要计算预设值：1秒等于1000000微秒，所以预设值 = 65536 - 1000000 / 1 = 64536(十进制)，转换为十六进制为0xFC18。

在C语言代码中，我们可以这样进行初始化配置：

#include <reg51.h>

void Timer0_Init() {

TMOD &= 0xF0; // 清零定时器0的模式位

TMOD |= 0x01; // 设置定时器0为模式1（16位定时器）

TH0 = 0xFC; // 设置定时器0的高8位预设值

TL0 = 0x18; // 设置定时器0的低8位预设值

ET0 = 1; // 允许定时器0中断

EA = 1; // 开启总中断

TR0 = 1; // 启动定时器0

}

初始化完成后，定时器就会开始计数，当计数到预设值时会产生溢出中断。在中断服务程序中，我们可以进行相应的计时处理，例如更新计时变量：

unsigned int time_count = 0;

void Timer0_ISR() interrupt 1 {

TH0 = 0xFC; // 重新加载定时器0的高8位预设值

TL0 = 0x18; // 重新加载定时器0的低8位预设值

time_count++; // 计时变量加1

if (time_count >= 1000) { // 当计时达到1000毫秒（1秒）时

// 在这里执行1秒定时到达后的操作，如控制LED灯状态变化

time_count = 0; // 计时变量清零，重新开始计时

}

}

通过这种方式，我们就可以实现精准的1秒计时，并且可以根据需要调整预设值和计时逻辑，实现不同时间间隔的精准计时。

频率测量实现

频率测量是定时器计数器另一个重要的应用场景。要测量外部信号的频率，我们可以将定时器设置为计数器模式，对外部输入的脉冲信号进行计数。同时，使用另一个定时器进行定时，在定时时间到达时读取计数器的计数值，从而计算出信号的频率。

例如，我们使用定时器0作为计数器，对外部脉冲信号进行计数，使用定时器1进行1秒的定时。在1秒定时时间到达时，读取定时器0的计数值，这个计数值就是外部信号在1秒内的脉冲个数，也就是信号的频率(单位为Hz)。

在C语言代码中，初始化配置如下：

#include <reg51.h>

void Timer0_Counter_Init() {

TMOD &= 0x0F; // 清零定时器0的模式位

TMOD |= 0x05; // 设置定时器0为计数器模式（对外部脉冲上升沿计数）

TH0 = 0; // 清零定时器0的高8位

TL0 = 0; // 清零定时器0的低8位

}

void Timer1_Init() {

TMOD &= 0xF0; // 清零定时器1的模式位

TMOD |= 0x10; // 设置定时器1为模式1（16位定时器）

TH1 = 0xFC; // 设置定时器1的高8位预设值

TL1 = 0x18; // 设置定时器1的低8位预设值

ET1 = 1; // 允许定时器1中断

EA = 1; // 开启总中断

TR1 = 1; // 启动定时器1

}

在定时器1的中断服务程序中，读取定时器0的计数值并计算频率：

unsigned int frequency = 0;

void Timer1_ISR() interrupt 3 {

TH1 = 0xFC; // 重新加载定时器1的高8位预设值

TL1 = 0x18; // 重新加载定时器1的低8位预设值

frequency = TH0 * 256 + TL0; // 读取定时器0的计数值并计算频率

TH0 = 0; // 清零定时器0的高8位

TL0 = 0; // 清零定时器0的低8位

// 在这里可以对频率值进行进一步处理，如显示或传输

}

通过这种方式，我们就可以实现对外部信号频率的测量。

基于单片机C语言的定时器计数器编程为我们提供了实现精准计时和频率测量的有效手段。通过合理配置定时器计数器的工作模式和参数，结合C语言的灵活编程，我们能够让单片机在时间控制和信号测量方面发挥出强大的功能，为各种嵌入式应用提供可靠的支持。