本節書摘來自異步社群《51單片機應用開發從入門到精通》一書中的第2章，第2.9節，作者 張華傑，更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視。
定時器/計數器是單片機中最常用、最重要的功能子產品之一，本節通過交通燈控制器執行個體來示範定時器的使用方法，并複習如何使用上節學習的散轉程式。
本節首先介紹交通燈的基礎知識以及定時器/計數器的基礎知識，接着介紹本執行個體的硬體電路構成，然後逐漸分析定時器的程式設計以及程式的全貌，最後将總結一下本執行個體的技巧與注意點。
交通燈控制器執行個體主要使用了8051單片機的定時器/計數器，本執行個體的基礎知識主要包括：交通燈的變化規律、定時器/計數器的概念、定時器/計數器的相關寄存器、定時器/計數器的4種工作方式以及定時器/計數器的程式設計。下面就從這幾個方面進行 介紹。
1．交通燈的變化規律
本執行個體是交通燈控制器，是以先介紹交通燈的變化規律。
假設一個十字路口為東西南北走向。初始狀态為狀态1南北方向綠燈通車，東西方向紅燈。經過過一段時間（20秒）轉換到狀态2，南北方向綠燈閃幾次轉亮黃燈，延時3秒，東西方向仍然紅燈。再轉換到狀态3，東西方向綠燈通車，南北方向紅燈。過一段時間（20秒）轉換到狀态4，東西方向綠燈閃幾次轉亮黃燈，延時3秒，南北方向仍然紅燈。最後循環至狀态1。
2．定時器/計數器的概念
8051單片機内有兩個可程式設計的定時器/計數器t0、t1。
當定時器/計數器用作“定時器”功能時，每經過1個機器周期（12個時鐘周期），計數器加1。
當定時器/計數器用作“計數器”功能時，計數器在對應的外部輸入管腳（t0為p3.4引腳，t1為p3.5引腳）上每發生一次1到0的跳變時加1。使用“計數器”功能時，外部輸入每個機器周期被采樣一次。當某一周期管腳狀态采樣為高而下一周期采樣為低時，計數器加1。由于檢測下降沿跳變需要兩個機器周期（24個時鐘周期）的時間，是以計數頻率最大值隻能為時鐘周期的1/24。計數器對外部輸入信号的占空比并無限制，但為了保證給定的電平信号在其改變之前至少被采樣一次，外部輸入信号必須至少保持一個完整的機器周期。
3．定時器/計數器的相關寄存器
與定時器/計數器相關的寄存器有定時器/計數器工作方式寄存器（tmod）、定時器/計數器控制寄存器（tcon）。tcon已經在2.5節受控輸出執行個體中介紹過，在本例中主要介紹tmod寄存器。
定時器/計數器工作方式寄存器（tmod），位元組位址89h，不可進行位尋址。tmod的格式如圖2-13所示。
定時器/計數器工作方式寄存器（tmod）的8位分為兩組，高4位控制t1，低4位控制t0。tmod每一位的功能如下：
gate：門控位。
gate = 0，僅由運作控制位trx（x = 0，1） = 1來啟動定時器/計數器運作；
gate = 1，由運作控制位trx（x = 0，1） = 1和外部中斷引腳上的高電平共同來啟動定時器/計數器運作。 - c/t：定時器模式和計數器模式選擇位。
c/t = 0，為定時器模式；
c/t = 1，為計數器模式。 - m1、m0：工作方式選擇位。m1、m0的4中編碼對應4種工作方式，對應關系見表2-11。
4．定時器/計數器的4種工作方式
定時器/計數器的4種工作方式下的邏輯結構如表2-12所示。
（1）方式0
定時器/計數器的工作方式0稱為13位定時器/計數器。它是由tlx的低5位和thx的8位構成13位的計數器，此時tlx的高3位未使用。該工作方式是為了和48系列單片機相容而設計的一種工作方式，一般情況下一般不使用方式0進行定時/計數。方式0的控制方式與方式1完全相同，下面重點介紹方式1的控制方式。
（2）方式1
定時器/計數器的工作方式1稱為16位定時器/計數器。它由tlx和thx構成，tlx計數溢出向thx進位，thx計數溢出置位tcon中的溢出标志位tfx。
gate位的狀态決定定時器/計數器運作控制取決于trx一個條件還是trx和intx引腳這兩個條件。當gate = 0時，則隻要trx被置為1，定時器/計數器即被允許計數（定時器/計數器的計數控制僅由trx的狀态确定，trx = 1計數，trx = 0停止計數）。當gate = 1時，定時器/計數器是否計數由intx輸入的電平和trx的狀态共同确定：當trx = 1，且intx = 1時，才允許定時器/計數器計數（定時器/計數器的計數控制由trx和intx兩個條件控制）。
（3）方式2
定時器/計數器的工作方式0和方式1在計數溢出後，計數器的值為0，需要通過程式重新裝入計數初值。
定時器/計數器的工作方式1稱為初值自動重裝的8位定時器/計數器。在該工作方式下，tlx作為計數器，當tlx計數溢出時，在置1溢出标志tfx的同時，還自動地将thx中的常數送至tlx，使tlx從該常數開始重新計數。這種工作方式可以省去使用者軟體中重裝常數的程式，簡化定時常數的計算方法（确定計數初值），可以相當精确地确定定時時間。
（4）方式3
工作方式3僅對定時器/計數器0有效，在該工作方式下，定時器/計數器0被拆成2個獨立的定時/計數器：tl0、th0。tl0使用t0的狀态控制位c/t、gate、tr0、int0，而th0被固定為一個8位定時器（不能用作外部計數方式），并使用定時器/計數器1的狀态控制位tr1和tf1，同時占用定時器t1的中斷源。此時，定時器/計數器1可設定為方式0、方式1和方式2，作為串行口的波特率發生器。
注意：此時，定時器/計數器1也可作為定時器，用于不需要中斷的場合。
5．定時器/計數器的程式設計
（1）初始化
定時器/計數器的初始化程式設計包括以下幾個部分：
根據要求給定時器/計數器方式寄存器（tmod）送一個方式控制字，以設定定時器/計數器的工作方式。
根據需要給th和tl寄存器送初值，以确定需要的定時時間或計數的初值。
根據需要給中斷允許寄存器（ie）送中斷控制字，以開放相應的中斷和設定中斷優先級。
注意：也可用查詢方式來響應定時器。
給tcon寄存器送指令字以啟動或禁止定時/計數器的運作。
（2）定時器/計數器初值的計算
計數器初值：
設計數器的模值為m，所需的計數值為c，計數初值設定為tc，則
tc = m-c（m = 213、216或28）。 - 定時器初值：
設定時器的模值為m，需要的定時時間為t，定時器的初值設定為tc，則
tc = m-t/t 機器周期（m = 213、216或28）。
本執行個體硬體電路如圖2-14所示，使用6隻led模拟兩組紅綠燈：vd1、vd2、vd3分别模拟南北方向的紅燈、黃燈、綠燈，vd4、vd5、vd6分别模拟東西方向的紅燈、黃燈、綠燈。
交通燈控制器執行個體使用了8051單片機的定時器/計數器，軟體程式設計部分首先分定時器初始化、定時器中斷服務程式兩個部分介紹定時器/計數器的軟體程式設計。然後介紹如何在畫出程式流程圖的基礎上編寫軟體程式，并給出了完整的交通燈控制器程式執行個體。
1．定時器初始化
為了使定時時間準确，不出現因為定時器重裝而引起的累計誤差，将定時器設定為初值自動重裝的8位定時器/計數器，即定時器工作在工作方式2。在12mhz晶振條件下，8位定時器的最長定時時間為0.256毫秒，為了友善計算取定時時間為0.25毫秒，這樣，定時0.5秒鐘需要定時器中斷2000次。
下面計算定時器的初值。定時器初值tc = m-t/t_機器周期_=__28-250/1 = 6，是以th0 = 06h，tl0 = 06h。
以下為定時器初始化程式執行個體，定時器t0設定為工作方式2，初始值為06h，自動重裝入值為06h。
2．定時器中斷服務程式
定時器中斷服務程式執行個體如下：
每0.25毫秒定時器中斷發生，程式跳轉到中斷服務程式t0_int開始執行。中斷服務程式每次将定時器中斷計數變量減1，當定時器中斷計數變量為0時，0.5秒定時時間到，将位變量second_flag置1。定時器中斷服務程式通過reti指令傳回，程式将跳轉到進入中斷前的斷點繼續執行。
3．程式流程圖
在前面幾節中，程式較為簡單，可以直接進行程式的編寫，但本執行個體的程式流程比較複雜，在編寫程式之前，應當先畫出程式流程圖。在編寫複雜的程式之前畫出程式流程圖，有助于理清思路，友善程式設計，應當養成編寫程式前畫程式流程圖的良好 習慣。
程式流程圖是描述程式運作流程的一種圖表。它不僅描繪程式從頭至尾的運作順序，也描述了程式運作過程中的所有可能的狀況。一般程式流程圖包含的基本元素如表2-13所示。
本執行個體的程式流程圖如圖2-15所示。
4．程式全貌
本執行個體以交通燈控制器為例介紹了8051單片機定時器/計數器的使用方法，通過本執行個體應注意以下的幾個技巧。
定時器的初始化以及定時時間的計算。
定時器的中斷服務程式的編寫應注意現場保護和現場恢複的操作；中斷服務程式通過reti指令傳回；中斷服務程式應當盡量簡短。
在編寫複雜的程式前，畫程式流程圖可以理清思路，使程式設計事半功倍。