MCS-51系列单片机定时器内部结构框图如图5-1所示，内部有两个16位的定时器T0和T1。计数脉冲有两个来源：一个是由系统内部的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；另一个是由T0或T1引脚输入的外部脉冲源。定时器和计数器实质上是一样的，“计数”就是对外部输入脉冲的计数；所谓“定时”，是通过计数内部脉冲完成的。
定时器T0、T1各由两个8位的特殊功能寄存器TH0、TL0和TH1、TL1构成。方式寄存器TMOD用于设置定时器的工作方式。控制状态寄存器TCON用于启动和停止定时器的计数，并检测定时器的状态。每一个定时器的内部结构实质上是一个可程控的加法计数器，通过内总线与CPU相连，由CPU编程设置定时器的初值、工作方式、启动、停止。当设置了定时器的工作方式、初值并启动定时器工作后，定时器就按被设定的工作方式独立工作，不再占有CPU时间，只有在定时器溢出时，才向CPU申请中断。由此可见，定时器是单片机中工作效率高且应用灵活的部件。如图5-2所示是定时器Tx（x为0或1，分别表示T0或T1）的原理框图，图中的“外部引脚Tx”是外部输入引脚的标识符，通常将引脚P3.4、P3.5用T0、T1表示。
图5-1 MCS-51系列单片机定时器/计数器内部结构框图
当控制信号K为0时，定时器工作在定时方式。加1计数器对内部时钟f进行计数，直到计数器计满溢出。f是振荡器时钟频率的12分频，脉冲周期为一个机器周期，即计数器计数的是机器周期脉冲的个数，以此来实现定时。当控制信号为1时，定时器工作在计数方式。加1计数器对来自外部引脚Tx的外部信号脉冲计数（下降沿触发）。在每一个机器周期的S5P2期间，采样引脚输入电平。若前一个机器周期采样值为1，后一个机器周期采样值为0，则计数器加1。由于它需要两个机器周期（24个时钟周期）来识别一个“1”到“0”的跳变信号。对外部输入信号脉冲的占空比没有特别的限制，但必须保证输入信号电平在它发生跳变前至少被采样一次，因此输入信号的电平至少应在一个完整的机器周期中保持不变。(www.xing528.com)
控制信号K的作用是控制计数器的启动和停止。如图5-2所示，当GATE=0时，K=TRx，K不受输入电平的影响：若TRx=1，允许计数器加1计数；若TRx=0，计数器停止计数。当GATE=1时，与门的输出由输入电平和TRx位的状态来确定：仅当TRx=1，且引脚=1时，才允许计数；否则停止计数。
MCS-51系列单片机的定时器主要由特殊功能寄存器TMOD、TCON、TH0、TL0、TH1、TL1组成。所谓可编程序定时器，就是通过软件读/写这些特殊功能的寄存器，达到控制定时器目的。其中，THx和TLx分别用来存放计数器初值的高8位和低8位，TMOD用来控制定时器的工作方式，TCON用来存放中断溢出标志并控制定时器的启、停。
图5-2 定时/计数器原理框图
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