在對單片機應用項目進行編程時，經常需要插入一定的延時程序，此時一般有兩種方案可選擇，一是采用軟件手段——插入一段延時程序，二是采用單片機內部的硬件資源——定時器。對于軟件手段，我們在前面的課程已經詳細講到過，它最大的缺點就是占用單片機的“機時”，也就是耗費單片機的“精力”，從而降低了單片機的工作效率。而定時器則不同，它是單片機內部一個獨立的功能模塊，定時器一旦設置后，定時器便自動開始計時，當計時時間滿后，便產生相應的中斷，去處于中斷函數內的程序，而在計時這段時間內，定時器和CPU是分別獨立工作的，CUP此時就可以有時間去做其它的事情。所以為了提高單片機的工作效率和實現精確的延時，目前幾乎所有的半導休生產廠商在設計單片機時，在內部都配置了定時器模塊。下面51單片機內部的定時器進行介紹。
1、定時器/計數器概述
51單片機內部共有兩個定時器/計數器模塊T0和T1,對于52單片機內部又增加了定時器T3。它們即具有定時功能，也可以作計數功能，可以通過相應的寄存器進行設置。但不論是用于定時功能還是計數功能，其基本原理都是一樣的，如圖1所示為定時器/計數器的結構圖，內部為一個加1計數器，由高8位TH0(或TH1)和低8位TL0(或TL1)兩個計數寄存器組成。TMOD是定時器/計數器的工作模式和工作方式寄存器，用來確定是處于定時模式還是計數模式以及何種工種方式，這個后面講解寄存器的時會講到。TCON為控制寄存器，用來控制定時器/計數器的啟動、停止及溢出標志等的設置。
圖1 定時器/計數器的結構框圖
工作原理如圖的所示，加1計數器相當于一個裝數的容器，每來一個脈沖自動加1，當數裝滿后便自動溢出，如果此時設置的中斷，CPU便會停止當前正在執行的工作，去執行中斷函數內的程序。這里也可以形象把計數器看作一個裝水的水桶，每來一滴水，水桶的水便會增加一點，當水裝滿了后，便會溢出。
加1計數器的計數脈沖有兩個來源，一個是由系統時鐘振蕩器輸出脈沖經過12分頻后送來，一個是由外部引腳T0(P34引腳)和T1(P35引腳)送來的外部脈沖（通常為下降沿），前者主要用于定時，后者主要用于計數。每來一個脈沖時，計數器會自動加1，當加到全為1時，再來一個脈沖，計數器便會自動清0，且計數器此時會溢出并使TCON寄存器中的TF0和TF1置1，如果此時設置了定時器中斷允許，便會自動的向CPU發出中斷請求。
圖2 定時器/計數器的工作原圖
可能大家還是不明白，這樣為什么就可以用來進行定時和計數呢，這里我們以通俗的例子解釋一下定時，還是以水桶裝水為例，假設水桶開始一滴水都沒有（相當于計數器內部全為0），此時來一滴水（相當于來一個脈沖），水桶的水便會增加一滴（相當于計數器自動加1），而水桶的容積是規定了的（相當于計數器最大計數值），水桶的水總會有滿的時候（相當于計數器加到全部為1），此時假設每來一滴水的時間我們知道或者人為可以設置，水桶從一滴水沒有到全部裝滿就會有一個時間，這個就是定時時間值。
也就是說，我們如果知道每來一個脈沖相應的時間t，又知道加1計數器最大可以裝多少數n，我們就可以知道這個時間值T，即T=nt。而這個T的時間通常是固定的，實際應用時需要不同的定時時間，我們可以采用預先在計數器內裝一定的初值（相當于在水桶內先裝一些水），然后在這個初值的基本上再來相應脈沖，計數器自動加1，一直到溢出，我們就可以得到任意想要的定時時間。
從圖2中我們還可以看出，定時器/計數器還有一個控制開關，此開關可以控制定時器計數器相應的啟動和停止。而此開關的開閉主要是由圖2左下部的TRX 、GATE等信號共同作用，這里都是門電路，可以由數電的知道解釋，因為比較簡單，這里我就不作說明，后面結合的相關的寄存器進行介紹。
2、定時器/計數器相關寄存器
與定時器/計數器相關的寄存器主要有兩個（編程時如涉及到中斷，還要用到中斷相關的寄存器，前面已經講可），一個是工作模式及工作方式設置寄存器TMOD，一個就是跟控制有關（就是圖2中開關的設置有關的）寄存器TCON，下面分別對其進行介紹。
注意:對單片機內部寄存器的說明相當于對結構原理的解釋，所以在單片機內部功能模塊看不明白時，也可以借助相關寄存器的說明加以理解。
（1）定時器工作模式及工作方式寄存器TMOD
工作方式寄存器TMOD用于設置定時/計數器的工作模式及工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：
GATE：門控位。GATE＝0時，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動定時/計數器工作；GATA＝1時，要用軟件使TR0或TR1為1，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時/計數器工作。即此時定時器的啟動多了一條件。
C/T :定時/計數模式選擇位。C/T＝0為定時模式；C/T =1為計數模式。
M1M0：工作方式設置位。定時/計數器有四種工作方式，由M1M0進行設置。具體說明如下表：
（2）定時器/計數器控制寄存器TCON
TCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時/計數器的啟動和中斷申請。其格式如下：
TF1（TCON.7）：T1溢出中斷請求標志位。T1計數溢出時由硬件自動置TF1為1。CPU響應中斷后TF1由硬件自動清0。T1工作時，CPU可隨時查詢TF1的狀態。所以，TF1可用作查詢測試的標志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。
TR1（TCON.6）：T1運行控制位。TR1置1時，T1開始工作；TR1置0時，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時/計數器的啟動與停止。
TF0（TCON.5）：T0溢出中斷請求標志位，其功能與TF1類同。
TR0（TCON.4）：T0運行控制位，其功能與TR1類同。
3、定時器工作方式及賦初值
通過對上面TMOD寄存器的介紹，我們知道，通過設置M0M1可能選擇定時器的工作方式。這里可能有的人對選擇定時器工作方式及賦初值是什么意思不明白，其實也很好理解，前面我們不是把加1計數器比作裝水的水桶嗎，而51單片機有4種工作方式就相當于有4種不同大小的裝水的水桶，所以我們必須通過TMOD這個寄存器選擇哪使用哪一個水桶（也就是選擇哪一種工作方式）；至于為什么要賦初值前面我實際已經有講到過，計數器從全是裝0到全部裝1的整個時間是固定的，而我們實際用使用需要不同的定時間，所以我們必須先在計數器內先裝一些數，然后在這個基本上進行加1計數，就可以得到我們想要的定時時間。
定時器總共有四種工作方式，而因為定時器工作方式1比較常用，所以這里僅對定時器0工作方式1進行介紹，并介紹如何賦初值。
方式1的計數位數是16位，由TL0作為低8位、TH0作為高8位，組成了16位加1計數器 ，其邏輯結構圖如圖3所示。
圖3 定時器0工作方式1邏輯結構圖
當GATE=0,TR0=1時，TL0便在機器周期的作用下開始自動加1，當加了256次后自動向前進一位，直到TH0也計滿，然后溢出，置標志寄存器TF0=1,如果此時設置了中斷允許，CPU便作進入中斷函數內進行中斷程序的處理。注意，此時若TR0=1一直打開的話，計數器滿后會全部自動清零，然后重新重復以上過程，直到TR0=0時結束。
接下來講解如何計算定時器的初值問題。定時器一旦啟動，它便在原來的數值基礎上開始加1計數，若在程序開始時，我們沒有設置TH0和TL0,它們的默認值都是0，假設時鐘頻率為12MHZ，12個時鐘周期為一個機器周期，那么此時的機器周期就是1us，計滿TH0和TL0就需要2X16-1,再來一個脈沖，計數器就溢出，隨即向CPU申請中斷。因此溢出一次的時間為65536us，約等于65.5ms，如果我們要定時50ms,此時就需要向TH0t和TL0里面先賦初值，在這個初值的基礎上計50000個數后，定時器溢出，此時剛好就是50ms中斷一次，如需要定時1S時，在寫程序時當產生20次50ms的定時器中斷后便認定是1s，這樣便可以精確制定定時時間了。要定時50ms，即要計50000個數，TH0和TL0中應該裝的總數是65536－50000＝15536，把15536對256求模：15536/256裝入TH0中，把15536對256求余：15536%256裝入TL0中就可以了。
以上就是定時器賦初值的計算方法，總結后可以得出以下結論：當用定時器的方式1時，設機器周期為t ,定時器產生一次中斷的時間為T，那么需要計數的個數N=T/t，裝放THX和TLX中的數分別為：
THX=(65536-N)/256 ,TLX=(65536-N)%256
要計算機器周期t,就需要知道系統的時鐘頻率，也就是單片機外接晶振的頻率，實驗板上的時鐘頻率為11.0592MHZ，那么機器周期為12X(1/11059200)=1.09us,若T=50ms.那么N=50000/1.09=45873,如果晶振為12MHX的話，用同樣的方法算出來N=50000.
4程序舉例
下面我們舉一個例子，用單片機的定時器0、工作方式1和中斷技術實現讓L1以間隔1s的時間閃爍。
這里我們先總結一下，在使用定時器主要對定時器作相應的初始化，其步驟為：
（1）對TMOD賦值
選擇計數或者定時
確定T0或T1的工作方式。
（2）計算初值,并將其寫入TH0、TL0或TH1、TL1。
（3）使TR0或TR1置位，啟動定時/計數器定時或計數。
（4）需使用中斷方式時，則對IE等賦值，開放中斷
下面我們給出相關程序。
例1：1357燈以間隔1s的時間閃爍。
#include<reg52.h>//頭文件，主要用來聲明，特殊功能寄存器的地址
#define uint unsigned int//宏定義
#define uchar unsigned char//宏定義
sbit D1=P1^0;//位聲明
uchar time;//定義變量time為無符號字符型
void main()//主函數
{
TMOD=0x01;//設置定時器0為工作方式1
TH0=(65535-50000)/256;//定時50ms賦初值15535
TL0=(65535-50000)%256;
EA=1;//開總中斷
ET0=1;//開定時器0中斷
TR0=1;//啟動定時器0
//上面６行為定時器和中斷初始化程序
while(1);//停在這里等待中斷產生
}
void tim1() interrupt 1//中斷子函數，功能為500ms燈滅一次
{
time++;//進入一次中斷time自加１
if(time==10)//如果自加到10,相當于500ms
{
D1=~D1;//燈亮滅交替
time=0;//time清零
}
}
程序下載到51hei實驗板上的現象如圖4所示：
圖4 L1燈以間隔1s的時間閃爍