51单片机——定时器中断实验，小白讲解，相互学习

定时器介绍

1，CPU时序的有关知识

1. 震荡周期：为单片机提供定时信号的震荡源的周期（晶振周期或外加震荡周期）。
2. 状态周期：2个震荡周期为1个状态周期，用S表示。震荡周期又称S周期或时钟周期。
3. 机器周期：1个机器周期含6个状态周期，12个震荡周期
4. 指令周期：完成1条指令所占用的全部时间，他以机器周期为单位。

• 例如：外界晶振为12MHz时，51单片机相关周期的具体值为：
• 震荡周期=1/12us
• 状态周期=1/6us
• 机器周期=1us
• 指令周期=1~4us

2，学习定时器前需要明白的几点

        ①51单片机有两组定时器/计数器，因为既可以定时，又可以计数，故称之为定时器/计数器   

        ②定时器/计数器和单片机的CPU是相互独立的。定时器/计数器工作的过程自动完成的，不需要CPU的参与。

        ③51单片机中的定时器/计数器是根据机器内部的时钟或者外部的脉冲信号对寄存器中的数据加1

        有肯定其时期/计数器之后，可以增加单片机的效率，一些简单的重复加1的工作可以定时器/计数器处理。CPU转而处理一些复杂的事情。同时可以实现精确定时作用。

51单片机的定时原理

        STC89C5X单片机内有两个可编程的定时/计数器 T0，T1 和一个特殊功能定时器T2。定时/计数的是指是加 1 计数器（16位），由高 8 位到低 8 位两个寄存器 THx 和 TLx 组成。它随着计数器的输入脉冲进行自加 1 ，也就是每来一个脉冲，计数器就自动加 1 ，当加到计数器为全 1 时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的益出相应的中断标志位置 1 ，向CPU发出中断请求（定时/计数器中断允许时）。如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。可见，由溢出时计算器的值减去计数初值才是加 1 计数器的计算值。

51单片机定时/计数器结构

51单片机定时器/计数器内部结构图如下：

        上图中的T0和T1引脚对应的是单片机P3.4和P3.4管脚。51单片机定时/计数器的工作由两个特殊功能寄存器控制。TMOD是定时器/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制  T0 ,T1的启动和停止及设置溢出。

 1，工作方式寄存器TMOD

        工作方式寄存器TMOD用于设置定时/计数器的工作方式，低四位用于T0,搞四位用例T1.其格式如下；

        GATE 是门空位，GATE=0时，用于控制定时器的启动是受外部中断源信号的影响。只要用软件使TCON 中的 TR0 或TR1为1，就可以启动定时/计数器工作；GATA=1时，要用软件使 TR0 或 TR1为1，同时外部中断引脚 INTO/1 也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。即此时定时器的启动条，加上了INTO/1引脚为高电平这一条件。

        C/T：定时/计数模式选择位。C/T = 0 为定时模式；C/T = 1 为计数模式。

        MIMO：工作方式设置位。定时/计数器有四种工作方式。如下：

2，控制寄存器TCON

TCON的低4位用于控制外部中断，已在前面介绍。TCON的高4位用于控制定时/计数器的启动和中断申请。其格式如下：

        TF1 （TCON.7）:T1溢出中断请求标志位。T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1，CPU响应中断后 TF1 由硬件自动清 0 。T1工作时，CPU可随时查询 TF1 的状态。所以，TF1可用作查询测试的标志。TF1也可以用软件设置 1 或 清0，同硬件置 1 或 清0的效果一样。

        TR1（TCON.6）:T1运行控制位。TR1置1时，T1 开始工作；TR1 置 0 时，T1 停止工作。TR1由软件置 1 或 清 0。所以，软件可控制定时/计数器的启动与停止。

        TF0（TCON.5）:T0溢出中断请求标志位，其功能与 TF1 类同。

         TR0（TCON.4）:T0运行控制位，其功能与TR1类同。

51单片机定时/计数器的工作方式

1，方式0

        方式0位13-位计数，有TL0的低5（高3位未用）和TH0的8位组成。TL0的低5位溢出时间TH0进位，TH0溢出时，置位TCON中的TF0标志，向CPU发出中断请求。其结构图如下

        门控位GATE具有特殊的作用。当GATE=0时，经反相后使或门输出为1，此时仅由TR0控制与门的开启，与门输出1时，控制开关接通，计数开始；当GATE=1时，由外中断引脚信号控制或门的输出，此时控制与门的开启由外中断引脚信号和TR0共同控制。当TR0=1时，外中断引脚信号引脚的高电平启动计数，外中断引脚信号引脚的低电平停止计数。这种方式常用来测量外中断引脚上正脉冲的宽度。计数模式时，计数脉冲的T0引脚上的外部脉冲。计数初值与计数个数的关系为：x=2^13- N。

2，方式1

         方式1的计数位数是16位，由TL0作为低8位，TH0作为高8位，组成了16位加 1 计数器。其结构图如下所示：

计数初值与计数个数的关系为：X=2^16-N

3，方式2

        方式2位自动重装初值的8位计数方式。工作方式2特别适合用作较精确的脉冲信号发生器。其结构图如下所示：

计数初值与计数个数的关系为：X=2^-N

4，方式3

        方式3只适用于定时/计数器T0，定时器T1处于方式3时相当于TR1=0,停止计数。工作方式3将T0分成为两个独立的8为计数器TL0和TH0。其结构如下所示：

         这几种工作方式中应用较多的是方式1和方式2.定时器中通常适用定时器方式1，串口通信中通常适用方式2.

定时器配置

在适用定时器时，应该如何配置使其工作？其步骤如下（各步骤顺序可任意）：

①对TMOD赋值，以确定T0和T1的工作方式，如果适用定时器0即对T0配置，如果使用定时器1即对T1配置。

②根据所要定时的时间计算初值，并将其写入TH0，TL0或TH1，TL1。

③如果适用中断，则对EA赋值，开放定时器中断。

④适用TR0 或 TR1 置位，启动定时/计数器定时或计数。

        上述中有一个定时/计数器初值的计算，下面我们来看如何计算定时/计数器初值。

        前面我们介绍过机器周期的概念，它是CPU完成的一个基本操作所需要的时间。其计算公式是：机器周期=1/单片机的时钟频率。51单片机内部时钟频率是外部时钟的12分频，也就是说当外部晶振的频率输入到单片机里面的时候要进行12分频，也就是说外部晶振的频率输入到单片机里面的时候要进行12分频。比如说你用的是12MHZ晶振，那么单片机内部的时钟频率就是12/12MHZ，当你适用12MHZ的外部晶振的时候，机器周期=1/1M=1us。如果我们想定时1ms的初值是多少呢？1ms/1us=1000.也就是要计数1000个，初值=65535-1000+1（因为实际上计数器计数到65536（2的16次方））才溢出，所以后面要加1）=64536=FC18H,所以初值即为THx=0XFC，TLx=0X18.

         知道了如何计算定时/计数器初值，那么想定时多长时间都可以算出，当然由于定时计数器位数有限，我们不可能直接通过初值定时很长时间，如果要实现很长时间的定时，比如定时1秒钟。可以通过初值设置定时1ms,当定时1ms结束后又重新赋初值，并且设定一个全局变量累计定时1ms的次数，表示已经定时1秒了。需要其他定时时间类似操作，这样我们就可以适用定时器来实现精确延时来替代之前的delay函数。

        这里以定时器 0 为例介绍配置定时器工作方式1，设定1ms初值，开启定时器计数功能以及总中断如下：

void time0_init(void)

{

        TMOD|=0X01;//选择为定时器 0 模式，工作方式 1

        TH0=0XFC; //给定时器赋初值，定时 1ms

        TL0=0X18;

        ET0=1;//打开定时器 0 中断允许

        EA=1;//打开总中断

        TR0=1;//打开定时器

}

         对于定时器 1 的使用方法是一样的，只是将上述的0变为1即可，具体可参考我们定时器1实验例程。

软件设计

本章所要实现的功能是：通过定时器0中断控制D1指示灯间隔1秒闪烁.

/**********************************************************************************
****
实验名称：定时器 0 实验
接线说明：
实验现象：下载程序后，当按下 D1 指示灯间隔 1s 闪烁
注意事项：
***********************************************************************************
****/
#include "reg52.h"
typedef unsigned int u16;//对系统默认数据类型进行重定义
typedef unsigned char u8;
//定义 LED1 管脚
sbit LED1=P2^0;
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : delay_10us
* 函数功能 : 延时函数，ten_us=1 时，大约延时 10us
* 输 入 : ten_us
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void delay_10us(u16 ten_us)
{while(ten_us--);
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : time0_init
* 函数功能 : 定时器 0 中断配置函数，通过设置 TH 和 TL 即可确定定时时间
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void time0_init(void)
{TMOD|=0X01;//选择为定时器 0 模式，工作方式 1TH0=0XFC; //给定时器赋初值，定时 1msTL0=0X18;ET0=1;//打开定时器 0 中断允许EA=1;//打开总中断TR0=1;//打开定时器
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : main
* 函数功能 : 主函数
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void main()
{time0_init();//定时器 0 中断配置while(1){}
}
void time0() interrupt 1 //定时器 0 中断函数
{static u16 i;//定义静态变量 iTH0=0XFC; //给定时器赋初值，定时 1msTL0=0X18;i++;if(i==1000){i=0;LED1=!LED1;}
}

        首先定义LED1指示灯控制管脚，然后定义定时器0中断配置函数 time0_init，该函数配置内容就按照前面介绍的配置方法所写，即选择定时器工作模式0，工作方式1，设置定时1ms初值，打开定时器计数功能和开启总中断功能。然后进入while 循环，在循环体内没有执行任何功能程序。当定时时间达到即会进入定时器0中断，在中断服务函数内，重新赋初值准备下次计数，并且定义一个静态变量来累计定时 1ms 次数，当变量等于1000 时，表示定时时间达 1秒，然后清零变量以及控制LED状态翻转。执行完成后退出中断返回住函数，当时间到达又进入中断，如此循环。

        为什么要适用关键字static将i定义为静态变量呢？我们希望每次进入中断函数时，i保存的是上次累加值，使用了static 关键字，就可以让变量 i 实现这种功能，即不会每次进入中断函数后被初始化为0。假如去掉static 关键字，那么变量 i 就是一个局部变量，每次进入中断函数后，变量 i 初始值都是0，也就是说它的值永远不会递增到1000，从而实现不了1s定时。可以这样理解，使用了 static 关键字就相当于将i 变成了全局变量功能。

        对于定时器 1 的使用方法是一样的，只是将上述的 0 变为 1 即可，具体可参考我们定时器 1 实验例程