蓝桥杯-单片机组基础6——定时计数器与外部中断混合使用（附小蜜蜂课程代码）

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本文章针对蓝桥杯-单片机组比赛开发板所写，代码可直接在比赛开发板上使用。

型号：国信天长4T开发板（绿板），芯片：IAP15F2K61S2

（使用国信天长蓝板也可以完美兼容，与绿板几乎无差别）

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1.编程目的

        通过定时/计数器实现数码管的时钟显示，显示格式例如“12-13-14”，表示12点13分14秒时刻。并通过设置外部中断0，当S5按下时计时暂停，再次按下时继续计时。

2.定时/计数器原理

2.1 单片机的基本中断系统

        比赛用单片机最多允许两层中断的嵌套。即在低级的中断服务函数执行过程中，收到了更高级的中断信号，而去先执行更高级的中断工作，执行完再返回继续执行低级的中断工作，低级的中断工作做完，再回到最原本的代码继续执行。

        本文中，我们使用到的外部中断0与定时/计数器中断0，本身自带优先级，且INT0的优先级已经高于T0，因此我们不需要对两个中断的优先级进行单独设置。

比赛用芯片IAP15F2K61S2 涉及的中断共有14个，这里介绍常用的5个：

中断号	中断名	中断名解释
0	INT0	外部中断0
1	T0	定时/计数器中断0
2	INT1	外部中断1
3	T1	定时/计数器1
4	TI/RI	串口中断
5	T2	定时/计数器中断2

本文聚焦外部中断0与定时/计数器中断0，只对INT0和T0进行讲解，他们的中断号对应为0和1。比赛用开发板中还有INT2,INT3,INT4,T2共计5个外部中断信号源，三个定时/计数器中断信号源，其余中断源将在专栏“蓝桥杯-单片机组进阶”中讲解。

2.2 什么是定时/计数器中断

        定时/计数器可以想象成一个每隔一定时间，就会自动产生一次中断的开关。但它产生中断的时间间隔是固定的，由我们来设置。中断产生的感觉可以想象成一个正在接水的水桶，当水桶里的水接满溢出时产生中断，由此每次产生中断所需要的时间就可以比拟成水桶接满水的时间。那我们如果按照自己的需求，让水桶接满水的时间被人为精确控制呢？设置初值——即在最开始让水桶里装有一定数量的水，最开始水桶里面的水越多，水桶就越快溢出，产生中断所需要的时间就越短。上述为口语化的理解，更本质的解释如下：

        

        定时/计数器的核心是16位的加法计数器，在8位的51单片机中，使用两个8位的寄存器THx和TLx共同组成16位，并分别叫做高8位和低8位。当这16位加法计数器计数溢出，则产生一次定时/计数器中断。单片机的晶振我们假定是12Mhz，单片机会将12Mhz进行12分频后传入加法计数器中，即一个机器周期（12Mhz/12=1Mhz，Tcy=1us），此时，我们可以认为在晶振为12Mhz的单片机中，没经过1us的时长，加法计数器的值加1 。假设我们让16位加法计数器从0开始计数，即计数初值为0（0000 0000 0000 0000） ，当变成计数值变成（1111 1111 1111 1111）时在经过1us，计数器就会溢出，并产生一次定时/计数器中断，此时计数值为65535  。此时，我们可以认为在初值为0，16位计数器，晶振为12Mhz的单片机中，产生一次中断所需要的时间为65535us=65.535ms 。当我们需要单片机50ms就产生一次中断时，就可以设置初值为15535 （65.535ms-50.000ms） 。

        实际的单片机中，为了方便我们的使用，晶振频率可能为12Mhz，11.05926Mhz；同时在定时/计数器不同的工作方式下，计数器的位数可能为16位（最大值65535），13位（最大值8191），8位（最大值255）；因此我们需要根据不同的设置，进行不同的计算。相关的计算过程可查看TMOD寄存器设置的部分。

2.3 定时/计数器中断涉及的寄存器

        为了简短篇幅，下面将寄存器IP、IE、TCON简略说明，详细内容可以查看文章：戳此跳转

我们着重介绍TMOD寄存器

两级中断允许控制：IE（interrupt enable）

EA

-

ET2

ES

ET1

EX1

ET0

EX0

IE中各位的功能如下：

EA—中断总开关控制位，EA=1，所有的中断请求开放。

ES—串行口中断允许位。

ET1—定时器/计数器T1溢出中断允许位。

EX1—外部中断1中断允许位。

ET0—定时器/计数器T0的溢出中断允许位。

EX0—外部中断0中断允许位。

        该寄存器允许位寻址，在编程时，如果只用到一个外部中断0和T0，则我们只需要设置总开关EA、外部中断0允许位EX0 、T0中断允许为ET0。

两级优先级控制：IP(interrupt priority)

-

-

PT2

PS

PT1

PX1

PT0

PX0

中断优先级寄存器IP各位含义：

PS—串行口中断优先级控制位，1—高级；0—低级。

PT1—T1中断优先级控制位，1—高级；0—低级。

PX1—外部中断1中断优先级控制位，1—高级；0—低级。

PT0—T0中断优先级控制位，1—高级；0—低级。

PX0—外部中断0中断优先级控制位，1—高级；0—低级。

        该寄存器允许位寻址，本题中采用默认优先级，因此不用管这个寄存器。

特殊功能寄存器：TCON（timer controller）

TF1

TR1

TF0

TR0

IE1

IT1

IE0

IT0

TCON寄存器中与中断系统有关各标志位功能如下：

TF1—定时器/计数器T1的溢出中断请求标志位。

TF0—定时器/计数器T0溢出中断请求标志位似。

IE1—外部中断请求1中断请求标志位。

IE0—外部中断请求0中断请求标志位，与IE1类似。

IT1—选择外中断1请求方式。0--电平触发方式，1--跳沿触发方式。

IT0—选择外中断0请求方式。0--电平触发方式，1--跳沿触发方式。

         该寄存器允许位寻址，在编程时，如果只用到一个外部中断0，则我们只需要设置IT0从而确定外部中断0的触发方式 。而对于TF0，它不需要我们设置，只是在程序中我们可以通过查询TF0是否等于1，从而判断T0是否溢出。

特殊方式寄存器：TMOD（timer mode）

GATE	C/T	M1	M0	GATE	C/T	M1	M0
<----  定时器1（T1）  ---->				<----  定时器0（T0）  ---->

TMOD寄存器中与中断系统有关各标志位功能如下：

        通过观察可以发现，TMOD寄存器左边４位与右边４位几乎一样，只是左边针对定时/计数中断１，右边针对定时/计数中断２。本文中我们使用T0，因此我们介绍T0各位的含义，T1与T0相同：

GATE: 用于控制定时器启动是否受外部中断源的影响 
      当GATE=0时，只要用软件使TR0或TR1等于1，就可以启动T0或T1定时/计数器工作。
      当GATE=1时，除了用软件使TR0或TR1等于1外，还要使外部中断引脚INT0/1为高电平，这样定时/计数器才能启动工作。
      注意：GATE=0表示控制定时器启动不受外部中断源的影响

 C/T=0为定时模式，C/T=1为计数模式。
 

M1 M0工作方式选择位，两位一起看：

M1 M0	工作方式	工作说明
00	方式0	13位定时/计数器，最大值8192
01	方式1	16位定时/计数器，最大值65535
10	方式2	8位自动重装定时/计数器，最大值255
11	方式3	T1分成两个独立的定时/计数器，T1停止计数

举例：我们在12Mhz的单片机中，不设置外部中断触发定时，设置T0工作在方式1，实现50ms的定时中断。则GATE=0，C/T=0，M1 M0=01 ，剩下的位全部赋值0，则TMOD应该赋值：TMOD=0000 0001=0x01  。

        该寄存器不可位寻址，编程时，我们必须对TMOD寄存器进行整体赋值，才能正确设置。充分考虑要使用T1或者T0，然后进行对应位的设置，并转换成BCD码写入代码。 

初值寄存器：THx TLx

        如果是使用T1，则初值的高8位寄存器为TH1，低8位寄存器为TL1

        如果是使用T0，则初值的高8位寄存器为TH0，低8位寄存器为TL0

        如果T1和T0都使用，则TH1，TL1，TH0，TL0都需要设置初值

        

        蓝桥杯比赛使用的开发板是12Mhz的，刚好对于加法器加1的时长为1us。假如我们设置TMOD寄存器使得定时/计数器工作在方式1，最大计数值为65535，则最长的中断间隔时长为65535us=65.535ms 。如果我们需要的中断间隔时长为50ms，即每50ms产生一次中断，则我们需要让加法器有一个固定的初值为65.535ms-50.000ms=15.535ms。则初值为15535，转换成16进制为：3caf。高8位为3c，需要赋值给THx，低8位位af，需要赋值给TLx。

        但每次转换进制很麻烦，因此我们可以通过以下公式，快速写出代码：

        最大值就是工作方式的最大计数值，方式1为16位定时/计数器，2 ^16=65535，即最大值为65535 。定时值是我们的定时时长，如果是50ms，则为50 000us，即定时值为50000 。带入式子即可在运行时由单片机自己进行运算，方便我们进行代码编写。注意：当计算式确定之后，还是要手动把计算结果替换进赋值表达式，减少单片机资源占用。

3.编程中涉及的中断函数

3.1 定时/计数器初始化函数

        目的：使用T0产生一个9.216ms的定时/计数中断

        该函数中，首先是对TMOD进行设置，方式一，定时中断，无需外部中断，只是用T0，因此为0x01 。然后设定计数初值，对TH0，TL0进行赋值。EA和ET0是IE寄存器的对应位，作用分别为打开总中断，打开定时/计数器T0中断。TR0是TCON寄存器的对应位，作用为T0开始计数。

3.2 定时/计数器服务函数

        中断的服务函数，作用是当中断产生时，系统暂停当前工作，而去执行中断服务函数里面的程序，执行完服务函数的程序后，再返回继续执行先前的工作。在这个函数中，首先我们对初值寄存器TH0和TL0进行赋值，因为工作方式1不会自动重装初值，只有工作方式2（8位自动重装方式）会自动重新装载初值，因此除了方式2以外的所有方式，都需要在中断服务函数中重新对THx和TL0重新赋值。然后下面的自增指令是我们自己定义的功能。

4.代码参考

4.1 编程目的代码，代码效果：

实现数码管的时钟显示，显示格式例如“23-20-00”，表示23点20分00秒时刻。并通过设置外部中断0，当S5按下时计时暂停，再次按下时继续计时。

//写一个计时器，分-秒-20ms
#include < REGX52.h >
#include < INTRINS.h >unsigned char code SMG_duanma [18]={ 0xc0 , 0xf9 , 0xa4 , 0xb0 , 0x99 , 0x92 , 0x82 , 0xf8 , 0x80 , 0x90 , 0x88 , 0x80 , 0xc6 , 0xc0 , 0x86 , 0x8e ,0xbf , 0x7f };sbit S5 = P3^2;void select_HC573 ( unsigned char channal )
{switch ( channal ){case 4:P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0x80;break;case 5:P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xa0;break;		case 6:P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xc0;break;case 7:P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xe0;break;}
}void Input_SMG ( unsigned char pos_SMG , unsigned char value_SMG )
{select_HC573 ( 6 );P0 = 0x01 << pos_SMG;select_HC573 ( 7 );P0 = value_SMG;
}void Delay ( unsigned char t )
{while ( t-- ){unsigned char i,j;_nop_ ();_nop_ ();i = 22;j = 128;do {while ( --j );}while ( --i );	}
}//=======================================
void Init_timer0_INT0 ()
{//设置T0初始化TMOD = 0x01;TH0 = ( 65535 - 18433 ) / 256;TL0 = ( 65535 - 18433 ) % 256;ET0 = 1;//设置INT0初始化IT0 = 1;EX0 = 1;//打开总中断开关，以及启动定时器EA = 1;TR0 = 1;
}unsigned char state_INT0 = 0;
void Service_INT0 () interrupt 0
{	state_INT0+=1;//注意 这里有按键产生中断的操作，但是没有进行消抖处理//但是中断的执行过程会过滤掉部分抖动时间//因此按下S5只要不是很刁钻，单片机都会正确响应//正常情况下，不推荐在服务函数中写入if语句，这里为了使用外部中断，无法使用消抖处理，因此出此下策if( state_INT0%2==0 ){TR0 = 1;}else{TR0 = 0;}}unsigned char timer0_50ms = 0;
void Service_timer0 () interrupt 1
{TH0 = ( 65535 - 50000 ) / 256;TL0 = ( 65535 - 50000 ) % 256;timer0_50ms ++;
}
//========================================unsigned char timer0_s = 00;
unsigned char timer0_m = 20;
unsigned char timer0_h = 23;
void time_SMGrunning ()
{if ( timer0_50ms == 20 ){timer0_s ++;timer0_50ms = 0;if ( timer0_s == 60 ){timer0_m ++;timer0_s = 0;timer0_50ms = 0;if ( timer0_m == 60 ){ timer0_m = 0;timer0_h++;}			}}Input_SMG ( 7 , SMG_duanma[ timer0_s%10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 6 , SMG_duanma[ timer0_s/10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 5 , SMG_duanma[16] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 4 , SMG_duanma[ timer0_m%10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 3 , SMG_duanma[ timer0_m/10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 2 , SMG_duanma[16] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 1 , SMG_duanma[ timer0_h%10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 0 , SMG_duanma[ timer0_h/10 ] );Delay ( 1 );
}void main ()
{Init_timer0_INT0 ();while ( 1 ){time_SMGrunning ();}
}

4.2 小蜜蜂课程代码：

代码1：//使用定时器实现间隔时间闪烁灯光

//使用定时器实现间隔时间闪烁灯光
#include < REGX52.h >sbit L1 = P0^0;
sbit L8 = P0^7;
unsigned char code SMG_duanma [18]={ 0xc0 , 0xf9 , 0xa4 , 0xb0 , 0x99 , 0x92 , 0x82 , 0xf8 , 0x80 , 0x90 , 0x88 , 0x80 , 0xc6 , 0xc0 , 0x86 , 0x8e ,0xbf , 0x7f };void select_HC573 ( unsigned char channal )
{switch ( channal ){case 4:P2 = ( P0 & 0x1f ) | 0x80;break;case 5:P2 = ( P0 & 0x1f ) | 0xa0;break;		case 6:P2 = ( P0 & 0x1f ) | 0xc0;break;		case 7:P2 = ( P0 & 0x1f ) | 0xe0;break;		}
}void Input_SMG ( unsigned char pos_SMG , unsigned char value_SMG )
{select_HC573 ( 6 );P0 = 0x01 << pos_SMG;select_HC573 ( 7 );P0 = value_SMG;}///============================================
void Init_Timer0 ()
{TMOD = 0x01;TH0 = (65535-9216) / 256;TL0 = (65535-9216) % 256;EA = 1;		TR0 = 1;	ET0 = 1;	
}unsigned char count_timer0;
unsigned char value_SMG=0;
void Service_timer0 () interrupt 1
{TH0 = (65535-9216) / 256;TL0 = (65535-9216) % 256;count_timer0++;
}void Time_Led_Timer0 ()
{	if ( count_timer0 == 100 ){count_timer0 = 0;value_SMG++;		Input_SMG ( 0 , SMG_duanma [value_SMG] );}if ( value_SMG == 9 ){value_SMG = 0;}}//=============================================void main ()
{Init_Timer0 ();while ( 1 ){Time_Led_Timer0 ();}
}

代码2：//写一个计时器，分-秒-20ms

//写一个计时器，分-秒-20ms
#include < REGX52.h >
#include < INTRINS.h >unsigned char code SMG_duanma [18]={ 0xc0 , 0xf9 , 0xa4 , 0xb0 , 0x99 , 0x92 , 0x82 , 0xf8 , 0x80 , 0x90 , 0x88 , 0x80 , 0xc6 , 0xc0 , 0x86 , 0x8e ,0xbf , 0x7f };sbit S5 = P3^2;
sbit S4 = P3^3;void select_HC573 ( unsigned char channal )
{switch ( channal ){case 4:P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0x80;break;case 5:P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xa0;break;		case 6:P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xc0;break;case 7:P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xe0;break;}
}void Input_SMG ( unsigned char pos_SMG , unsigned char value_SMG )
{select_HC573 ( 6 );P0 = 0x01 << pos_SMG;select_HC573 ( 7 );P0 = value_SMG;
}void Delay ( unsigned char t )
{while ( t-- ){unsigned char i,j;_nop_ ();_nop_ ();i = 22;j = 128;do {while ( --j );}while ( --i );	}
}//=======================================
void Init_timer0 ()
{TMOD = 0x01;TH0 = ( 65535 - 18433 ) / 256;TL0 = ( 65535 - 18433 ) % 256;ET0 = 1;EA = 1;TR0 = 1;
}unsigned char timer0_20ms = 0;
void Service_timer0 () interrupt 1
{TH0 = ( 65535 - 18433 ) / 256;TL0 = ( 65535 - 18433 ) % 256;timer0_20ms ++;
}
//========================================void time_SMGrunning ()
{static unsigned char timer0_s = 0;static unsigned char timer0_m = 0;if ( timer0_20ms == 50 ){timer0_s ++;timer0_20ms = 0;if ( timer0_s == 60 ){timer0_m ++;timer0_s = 0;timer0_20ms = 0;if ( timer0_m == 99 ){ timer0_m = 0;}			}}if ( S5 == 0 ){Delay ( 3 );if ( S5 == 0 ){TR0 = 0;}else ;}else {TR0 = 1;}if ( S4 == 0 ){Delay ( 3 );if ( S4 == 0 ){timer0_20ms = 0;timer0_s = 0;timer0_m = 0;}}Input_SMG ( 7 , SMG_duanma[ timer0_20ms%10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 6 , SMG_duanma[ timer0_20ms/10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 5 , SMG_duanma[16] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 4 , SMG_duanma[ timer0_s%10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 3 , SMG_duanma[ timer0_s/10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 2 , SMG_duanma[16] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 1 , SMG_duanma[ timer0_m%10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 0 , SMG_duanma[ timer0_m/10 ] );Delay ( 1 );
}void main ()
{Init_timer0 ();while ( 1 ){time_SMGrunning ();}
}

5.编程思路重述

        对定时计数器的使用在比赛中至关重要，主要就是在初始化的时候：对TMOD的正确设置（GATE、C/T），对THx和TLx的初值正确赋值，然后不要忘记对TCON寄存器的TR0和TR1要赋值为1启动，最后是IE寄存器里面的各个开关要打开。