51单片机快速入门之定时器和计数器

51单片机快速入门之定时器

断开外部输入

晶振振荡 假设为 12MHz

12分频之后,为1MHz 当其从0-65536 时,需要65536μs 微秒 也就是65.536ms 毫秒

溢出(值>=65536 时)>中断>执行中断操作

假设需要1ms后产生溢出,则需要设置初始值为64536

此时定时器会从  64536 开始计数 (1000μs 微秒 = 1 ms 毫秒 )    

51单片机快速入门之计数器

计算外部输入的脉冲信号

假设设置其为16位计数器,其最大计数值为 2^16=65536

溢出(值>=65536 时)>中断>执行中断操作

假设需要100个脉冲后产生溢出,则需要设置初始值为65436

此时计数器会从  65436 开始计数   

结构原理

由 两个8位 计数器构成的  16位 计数器

由 TCON 寄存器 控制 开(1) / 关(0)

由 TMOD 寄存器 设置 工作方式 (定时还是计数)

TMOD寄存器

以下图片来源于stc89c52官方数据手册:

 这个GATE用于IO口控制 定时器  使用(1) / 不使用(0)  如果需要IO口控制 需设置其为 1

C/T 设置是 定时器 断开引脚输入 还是 计数器 从引脚输入

M1 M0 为模式选择,有不同的搭配

0   0 时 为13位 模式 (由 两个8位 计数器构成的  16位 计数器)  一计数器低5位 | 二计数器全8位

当低五位计数器溢出时，它会向高八位计数器提供一个进位信号，这个信号会使高八位计数器的值加1。此时，低五位计数器会自动复位为其最小值（通常为0）

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“低 5 位”通常是指一个二进制数的最右边的 5 个比特位 从右向左数

举例:16位二进制数 1010 1100 0101 1001 低五位 就为 10011

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0  1 时 为16位 两个8位全用

1  0 时  为8位自动重载 第一个计数器溢出之后，先转移当前值到 第二个计数器中,再复位为0

每次溢出时，第二个计数器的值就会增加（或减少，取决于计数方向)

1   1 时 停止计数(暂停)

这里要注意数据手册上标注 当M1 M0 都为 1 时  定时器 0 的工作方式

第一个计数器可以设置成   8位定时器/计数器 受 定时器 0 控制

但是 第二个计数器 只能是 8位定时器 受 定时器 1 控制

TCON寄存器 

以下图片来源于stc89c52官方数据手册: 

 定时器1

TF1 溢出标志位 (溢出时其为 1 ,会向CPU 请求中断 ,CPU响应后 0) 可手动设置

TR1 运行控制位 (控制开/关 ) 这里要注意TMOD中 GATE 的设置

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 定时器0

 TF0 溢出标志位 (溢出时其为 1 ,会向CPU 请求中断 ,CPU响应后 0) 可手动设置

 TR0 运行控制位 (控制开/关 ) 这里要注意TMOD中 GATE 的设置

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IE1 / IE0  分别为 外部中断1 / 外部中断0 请求标志位

有请求时为1 处理后  由硬件自动清0(默认为0)

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IT1 / IT0 分别为外部中断1 / 外部中断 0 触发方式控制位 为0 是低电平触发

程序设计时:在中断服务例程（ISR）的开始部分直接控制IO拉高(低电平触发时)

假设设置为 低电平 触发

低电平时 IE0或IE1 会被置位，即设置为1 表示有一个中断请求待处理。

中断请求来时，以下步骤会发生：

1. 中断请求使IE0或IE1置位（设置为1）。
2. CPU响应中断请求，暂停当前的任务，并跳转到中断服务例程（ISR）。
3. 在ISR中，你处理中断请求，完成相应的任务。
4. 在ISR结束之前，你需要手动或自动 清零IE0或IE1，以表示中断请求已经被处理完毕。

定时器 程序设计 

例子:产生1kHz方波信号  时钟频率12MHz

分析:

        信号周期T=1/f  T=1/1000 =1ms 

        高低电平设计为0.5ms(500μs)

        定时初始值计算公式:2^16-定时值=2^16-500=65036

第一计数器 A 存储 初值 高八位,第二计数器 B 存储 初值 低八位

在计算机科学中，一个字节由8位二进制数字组成。这8位数字可以分为高四位和低四位，也可以称为高四位和低四位。

• 高八位：指的是这个字节中最左边的8位，也就是最高位的那一部分。
• 低八位：指的是这个字节中最右边的8位，也就是最低位的那一部分。

65036(10进制)转换成16进制为 0xFE0C   A存储FE  B存储0C

因 65036 数过大,计算比较费劲 所以要适当 缩小 

65036/256=取商得到  254

计数器值常需除以256，因计算机处理数据以字节为单位，每字节8位，可表256个值（0-255）。此操作适用于字节操作、防止溢出、图像处理中表示颜色深度、遵循数据格式及简化数学计算。

在计算机科学和电子工程中，计数器的值经常需要  除以256，这通常是因为以下几个原因：

1. 字节操作：

        计算机中的数据通常以字节（byte）为单位处理，而一个字节等于8位（bit）。由于256等于2的8次方（2^8），它刚好是一个字节可以表示的最大整数值（从0到255）。因此，当处理字节或进行位操作时，256是一个关键的参考点。

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2. 溢出和模运算：

        计数器在增加过程中可能会超过其最大表示范围，导致溢出。如果一个计数器是用一个字节表示的，那么当它的值超过255时，就会从0开始循环。这种现象可以用模运算（即取余数）来描述，而模数通常是256。

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3. 颜色深度：

        在图形和图像处理中，每个像素的颜色可能由若干个字节表示，比如RGB色彩模型中，每个颜色分量（红、绿、蓝）通常用一个字节表示，因此有256种可能的强度级别。

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4. 协议和数据格式：

        某些通信协议或数据格式可能规定了特定的字段长度或计数范围，这时候使用256作为基数可以帮助确保兼容性和标准化。

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5. 数学和算法：

        在一些数学算法和数据结构中，256因其与二进制系统的紧密关系，常常被用作基数或除数，以简化计算和逻辑操作。

总的来说，除以256的操作反映了计算机系统中对字节边界和模运算的常见需求。

65036%256=取余数 12

在计算机科学和数学中，取余数（模运算）是一种非常常见的操作。当我们对一个数进行除法运算时，余数是除不尽的部分。取余数的操作可以帮助我们解决以下几类问题：

1. 溢出处理：在某些系统中，例如基于字节的操作，我们需要确保数值不会超过某个范围（如0到255）。通过取余数，我们可以使数值“循环”回这个范围内，避免溢出。

2. 周期性事件：如果我们想要跟踪每隔一定数量的事件发生的情况（比如每256个事件），取余数可以帮助我们确定是否到达了这个周期的某个特定点。

3. 密码学：在密码学中，模运算是基础操作之一，用于创建和解密密码系统。

4. 数据校验和压缩：在数据传输和存储中，模运算可以用于生成和验证校验和，以检测错误。在某些压缩算法中，它也被用来减少数据的大小。

5. 数学算法：许多数学算法和公式中会用到模运算，因为它可以简化计算，特别是在处理大数时。

对于65036除以256的情况，取余数的操作可以告诉我们65036在256的倍数之间的“剩余”部分是多少。

 定时器 程序代码

设置工作模式 :第一计数器 A 存储 初值 高八位,第二计数器 B 存储 初值 低八位

TMOD=0X01;
//0x01 是一个十六进制数，它代表的二进制数是 0000 0001
A=65036/256;//存储高八位
B=65036%256;//存储低八位
EA=1;//打开总中断
ET0=1;//允许定时器0中断
TR0=1;//打开定时器0

定时器 中断函数代码 

 void T0(void) interrupt 1 using 1

{

A=65036/256;//存储高八位   复位
B=65036%256;//存储低八位 复位

这里放入中断后需要做的操作

}

 代码解释:

1. void T0(void)：这是一个函数声明，表明函数 T0 不接受任何参数，并且不返回任何值。
2. interrupt 1：这是关键字和参数，用于指定这个函数是一个中断服务例程，其中 1 表示中断号。不同的中断号对应不同的中断源.
3. using 1：这是另一个关键字和参数，用于指定该中断服务例程使用的工作寄存器组。在一些微控制器中，允许程序员在中断服务例程中使用不同的工作寄存器组，以避免与主程序中的寄存器冲突。这里的 1 表示使用第1个工作寄存器组。

中断号解释:  interrupt

1. 外部中断0 (INT0)         中断号0
2. 定时器/计数器0 (T0)    中断号1
3. 外部中断1 (INT1)         中断号2
4. 定时器/计数器1 (T1)    中断号3
5. 串行口中断 (串行I/O)   中断号4

寄存器组解释: using 参考链接https://blog.csdn.net/cssdl/article/details/41674095?sharetype=blogdetail&sharerId=41674095&sharerefer=PC&sharesource=qq_43422073&sharefrom=from_link

R0-R7在数据存储器里的实际地址是由特殊功能寄存器PSW里的RS1、RS0位决定的。

using 0时
        设置 RS1=0，RS0 =0，用第0组寄存器，R0--R7的在数据存储区里的实际地址是00H-07H。R0（00H）....R7（07H）

---

using 1时
        设置 RS1=0，RS0 =1，用第1组寄存器，R0--R7的在数据存储区里的实际地址是00H-07H。R0（08H）....R7（0FH）

---

using 2时
        设置 RS1=1，RS0 =0，用第2组寄存器，R0--R7的在数据存储区里的实际地址是08H-0FH。R0（10H）....R7（17H）

---

using 3时
        设置 RS1=1，RS0 =1，用第3组寄存器，R0--R7的在数据存储区里的实际地址是00H-07H。R0（18H）....R7（1FH）

计数器为什么要复位 :

在单片机编程中，特别是涉及到定时器/计数器的中断服务例程时，经常会看到这样的情况：在中断服务例程的开始部分，会将一些寄存器的值重新赋值给计数器。

1. 防止溢出：

        定时器/计数器在达到最大值后会溢出并从零开始计数。如果不重新赋值，计数器可能会继续从溢出点开始计数，导致不正确的结果。通过在中断服务例程中重新赋值，可以确保计数器从预期的值开始计数。

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2. 实现精确的定时：

        在一些应用中，需要实现非常精确的定时。通过在中断服务例程中重新赋值计数器，可以调整定时器的计数值，从而实现更精确的定时。

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3. 初始化计数器：

        在中断服务例程中，可能需要对计数器进行初始化，以便从一个已知的状态开始。这在处理复杂的定时任务或多任务环境中尤为常见。

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4. 实现周期性任务：

        如果中断服务例程需要周期性地执行某些任务，可以通过重新赋值计数器来实现这一点。例如，如果中断服务例程每1毫秒执行一次，可以在中断服务例程的开始部分将计数器设置为一个适当的值，以确保下次中断发生在1毫秒后。

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5. 处理中断嵌套：

        在多中断环境下，可能会出现中断嵌套的情况。在这种情况下，需要确保每次中断服务例程执行时，计数器的值是正确的。通过在中断服务例程中重新赋值计数器，可以确保这一点。

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中断相关资料 

EX0：EX0=1，允许外部中断0中断；EX0=0，禁止中断
ET0：ET0=1，允许T0中断；ET0=0，禁止中断
EX1：EX1=1，允许外部中断1中断；EX1=0，禁止中断
ET1：ET1=1，允许T1中断；ET1=0，禁止中断
ES：ES=1，允许串行口中断；ES=0，禁止中断

EA：EA=1，CPU开放中断；EA=0，CPU禁止所有的中断请求

中断相关 参考链接https://blog.csdn.net/weixin_43398418/article/details/121916218?sharetype=blogdetail&sharerId=121916218&sharerefer=PC&sharesource=qq_43422073&sharefrom=from_link

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 TMOD=0X01;
//0x01 是一个十六进制数，它代表的二进制数是 0000 0001

 这里操作的是 定时器0  按位带入以下图片中 可以知道定时器0 的 M1=0 M0=1

M1=0 M0=1 时 为16位 两个8位全用

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计数器程序代码 

例子: 50kHz方波信号  时钟频率12MHz

TMOD=0X20;
//0X20 是二进制 0010000 控制的是定时器1
//结合上图M1=1 M0=0为8位自动重载 第一个计数器A1溢出之后，先转移当前值到 第二个计数器B1中,再复位为0
A1=246;//设置初始值 溢出相关
B1=246;//设置初始值
//246-256 需要10μs 
EA=1;//打开总中断
ET1=1;//打开定时器1中断
TR1=1;//启动定时器1
void T1(void) interrupt 3 using 1
{
//因为是8位重载所以不用初始化计数器
//这里放入需要做的操作}

注意:以上代码省略了main()主函数