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2022年12月12日 | 关于51单片机“定时器”的理解与应用
2022-12-12 来源：zhihu
在 cpu 的一步步按照指令运行的过程中(主程序)，可能会有其它的更紧急的需要做的事情(中断服务程序)， 需要 cpu 暂时停止当前的程序(主程序)，做完了(中断服务程序)之后，又可以继续去运行先前的程序(主程序)。
就像你正在吃饭，一边又在给水桶里放水，吃着吃着，水满了，你就得赶快去把水龙头关掉或者换一个空的水桶，再回来吃饭。
单片机的定时器就像是一个水桶
你让它启动了，也就是水龙头打开放水
定时器在每个机器周期自动加 1
水桶的水不断增加，最后就满出来了
定时器溢出时，你就要去做处理了
水桶的水满了，你应该处理一下了
处理完后，单片机又回到刚停止地方继续运行
水桶处理完，你也可以去做原来的事了
单片机的主程序是从 0x0000 开始运行的，
单片机服务程序从哪里开始运行呢？
在 51里，有多个中断服务程序入口，
0号入口是外中断 0，地址在 0x0003；
1号入口是定时器 0，地址在 0x000B；
2号入口是外中断 1，地址在 0x0013，
3号入口是定时器 2，地址在 0x001B。
当中断发生时，程序就记下当前运行的位置，跳到对应的中断入口去运行中断服务程序，运行完之后，又跳回到原来的位置继续运行。
在 C51 中，你不用理会中断服务程序放在哪里，会怎么跳转。你只要把某个函数标识为几号中断服务函数就可以了。在发生了对应的中断时，就会自动的运行这个函数。
我们将学习如何精确定时 1 秒钟闪灯。这里我们使用 T2 定时器，让它工作在 16bit 自动装载方式，这时，有另一个位置专门装着 16 位预装载值， T2 溢出时，预装载值立即被置入。这就保证了精确定时。
但是，即使是 16 位定时器，最长的溢出时间也就几十毫秒，要定时一秒，就需要一个变量来保存溢出的次数，积累到了多少次之后，才执行一次操作。这样就可以累加到 1 秒或者更长的时间才做一次操作了。T2 定时器有个特殊的地方，它进入中断后，需要自己清除溢出标记，而 51 的其他定时器是自动清除的。请参考 51 单片机相关书籍。
如果使用 T2 定时器实现 1 秒精确定时？
仿真器的晶振是 22118400 Hz，
每秒钟可以执行 1843200 个机器周期。
T2 每次溢出最多 65536 个机器周期。
我们尽量应该让溢出中断的次数最少，
这样对主程序的干扰也就最小。
选择每秒中断24次
每次溢出1843200/24=76800个周期
(超出 65536，无效)
选择每秒中断30次
每次溢出1843200/30=61440个周期
选择每秒中断32次
每次溢出1843200/32=57600个周期
选择每秒中断36次
每次溢出1843200/36=51200个周期
选择每秒中断40次
每次溢出1843200/40=46080个周期
从上面可以看到我们可以选择方式有很多，
但是最佳的是每秒中断 30 次，
每次溢出 61440 个机器周期。
也就是赋定时器T2初值
65536－61440＝4096
换成十六进制就是 0x1000
从上面的计算也可以看出晶振 2118400Hz 的好处，它可以整除的倍数多，要准确定时非常方便。更常见的应用是在串口波特率上，使用 22118400HZ 可以输出最多准确的标准波特率。
我们在定时器服务函数里，设置了一个静态变量t，静态变量的值在进入函数时是不会被初始化的，而是保持上次的值。它用来计数定时器的溢出次数，也就是 T2 中断函数进入的次数，每溢出 30 次，就控制一次 LED 的反转显示。这时的时间就正好是 1 秒，而且是精确的 1 秒！只与晶振的精度有关。
一个编程经验是，
所有的中断都要尽快的运行和退出，
中断服务程序越短越好，
这样才不至于干扰主程序的工作，
以及其他中断的运行
也就是，我们应该尽量把程序代码从中断服务函数里搬出来。对于定时器的中断的工作方式，我们可以建立一个全局的标记，在中断里置这个标记，然后就退出。在主程序里检查到这个标记之后，就运行相关的程序。
对于 CPU 任务比较多的项目来说，这种工作方式可以获得最佳的工作效率。当然，对于非常实时的应用要求，比如时钟，还是建议在中断里做完，因为使用标记的方式时，主程序可能太忙而造成错过标记信号，就是这个标记还没有开始处理呢，下一个又来了。熟练的程序员还是可以避开这些异常的情况的。
在我们的这个例程中，前面的 1 秒钟输出信号，被换成了一个全局标记。在主程序中去检查这个标记，再清 0 标记和处理相应的工作。这一课的跑马灯输出方式也改变了，我们采用查表的方式，将要点亮的灯预先设置好，到了时间，就一起送到 P1 口。这样，程序的执行效率会更高。
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