2023年01月12日 | 51的单片机定时中断基本概念及简单实验

定时器相关内容

CPU时序的有关知识

①振荡周期：为单片机提供定时信号的振荡源的周期（晶振周期或外加振荡周期）。

②状态周期：2 个振荡周期为 1 个状态周期，用 S 表示。振荡周期又称 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 个振荡周期。

即机器周期=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，它以机器周期为单位。

外接晶振为 12MHz 时，51 单片机相关周期的具体值为：

振荡周期=1/12us;

状态周期=1/6us;

机器周期=1us;

指令周期=1~4us;

定时器/计数器

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/计数器工作的过程是自动完成的，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是外部的脉冲信号对寄存器中的数据加 1。

有了定时器/计数器之后，可以增加单片机的效率，一些简单的重复加 1 的工作可以交给定时器/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单片机定时原理

定时/计数器的实质是加 1 计数器（16 位），由高 8 位和低 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，且计数器的溢出使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，由溢出时计数器的值减去计数初值才是加 1 计数器的计数值。

51内部结构及实现原理

51定时器/计数器内部结构

上图中的 T0 和 T1 引脚对应的是单片机 P3.4 和 P3.5 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/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标志。

定时器/计数器通过两个寄存器进行工作。

控制寄存器 TCON

1.作用:TCON 的低 4 位用于控制外部中断。TCON 的高 4 位用于控制定时/计数器的启动和中断申请。

格式如图所示：

低四位各功能：

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，用软件可控制定时/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

低4位（TCON.3~TCON.0）:外部中断相关为，用于控制外部中断。

工作方式寄存器TMOD

1.作用：于设置定时/计数器的工作方式，低四位用于 T0，高四位用于 T1。

2.格式如图所示：

GATE：GATE 是门控位, GATE＝0 时，用于控制定时器的启动是否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 INT0/1 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件，加上了 INT0/1 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。

M1M0：工作方式设置位。定时/计数器有四种工作方式。

3.定时/计数器的工作方式

前面我们知道，TMOD中m1m0为工作方式设置位，共有4中方式

（1）方式0：

方式 0 为 13 位计数，由 TL0 的低 5 位（高 3 位未用）和 TH0 的 8 位组成。TL0 的低 5 位溢出时向 TH0 进位，TH0 溢出时，置位 TCON 中的 TF0 标志，向 CPU发出中断请求。

门控位 GATE 具有特殊的作用：

当 GATE=0 时，由图可以看出，先经过一个非门变为高电平1，然后经过或门，因为是或门，仍为高电平1，在经过与门，此时与TR0相与，所以由TR0控制技术的开始。当TR0为1时，相与后仍为高电平，计数开始，待计数溢出时，申请中断。

当GATE=1时，经过非门变为低电平0，此时因为是或门，所以要受到外部中断引脚控制，然后经与门与TR0相与。所以计时的开始是由TR0和外部中断同时控制的。

计数初值与计数个数的关系为：X=2（13）-N。其中 2（13）表示 2 的 13 次方。

（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。

计数初值与计数个数的关系为：X=2（16）-N。

计数控制方式同方式0.

（3）方式2：

方式 2 为自动重装初值的 8 位计数方式。工作方式 2 特别适合于用作较精确的脉冲信号发生器。计数初值与计数个数的关系为：X=2（8）-N。

计数控制方式同方式1原理。

（4）方式3：

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

定时器配置

定时器配置过程：

①对 TMOD 赋值，以确定 T0 和 T1 的工作方式，如果使用定时器 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如果使用中断，则对 EA 赋值，开放定时器中断。

④使 TR0 或 TR1 置位，启动定时/计数器定时或计数。

计算定时/计数器初值。

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。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，当你使用 12MHZ 的外部晶振的时候，机器周期=1/1M=1us。

假设我们定义1ms的初值：

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 66636（2 的 16 次方）才溢出，所以后面要加 1）=64536=FC18H（十六进制），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计算出，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，每当定时 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，当累计到

1000 次，表示已经定时 1 秒了。

中断实现过程伪代码

void Timer0Init()

{

TMOD|=0X01;//选择为定时器 0 模式，工作方式 1，仅用 TR0 打开启动。

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（定时中断0允许位）

EA=1;//打开总中断

TR0=1;//打开定时器

}

定时中断实验

实现功能：通过定时器0中断控制D1指示灯间隔1秒闪烁

默认阳极为高电平，只要利用定时器中断控制P20口即可

代码实现

#include "reg52.h"                       //此文件中定义了单片机的一些特殊功能寄存器

typedef unsigned int u16;         //对数据类型进行声明定义

typedef unsigned char u8;

sbit led=P2^0;   //定义P20口是led

/*

* 函 数 名         : Timer0Init

* 函数功能             : 定时器0初始化

*/

void Timer0Init()

{

        TMOD|=0X01;//选择为定时器0模式，工作方式1，仅用TR0打开启动。

        TH0=0XFC;       //给定时器赋初值，定时1ms高4位为FC  FC18=64536

        TL0=0X18;       //低4位为18

        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

*/

void main()

{       

        Timer0Init();  //定时器0初始化

        while(1);       //一直循环执行定时器0    

}

/*

* 函 数 名         : void Timer0() interrupt 1

* 函数功能             : 定时器0中断函数

*/

void Timer0() interrupt 1

{

        static u16 i;

        TH0=0XFC;       //给定时器赋初值，定时1ms

        TL0=0X18;

        i++;

        if(i==1000)//如果i==1000，即执行1000次后，重新置0，led发生变化

        {

                i=0;

                led=~led;       

        }       

}