51单片机入门教程（5）——定时器中断

写在开头： 中断是包括单片机在内的所有微处理器很 重要的功能之一，初学单片机必须这一部分的知识。

一、中断的概念

先看百度百科是怎么定义中断的:

中断是指计算机运行过程中，出现某些意外情况需主机干预时，机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情况的程序，处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行。
—— 百度百科

那么怎么理解中断？看下面的例子。

关于中断：
小A正在学习。这时，他的朋友小B叫他一块儿吃鸡，小A停止学习，转去玩吃鸡游戏。玩了几局后，关掉游戏，继续学习。
关于中断优先级：
小A正在学习。这时，他的朋友小B叫他一块儿吃鸡，小A停止学习，转去玩吃鸡游戏，（吃鸡过程中，小A女朋友打来电话，于是挂机游戏，去接电话，接完电话，继续游戏。）玩了几局后，关掉游戏，继续学习。

• 几个重要概念：

中断：小A学习被小B打断的过程就称为中断。
中断源：小B被称为中断源。
中断服务程序：小A执行的玩游戏操作称为中断服务程序
中断优先级：小A女朋友的电话比游戏优先级高

在89c52单片机中，有3类中断源：

1、外部中断：当外部中断引脚信号产生跳变（低电平→高电平）时引起中断。
2、定时器/计数器中断：当计数器计满溢出时引起跳变。
3、串口中断：串行端口完成一帧数据的发送/接受时引起（如蓝牙传输）。

其优先级如下表：

中断源	优先级	中断服务号
INT0 – 外部中断0	最高	0
T0 – 定时器/计数器0中断	第2	1
INT1 – 外部中断1	第3	2
T1 – 定时器/计数器1中断	第4	3
串口中断	第5	4
T2 – 定时器/计数器2中断	最低	5

下面以定时器中断为例，讨论中断的编程方法。

二、定时器中断

2.1 软件延时的不足

根据现有的知识，如果要在程序中等待一端时间，想到的操作应该是通过执行若干次空指令，达到延时的效果。
如下：

//延时xms
void delayms(uint xms){
  uint i,j;
  for(i = 0; i < xms; ++i)
    for(j = 0; j < 110; ++j)
    ;
}

但是，假设要实现以下功能：

1、8位数码管动态扫描显示。
2、LED灯每隔1s闪烁一次。

电路如下：

考虑程序怎么写……

//代码不完整，仅为举例说明
void main(){
  P2 = 0x01;       //数码管从最低位开始扫描
  while(1){
    //功能1：执行数码管动态扫描
    //P2控制显示哪一个数码管，P0控制数码管显示什么内容
    P2 = P2<<1;      //扫描更高一位的数码管
    P0 = xxxx;       //输出段码
    delayms(5);      //延时5ms后显示下一位数码管
  
    //功能2：执行LED灯闪烁
    led = ~led;     //LED灯状态取反
    delayms(1000);  //延时1000ms
  }
}

功能1和功能2单独写都没有问题。
但是如果组合在一起，写在一个while循环中，就会有问题了：
一个while循环中有两个延时函数，因此执行一次while循环，共延时了1005ms。这并不是我们所希望的结果。我们希望led闪烁的延时不影响数码管动态扫描的延时。

2.2 中断寄存器

要使用硬件定时，主要涉及到寄存器的操作。51单片机里的关于中断的寄存器如下：

IE – 中断允许控制寄存器
IP – 中断优先级控制寄存器
TMOD – 定时器工作方式寄存器
TCON – 定时器控制寄存器
SCON – 串口控制寄存器
THx/TLx – 定时器初值寄存器

在定时器中断中，需要设置的有TMOD、THx/TLx、TCON、IE。
下面只介绍使用定时器中断所需要设置的寄存器，其余寄存器可自行查阅资料。

2.2.1 中断允许控制寄存器 IE

该寄存器的主要功能是控制中断的开启与关闭，共7个有效位，包含一个全局中断控制位和6个中断源的控制位。
中断允许控制寄存器 IE各位的定义如下表：

序号	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
符号	EA	–	ET2	ES	ET1	EX1	ET0	EX0

说明：
EA 全局中断允许位，当此位是1时中断可用。（重要）
ET2 定时器/计数器2中断允许位
ES 串口中断允许位
ET1 定时器/计数器1中断允许位
EX1 外部中断1允许位
ET0 定时器/计数器0中断允许位 （重要）
EX0 外部中断0允许位
要使用定时器中断，需要将IE寄存器中的EA位设置为1，以及需要将ETx(x = 0,1,2)设置为1。

2.2.2 定时器工作方式寄存器 TMOD

该寄存器的主要功能是设置定时器/计数器中断的工作方式。如设置位定时器模式、定时器模式的计数位的位数。以下是详细介绍：
定时器工作方式寄存器 TMOD各位的定义如下表：

序号	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
符号	GATE	$$C/\bar{T}$$	M1	M0	GATE	$$C/\bar{T}$$	M1	M0

说明：
GATE 定时器/计数器的开关控制选项。常将该位置0，即定时器/计数器的开关控制仅由TCON寄存器中的TRx(x = 0,1)控制。（见2.2.3的TRx）
C/T 定时器模式和计数器模式选择位，将该位置0则为定时器模式。
M1M0 设置定时器/计数器工作方式，常将该两位设置为0 1,其定义如下表：

M1	M0	工作方式
0	0	模式0，13位计数
0	1	模式1，16位计数，常用此模式
1	0	模式2，8位初值自动重装
1	1	模式3，仅适用于T0，分为两个8位计数器，T1停止计数

2.2.3 定时器控制寄存器 TCON

该寄存器用于控制中断，如控制定时器的启动，停止、判断定时器的溢出和中断情况。
定时器控制寄存器 TCON各位的定义如下表：

序号	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
符号	TF1	TR1	TF0	TR0	IE1	IT1	IE0	IT0

说明：
TF1 定时器1溢出标志位
TR1 定时器1运行控制位，将该位置1时启动定时器1
TF0 定时器0溢出标志位
TR0 定时器0运行控制位，将该位置1时启动定时器0 （重要）
IE1 外部中断1请求标志
IT1 外部中断1触发方式选择位
IE0 外部中断0请求标志
IT0 外部中断0触发方式选择位

2.2.4 定时器初值寄存器 THx/TLx

以定时器T0为例，其的工作原理是，每当晶振产生一次脉冲，就将该寄存器TL0加一，当TL0加满溢出后，将TL0清空，TH0加一，TH0计满后产生定时中断。即TH0与TL0组成了一个16位的计数器，这个计数器可以从0x0000（0）加到0xffff（65535）。
以12Mhz的晶振、定时10ms为例：
51单片机为12分频单片机，因此执行一条指令的时间是12×(1/12M) s，即计数器每1us加一。
若定时10ms，则共需要加10000次。
因此将TH0、TL0设置从（65536-10000）= 55536开始计数。55536 的16进制为0xD8F0。因此将TH0设置为0xD8,TL0 设置为0xF0。

2.3 定时器中断程序写法

首先要初始化定时器，即将命令写入以上的寄存器。 假设使用定时器T0
首先设置定时器工作模式TMOD：GATE设置为0；C/T位设置为0使其工作在定时器模式下；M1M0设置为01,使用16位计数。
因此第一句代码是

TMOD = 0x01;   // 0000 0001

然后设置定时器时长THx/TLx：

TH0 = 0xD8;
TL0 = 0xF0;

设置定时器允许寄存器IE，打开中断总开关和T0中断开关

EA = 1;
ET0 = 1;

最后设置定时器控制寄存器TCON，使定时器开始计数

TR0 = 1;

因此，完整的定时器初始化代码如下

void initT0(){
  TMOD = 0x01;   // 0000 0001.
  TH0 = 0xD8;    //65536-10000
  TL0 = 0xF0;    //55536
  EA = 1;
  ET0 = 1;
  TR0 = 1;
}

当定时器计数触发中断时，单片机会调用中断服务程序。中断服务程序的格式如下：

void 函数名() interrupt 中断号 using 工作组
{
  //所要执行内容
}

说明：
中断服务函数要写在主函数后面，且不需要声明 。
中断服务函数无返回值，所以用void
函数名可以随便起
interrupt后的中断号由下表的重点服务号确定
using 工作组可省略不写

中断源	优先级	中断服务号
INT0 – 外部中断0	最高	0
T0 – 定时器/计数器0中断	第2	1
INT1 – 外部中断1	第3	2
T1 – 定时器/计数器1中断	第4	3
串口中断	第5	4
T2 – 定时器/计数器2中断	最低	5

因此T0中断服务程序如下：

void t0Intr() interrupt 0
{
  //因为执行到此时，计数器已经清零，所以要重新赋值
  TH0 = 0xD8;    //65536-10000
  TL0 = 0xF0;    //55536
  
  //下面写需要执行的操作
}

根据以上内容，可设计一个简单定时器电路如下：

其中：

D1灯由定时器控制，每秒闪一次
D2 - D8由软件延时实现流水灯效果，周期为100ms

代码如下

#include <reg51.h>
#include <intrins.h>
//num为计数器，每10ms将num加一，当num为100时为1s
unsigned char num;
sbit led = P1^0;
//函数声明
void delay100ms();  //软件延时100ms
void initT0();      //初始化定时器T0

void main()
{
  unsigned char k ;
  //初始化num值
  num = 0;
  //初始化定时器
  initT0();
  //初始化led灯
  led = 0;
  //初始化流水灯
  P0 = 0xfe;
  k = 0xfe;
  while(1)
  {
    //每100ms流水灯移位一次
    k = _crol_(k, 1);
    P0 = k;
    delay100ms();
  }
}
//t0定时器中断服务程序
//每隔10ms进入一次该程序
void t0Intr() interrupt 1
{
  TH0 = 0xD8;
  TL0 = 0xF0;
  
  num++;   //该变量加至100说明为1s
  if(num == 100)
  {
    num = 0;
    led = ~led;   //翻转led灯状态
  }
}
void delay100ms()
{
  unsigned char a,b,c;
  for(c=19;c>0;c--)
    for(b=20;b>0;b--)
      for(a=130;a>0;a--);
}

void initT0()
{
  TMOD = 0x01;
  TH0 = 0xD8;
  TL0 = 0xF0;
  EA = 1;
  ET0 = 1;
  TR0 = 1;
}