C51单片机的定时器 和 中断初识

定时器基本概念

在之前的学习中，涉及到delay的延时模块都是在stc-isp里通过软件延时选项生成代码拷贝过来实现的，其实这就是让CPU不断运算，通过运算时间来规定延时时间，这其实会造成CPU资源的浪费，而且在CPU不断运算数数的时候，无法处理其他重要信号，导致程序经常会反应不及时。所以，需要使用到定时器。

C51的定时器和计数器是同一个硬件电路支持的，通过寄存器的配置不同，就可以将他当作定时器或者计数器来使用，标准的C51有2个定时器/计数器：T0和T1，他们的使用方法一致，C52相比C51多了一个T2。 可以理解为：当计数器使用的时候，数外面的信号，读取针脚的数据； 当定时器使用的时候，靠内部电路数数。

定时器如何定时？ 每经过一个机器周期，就加1

什么是晶振？ 下图中两个红圈中的就是两个晶振，上面刻写着该晶振的频率，即时钟频率，单位是兆，晶振是数字电路的“心脏”，晶振的好坏会直接影响系统的稳定性。

 

什么是时钟周期（震荡周期）？ 频率的倒数就是周期（1/f = T)，所以，时钟周期就是时钟频率的倒数。时钟周期是计算机中最基本的，最小的时间单位，在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。

什么是机器周期（CPU周期）？ 计算机在一条指令的执行过程中有若干个阶段，如取指，译码，执行等，每一阶段完成一个基本操作，完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。一般情况下，一个机器周期由若干个时钟周期组成。

所以，当一个晶振的频率是11.0592MHz时，即11059200Hz, 所以一个时钟周期就是（1/11059200），查阅手册（不同芯片可能不同），一个机器周期等于12个时钟周期，所以，一个机器周期就是（12/11059200），而一个机器周期之后，定时器就加1，所以，定时器加1，过了（12/11059200）约为 1.085微秒

那么如果想要数出20ms，应该怎么办？需要操作控制定时器的寄存器，寄存器允许16位bit来计数，并且设置了一个溢出的标志位，所以每过（2^16 * 1.085）约为 71毫秒，溢出的标志位就会发生跳变，因此如果想要数出20ms，让定时器从约51毫秒开始数，51毫秒对应 （51000/1.085）约为47004次，47004转化为4位16进制是0xB79C，将0xB79C传入寄存器让其从这个时候开始计数并观察溢出的标志位即可。

实际的寄存器操作

理解了原理之后，同样打开stc-isp，选择右上方的“定时器计算器”，并且填入相应的频率等参数：

 即可生成控制定时器来进行定时操作的代码！代码所做的事情就是之前的实现思路，代码的定时初值是0xB800，和我算出的0xB79C只差了一点点，应该是计算的方法稍有差异，但是大体一致。同时，以上代码涉及到很多寄存器操作，接下来一一进行讲解。

按位操作：寄存器通常是8位，且有时每一位都有对应的作用，而我想修改其中的若干位而其他位不变，这时就需要按位操作，“TMOD &= 0xF0”的意义是"与等于“，即TMOD的每一位和1111 0000 来做与操作，1和x相与等于x, 0和x相与等于0，因此这条命令的意义就是将TMOD的高4位不变，第四位 置“0”！

同理，“TMOD |= 0x01”的意义是"或等于“，即TMOD的每一位和0000 0001 来做或操作，0和x相或等于 x , 1和x相或等于 1，因此这条命令的意义就是将TMOD的高7位不变，最低位 置“1”！

两条命令先后执行，就是先将第四位清零，再将最低位置1，其他不变。

当然，其实这两句可以直接变成TMOD = 0xF1; 但是这样写更专业也更有容错性。

总结：清0用0来‘&’，置1用1来‘ | ’

AUXR寄存器，可以通过禁止ALE信号输出来降低单片机时钟对外界的电磁辐射（EMI)，它有8位，但只有BIT0和BIT1有作用，AUXR的这句代码在stc-isp中生成的注释不太准确，而且这句赋值在实际应用中也可以注释掉，TMOD寄存器的赋值更为重要。

定时器模式寄存器，TMOD寄存器，共8位，低4位对应定时器/计数器0，高4位对应定时器/计数器1，其中低四位（.0 .1 .2. 3）中的第0位和第1位，M1,M0配合控制定时器的模式选择：16位应该对应 0 1

第2位控制作为计数器还是定时器使用（定时器0计数器1）；第3位为GATE信号

TCON寄存器中的TR0位(bit4)，为定时器T0的运行控制位。该位由软件置位和清零。给TR0“1”就允许开始定时/计数。

关于上文提到的溢出标志位，其实就是TCON寄存器的TF0位(bit5)，为定时器/计数器T0溢出中断标志：当定时器最高位产生溢出时，由硬件置“1”TF0，并向CPU请求中断，一直保持CPU响应该中断时，才将硬件清“0”TF0（TF0也可由程序查询清“0”，即如果不用中断，则需要软件写代码重新置0）

综上，在完成定时器初始化之后，再通过对以上寄存器的位操作，就可以真正实现对于定时器/计数器T0的操控。

中断的基本概念

中断系统是为使CPU具有对外界紧急事件的实时处理能力而设置的。当CPU正在处理某件事情的时候外界发生了紧急事件请求，要求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急的事件，处理完之后，再回到原来被中断的地方，继续原来的工作，这样的过程称为中断。

当有多个中断源同时向CPU请求中断的时候，CPU会根据优先级排序处理中断。 如果CPU在处理一个中断时，出现了一个比该中断优先级还高的中断时，若CPU停止当前中断转而去处理那个高优先级的中断，处理完成后再返回原来的中端。这样的过程叫做中断的嵌套。

 

 如果设置新增加的特殊功能寄存器IPH中的相应位，可将中断优先级设为四级，如果只设置IP或XICON，那么中断优先级就只有两级。

 在代码中，如果想要把一个函数定义为中断处理函数：

实际的寄存器操作

在实际代码中，除了要把函数定义为中断处理函数外，中断的实现同样需要对寄存器的操作：

 对于定时器0请求的中断，需要先配置中断允许寄存器，然后再配置中断优先级控制寄存器。

中断允许寄存器IE 和 辅助中断控制寄存器XICON

 

 如上图所示，对于中断允许寄存器IE, 允许定时器0 的中断需要 EA和ET0都置1

 如上图所示，对于辅助中断控制寄存器XICON，它不控制定时器0的中断使能和优先级，但是他和其他中断的使能或优先级有关，如果需要可以根据图中的信息来调用，此处我暂时不用。

结合中断 通过定时器0 来控制LED灯闪烁的代码实现

#include "reg52.h"


//sbit vibe = P3^3; //震动传感器的 数字量信号输出DO 接在了P3.3
sbit led1 = P3^7;
//sbit jidian = P1^1; //继电器的IN接在了P1.1
//sbit D0 = P1^2;
//sbit D1 = P1^3;
//sbit D2 = P1^4;
//sbit D3 = P1^5;
int cnt = 0;

void Timer0Init(void)		//20毫秒@11.0592MHz
{
//	AUXR &= 0x7F;		//定时器时钟12T模式
	TMOD &= 0xF0;		//设置定时器模式
	TMOD |= 0x01;		//设置定时器模式
	TL0 = 0x00;		//设置定时初值
	TH0 = 0xB8;		//设置定时初值
	TF0 = 0;		//清除TF0标志
	TR0 = 1;		//定时器0开始计时
	
	ET0 = 1;
	EA = 1;   //打开中断！
}


void main()
{
	led1 = 1;
	Timer0Init();
	
	while(1){ 
		//使用中断后，main函数里的while 1 里啥都不用写
	}		
}

//timer0的中断处理程序 //中断程序一般写在main函数的后面 //定时器0溢出时将触发这个中断函数
void zhongduan() interrupt 1 
{
	cnt++;
	TL0 = 0x00;		//重新给初值，这个很重要！！！！因为定时器0的初始化写在main函数while1的外面，所以只会执行一次，只有中断函数会在每次定时器溢出后被调用，所以必须在中断函数里重新给初值！
	TH0 = 0xB8;
	if(cnt == 49){
		cnt = 0;
		led1 = !led1; //每经过（50*20毫秒 = ）1秒，led1的亮灭状态翻转一次
	}
	
}