C51 单片机学习（二）：定时器与中断系统

参考

• 51单片机入门教程

1. 定时器

1.1 定时器定义

• 51 单片机的定时器属于单片机的内部资源，其电路的连接和运转均在单片机内部完成
  • C51 单片机学习（一）：基础外设 讲的都是单片机的 IO 口控制的外设

1.2 定时器作用

• 用于计时系统，可实现软件计时，或者使程序每隔一固定时间完成一项操作
• 替代长时间的 Delay，提高 CPU 的运行效率和处理速度
  • Delay() 时 CPU 干不了其它事，就会白白占用 CPU 的时间

1.3 STC89C52 定时器资源

• 定时器个数：3个（T0、T1、T2），T0 和 T1 与传统的 51 单片机兼容，T2 是此型号单片机增加的资源

  注意：定时器的资源和单片机的型号是关联在一起的，不同的型号可能会有不同的定时器个数和操作方式，但一般来说，T0 和 T1 的操作方式是所有 51 单片机所共有的（T：Timer，计数器）

1.4 定时器框图

• 定时器在单片机内部就像一个小闹钟一样，根据时钟的输出信号，每隔 “一秒”，计数单元的数值就增加一，当计数单元数值增加到 “设定的闹钟提醒时间” 时，计数单元就会向中断系统发出中断申请，产生 “响铃提醒”，使程序跳转到中断服务函数中执行
  • 中断系统也是 51 单片机的内部资源，中断系统是为了使 CPU 具有外界紧急事件的实时处理能力而设置
    

1.5 定时器工作模式

• STC89C52 的 T0 和 T1 均有四种工作模式
  • 模式 0：13 位定时器/计数器
  • 模式 1：16 位定时器/计数器（常用）
  • 模式 2：8 位自动重装模式
  • 模式 3：两个 8 位计数器
    

1.6 定时器时钟

• SYSclk 系统时钟（下图左上部分）：即晶振周期，本开发板上的晶振为 12MHz
  • MCU in 12T mode 进行 1MHZ 的一个分频，每隔 1us 进行一次计数，当它为最大值时就会产生一次中断
  • T0 pin：单片机外部的一个接口，时钟可以由系统时钟提供也可以由外部引脚提供
  • 中间是一个选择开关，C = Count(计数) ，T = Timer(计时器) ，C = 1、T = 0，如果这一位给 1 就链接到 T0 pin ，给 0 就是连接到 SYSclk
• 计数/定时系统（下图左下部分）：TL0（低字节）和 TH0（高字节），0 代表定时器 0，这是一个十六位的计数器，这两个字节计数范围 0~65535
  • 计数系统的左边的时钟给了它提供了一个脉冲(方波)，每来一个脉冲它的定时器的值就会加 1，一直这样循环往复的话，当加到 65535 时，那么再下一个脉冲的时候它就会产生一个溢出，溢出时这个计数器就会到 0 的位置
  • 溢出标志位：TF0，负责向中断系统申请中断请求
  • TR0 控制定时器的启动是否暂停，当 TR0 = 1 时开始计数
    

2. 中断系统

2.1 概述

2.2 中断程序流程

2.3 STC89C52 中断资源

• 中断源个数：8 个（外部中断 0、定时器 0 中断、外部中断 1、定时器 1 中断、串口中断、定时器 2 中断、外部中断 2、外部中断 3）
  • 中断优先级个数：4 个
  • 中断号
    

注意：中断的资源和单片机的型号是关联在一起的，不同的型号可能会有不同的中断资源，例如中断源个数不同、中断优先级个数不同等等

3. 定时器和中断系统

3.1 连接框图

• 中断源：INT0（外部中断 0）、INT1（外部中断 1）、T0（定时器 0）、T1（定时器 1）、RXD 和 TXD（同属串口中断）
  

3.2 相关寄存器

• 寄存器是连接软硬件的媒介，在单片机中寄存器就是一段特殊的 RAM 存储器

  • 一方面，寄存器可以存储和读取数据
  • 另一方面，每一个寄存器背后都连接了一根导线，控制着电路的连接方式
  • 单片机中两种寄存器：ROM 和 RAM
    

• 可位寻址/不可位寻址

  • 可位寻址可以单独的对一位寄存器进行赋值：如 P2 = 1; P2_1 = 1; 都可
  • 不可位寻址就是它的寄存器只能进行整体的进行赋值

3.3 寄存器配置

• TMOD 配置

  • 1.5 小节提到模式 1 最常用，则 M1 = 0，M0 = 1
  • 选用 SYSclk 系统时钟，则 C/T(取反) = 0
  • GATE(门控端)，GATE = 0

• TCON 配置

  • TF0 中断溢出标志位，程序中可直接先给 TF0 = 0，因为一旦 TF0 = 1 就会产生中断
  • TR0 = 1 表示开始计数
  • IE0 和 IT0 用来控制外部中断引脚，但 GATE 门控端 = 0，所以不用配置这两个
  • TH0 = 64536/256; // 取出高 8 位
  • TL0 = 64536%256; // 取出低 8 位

3.4 中断配置

• 参照 3.1 小节连接框图配置如下参数
  • ET0 = 1
  • EA = 1
  • PT0 = 0

3.3 代码示例

1、按键控制 LED 流水灯模式

• Delay.h

#ifndef __DELAY_H__
#define __DELAY_H__

void Delay(unsigned int xms);

#endif

• Delay.c

void Delay(unsigned int xms) {
    unsigned char i, j;
    while (xms--) {
        i = 2;
        j = 239;
        do {
            while (--j);
        } while (--i);
    }
}

• Key.h

#ifndef __KEY_H__
#define __KEY_H__

unsigned char Key();

#endif

• Key.c

#include 
#include "Delay.h"

/**
  * @brief  获取独立按键键码
  * @param  无
  * @retval 按下按键的键码，范围：0~4，无按键按下时返回值为0
  */
unsigned char Key() {
    unsigned char KeyNumber=0;
    
    if (P3_1 == 0) {Delay(20); while (P3_1 == 0); Delay(20); KeyNumber = 1;}
    if (P3_0 == 0) {Delay(20); while (P3_0 == 0); Delay(20); KeyNumber = 2;}
    if (P3_2 == 0) {Delay(20); while (P3_2 == 0); Delay(20); KeyNumber = 3;}
    if (P3_3 == 0) {Delay(20); while (P3_3 == 0); Delay(20); KeyNumber = 4;}
    
    return KeyNumber;
}

• Timer0.h

#ifndef __TIMER0_H__
#define __TIMER0_H__

void Timer0Init(void);

#endif

• Timer0.c

#include 

/**
  * @brief  定时器 0 初始化，1 毫秒 @12.000MHz
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void Timer0Init(void) {
    TMOD &= 0xF0;      // 把 TMOD 低 4 位清零，高四位保持不变
    TMOD |= 0x01;      // 把 TMOD 最低位置零，高四位保持不变
    TL0 = 0x18;        // 设置定时初值，低 8 位
    TH0 = 0xFC;        // 设置定时初值，高 8 位
    TF0 = 0;           // 清除 TF0 标志
    TR0 = 1;           // 定时器 0 开始计时
    ET0 = 1;
    EA = 1;
    PT0 = 0;
}

/*定时器中断函数模板
void Timer0_Routine() interrupt 1 {
    static unsigned int T0Count;
    TL0 = 0x18;  // 设置定时初值
    TH0 = 0xFC;  // 设置定时初值
    T0Count++;
    if (T0Count >= 1000) {
        T0Count = 0;	
    }
}
*/

• main.c

#include 
#include "Timer0.h"
#include "Key.h"
#include 

unsigned char KeyNum, LEDMode;

void main() {
    P2 = 0xFE;
    Timer0Init();
    while (1) {
        KeyNum = Key();          // 获取独立按键键码
        if (KeyNum) {            // 如果按键按下
            if (KeyNum == 1) {   // 如果 K1 按键按下
                LEDMode++;       // 模式切换
                if (LEDMode >= 2)
                    LEDMode = 0;
            }
        }
    }
}

void Timer0_Routine() interrupt 1 {
    static unsigned int T0Count;
    TL0 = 0x18;    // 设置定时初值
    TH0 = 0xFC;    // 设置定时初值
    T0Count++;     // T0Count 计次，对中断频率进行分频
    if (T0Count >= 500) {    // 分频 500 次，500ms
        T0Count = 0;
        if (LEDMode == 0)      // 模式判断
            P2 = _crol_(P2, 1);   // LED 输出
        if (LEDMode == 1)
            P2 = _cror_(P2, 1);
    }
}

2、 定时器时钟

• main.c

#include 
#include "Delay.h"
#include "LCD1602.h"
#include "Timer0.h"

unsigned char Sec=55,Min=59,Hour=23;

void main() {
    LCD_Init();
    Timer0Init();
    
    LCD_ShowString(1, 1, "Clock:");  // 上电显示静态字符串
    LCD_ShowString(2, 1, "  :  :");
    
    while (1) {
        LCD_ShowNum(2, 1, Hour, 2);	//显示时分秒
        LCD_ShowNum(2, 4, Min, 2);
        LCD_ShowNum(2, 7, Sec, 2);
    }
}

void Timer0_Routine() interrupt 1 {
    static unsigned int T0Count;
    TL0 = 0x18;    // 设置定时初值
    TH0 = 0xFC;    // 设置定时初值
    T0Count++;
    if (T0Count >= 1000) {  // 定时器分频，1s
        T0Count = 0;
        Sec++;          // 1 秒到，Sec 自增
        if (Sec >= 60) {
            Sec = 0;      // 60 秒到，Sec 清 0，Min 自增
            Min++;
            if (Min >= 60) {
                Min = 0;    // 60 分钟到，Min 清 0，Hour 自增
                Hour++;
                if (Hour >= 24) {
                    Hour = 0;  // 24 小时到，Hour 清 0
                }
            }
        }
    }
}