代码收藏家 【51单片机】中断&定时器原理解析 + 使用
学习使用的开发板：STC89C52RC/LE52RC
编程软件：Keil5
烧录软件：stc-isp
开发板实图：
文章目录
在介绍定时器前，需要先对中断有所了解，定时器的核心机制之一就是使用了中断
中断
中断是为使CPU具有对外界紧急事件的实时处理能力而设置的
当CPU正在处理某件事时，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事件，处理完后，再回到原来被中断的地方，继续原来的工作，这个过程被称为中断
中断程序流程
左侧图：在主程序执行期间，发现有中断请求到来，会先打个断点，然后进行中断响应，执行
中断处理程序，完成后返回断点，继续执行主程序
右侧图：以程序地址空间的形式展示处理中断的过程，发生中断时，会跳转到中断处理程序的地址空间，执行完再跳转回主程序的地址空间
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
如果使用C语言编程，中断查询次序号就是中断号
其中 Timer0_Routine(void) 为定时器T0的中断处理函数，中断号为1，Timer1_Routine(void)为定时器T1的中断处理函数，中断号为3，以此类推
注意：中断资源和单片机型号是关联在一起的，不同型号可能会有不同的中断资源，例如中断资源个数不同，中断优先级个数不同等
如下是一个较为简单的中断结构图，只有两个优先级
左侧的INT0 和 INT1 为外部中断0和1，T0 和 T1 为定时器中断0 和 1
可以看到，要想让中断启用，还需要连通电路。例如想让定时器中断0启动，还需要将ET0 = 1， EA = 1，PT0选择一个优先级，0或1都可
定时器
我们对中断已经有了一些了解，接下来我们介绍定时器
定时器介绍：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。
引入如下场景：独立按键控制LED流水灯的方向
LED灯的操作是周期性的，独立按键的检测则是时刻不停的，我们无法将两个任务线性组合在一起。
例如检测到按键按下，还需要等待按键松开，那么此时线性的执行会被卡在等待独立按键松开，而无法让LED灯呈现流水状。此时就可以使用 定时器 完成该需求
定时器作用：
每隔一固定时间完成一项操作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 是所有51单片机所共有的。
STC89C52 共有 3 个定时器(T0、T1、T2)，T0和T1与传统的51单片机兼容，T2 是此型号增加的资源
定时器框图
定时器在单片机内部就像一个小闹钟，根据时钟输出信号，每隔"一定时间"，计算单元的数值就增加1，当计数单元数值增加到"设定的闹钟提醒时间时"，计算单元就会向中断系统发出中断请求，产生"响铃提醒"，使程序跳转到对应的中断处理函数中
定时器工作模式
STC89C52的 T0 和 T1均有四种工作模式
工作模式1框图：
该框图由时钟系统、计数系统和中断系统三部分组成
计数系统
TH0(time high) 和 TL0(time low)是计数单元，TH0为高8位，TL0为低8位，所以总共能计数 0 ~ 65535。当时钟系统发出一个脉冲周期后，计数系统每收到一个脉冲周期，计数单位就会 + 1，当超出最大值后溢出，发出中断请求时钟系统
时钟系统有两个来源，SYSclk和T0 Pin引脚
SYSclk：系统时钟，即晶振周期，本开发板上的晶振为12MHz。该时钟系统有两条线路，分别为12T分频和6T分频。如果为12T分频，则输出为1MHz，周期为1微秒，即每隔1微秒输出到计数系统一次，进行一次计数控制部分
C/T=0，多路开关连接到系统时钟的分频输出，T0对时钟周期计数，T0工作在定时方式；C/T=1，多路开关连接到外部脉冲输入P3.4/T0，即工作在计数方式GATE=0(TMOD.3)时，如TR0=1，则定时器计数。GATE = 1，允许由外部输入INT0控制定时器0，这样可以实现脉宽测量定时器和中断系统工作方式如下
定时器相关寄存器
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
寄存器相当于一个复杂机器的“操作按钮”
因为TCON涉及到TMOD，我们先讲解TMOD
TMOD定时器/计数器工作模式寄存器
-
TMOD高4位为控制定时器1，低四位为控制定时器0
-
定时和计数功能由特殊功能寄存器TMOD的控制位
C/T进行选择； -
M1和M0组合决定定时器/计数器的工作模式，共4种模式，其中模式0、1、2两个定时器相同，模式3不同
后续操作使用定时器T0，所以着重讲解定时器T0，定时器T1配置基本相同
| 位 | 符号 | 功能 |
|---|---|---|
| TMOD.3(第3位) | GATE | TMOD.3控制定时器0，置1时只有在INT0脚为高及TR0控制位置1时才可打开定时器/计数器0 |
| TMOD.2 | C/T | TMOD.2控制定时器0用作定时器或计数器；清0用作定时器(从内部系统时钟输入)，置1用作计数器(从T0/P3.4脚输入) |
GATE的逻辑可参看下图
M1和M0用作选择工作模式
TCON
TCON为定时器/计数器T0、T1的控制寄存器，同时也锁存T0、T1溢出中断源和外部请求中断源等，TCON格式如下：
TF1，TR1和TF0，TR0作用相同，只是前者是控制定时器T1，后者是控制定时器T0。后续操作使用定时器T0，所以讲解TF0和TR0
TF0：定时器/计数器T0溢出中断标志。T0被允许计数后，从初值开始计数+1，当最高位产生溢出后，由硬件置“1”TF0，向CPU请求中断，一直保持CPU响应该中断时，才由硬件清零“0”TF0（也可由程序查询清“0”）TR0：定时器T0的运行控制位。该位由软件置位和清零。当GATE(TMOD.3) = 0，TR0 = 1就允许T0开始计数，TR0 = 0禁止计数；GATE(TMOD.3) = 1，TR0 = 1且INT0输入高电频，才允许T0计数IE0：外部中断0请求源(INT0P3.2)标志。IE0 = 1外部中断0向CPU请求中断，当CPU响应外部中断时，由硬件清“0”IE0（边沿触发方式）IT0：外部中断0触发方式控制位。IT0 = 0时，外部中断0为低电平触发方式，当INT0(P3.2)输入低电频时，置位IE0。采用低电频触发方式时，外部中断源(输入到INT0)必须保持低电频有效，直到该中断被CPU响应，同时在该中断服务程序执行完之前，外部中断源必须被清除(P3.2要变高)，否则将产生另一次中断。当IT0 = 1时，则外部中断0(INT0)端口由“1” -> “0” 下降沿跳变，激活中断请求标志位IE0，向主机请求中断处理编码
初始化定时器
初始化定时器主要分为三部分：定时器选择，中断系统，计数单元
定时器选择
- 首先我们要选择定时器，而非计数器。通过
TMOD的C/T = 0。 - 接下来，选择定时器工作模式——16位定时器/计数器，即TH0和TL0全用。通过
TMOD的M0 = 0， M1 = 1
因为TMOD是不可位寻址，只能8位一起赋值，不能向P2I/O口那样，可以使用P2_1 = 1，单独给第一位赋1
因为我们使用定时器T0，所以保持定时器T1部分配置不变
TMOD &= 0xF0; //高4位保持不变，低4位清零
TMOD |= 0x01; //高4位保持不变，低4位为0001
计数单元
系统频率为12MHz，我们选择12T模式，则到达计数单元的时钟为1MHz，即1us 计数加1
16位定时器范围为0 ~ 65535，我们想实现1ms的周期，可以设置初值为64535，距离溢出为1000us，即1ms
TH0 = 64535 / 256; //高8位
TL0 = 64535 % 256; //低8位
但其实定时器溢出是达到65536才会发出中断请求，上述设置会有1us的误差，追求准确的话，TL0再加1即可
TH0 = 64535 / 256; //高8位
TL0 = 64535 % 256 + 1; //低8位
中断系统
TCON的TF0和TR0TF0 = 0; //溢出标志位，初始化为0，硬件置1
TR0 = 1; //允许中断
//中断开关
ET0 = 1; //定时器0的中断开关
EA = 1; //中断总开关
PT0 = 0; //中断优先级为低
到此定时器的初始化就完成了，完整代码如下：
#include <REGX52.h>
/**
* @brief 初始化定时器0
* @parm 无
* @retval 无
*/
void Timer0Init()
{
//TMOD选择定制器0，不可位寻址，只能一起赋值
//高4位是定时器1，低4位是定时器0
//从高到底分别为GATE,C/T,M1,M0，详细看说明手册
//M1, M0 为01，选择16位定时器
TMOD &= 0xF0; //高4位保持不变，低4位清零
TMOD |= 0x01; //高4位保持不变，低4位为0001
//定时器初值，每当超过65535，会发生一次中断，1us + 1
//设置初值为64535，距离超时有1000us，即1ms
TH0 = 64535 / 256; //高8位
TL0 = 64535 % 256 + 1; //低8位
//定时器中断
TF0 = 0; //溢出标志位，初始化为0，硬件置1
TR0 = 1; //允许中断
//中断开关
ET0 = 1; //定时器0的中断开关
EA = 1; //中断总开关
PT0 = 0; //中断优先级为低
}
也可以使用STC-ISP直接生成定时器初始化方法
注意上述配置都要选择正确，不然无法达到预期效果
其中代码中的AUXR &= 0x7F是较高版本的51单片机的新配置，本型号不支持，需要将该行代码删除
定时器时钟只有1T和12T模式，要选择6T，可在左侧设置
中断处理函数
定时器0的中断号为1， 中断处理函数如下：
void Timer0_Rountine(void) interrupt 1
{
}
我们要实现每隔1s进行的任务，可使用额外的变量辅助
void Timer0_Rountine(void) interrupt 1
{
static unsigned int timeCount = 0;
timeCount++;
if(timeCount >= 1000)
{
timeCount = 0;
}
}
注意：每次发送中断，还需要对计数单元进行初始化，否则计数单元溢出就不是1us了
void Timer0_Rountine(void) interrupt 1
{
TH0 = 64535 / 256; //高8位
TL0 = 64535 % 256 + 1; //低8位
static unsigned int timeCount = 0;
timeCount++;
if(timeCount >= 1000)
{
timeCount = 0;
}
}
独立按键改变LED流水灯方向
使用模块化编程
延迟器模块——用于等待按键松开
Delay.h
#ifndef __DELAY_H__
#define __DELAT_H__
void Delayms(unsigned char xms);//等待指定毫秒
#endif
Delay,c
//等待指定时间，单位是毫秒
void Delayms(unsigned char xms) //@12.000MHz
{
while(xms--)
{
unsigned char i, j;
i = 2;
j = 239;
do
{
while (--j);
} while (--i);
}
}
独立按键模块——检测哪个按键按下
SoleKey.h
#ifndef __SOLEKEY_H__
#define __SOLEKEY_H__
unsigned char soleKey();
#endif
SoleKey.c
#include <REGX52.h>
#include "Delay.h"
/**
* @brief 获取独立按键的键码(哪个被按下)
* @parm 无
* @retval 独立按键的键码
*/
unsigned char soleKey()
{
unsigned char keyNum = 0;
if(P3_1 == 0){Delayms(20);while(P3_1 == 0);Delayms(20);keyNum = 1;}
if(P3_0 == 0){Delayms(20);while(P3_0 == 0);Delayms(20);keyNum = 2;}
if(P3_2 == 0){Delayms(20);while(P3_2 == 0);Delayms(20);keyNum = 3;}
if(P3_3 == 0){Delayms(20);while(P3_3 == 0);Delayms(20);keyNum = 4;}
return keyNum;
}
定时器模块——初始化定时器，提供定时器中断处理函数模板
Timer.h
#ifndef __TIMER_H__
#define __TIMER_H__
void Timer0Init();
#endif
Timer.c
#include <REGX52.h>
/**
* @brief 初始化定时器0
* @parm 无
* @retval 无
*/
void Timer0Init()
{
//定时器模式
//TMOD选择定制器0，不可位寻址，只能一起赋值
//高4位是定时器1，低4位是定时器0
//从高到底分别为GATE，C/T，M1，M0
//GATE = 0，只要TR0为1就可以打开定时器
//C/T = 0，选择定时器
//M1, M0 为01，代表选择模式1——16位定时器
//选择定时器T0
//所以低四位为0001
TMOD &= 0xF0; //高4位保持不变，低4位清零
TMOD |= 0x01; //高4位保持不变，低4位为0001
//计数单元中断
TF0 = 0; //溢出标志位，初始化为0，硬件置1
TR0 = 1; //允许中断
//中断开关
ET0 = 1; //定时器0的中断开关
EA = 1; //中断总开关
PT0 = 0; //中断优先级为低
//定时器初值，每当超过65535，会发生一次中断，1us + 1
//设置初值为64535，距离超时有1000us，即1ms
TH0 = 64535 / 256; //高8位
TL0 = 64535 % 256 + 1; //低8位
}
定时器0中断函数模板
//void Timer0_Rountine(void) interrupt 1
//{
// TH0 = 64535 / 256; //高8位
// TL0 = 64535 % 256 + 1; //低8位
// static unsigned int timeCount = 0;
// timeCount++;
// if(timeCount >= 1000)
// {
// timeCount = 0;
// }
//}
主程序
主函数循环检测按键按下，定时器0中断处理函数根据按键按下情况改变LED流水灯方向
main.c
#include <REGX52.h>
#include <INTRINS.h>
#include "Timer.h"
#include "SoleKey.h"
unsigned int timeCount = 0, mode = 0, keyNum = 0;
/**
* @brief 根据独立按键改变LED流水灯的方向
* @parm 无
* @retval 无
*/
void Timer0_Routine(void) interrupt 1
{
//注意每次中断都要初始化定时值
TH0 = 64535 / 255; //高8位
TL0 = 64535 % 255; //低8位
timeCount++;
if(timeCount >= 1000)
{
timeCount = 0;
if(mode == 0)//模式一，LED向右
P2 = _crol_(P2, 1);
else//模式二，LED向左
P2 = _cror_(P2, 1);
}
}
void main()
{
Timer0Init();
P2 = 0xFE;//初始化LED灯为只有D1亮
while(1)
{
keyNum = soleKey();
if(keyNum == 1)
{
mode++;
if(mode >= 2)
mode = 0;
}
}
}
补充：改变LED流水灯方向使用_cror_和_crol_这两个方法，其作用为循环右移和左移，不用考虑溢出导致的全0的情况，其函数声明在头文件<INTRINS.h>
以上就是本篇博客的所有内容，感谢你的阅读
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作者：好想有猫猫
