51单片机-定时器中断

2023-05-16

1.定时器/计数器

1.1.工作原理

1.2.相关寄存器

1.3.工作模式（模式1）

2.中断系统

2.1.中断的概念

2.2.中断结构

2.3.中断源

2.4.相关寄存器

3.如何配置定时器中断

4.实际应用

4.1.LED闪烁

4.2.独立按键控制LED流水灯

4.3.计时器

5.知识点

5.1.什么是静态局部变量

1.定时器/计数器

1.1.工作原理

工作原理：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

1.2.相关寄存器

1.工作模式寄存器TMOD

GATE：门控制；GATE=0，仅有运行控制位TRx来控制定时/计数器的开启；GATE=1，由TRx和外部中断脉冲计数。（用于计算外部中断负跳变的次数）
C/T：计数器模式和定时器模式选择；C/T=0，选择定时器模式；C/T=1，选择计数器模式
M1/M0:选择定时/计数器的工作模式，如下表：

2.定时器/计数器控制寄存器TCON

TF0/ TF1：是定时器中断标志（定时器0溢出标志位、定时器1溢出标志位）
TR0 /TR1：打开相应的定时器（定时器0运行控制位，=1时启动定时器0、定时器1运行控制位，=1时启动定时器1）；由软件清0关闭定时器0/1。当GATE=1，且INIT为高电平时，TR1置1启动定时器1；当GATE=0时，TR1置1启动定时器0/1。
IT0/IT1：是外部中断的触发方式； =0时低电平触发，=1时负跳变触发。
IE0/IE1：是外部中断的标志位

1.3.工作模式（模式1）

模式1：16位定时器/计数器，由TL0作为低8位，TH0作为高8位，组成了16位加1计数器

当GATE=0（TMOD.3）时，如TR0=1，则定时器计数；GATE=1时，允许由外部输入INT0控制定时器0，这样可以实现脉宽测量；TR0位TCON寄存器内的控制位；

当C/T=0时，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工作在定时模式；

当C/T=1时，多路开关连接到外部脉冲输入P3.4/T0，即使=T0工作在计数模式；

2.中断系统

2.1.中断的概念

中断：当CPU正在处理某项事务的时候，如果外界或者内部发生了紧急事件，要求CPU暂停正在处理工作而去处理这个紧急事件，待处理完后，再回到原来中断的地方，继续执行原来被中断的程序，这个过程称作中断；

中断系统：实现这种功能的部件称为中断系统（中断机构），包含了中断源，中断方式，中断控制寄存器，中断响应和中断请求的撤除；
中断源：请示 CPU 中断的请求源称为中断源；
中断嵌套：中断过程中又有中断发生称为中断嵌套；
中断服务子程序：中断执行的程序称为中断服务子程序；
中断优先级：中断的处理有高优先级和低优先级之分，且低优先级中断可以被高优先级中断所中断，反之不能

2.2.中断结构

2.3.中断源

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，如中断源个数不同、中断优先级个数不同等等

2.4.相关寄存器

1.中断允许寄存器IE

EA: 总中断允许； EA=0，CPU屏蔽所有中断的请求；EA=1，开放所有中断。
ES：串行口中断允许位；ES=0，禁止串行中断；ES=1，允许串口中断。
ET0/ET1：定时器/计数器0和定时器/计数器1，中断允许位=0时，禁止相应的定时器中断；=1时，允许相应的定时器中断。
EX0/EX1：外部中断0和外部中断1，中断允许位=0时，禁止相应的外部中断；=1时，允许相应的外部中断。
——：无效位

2.中断优先寄存器IP

PS: 串行口中断优先级 PS = 1;(高) 。PS = 0; (低)。
PT0：定时器0中断优先级 PT0 = 1;(高) PT0 = 0;(低)。
PT1：定时器1中断优先级 PT1 = 1;(高) PT1 = 0;(低)。
PX0：外部中断0中断优先级 PX0 = 1;(高) PX0 = 0;(低)。
PX1：外部中断1中断优先级 PX1 = 1;(高) PX1 = 0;(低)。
——：无效位

IP寄存器不做设置，上电复位后为00H（IP = 0X00），默认是为低优先级；优先级从低到高：外部中断0→定时器0→外部中断1→定时器1→串口
把IP寄存器设置为：IP = 0X10；优先级从高到低：串口→外部中断0→定时器0→外部中断1→定时器1

3.如何配置定时器中断

如何配置定时器中断呢，大置流程TMOD-->TCON-->计数器初值-->中断配置；如配置为模式1，且定时为1ms的中断系统：

工作模式寄存器TMOD配置：不可位寻址，需整体赋值，TMOD=0000 0001；
控制寄存器TCON配置：因GATE=0，所以中断控制开关有TR0控制；TR0=1；
计数器初值配置：如果定时1ms；初值就为1ms / 1us = 1000；也就是要计数1000个数，初值 = 65535-1000+1 = 64536，65536才会溢出；所以初值即FC18H(十进制为64536)，TH0=0xFC，TL0=0x18；
中断配置：TF0=0//一旦=1的时候，产生中断；EA=1//总中断允许；ET0=1//允许对应定时器中断；PT0=0//低优先级；
//*定时器中断函数
void Timer0_Init()
{
    //*TMOD配置：配置为0x01，为不干扰定时器1，改用如下代码
    TMOD&=0xF0;//把TMOD的低四位清零，高四位保持不变
    TMOD|=0x01;//把TMOD的低四位置1，高四位保持不变
    
    //*TCON配置
    TR0=1;//定时器0开始计算

    //*计数器配置：初值设置为64535
    TH0=0xFC;//设置定时初值 64535/256
    TL0=0x18;//设置定时初值 64535%256
    /********************************************
      如单片机为12Mhz晶振,则  
      时钟周期: 1/12000000   机器周期: 12/12000000
      
      假设定时1ms,则
          次数*(12/12000000)=0.001
      则 
          次数=1000
      而单片机的定时器相当于一个水桶，能装65535,要让他数1000次就满，
      所以要在里面提前装好65535-1000的水才可以。
    **********************************************/

    //*中断配置
    TF0=0;//清楚TF0标志
    ET0=1;//对应的定时器中断允许
    EA=1;//总中断允许
    PT0=0;//低优先级
}

4.实际应用

4.1.LED闪烁

功能需求：LED闪烁，每过一秒，改变LED的状态，用定时器中断实现

程序设计：配置定时器中断；主程序可以啥也不干，运行1000次，中断溢出，去执行中断子程序；中断子程序用来设计LED的闪烁效果（确定是哪颗灯闪烁，闪烁的周期等）

main.c文件

#include <REGX52.H>

//*定时器中断程序
void Timer0_Init()
{
	TMOD&=0xF0;
	TMOD|=0x01;
	TR0=1;
	TH0=0xFC;
	TL0=0x18;
	TF0=0;
	ET0=1;
	EA=1;
	PT0=0;
}

//*主程序
void main()
{
	Timer0_Init();//调用定时器中断函数，循环1000次之后（1ms），中断溢出
	while(1)
	{
	
	}
}

//*中断服务程序
unsigned int T0Count;
void Timer0_Routine() interrupt 1//中断溢出后，执行中断服务程序
{
	TH0=0xFC;
	TL0=0x18;//因中断溢出之后，初始值从0开始计算；为确保是1ms的循环周期，故要在此处重新配置初始值为64535
	T0Count++;
	if(T0Count>=1000)//我们需要LED灯1s亮灭，1s=1000*1ms
	{
		T0Count=0;//T0Count归零
		P2_0=~P2_0;	//取反，LED闪烁
	}
}

4.2.独立按键控制LED流水灯

功能需求：通过独立按键，控制LED流水灯左右移动

程序设计：配置定时器中断，主程序用来设计独立按键按下之后的结果，中断子程序用来设计流水灯的效果

main.c文件

#include <REGX52.H>
#include <INTRINS.H>
#include"Delay.h"

//*定时器中断程序
void Timer0_Init()
{
	TMOD&=0xF0;
	TMOD|=0x01;
	TR0=1;
	TH0=0xFC;
	TL0=0x18;
	TF0=0;
	ET0=1;
	EA=1;
	PT0=0;
}

//*独立按键子程序
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;
}

//*主程序
unsigned char KeyNum,LEDMode;
void main()
{
	P2=0xFE;
	Timer0_Init();
	while(1)
	{
		KeyNum=Key();//调用独立按键程序
		if(KeyNum)
		{
			if(KeyNum==1)//如果按键1按下
			{
				LEDMode++;
				if(LEDMode>=2)LEDMode=0;//控制LEDMode只有0和1两个变量
			}
		}
	}
}

//*中断服务程序
void Timer0_Routine() interrupt 1
{
	static unsigned int T0Count;
	TH0=0xFC;
	TL0=0x18;
	T0Count++;
	if(T0Count>=500)//500ms为一周期
	{
		T0Count=0;
		if(LEDMode==0) P2=_crol_(P2,1);//调用系统程序<INTRINS.H>中的左移功能
		if(LEDMode==1) P2=_cror_(P2,1);//调用系统程序<INTRINS.H>中的右移功能
/*按键按1次左移，再按1次右移*/
	}
}

4.3.计时器

功能需求：通过LCD1602，显示简单的计时功能

程序设计：配置定时器中断，主程序用来显示“时间”；中断子程序用来设计分秒时如何换算（60进1）过程

main.c文件

#include <REGX52.H>
#include"Delay.h"
#include"LCD1602.h"

//*定时器中断程序
void Timer0_Init()
{
	TMOD&=0xF0;
	TMOD|=0x01;
	TR0=1;
	TH0=0xFC;
	TL0=0x18;
	TF0=0;
	ET0=1;
	EA=1;
	PT0=0;
}

//*主函数
unsigned char Sec,Min,Hour;
void main()
{
	LCD_Init();
	Timer0_Init();
	LCD_ShowString(1,1,"Clock:");
	LCD_ShowString(2,3,":");
	LCD_ShowString(2,6,":");
	while(1)
	{
		LCD_ShowNum(2,1,Hour,2);
		LCD_ShowNum(2,4,Min,2);
		LCD_ShowNum(2,7,Sec,2);
	}
}

//*中断子函数
void Timer0_Routine() interrupt 1
{
	static unsigned int T0Count;
	TH0=0xFC;
	TL0=0x18;
	T0Count++;
	if(T0Count>=1000)
	{
		T0Count=0;
		Sec++;
		if(Sec>=60)
		{
			Sec=0;
			Min++;
			if(Min>=60)
			{
				Min=0;
				Hour++;
				if(Hour>=24)
				{
					Hour=0;
				}
			}
		}
	}
}

5.知识点

5.1.什么是静态局部变量

使用：局部变量前加static，修饰局部变量为静态局部变量。

作用：改变局部变量的销毁时期。静态局部变量的作用域和局部变量的作用域一样，当定义它的函数或语句块结束的时候，作用域结束。不同的是，静态局部变量存储在静态存储区，当静态局部变量离开作用域后，并没有被销毁。当该函数再次被调用的时候，该变量的值为上次函数调用结束时的值。
void Timer0_Routine() interrupt 1
{
	static unsigned int T0Count;//静态局部变量
	TH0=0xFC;
	TL0=0x18;
	T0Count++;
	if(T0Count>=500)
	{
		T0Count=0;
		if(LEDMode==0) P2=_crol_(P2,1);
		if(LEDMode==1) P2=_cror_(P2,1);
	}
}

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