蓝桥杯单片机比赛学习：6、中断系统之定时器中断的基本原理

2023-05-16

上节我们讲了中断的外部中断，基本的了解了一下中断，这一节我们继续来学习中断系统的定时器中断基本原理，本节很重要无论是在比赛中还是在单片机、嵌入式等的学习上都有着很重要的地位。如对本作者有兴趣可以去我主页看其他章节Do My Best的博客_CSDN博客-蓝桥杯单片机比赛学习,sim800c模块领域博主。

定时器中断的基本概念

定时器中断就是根据系统时钟频率自行设置中断时间（多长时间进一次定时器中断），在中断服务函数里写自己想做的程序。定时器有着定时、计数、精准延时、小车速度调节等重要的作用，而且在模拟生成PWM时很方便可以更好的调节小车的速度，而且定时器中断节省了CPU资源。比如，如果要想使LED灯以1s为间隔闪烁，原始思想我们可以加个1s延迟程序使LED闪烁，这样会消耗很多CPU资源；但是现在有了定时器就可以节约CPU负载，我们可以根据系统频率调节好定时器中断时间，这样就可以在不打断CPU执行其他程序时也可以实现LED灯的闪烁，这样就节约了CPU资源。因为定时器有着这样的好处，所以在单片机领域有着重要的地位。

定时器的使用

如下图，我们使用烧写软件STC-ISP生成时钟12T模式、定时长度为1ms的定时器。我们可以看到在初始化定时器的时候我们使用到了AUXR、TMOD、TL/TH、TCON（TF、TR）、IE寄存器，这几个寄存器在初始化的时候很重要，在这里我们务必熟练的掌握。下面我们也会讲其内部结构和使用原理。

定时器时钟模式：

12T模式（将系统时钟进行12分频）是指12个时钟周期执行一条语句。

1T模式（将系统时钟进行1分频）是指1个时钟周期执行一条语句。

定时器定时长度：

定时长度由加法计数器（ TH 和 TL）控制，给TH 和 TL不同的值定时器的定时长度不同。这里我们不要求掌握，因为在考试中我们可以借助烧写软件STC-ISP生成任意定时长度的定时器。

void Timer0Init(void)		//1毫秒@12.000MHz
{
	AUXR &= 0x7F;		//定时器时钟12T模式
	TMOD &= 0xF0;		//设置定时器模式
	TL0 = 0x18;		    //设置定时初值
	TH0 = 0xFC;		    //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;            //允许定时器0中断
    EA = 1;             //允许系统总中断
}

定时器内部结构及其寄存器

如下图，IAP15F2K61S2 单片机内部集成了 3 个 16 位的定时/计数器 T0、 T1 和 T2，其核心部件是一个加法计数器（ TH 和 TL），对输入脉冲进行计数，当发生溢出时进入中断。若计数脉冲来自系统时钟，则为定时器方式；若计数脉冲来自 T0（ P34）、 T1（ P35）或 T2（ P31）引脚，则为计数器方式。

1、定时器/计数器0/1的控制寄存器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：定时器T1溢出中断标志。T1被允许计数以后，从初值开始加1计数。当产生溢出时TF1置 “1”，向CPU请求中断，一直保持到CPU响应中断时，才由硬件清“0”（也可由软件清“0”）。

TR1：定时器T1的运行控制位。该位由软件置位和清零。当GATE=0，TR1=1时就允许T1开始计数，TR1=0时禁止T1计数。当GATE=1，TR1=1且INT1输入高电平时，才允许T1计数。

TF0、TR0和TF1、TR1类似，这里就不再解释。

IE1:外部中断1请求源(INT1/P3.3）标志。IE1=1，外部中断向CPU请求中断，当CPU响应该中断时由硬件使IE1清“0”。

IT1:外部中断源1触发控制位。IT1=0，外部中断1 上升沿或下降沿均可触发。IT1=1，外部中断1为下降沿触发。

IE0、IT0和IE1、IT1类似，这里就不再解释。

2、定时器/计数器的工作模式寄存器TMOD

定时/计数器 T0 和 T1 具有四种工作方式，由特殊功能寄存器 TMOD 中的 M1 和 M0 位决定，
如下图1所示。我们这里只讲定时器0，定时器1的工作模式与定时器0的类似，这里就不再讲定时器1了。要看定时器0首先我们先看低4位

第3位 GATE：当GATE=0，TR1=1时就允许T1开始计数，TR1=0时禁止T1计数。当GATE=1，TR1=1且INT1输入高电平时，才允许T1计数。我们一般默认为“0”

第2位 C/T：当C/T=0，为定时模式。当C/T=1，为计数模式。

第1位和第0位我们合并在一起来表示4种工作方式：M1 M0如下图2所示

这里的工作方式我们要注意：定时器0/1有上述4种工作方式，但是定时器2只有16 位自动重装初值这1种工作方式。

3、辅助寄存器AUXR

由于STC15系列的的单片机都是1T的8051单片机，为了更好的兼容传统12T的51单片机设置了此寄存器。此寄存器可以通过分频（12分频和1分频）设置单片机的时钟频率。如下图所示，这里我们只讲图中框出的几位。

T0x12：定时器的速度控制位。T0x12=0，定时器采用12分频；T0x12=1，定时器采用1分频。

其它两位也是类似。

4、中断允许寄存器 IE

EA：控制系统总中断。EA=1，打开总中断；EA=0，关闭总中断。

ET1:控制定时器1的中断。ET1=1，打开定时器1中断；ET1=0，关闭定时器1中断。

ET0:控制定时器0的中断。ET0=1，打开定时器0中断；ET0=0，关闭定时器0中断。

以上就是使用定时器时所要了解的全部寄存器。下面我们来详细说一下在比赛中使用定时器的步骤。

使用定时器的步骤：

（1）确定工作方式（这里只能设置定时器0/1的工作方式，定时器2有固定的的工作方式），给工作模式寄存器 TMOD 写入控制字。

例：TMOD=0x42，我们对照上述寄存器，可以看到此寄存器为8位寄存器，高4位设置定时器1的工作模式，低4位设置定时器0的工作模式。我们将16进制的0x42化为2进制的0100 0010，就很容易看出寄存器写入的值，进而推出定时器的工作方式。这里为了让大家更好的理解我画了草图，如下图

（2）通过设置AUXR的值确定是采用 1T 还是采用 12T 方式，计算定时/计数器的初值，并将初值写入寄存器 TH和 TL。

例：我们在比赛中一般题目都是要求单片机内部振荡器频率设定为 12MHz。如下图3所示
AUXR &= 0x7F; 这里就是设置定时器时钟12T模式，（这里的 “&=” 如有不理解请去(1条消息) 蓝桥杯单片机比赛学习：2、蜂鸣器和继电器的使用和基本原理_Do My Best的博客-CSDN博客有详细解释）这里将16进制0x7F化为2进制0111 1111就可以看出定时器0为12T（12分频），分频后的频率为1MHz，则加法计数器每加1都需要耗时1us，此时我们通过设置TH、TL的初始值就可以精确的设置每进一次中断的时间，详细解释如图4所示。

（3）根据需要设置中断控制寄存器 IE 和 IE2 的初值，决定是否开放定时器中断（ET0/ET1/EA=1打开中断）。
（4）将控制寄存器 TCON 中的 TR0、 TR1 和 TR2 位置 1 ，启动定时/计数器。

代码实现：

运用定时器中断，L1以500ms为间隔闪烁，L8以1s为间隔闪烁。

#include "stc15f2k60s2.h"
#include "intrins.h"

sbit L1=P0^0;

/* 选择通道并且输入数据 */
void slect_138_573(unsigned char channel, unsigned char dat)
{
	P0 = 0x00;
	P0 = dat;										/* 这里用P0而不用其他端口是因为我们操作LED、数码管、继电器、蜂鸣器都是对P0进行操作 */
	switch(channel)							        /* 选择通道 */
	{
		case 4:										/* 使Y4输出低电平0，也就是操作LED */
			P2 = (P2 & 0x1f) | 0x80;                /* （P2 & 0x1f）就是将前3位清0，再操作前3位。将0x80转为2进制1000 0000，这里只看前3位100就是Y4 */
		break;
		case 5:										/* 使Y5输出低电平0，也就是操作继电器和蜂鸣器 */
			P2 = (P2 & 0x1f) | 0xa0;
		break;
		case 6:										/* 使Y6输出低电平0，也就是操作8个数码管 */
			P2 = (P2 & 0x1f) | 0xc0;
		break;
		case 7:										/* 使Y7输出低电平0，也就是操作8个数码管中的1个数码管显示值 */
			P2 = (P2 & 0x1f) | 0xe0;
		break;
		case 0:										/* 关闭所有通道 */
			P2 = (P2 & 0x1f) | 0x00;
		break;
	}
	P2 = (P2 & 0x1f) | 0x00;		/* 使用后，关闭所有通道 */
	
}

void Timer0Init(void)		//1毫秒@12.000MHz
{
	AUXR &= 0x7F;		//定时器时钟12T模式
	TMOD &= 0xF0;		//设置定时器模式
	TL0 = 0x18;		    //设置定时初值
	TH0 = 0xFC;		    //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;				//定时器0中断使能
	EA=1;				//使能总中断 
}

unsigned int count=0;
unsigned char led_stat=0xff;
void Timer0Service(void)  interrupt 1
{
	count++;
	if(count%500==0)        /* 500ms为间隔 */
	{
		if((led_stat&0x01)==0x01)    /* 检查第0位是否为1 */
				led_stat &= ~(0x01); /* 第0位为1，则清0（0x01取反为0xfe，0xfe再与上0x01，将第0位清0）*/ 
		else
				led_stat |= (0x01);  /* 第0位为0，则置1 */
		slect_138_573(4,led_stat);
	}
	if(count%1000==0)
	{
		count=0;
		if((led_stat&0x80)==0x80)
				led_stat &= ~(0x80);
		else
				led_stat |= (0x80);
		slect_138_573(4,led_stat);
	}
}



void System_init(void)
{
	slect_138_573(4,0xff);
	slect_138_573(5,0x00);
	Timer0Init();
}

void main(void)
{
	System_init();
	while(1)
	{
	}
}

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