51单片机入门：定时器与中断系统

定时器的介绍

定时器：51单片机的定时器属于单片机的内部资源，其电路的设计连接和运转均在单片机内部完成。根据单片机内部的时钟或者外部的脉冲信号对寄存器中的数据加1，定时器实质就是加1计数器。因为又可以定时又可以计数，又称之为定时/计数器。

作用：在写程序时经常会用到延时代码，比如用循环来实现延时（即让CPU不断进行记数）。但CPU在记数（执行延时）的时候做不了其他的事情，且这种延时是不精确的。因此需要一个工具来帮助CPU进行记数，而这个工具便是定时器。

例如你想在十分钟后做某事，如果身边没有任何工具，你就要自己数600秒，而在你数数时无法分心做其他事。但如果身边有个闹钟，就能定一个10分钟的闹钟，而在这10分钟内你可以做别的事情。

需要注意的是定时器大部分使用情况要搭配中断系统。

与定时器相关的寄存器：TH1、TL1、TH0、TL0、TMOD、TCON。

与中断相关的寄存器：IE、IP。

定时与计数

定时功能：通过内部或外接的晶振（即SYSclk），对内部寄存器中的值进行递增计数，当计数到预设值时，定时器会产生一个中断请求信号，通知CPU进行相应处理。（相当于闹钟响了提醒你该做事情了，即定时作用）

计数功能：主要通过外部引脚（T0 Pin/T1 Pin）来实现，只有当外部事件发生时才会产生一个脉冲信号，触发内部寄存器进行加1操作。（它不像定时功能一样以固定的频率递增计数）

定时器资源

以STC89C52为例，其定时器个数为3个（T0、T1、T2），T0、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关联在一起，不同型号可能含有不同的定时器个数和操作方式。但一般来说，T0、T1的操作是所有51单片机共有的。

CPU时序

指令周期：CPU每取出一条指令并执行这条指令，都要完成一系列的操作，这一系列操作所需要的时间称为指令周期。

机器周期（CPU周期）：在计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段（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。

时钟周期：时钟周期T又称为振荡周期，由单片机片内振荡电路OSC产生，常定义为时钟脉冲频率的倒数，是时序中最小的时间单位。例如，若某单片机时钟频率为1MHz，则它的时钟周期T应为1μs。

三种周期的关系：指令周期由若干（通常1~4）个机器周期组成，而机器周期又包含若干（通常为12）个时钟周期。

状态周期：每个状态周期为时钟周期的两倍。

例如：当外接晶振为12MHz时，51单片机相关周期的具体值为：振荡周期=1/12us；状态周期=1/6us；机器周期=1us；指令周期=1~4us；

定时器工作模式

对于STC89C52的T1和T0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/计时器
模式2	8位自动重装模式
模式3	两个8位计数器

其中模式1最为常用，故只介绍模式1。模式1的内部连接如下所示，可分为三个部分：

SYSclk：系统时钟，即晶振频率，通常为12MHz或11.0592MHz。

进位规则：模式1下，T0的定时器配置为16位定时/计数器，由TL0和TH0的8位（共16位）构成。当TL0的8位溢出时向TH0的8位进位，TH0技术溢出时，向TCON中的溢出标志为TF0进位（TF0由0变1）。

对于TL、TH可设置初始值来决定计数时间：

//定时为1ms
TL0 = 0x66;		//设置定时初值  64535%256+1
//当计数到65535时还需再来一个脉冲才会产生溢出，故1ms的计数初值为64536
TH0 = 0xFC;		//设置定时初值  64535/256

计数速率：STC89C52系列的单片机的定时器有两种计数速率（分频）：一种是12T模式，每12个时钟加1，与传统8051单片机相同；另一种是6T模式，每6个时钟加1，速度是传统8051单片机的两倍。

计数器由时钟提供提供脉冲信号，经过分频器（12分频或6分频），每来一次脉冲则计数器加1，当计数到达65535时下一个脉冲会溢出，触发中断（即告诉CPU闹钟响了该干事情了）。

工作方式寄存器TMOD

TMOD用于设置定时/计数器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1，不可按位寻址，具体如下：

位	0	1	2	3	4	5	6	7
字节地址：89H	M0	M1	C/T	GATE	M0	M1	C/T	GATE

C/T为定时/计数选择位，寄存器TMOD中的一位，用来控制选择开关：当C/T为1时，连接T0 Pin，为计数器功能；当C/T为0时，连接SYSclk（系统时钟），为定时器功能。

GATE为门控位，当GATE为0时，经过非门为1，进入或门（因为或门为有1出1，因此此时可忽略INT0），再进入与门，当TR0为1时才能出1，这样contorl开关才能连通；当GATE为1时，INT0必须为1，TR0为1时开关才能连通。

M0/M1为四种工作模式设置位

M1M0	工作模式	说明
0 0	模式0	13位定时/计数器
0 1	模式1	16位定时/计数器
1 0	模式2	8位自动重装
1 1	模式3	两个8位计数器

对于TMOD的初始化，例如我们要使用T0定时器（低四位），但不改变T1定时器（高四位）的1配置：


TMOD &= 0xF0;		//把TMOD低四位清零，高四位保持不变
TMOD |= 0x01;		//把TMOD的最低位置1，高四位保持不变

工作方式寄存器TCON

TCON的高四位用于定时/计数器的启动和中断申请；低四位用于外部中断。可按位寻址，此处只介绍高四位。

位	0	1	2	3	4	5	6	7
字节地址：88H					TR0	TF0	TR1	TF1

TF1：T1溢出中断请求标志，T1计数溢出时由硬件自动使TF1=1。CPU响应中断后硬件自动使TF1=0。（TF1也可以由软件置1或0）

TR1：T1运行的控制位。当TR1=1时，T1开始工作；当TR1=0时，T1停止工作。TR1由软件控制，故软件可控制定时/计数器的启动与停止。

TF0、TR0：针对于T0，作用与上述的TF1、TR1一样。

中断系统

中断系统是为了使CPU具有对外界紧急事件的实时能力而设置的。

中断：当CPU正在处理某件事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事件，处理完后再回到原来被中断的地方，继续原来的工作。实现这种功能的部件称为中断系统。

中断源：请示CPU中断的请求源称为中断源。中断系统一般允许多个中断源，当几个中断源同时向CPU请求中断时，要进行优先级排序（优先处理最紧急的中断请求源）。CPU总是先响应优先级别高的中断请求。

中断优先级：决定先执行哪个中断。当同时出现多个中断请求时，CPU会按照优先级从高到低依次执行中断服务程序。

中断嵌套：当CPU正在处理一个中断源请求时，发生了另一个优先级高的中断源请求。CPU暂停对原来的中断源的服务程序，转而去处理优先级更高的中断请求源，处理完后再回到原低级中断服务程序，最后回到主程序。此过程为中断嵌套。这样的中断系统为多级中断系统，没有中断嵌套的系统为单级中断系统。

中断源分类

对于传统的51单片机而言，共有5个中断源。同时因为单片机是向下兼容的，基本都含有这5个中断源。

外部中断0（INT0）：由P3.2引脚输入的中断请求信号，中断序号为0。

外部中断1（INT1）：由P3.3引脚输入的中断请求信号，中断序号为2。

定时器T0中断：由定时/计数器T0的定时或计数溢出所产生的中断请求信号，中断序号为1。

定时器T1中断：由定时/计数器T1的定时或计数溢出所产生的中断请求信号，中断序号为3。

串行口中断（ES）：由串行数据发生完成（TI）或接收完成（RI）产生的中断请求，中断序号为4。

中断相关的寄存器

TCON寄存器

位	0	1	2	3	4	5	6	7
字节地址：88H	IT0	IE0	IT1	IE1	TR0	TF0	TR1	TF1

IT0：外部中断0的触发方式选择位。当它为1时，对应的引脚为下降沿触发中断；当它为0时，对应的引脚为低电平触发方式。

IE0：外部中断0的中断请求标志位。当它为1时触发中断，即开始向CPU发送中断请求；单片机响应完中断后重新由硬件置0。

IT1：外部中断1的触发方式选择位。与IT0的功能类同。

IE1：外部中断0的中断请求标志位。与IE0的功能类同。

中断允许寄存器IE

位	7	6	5	4	3	2	1	0
字节地址：A8H	EA			ES	ET1	EX1	ET0	EX0

EA：总中断允许控制位。用来开启或屏蔽所有中断请求信号。当EA为1时，中断请求能够被响应；当EA为0时，屏蔽所有中断请求。

EA=1; //打开总中断，必备

ES：串行口中断允许控制位。为1时能够响应串行口的中断请求，为0则屏蔽。

ET1：定时/计数器1中断允许控制位。

EX1：外部中断1中断允许控制位。

ET0、EX0：分别为定时/计数器0、外部中断0的中断允许控制位。

中断优先级寄存器IP

位	7	6	5	4	3	2	1	0
字节地址：B8H				PS	PT1	PX1	PT0	PX0

PS为串行口中断优先级控制位；PT1为T1中断优先级控制位；PX1为外部中断1中断优先级控制位；PT0为T0的中断优先级控制位；PX0为外部中断0的中断优先级控制位。

中断服务函数

形式如下，当中断响应时执行函数中的代码。

void 函数名() intreeupt 中断号
{
    //执行你希望执行的任务
}

使用中断的基本代码：以使用定时器0为例

void main()
{
    EA=1;       //打开总中断的开关
    ET0=1;      //打开定时器0的中断开关
    TMOD=0x01;   //设置定时器0的工作模式、功能选择
    TR0=1;       //启动定时器0
    while(1)
    {
        //主程序
    }
}

void Timer0() interrupt 1   //定时器0的中断号为1
{
    //中断服务程序
}