【51单片机入门】速通定时器

文章目录

前言
- 定时器是什么
- 初始化定时器
- - 初始化的大概步骤
  - TMOD寄存器
  - C/T寄存器
- 触发定时器
- 中断是什么
- 中断函数
- 定时器点亮led
总结

前言

在嵌入式系统的开发中，定时器是一个非常重要的组成部分。它们可以用于产生精确的时间延迟，或者在特定的时间间隔内触发某些事件。在51单片机中，定时器的功能尤为强大，可以满足各种复杂的时间控制需求。本文将介绍51单片机的定时器，包括它们是什么，以及如何触发它们。

定时器是什么

定时器是单片机内部的一个重要模块，它可以按照预设的时间间隔产生一个中断。在51单片机中，有两个定时器，分别是定时器0和定时器1。每个定时器都有一个16位的计数器，可以被配置为四种不同的工作模式，以满足不同的应用需求。

初始化定时器

初始化的大概步骤

要触发定时器，我们需要进行以下步骤：

设置定时器模式：通过TMOD寄存器来设置定时器的工作模式。例如，如果我们想将定时器0设置为模式1（16位定时/计数器模式），我们可以写入TMOD = 0x01;。
加载定时初值：定时初值决定了定时器中断的触发频率。我们可以通过TH0和TL0寄存器来设置定时器0的初值。例如，我们可以写入TH0 = 0xFC; TL0 = 0x18;来设置定时初值，他就会以这个数开始–。在51单片机的定时器中，TH0是高8位，TL0是低8位。这两个寄存器共同组成了一个16位的定时/计数器。当我们说"设置定时器的初值"时，通常是指同时设置这两个寄存器的值。
开启定时器中断：通过IE寄存器来开启定时器的中断。例如，我们可以写入ET0 = 1; EA = 1;来开启定时器0的中断。
启动定时器：通过TR0位来启动定时器0。例如，我们可以写入TR0 = 1;来启动定时器。
在带有XX0中，0就是定时器编号，也可以写1，因为有两个定时器

初始化代码：

void Timer0_Init(void) {
    TMOD = 0x01;  // 设置定时器0为模式1
    TH0 = 0xFC;   // 设置定时初值
    TL0 = 0x18;   // 设置定时初值
    ET0 = 1;      // 开启定时器0中断
    EA = 1;       // 开启总中断
    TR0 = 1;      // 启动定时器0
}

TMOD寄存器

TMOD寄存器用于设置51单片机的定时器模式。它是一个8位的寄存器，分为两个部分：高4位用于设置定时器1，低4位用于设置定时器0。

每个定时器的设置都包括两个部分：工作模式（M1和M0）和工作方式（GATE和C/T）。以下是每个位的详细解释：

M1和M0：这两个位用于设置定时器的工作模式。有四种模式可供选择：
- 模式0（M1=0, M0=0）：13位定时/计数器模式。在这种模式下，定时器有12位的计数器（由TL和TH的低4位组成），和一个5位的预分频器（由TH的高4位组成）。
- 模式1（M1=0, M0=1）：16位定时/计数器模式。在这种模式下，定时器有16位的计数器（由TL和TH组成）。
- 模式2（M1=1, M0=0）：8位自动重装定时/计数器模式。在这种模式下，定时器有8位的计数器（由TL组成），并且在溢出时会自动重装TH的值。
- 模式3（M1=1, M0=1）：只对定时器0有效。在这种模式下，定时器0被分为两个8位的定时/计数器（由TL0和TH0组成）。
GATE：当GATE位被设置为1时，定时器/计数器只有在对应的INTx引脚（P3.2对于定时器0，P3.3对于定时器1）为高电平时才会运行。当GATE位被设置为0时，定时器/计数器会忽略INTx引脚的状态。

C/T寄存器

C/T：当C/T位被设置为1时，定时器会作为计数器使用，计数外部的脉冲信号。当C/T位被设置为0时，定时器会作为定时器使用，计数机器周期。
好的，让我通过一些例子来解释这个概念。

首先，我们来看当C/T位被设置为0时，定时器作为定时器使用的情况。在这种情况下，定时器会计数机器周期。例如，如果我们的单片机的时钟频率是12MHz，那么每个机器周期的时间就是1/12μs。是的，你的理解是正确的。在数字电路中，频率（单位为赫兹，Hz）是指在一秒钟内的周期数。所以，如果一个系统的频率是x MHz（兆赫兹，即百万赫兹），那么它在一秒钟内会有x百万个周期。

因此，每个周期的时间（也就是周期时间或者说是时钟周期）就是一秒钟的时间除以周期的数量。所以，对于x MHz的频率，每个周期的时间就是1/x μs（微秒，即百万分之一秒）。

用数学公式表示，就是：

$\frac{1}{f}$

其中，T是周期时间，f是频率。如果f的单位是MHz，那么T的单位就是μs。

如果我们设置定时器的初值为0xFFFF，那么定时器会在每个机器周期增加1，直到计数值溢出（达到0），这时就会触发一个中断。这就是我们通常说的定时器溢出，也是定时器最常见的用途。

然后，我们来看当C/T位被设置为1时，定时器作为计数器使用的情况。在这种情况下，定时器会计数外部的脉冲信号。例如，我们可以将一个按钮连接到定时器的计数输入端口（对于定时器0，这个端口是P3.4）。当我们按下按钮时，就会在这个端口产生一个脉冲信号。定时器会在每次检测到脉冲信号时增加1，直到计数值溢出（达到0），这时就会触发一个中断。这就是我们通常说的计数器溢出，也是计数器的一种常见用途。
当C/T位被设置为1时，定时器会作为计数器使用，计数外部的脉冲信号。在这种情况下，TH0和TL0的值通常被设置为0，因为我们希望从0开始计数外部的脉冲信号。

触发定时器

当定时器计数溢出时，就会触发一个中断，我们可以在中断服务程序中编写需要定时执行的代码。

中断是什么

中断，顾名思义，就是打断当前正在执行的任务，去做一些更重要的事情。你可以把它想象成你正在看电视，突然有人按门铃，你就需要"中断"你正在做的事情，去开门。

在计算机中，中断的概念也是类似的。当计算机正在执行一个程序时，如果发生了一个中断，计算机就会暂时停止执行当前的程序，去处理这个中断。处理完中断后，计算机会回到被中断的地方，继续执行原来的程序。

中断可以由很多事情触发，比如输入/输出设备（如键盘、鼠标）的操作，定时器的超时，甚至是软件的请求。处理中断的程序叫做中断服务程序或者中断处理程序。

中断是计算机实现并发操作的一种重要机制。通过中断，计算机可以在处理一个任务的同时，响应其他的事件。这使得计算机可以更有效地利用资源，提高工作效率。

我们的定时器也是调用中断的
在C语言中，中断运行的代码使用函数表示，中断发生后，会去运行中断中的代码

中断函数

中断函数相对我们的C语言函数，在参数列表后面加interrupt x即可，x为定时器编号，他从1开始

void Timer0_ISR(void) interrupt 1 {
	TH0 = 0xFC;   
	TL0 = 0x18;   
	//。。。。
}

在中断函数中需要重新装载THx与TLx，其中x为定时器编号

在51单片机的定时器中，"重新装载"是一个非常重要的概念。当我们说"重新装载"时，我们是指将定时器的计数值重新设置为它的初值。

那么，为什么我们需要重新装载呢？这主要是因为定时器的工作方式。当定时器开始运行时，它会从初值开始计数，每个机器周期增加1。当计数值达到最大值（对于16位定时器，这个值是0xFFFF）时，定时器就会溢出，并触发一个中断。

然而，如果我们在中断服务程序中不重新装载定时器的初值，那么定时器在下一个机器周期就会从0开始计数。这意味着定时器会立即再次溢出，并立即再次触发中断。这样，我们的中断服务程序就会被连续调用两次，而且这个过程会一直重复，导致我们的程序无法正常运行。

通过重新装载定时器的初值，我们可以控制定时器中断的触发频率。例如，如果我们希望定时器每1ms触发一次中断，我们就可以将定时器的初值设置为一个特定的值，使得定时器在1ms后溢出。然后，在每次中断服务程序被调用时，我们就重新装载这个初值，这样定时器就会在下一个1ms后再次溢出，再次触发中断。

定时器点亮led

当我们设置TH0和TL0为0xFC与0x18时，他们移除需要加下面数量：
在这里插入图片描述
当计数这么多时，就溢出触发中断

在51单片机中，定时器0的工作方式默认为模式1，也就是16位定时/计数模式。当TH0和TL0分别设置为0xFC和0x18时，定时器0的初始值为0xFC18。由于定时器0是16位的，所以它的最大值为0xFFFF。当定时器0从0xFC18开始计数，每次增加1，直到达到0xFFFF，然后溢出并回到0x0000，这个过程就会产生一个中断。

在一个12MHz的系统时钟下，每个机器周期为1/12μs。在定时器模式下，定时器每过12个机器周期就会增加1。因此，从0xFC18增加到0xFFFF所需的时间可以通过以下公式计算：

$\times 12 \times \frac{1}{12MHz}$

为什么需要+1？
这是因为计数是从0开始的。当我们从0xFC18计数到0xFFFF时，我们实际上是包括了0xFFFF这个数值的。所以，我们需要计算的是从0xFC18到0xFFFF的所有数值，包括这两个数值本身，总共有（0xFFFF - 0xFC18 + 1）个数值。

计算结果，我们可以得到定时器溢出并产生中断的时间。这就是当TH0和TL0设置为0xFC和0x18时，12MHz系统时钟下，溢出调用中断的时间。

#include <reg51.h>

sbit led = P1^0;

void Timer0_Init(void) {
    TMOD = 0x01;  // ?????0???1
    TH0 = 0xFC;   // ??????
    TL0 = 0x18;   // ??????
    ET0 = 1;      // ?????0??
    EA = 1;       // ?????
    TR0 = 1;      // ?????0
}

void Timer0_ISR(void) interrupt 1 {
	static unsigned short x = 0;
	TH0 = 0xFC;   
	TL0 = 0x18;   
	
	if( x == 0)
	{
		led = !led;
	}
	
	x++;
	x%= 500;
}

void delay(unsigned int ms) {
    unsigned int i, j;
    for(i = ms; i > 0; i--)
        for(j = 120; j > 0; j--);
}

void main()
{
	Timer0_Init();
	while(1)
	{
		
	}
}