8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 11 - 定时器中断的使用

Posted 2021-07-14 Neutionwei

在第一篇到第九篇博文中，我们认识到了一些基于IO口输入与输出的基础电子器件使用：
《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 01 - 点亮一个LED》
《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 02 - LED延时约5s闪烁》
《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 03 - LED流水灯》
《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 04 - 蜂鸣器驱动》
《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 05 - 静态数码管驱动》
《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 06 - 动态数码管驱动》
《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 07 - 独立按键驱动》
《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 08 - 矩阵按键驱动》
《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 09 - LED点阵显示数字》
但现在我们要开始回到8051单片机内部，通过实战来认识它们的工作原理，你会发现通过它们可以去开发一些更有意思的东西！

这篇博文带领大家认识一下STC89C52RC单片机定时器中断的使用，如果你不了解什么是中断，建议你先看这篇：
《STC89C52RC单片机额外篇 | 01 - 认识中断、中断源以及中断优先级》

1 中断系统结构

以下这张图是从中断引脚到中断入口所经过的通道：

从图中不难看出T0与T1经过了TCON、IE、IP这些寄存器，因此我们在写程序时得把这些寄存器功能配置好，CPU才会按照我们的想法只执行！下面分别对这些寄存器进行介绍（稍微了解一下即可，忘记的时候再查）。

1.1 TCON寄存器

TCON(Timer Control Register)，中文叫定时器/计数器控制寄存器，TCON寄存器是用于中断触发方式设置以及中断标志。

各寄存器位的作用如下：

TCON寄存器位	作用
TF0(TF1)	计数溢出标志位。当计数器计数溢出时，该位置1
TR0(TR1)	定时器运行控制位。当TR0(TR1)＝0停止定时器/计数器工作；当TR0(TR1)＝1启动定时器/计数器工作
IE0(IE1)	外中断请求标志位。当CPU采样到P3.2(P3.3)出现有效中断请求时，此位由硬件置1。在中断响应完成后转向中断服务时，再由硬件自动清0
IT0(IT1)	外中断请求信号方式控制位。当IT0(IT1) =1 脉冲方式（后沿负跳有效）；当IT0(IT1)＝0电平方式（低电平有效）此位由软件置1或清0
TF0(TF1)	计数溢出标志位。当计数器产生计数溢出时，此位由硬件置1。当转向中断服务时，再有硬件自动清0。计数溢出的标志位的使用有两种情况：采用中断方式时，作中断请求标志位来使用；采用查询方式时，作查询状态位来使用

1.2 IE寄存器

IE(Interrupt Enable)，中文叫中断允许寄存器，它的作用是控制所有中断源的开放或禁止，以及每个中断源是否被允许。

各寄存器位的作用如下：

IE寄存器位	作用
EA	EA = 0时，所有中断禁止(即不产生中断)；EA = 1时，各中断的产生由个别的允许位决定
ES	串行口RX/TX中断允许
ET1	定时器T1中断允许
EX1	外中断INT1中断允许
ET0	定时器T0中断允许
EX0	外部中断INT0中断允许

1.3 IP寄存器

IP(Interrupt Priority)，中文叫中断优先级寄存器，它是用来设定各个中断源属于两级中断中的哪一级。

各寄存器位的作用如下：

IP寄存器位	作用
PS	串行口RX/TX中断优先
PT1	定时器T1中断优先
PX1	外中断INT1中断优先
PT0	定时器T0中断优先
PX0	外部中断INT0中断优先

2 定时器/计数器结构

以下这张图是定时器/计数器结构框图：

从图中不难如果我们要使用定时器，必须要初始化TH1(TH0)、TL1(TL0)、TCON与TMOD寄存器，对于TCON寄存器，在前面的中断系统结构中，我们已经学习到了，下面分别对TH1(TH0)、TL1(TL0)与TMOD寄存器的使用进行介绍。

2.1 TH1(TH0)与TL1(TL0)寄存器

TH1(TH0)与TL1(TL0)，它们都是定时值存储寄存器，用于存储定时器的计数值，其中TH1/TL1 用于 T1，TH0/TL0 用于 T0。以下是它们各个寄存器的作用：

定时值存储寄存器	作用
TH1	定时器T1定时值的高字节
TL1	定时器T1定时值的低字节
TH0	定时器T0定时值的高字节
TL0	定时器T0定时值的低字节

2.2 TMOD寄存器

TMOD(TIMER MODE)，中文叫定时器模式寄存器，它用于给定时器设置工作方式。

我们看到TMOD寄存器前面四位与后面四位一模一样，其实前四位是用于设置定时器T1的模式，后四位是用于设置定时器T0的模式。

各寄存器位的作用如下：

TMOD寄存器位	作用
GATE	该位被置 1 时为门控位。当INTx脚为高电平并且TRx控制位被置1时使能定时器，定时器开始计时；当该位被清0时，只要TRx位被置1，定时器 就使能开始计时，而不受到单片机引脚INTx外部信号的干扰，常用来测量外部信号脉冲宽度
C/T	定时器/计数器选择位。该位被清零时用作定时器功能（内部系统时钟），被置 1用作计数器功能

上面这部分寄存器一般使用较少，通常不设置，使用复位默认值！下面是TMOD寄存器 M1/M0工作模式：

M1	M0	工作模式	描述
0	0	0	13 位定时器/计数器，TH1(TH0)的 8 位和TL1(TL0)的 5 位组成一个 13 位定时器
0	1	1	TH1(TH0)和 TL1(TL0) 组成一个 16 位的定时器/计数器
1	0	2	8 位自动重装模式，定时器/计数器溢出后TH1(TH0)重装到TL1(TL0)中
1	1	3	禁用定时器/计数器 T1，定时器/计数器T0变成 2 个 8 位定时器/计数器

下面列出各个工作模式下的内部工作图：

① 工作模式0：

② 工作模式1：

③ 工作模式2：

④ 工作模式3：

事实上，对于工作模式的设置，通常我们用得最多的是工作模式1和工作模式2。 为了更好地说明工作模式1和工作模式2的使用，我们先记住一句话：1个机器周期含6个状态周期，12个振荡周期。如果使用12M频率的晶振，那么它的振荡周期就是1/12（us)，即机器周期为1us！那么定时器/计数器每计数1次，则花费1us。

对于工作模式1，我们可以理解以下这个例子：

通过计算N=500，即要定时1ms，需要机器周期运行500次，那么为什么X=65536-500？结合前面的内部工作图，我们知道溢出(0xFFFF+1=65536)才能TF0位设置为1，由于定时器计数是往上自加的，所以从65026开始自加到65536刚好计数500次，也就是1ms。所以在此处TH0=0xFE，TL0=0x0C，也就是X的前八位与后八位。

对于工作模式2也是，由于只使用TL0进行计数，所以最大计数为256次，自动重装模式的意思是每次溢出(0xFF+1=256)后，TH0里面存的计数值会直接复制到TL0，因此TH0只存计数值，而不会计数。

3 原理图

① LED灯：

② 数码管原理图：

③ 数码管的位选使用138译码器进行解析，关于这块我们可以参考这篇文章：《数字器件认识 | 74HC138三八译码器的应用》。

④ MCU原理图：

4 代码

① 中断服务函数：

我们知道我们编写的C程序，函数的执行是从main主函数开始执行，现在有了中断，自然就产生一个中断服务函数：

从图中我们可以知道单片机在发生中断的时候，程序的执行过程会从主程序A跳到中断服务程序B，在执行完中断服务程序B后，会返回到之前主程序A被中断打断处继续执行程序。

那么我们如何指定中断服务程序？具体参考以下模板（对于函数名你可以随便写，当然最好贴近有意义的命名）。

外部中断0的中断服务函数：

void Int0()	interrupt 0
{
	... // 中断服务程序中要执行内容
}

定时器0的中断服务函数：

void Timer0()	interrupt 1
{
	... // 中断服务程序中要执行内容
}

外部中断1的中断服务函数：

void Int1()	interrupt 2
{
	... // 中断服务程序中要执行内容
}

定时器1的中断服务函数：

void Timer1()	interrupt 3
{
	... // 中断服务程序中要执行内容
}

串行口的中断服务函数：

void Serial()	interrupt 4
{
	... // 中断服务程序中要执行内容
}

② 使用单片机内部定时器T0可以实现准确延时，让LED循环点亮1秒，熄灭1秒：

#include "reg52.h"			 //此文件中定义了单片机的一些特殊功能寄存器

typedef unsigned int u16;	  //对数据类型进行声明定义
typedef unsigned char u8;

sbit led=P2^0;	 //定义P20口是led

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : Timer0Init
* 函数功能		   : 定时器0初始化
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void Timer0Init()
{
	TMOD|=0x01; //选择为定时器0模式，工作模式1，仅用TR0打开启动。

	TH0=0xFC;	//给定时器赋初值，定时1ms
	TL0=0x18;	
	ET0=1; //打开定时器0中断允许
	EA=1; //打开总中断
	TR0=1; //打开定时器			
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : main
* 函数功能		 : 主函数
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void main()
{	
	Timer0Init();  //定时器0初始化
	while(1);		
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : void Timer0() interrupt 1
* 函数功能		   : 定时器0中断函数
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void Timer0() interrupt 1
{
	static u16 i;
	TH0=0xFC;	//给定时器赋初值，定时1ms
	TL0=0x18;
	i++;
	if(i==1000)
	{
		i=0;
		led=~led;	
	}	
}

③ 使用单片机内部定时器T1可以实现准确延时，让数码管最后一位间隔一秒循环显示0-F：

#include "reg52.h"			 //此文件中定义了单片机的一些特殊功能寄存器

typedef unsigned int u16;	  //对数据类型进行声明定义
typedef unsigned char u8;

sbit LSA=P2^2;
sbit LSB=P2^3;
sbit LSC=P2^4;

u8 code LedChar[]={
	0x3F,  //"0"
    0x06,  //"1"
    0x5B,  //"2"
    0x4F,  //"3"
    0x66,  //"4"
    0x6D,  //"5"
    0x7D,  //"6"
    0x07,  //"7"
    0x7F,  //"8"
    0x6F,  //"9"
    0x77,  //"A"
    0x7C,  //"B"
    0x39,  //"C"
    0x5E,  //"D"
    0x79,  //"E"
    0x71,  //"F"
    0xff, //全亮
    0x00  //熄灭
};

u8 n=0;

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : Timer1Init
* 函数功能		   : 定时器1初始化
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void Timer1Init()
{
	TMOD|=0X10; //选择为定时器1模式，工作模式1，仅用TR1打开启动。

	TH1=0xFC;	//给定时器赋初值，定时1ms
	TL1=0x18;	
	ET1=1; //打开定时器1中断允许
	EA=1; //打开总中断
	TR1=1; //打开定时器			
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : main
* 函数功能		 : 主函数
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void main()
{	
	LSA=0;
	LSB=0;
	LSC=0;
	Timer1Init();  //定时器1初始化
	while(1);		
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : void Timer1() interrupt 3
* 函数功能		   : 定时器0中断函数
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void Timer1() interrupt 3
{
	static u16 i;
	TH1=0xFC;	//给定时器赋初值，定时1ms
	TL1=0x18;
	i++;
	if(i==1000)
	{
		i=0;
		P0=LedChar[n++];
		if(n==16)n=0;	
	}	
}