07 51单片机之定时器

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1、前言

在前面的文章中介绍了51单片机之矩阵键盘，今天介绍单片机的定时器。

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2、定时器

1. 定时器介绍：51单片机的定时器属于单片机的内部资源，其电路的连接和运转均在单片机内部完成。
2. 定时器作用：
   • 用于计时系统，可实现软件计时，或者使程序每隔一固定时间完成一项操作。
   • 替代长时间的Delay，提高CPU的运行效率和处理速度。
   • 操作系统多任务的切换等等（参考STM模块）。

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3、STC89C52定时器资源

• 定时器个数：3个(T0、T1、T2)，T0和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是关联在一起的，不同的型号可能会有不同的定时器个数和操作方式，但一般来说，T0和T1的操作方式是所有51单片机所共有的。

3-1、定时器/计数器（T0/T1）

1. STC89C52系列单片机的定时器0和定时器1，与传统8051的的定时器完全兼容，当在定时器1做波特率发生器时，定时器0可以当两个8位定时器用。
2. STC89C52系列单片机内部设置的两个16位定时器/计数器T0和T1都具有计数方式和定时方式两种工作方式。对每个定时器/计数器(T0和T1)，在特殊殊功能寄存器TMOD中都有一控制位一C/T来选择T0或T1为定时器还是计数器。定时器/计数器的核心部件是一个加法(也有减法)的计数器，其本质是对脉冲进行计数。只是计数脉冲来源不同：如果计数脉冲来自系统时钟，则为定时方式，此时定时器/计数器每12个时钟或者每6个时钟得到一个计数脉冲，计数值加1；如果计数脉冲来自单片机外部引脚(T0为P3.4,T1为P3.5)，则为计数方式，每来一个脉冲加1。
3. 当定时器/计数器工作在定时模式时，可在烧录用户程序时在STC-ISP编程器中设置(如下图所示)是系统时钟÷12还是系统时钟÷6后让T0和T1过进行计数。当定时器/计数器工作在计数模式时，对外部脉冲计数不分频。
   

Figure1. STC-ISP编程器设置

4. 定时器/计数器0有4种工作模式：模式0(13位定时器/计数器)，模式1(16位定时器/计数器模式)，模式2(8位自动重装模式)，模式3(两个8位定时器/计数器)。定时器/计数器1除模式3外，其他工作模式与定时器/计数器0相同，T1在模式3时无效，停止计数。

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3-2、定时器框图

定时器在单片机内部就像一个小闹钟一样，根据时钟的输出言号，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。

Figure2. 定时器框图

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3-3、定时器/计数器0和1的相关寄存器

Figure3. 定时器/计数器0和1的相关寄存器

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3-3-1、定时器/计数器控制寄存器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：

Figure4. 定时器/计数器控制寄存器TCON

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3-3-2、定时器/计数器工作模式寄存器TMOD

定时和计数功能由特殊功能寄存器TMOD的控制位C/\T进行选择，TMOD寄存器的各位信息如下表所列。可以看出，2个定时/计数器有4种操作模式，通过TMOD的M1和M0选择。2个定时/计数器的模式0、1和2都相同，模式3不同，各模式下的功能如下所述。

Figure5. 定时器/计数器工作模式寄存器TMOD

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3-4、模式1：16位定时器/计数器（常用）

由于STC89C52的T0和T1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/计数器；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。模式1除了使用了TH0及TL0全部16位外，其他与模式0完全相同。即此模式下定时器/计数器0作为16位定时器/计数器，如Figure5. 定时器/计数器0的模式1:16位定时器/计数器所示为工作模式1的框图。

Figure5. 定时器/计数器0的模式1:16位定时器/计数器

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1. 此模式下，定时器配置为16位定时器/计数器，由TL0的8位和TH0的8位所构成。TL0的8位溢出向TH0进位，TH0计数溢出置位TCON中的溢出标志位TF0。TL最大值是65535，然后就给TF0置位，触发中断操作。
2. SYSclk：系统时钟，即晶振周期，本开发板上的晶振为12MHz。
3. 当GATE=0(TMOD.3)时，如TRO=1，则定时器计数。GATE=1时，允许由外部输入INTO控制定时器0，这样可实现脉宽测量。TR0为TCON寄存器内的控制位，TCON寄存器各位的具体功能描述见上节TCON寄存器的介绍。
4. 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工作在定时方式。当C/ \T=1时，多路开关连接到外部脉冲输入P3.4/T0，即T0工作在计数方式。
5. STC89C52系列单片机的定时器有两种计数速率：一种是12T模式，每12个时钟加1，与传统8051单片机相同；另外一种是6T模式，每6个时钟加1，速度是传统8051单片机的2倍。T0的速率在烧录用户程序时在STC-ISP编程器中设置。

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4、中断系统

4-1、概念介绍

1. 中断系统是为使CPU具有对外界紧急事件的实时处理能力而可设置的。
2. 当中央处理机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，处理完以后，再回到原来被中断的地方，继续原来的工作，这样的过程称为中断。实现这种功能的部件称为中断系统，请示CPU中断的请求源称为中断源。微型机的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，要求为它服务的时候，这就存在CPU优先响应哪一个中断源请求的问题。通常根据中断源的轻重缓急排队，优先处理最紧急事件的中断请求源，即规定每一个中断源有一个优先级别。CPU总是先响应优先级别最高的中断请求。
3. 当CPU正在处理一个中断源请求的时候(执行相应的中断服务程序)，发生了另外一个优先级比它还高的中断源请求。如果CPU能够暂停对原来可中断源的服务程序，转而去处理优先级更高的中断请求源，处理完以后，再回到原低级中断服务程序，这样的过程称为中断嵌套。这样的中断系统称为多级中断系统，没有中断嵌套功能的中断系统称为单级中断系统。
4. STC89C52系列单片机提供了8个中断请求源，它们分别是：外部中断0(\INT0)、定时器0中断、外部中断1(\INTI)、定时器1中断、串口(UART)中断、定时器2中断、外部中断2(\INT2)、外部中断3(\INT3)。所有的中断都具有4个中断优先级。用户可以用用关总中断允许位(EA/IE.7)或相应中断的允许位来屏蔽所有的中断请求，也可以用打开相应的中断允许位来使CPU响应相应的中断申请：每一个中断源可以用软件独立地控制为开中断或关中断状态：每一个中断的优先级别均可用软件设置。高优先级的中断请求可以打断低优先先级的中断，反之，低优先级的中断请求不可以打断高优先级及同优先级的中断。当两个相同优先级的中断同时产生时，将由查询次序来决定系统先响应哪个中断。
   

Figure6. 中断程序流程图

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Table1. 中断查询次序

通过设置新增加的特殊功能寄存器IPH中的相应位，可将中断优先级设为四级，如果只设置IP或XICON，那么中断优先级就只有两级，与传统80511单片机两级中断优先级完全兼容。如果使用C语言编程，中断查询次序号就是中断号，例如:

Table2. 中断查询次序号

void	中断函数接口	中断号
void	Int0_Routine(void)	interrupt 0;
void	Timer0_Rountine(void)	interrupt 1;
void	Int1_Routine(void)	interrupt 2;
void	Timer1_Rountine(void)	interrupt 3;
void	UART_Routine(void)	interrupt 4;
void	Timer2_Routine(void)	interrupt 5;
void	Int2_Routine(void)	interrupt 6;
void	Int3_Routine(void)	interrupt 7;

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4-2、中断系统结构

Figure7. 中断系统结构

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4-3、中断系统寄存器

寄存器是连接软硬件的媒介。在单片机中寄存器就是一段特殊的RAM存储器，一方面，寄存器可以存储和读取数据，另一方面，每一个寄存器背后都连接了一根导线，控制着电路的连接方式。寄存器相当于一个复杂机器的"操作按钮"。

Figure8. 中断系统寄存器

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4-3-1、中断允许寄存器IE

Figure9. 中断允许寄存器IE

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4-3-2、中断允许寄存器XICON

Figure10. 中断允许寄存器XICON

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4-3-3、中断优先级控制寄存器IP/XICON和IPH

Figure11. 中断优先级控制寄存器IP/XICON和IPH

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4-3-4、定时器/计数器0/1控制寄存器TCON

Figure12. 定时器/计数器0/1控制寄存器TCON

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4-3-5、串行口控制寄存器SCON

Figure13. 串行口控制寄存器SCON

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4-3-6、定时器/计数器2控制寄存器T2CON

Figure14. 定时器/计数器2控制寄存器T2CON

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5、工程编码

5-1、点亮一个LED（Timer0）

Figure15. 点亮一个LED

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#include <REGX52.H>void Timer0_Init()
{/* 1.set timer0 as mode1 (16-bit). M1 = 0, M0 = 1. */TMOD = 0x01; /* 2.TF0 = 0 */TF0 = 0;/* 3.timer0 start running. */TR0 = 1;/* 4.0~65535 每隔1us计数加一, 总共定时时间65535us. 64535离计数器溢出差值1000, 所以计时时间为1ms. *//* 4-1.initial timer0 low byte. */TH0 = 64535 / 256; // 0xFC17 / 0x100/* 4-2.initial timer0 high byte. */TL0 = 64535 % 256; // 0xFC17 % 0x100/* 5.enable timer0 interrupt. */ET0 = 1;/* 6.open global interrupt switch. */EA = 1;/* 7. */PT0 = 0;}void main()
{Timer0_Init();//loopwhile(1){}
}void Timer0_Routine() interrupt 1
{P2_0 = 0;
}

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5-2、以1s间隔点亮LED（Timer0）

Figure16. 以1s间隔点亮LED

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#include <REGX52.H>void Timer0_Init()
{/* 1.set timer0 as mode1 (16-bit). M1 = 0, M0 = 1. */TMOD = 0x01; /* 2.TF0 = 0 */TF0 = 0;/* 3.timer0 start running. */TR0 = 1;/* 4.0~65535 每隔1us计数加一, 总共定时时间65535us. 64535离计数器溢出差值1000, 所以计时时间为1ms. *//* 4-1.initial timer0 low byte. */TH0 = 64535 / 256; // 0xFC17 / 0x100/* 4-2.initial timer0 high byte. */TL0 = 64535 % 256; // 0xFC17 % 0x100/* 5.enable timer0 interrupt. */ET0 = 1;/* 6.open global interrupt switch. */EA = 1;/* 7. */PT0 = 0;
}void main()
{Timer0_Init();//loopwhile(1){}
}unsigned int T0Cnt;void Timer0_Routine() interrupt 1
{/* Inhibit timer0 count overflow. *//* 4-1.initial timer0 low byte. */TH0 = 64535 / 256; // 0xFC17 / 0x100/* 4-2.initial timer0 high byte. */TL0 = 64535 % 256; // 0xFC17 % 0x100T0Cnt++;if(T0Cnt >= 1000) //1s = 1000ms{T0Cnt = 0;P2_0 = ~P2_0;}
}

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5-3、STC_ISP生成定时器配置代码

Figure17. 以1s间隔点亮LED（Timer0）

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void Timer0_Isr(void) interrupt 1
{TL0 = 0x18;				//设置定时初始值TH0 = 0xFC;				//设置定时初始值
}void Timer0_Init(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TMOD |= 0x01;			//设置定时器模式TL0 = 0x18;				//设置定时初始值TH0 = 0xFC;				//设置定时初始值TF0 = 0;				//清除TF0标志TR0 = 1;				//定时器0开始计时ET0 = 1;				//使能定时器0中断
}

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Figure18. STC_ISP生成定时器配置代码

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5-4、流水灯LED

Figure19. 流水灯LED

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#include <REGX52.H>
#include "Timer0.h"
#include "Key.h"
#include <INTRINS.H>unsigned char KeyNum,LEDMode;void main(void)
{P2 = 0xFE;Timer0_Init();//loopwhile(1){KeyNum = Key();if(KeyNum){if(1 == KeyNum){LEDMode++;if(LEDMode >= 2){LEDMode = 0;}}}}
}void Timer0_Isr(void) interrupt 1
{static unsigned int T0Cnt;/* Inhibit timer0 count overflow. */TL0 = 0x18;				//设置定时初始值TH0 = 0xFC;				//设置定时初始值T0Cnt++;if(T0Cnt >= 500) //0.5s = 500ms{T0Cnt = 0;if(LEDMode == 0)P2 = _crol_(P2,1);if(LEDMode == 1)P2 = _cror_(P2,1);}
}

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5-5、实验现象

流水灯LED

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5-6、时钟显示

Figure20. 时钟显示

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#include <REGX52.H>
#include "Timer0.h"
#include "Key.h"
#include <INTRINS.H>
#include "LCD1602.h"unsigned char KeyNum,LEDMode,Sec,Mins,Hour;void main(void)
{LCD_Init();Timer0_Init();P2 = 0xFE;LCD_ShowString(1,1,"GalaxyClock:");LCD_ShowString(2,1,"S:");LCD_ShowString(2,6,"M:");LCD_ShowString(2,11,"H:");//loopwhile(1){KeyNum = Key();if(KeyNum){if(1 == KeyNum){LEDMode++;if(LEDMode >= 2){LEDMode = 0;}}}LCD_ShowNum(2,3,Sec,2);LCD_ShowNum(2,8,Mins,2);LCD_ShowNum(2,13,Hour,2);}
}void Timer0_Isr(void) interrupt 1
{static unsigned int T0Cnt0,T0Cnt1;/* Inhibit timer0 count overflow. */TL0 = 0x18;				//设置定时初始值TH0 = 0xFC;				//设置定时初始值T0Cnt0++;T0Cnt1++;
//	if(T0Cnt0 >= 500) //0.5s = 500ms
//	{
//		T0Cnt0 = 0;
//		if(LEDMode == 0)
//			P2 = _crol_(P2,1);
//		if(LEDMode == 1)
//			P2 = _cror_(P2,1);
//	}if(T0Cnt1 >= 1000) //1s = 1000ms{T0Cnt1 = 0;Sec++;if(Sec >= 60){Sec = 0;Mins++;if(Mins >= 60){Mins = 0;Hour++;if(Hour >= 24){Hour = 0;}}}}
}

5-7、实验现象

时钟显示

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