硬件（二) 中断、定时器、PWM
一、独立按键模块
1. 硬件原理
P14刚开始为高电平（没按），按下K1后变低电平；
判断某个寄存器的值是否为零：eg：判断P1的第四位是否为零：if（（P1 & （1<<4））== 0）
二、中断系统
1、什么是中断？什么是中断源？
2、中断处理流程是什么？
3、什么是中断嵌套？
4、什么是中断向量表？
5、51单片机的定时器工作原理是什么？
6、什么是PWM？PWM有哪些重要参数？
1.中断：CPU再执行当前事情的时候，外界发生了紧急事件的请求，然后要CPU暂停当前正在执行的事情而去执行这个紧急事件，处理完紧急事件，转而继续回到原来被打断的地方继续原来的工作；中断源：请求CPU进行中断的请求源。
2.①终端源发出中断请求；②内核检查是否需要响应中断，以及该中断是否被屏蔽；③内核检查中断的中断优先级；④保护现场；⑤执行中断服务函数；⑥恢复现场；
3.CPU在处理中断的时候，遇到了一个优先级更高的中断请求；如果当前CPU可以暂停处理该中断，转而去处理优先级更高的中断，处理结束后，再去处理当前处理的优先级较低的中断的话，这样的过程就叫中断嵌套。注意：51单片机可以执行二级中断嵌套。
4.就是存储中断函数的指针的数组，中断函数共有八种，分别是四个外部中断，三个定时中断，还有1个串口中断。
5.51单片机的晶振是用于提供系统时钟的，通过压电效应产生固定频率的机械振动，转化为电信号后输出方波。内部通常将晶振信号12分频后作为机器周期；单片机的定时器有两个16位的计数器（自增），每经过一个机器周期，计数器就会自动加一；在计数器计数超出所在范围后，会产生溢出，只要开启计数器，内核会检测到溢出位置一，就会发生一次中断。然后对CPU中断再进行一系列处理。
6.PWM就是脉冲调制，跳变方波；它有两个重要参数：周期和占空比。周期表示一个脉冲信号的长度；占空比表示高电平在一个周期内所占的时间比。
| 中断源 | 中断向量地址 | 中断请求标志位 | 中断允许控制位 | 对应引脚 |
|---|---|---|---|---|
| 外部中断 0（INT0） | 0003H | IE0 | EX0 | P3.2 |
| 定时器 0（T0） | 000BH | TF0 | ET0 | - |
| 外部中断 1（INT1） | 0013H | IE1 | EX1 | P3.3 |
| 定时器 1（T1） | 001BH | TF1 | ET1 | - |
| 串口中断（UART） | 0023H | RI+TI | ES | P3.0（RXD）、P3.1（TXD） |
- 中断优先级：支持 4 级优先级（通过 IP/IPH 寄存器配置），低优先级不可打断高优先级，同优先级按 “查询次序” 响应（外部中断 0 > 定时器 0 > 外部中断 1 > 定时器 1 > 串口）。
1. 中断执行流程
- 中断请求：中断源触发（如外部引脚电平变化、定时器溢出），置位对应请求标志位（如 IE0、TF0）；
- 中断检测：CPU 每执行完一条指令，检查 “中断总开关（EA）是否打开” 及 “该中断是否被允许（如 EX0、ET0）”；
- 优先级判断：优先响应高优先级中断；
- 保护现场：自动保存当前程序计数器（PC）值（用于后续返回）；
- 执行服务函数：跳转到中断向量地址，执行用户编写的中断服务函数；
- 恢复现场：执行完后自动恢复 PC 值，返回原任务继续执行。
2. 中断与轮询的区别
| 对比维度 | 中断机制 | 轮询机制 |
|---|---|---|
| 触发方式 | 设备主动通知 CPU | CPU 主动循环检查设备 |
| 资源占用 | 仅中断触发时占用 CPU，效率高 | 持续占用 CPU 周期，浪费资源 |
| 实时性 | 实时性强（紧急事件立即响应） | 实时性差（依赖检查间隔） |
| 实现方式 | 硬件触发 + 服务函数 | 软件循环判断 |
| 适用场景 | 紧急事件（如按键、传感器） | 低速、非紧急设备（如 LED 闪烁） |
三、定时器 / 计数器
1. 工作原理
- 本质：16 位 / 8 位加法计数器，从 “初值” 开始计数，每 1 个机器周期加 1，计满溢出后置位中断标志（如 TF0），触发中断。
- 核心公式：
机器周期 Tcy=fosc12（fosc 为晶振频率，51 单片机固定 12 分频）；
定时时间 最大计数值初值。 - 常用晶振：12MHz（Tcy=1μs，计算方便）、11.0592MHz（串口波特率无误差）。
2. 关键寄存器
（1）定时器控制寄存器（TCON，地址 88H，可位寻址）
| 位号 | B7 | B6 | B5 | B4 | B3 | B2 | B1 | B0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 符号 | TF1 | TR1 | TF0 | TR0 | IE1 | IT1 | IE0 | IT0 |
| 功能 | T1 溢出标志 | T1 启动位（TR1=1 启动） | T0 溢出标志 | T0 启动位（TR0=1 启动） | INT1 请求标志 | INT1 触发方式 | INT0 请求标志 | INT0 触发方式 |
（2）工作模式寄存器（TMOD，地址 89H，不可位寻址）
高 4 位控制定时器 1，低 4 位控制定时器 0，以定时器 0 为例：
| 位号 | B3 | B2 | B1 | B0 |
|------|-----|-----|-----|-----|
| 符号 | GATE | C/T | M1 | M0 |
| 功能 | 门控位（0 = 仅 TR0 控制启动） | 模式选择（0 = 定时器，1 = 计数器） | 工作模式配置 | 工作模式配置 |常用工作模式：
- 模式 1（16 位定时器）：M1=0、M0=1，TH0（高 8 位）+TL0（低 8 位）共 16 位，最大计数值 65536；
- 模式 2（8 位自动重装载）：M1=1、M0=0，TL0 计数，溢出后自动加载 TH0 的值，无需手动重置初值。
四、PWM 与蜂鸣器
1. PWM（脉冲宽度调制）
- 定义：通过数字信号的 “高电平时间占比” 控制模拟量的技术。
- 核心指标：
周期（T）：PWM 信号一个高低电平循环的时间；
占空比（D）：高电平时间 / 周期，范围 0%~100%（如 D=50% 表示高低电平各占一半时间）。 - 51 单片机实现：通过定时器中断翻转引脚电平，调整初值改变周期，调整高电平持续时间改变占空比。
2. 蜂鸣器控制
（1）蜂鸣器分类
- 有源蜂鸣器：内部含振荡电路，通直流电即可发声（频率固定）；
- 无源蜂鸣器：无振荡电路，需输入 PWM 信号（高低电平交替）才能发声（频率可通过 PWM 调整）。
（2）软件实现（按键控制无源蜂鸣器频率）
3. 定时器初值计算（以 11.0592MHz 晶振、200Hz 为例）
- 计算机器周期：Tcy=12/11.0592MHz≈1.085μs；
- 计算 PWM 周期：200Hz 对应的周期 T=1/200=5ms=5000μs；
（定时器中断一次翻转电平，故中断周期为 T/2=2500μs）； - 计算计数次数：N=2500μs/1.085μs≈2304；
- 计算初值：模式 1 最大计数值为 65536，故初值 = 65536 - 2304 = 63232（与定义的 HZ200=63231 接近，误差源于四舍五入）。