一文解析51单片机定时器（上）

看了很多几本单片机的书，对51定时器的认识又有了一些新的变化。开局一张图（一个简单的单片机程序），其实文章也是来解释这个代码的写法。

在此，后面也会对STC官方的库，做详细的解读和使用

我们使用串口，设置它的寄存器

一共4种模式，八位的可变

2位，4个状态

B6位为0的时候，B7用于帧错误检测，当检测到一个无效的停止位的时候，UART设置它，软件清0.

这个方式0，是使用一个专用的SBUF发送的

TI标志位

发送完以后，自动的变1，相对于有了一个中断。然后中断系统处理，处理完以后就要把状态变回去。

RI也是，一发一收

接收的一个函数

这里是注意的编程要点

这里要开启UART的中断，先开启大中断，接着开启串口的中断

REN是收发功能的开关

1，2，3都是异步通信，0是移位寄存器

接下来配置定时器

只有两个寄存器，灵活使用要

TCON是这样的

TR1，相对于是使能位

关于定时器不得不说，而且最近看了几本相对古老的书，真的很清晰，现在的书比喻一堆也不知道想说什么。

对51来说，其实是只有4种方式：

1、51单片机计数器的脉冲输入脚。主要的脉冲输入脚有Px,y， 也指对应T0的P3.4和对应T1的P3.5，主要用来检测片外来的脉冲。而引脚18和19则对应着晶振的输入脉冲，脉冲的频率和周期为:

F = f/12 = 11.0592M/12 = 0.9216MHZ T = 1/F = 1.085us

2、定时器有两种工作模式，分别为计数模式和定时模式。对Px,y的输入脉冲进行计数为计数模式。定时模式，则是对MCU的主时钟经过12分频后计数。因为主时钟是相对稳定的，所以可以通过计数值推算出计数所经过的时间。所谓的定时器就是恒定的数数。

3、51计数器的计数值存放于特殊功能寄存器中。T0(TL0-0x8A, TH0-0x8C), T1(TL1-0x8B, TH1-0x8D)

其实就是容器，存放脉冲数的

这是我们单片机的4种定时器模式

4、TLx与THx之间的搭配关系

以下的进制，就是向前进位的意思。

1）、TLx与THx之间32进制。即当TLx计到32个脉冲时，TLx归0同时THx进1。这也称为方式0。

注意x，是两个定时器的意思。

这个图可能更清晰

2）、TLx与THx之间256进制。即当TLx计到256个脉冲时，TLx归0同时THx进1。这也称为方式1。

在方式1时，最多计65536个脉冲产生溢出。在主频为11.0592M时，每计一个脉冲为1.085us，所以溢出一次的时间为1.085usx65536＝71.1ms。

2的16次方

3）、THx用于存放TLx溢出后，TLx下次计数的起点。这也称为方式2。
4）、THx与TLx分别独立对自己的输入脉冲计数。这也称为方式3。

最后再看一下这个定时器的容器

H，L都是高低位的说明。

定时器初始化

1）、确定定时器的计数模式。
2）、确定TLx与THx之间的搭配关系。
3）、确定计数起点值。即TLx与THx的初值。
4）、是否开始计数。TRx

看不懂没有关系，继续磨豆腐，再看别的解释。

16位的寄存器最大的数值是这样的

13位是这么大

0，13位模式

1，16位模式

2，8位自动重装模式

3，两个八位模式

有个问题是，定时器总是和中断关联，其实就是，你再应用的时候，不学任何一个都不行。

中断就好像是权力巨大的IF程序，来了以后主程序就得搭理，妈的。就好像，来了快递你必须要去取1一样。

在51里面，这么屌的事件，有这么几个。更装逼的名字叫中断源。分类有三种，外部引脚来的中断，也就是测量使用，比如你想测量一个波形的占空比，一个波肯定是有边沿的，你记录这两个事件，接着你计算中间的时间，相对于计数，这就测量出来了。

其次就是定时器的中断，和UART的中断。

一个这样的来源，就有一个这样的标志，这也好理解啊，你总得说明它发生了不是吗？

这个世界是高速并行的，对于单片机的世界也是，经常多个中断一起来，关于顺序的问题，引入的解决方案是优先级。

害，有个无奈的事情，就是有的东西天生就自带光环，比如复位事件。基本上就是活土匪了，妈的，我来了，谁也别活。。。

一个中断究竟要怎么样的触发，对于现实世界来讲，就是消息。打电话，喊叫，或者看见。总之是发生了什么。

单片机也是这样，发生了什么。

我想聊聊定时器中断，时刻记得两个使命，定时和计数。其实你该想想时间是什么作用。其实是标度的概念。它说明了两个点，起点和终点，在定义它是均匀的时候，那么你可以无聊的数一下有多少。

总结一下，定时器，不如说是时间，它就是一把尺子。中断就是定位使用的标尺，说:我想从这里开始计数，到下个位置停止。

当然了，处于对技术上面的妥协，定时器中断也来做别的工作。对于定时，有长有短。对于特别长的时间呢。就好像下面这样：

右边是一个计时的间隔

这样看

不同于我们世界的计时法，我们可以看表，秒针一动，一个时间间隔，单片机没有这种东西，它有的是是振荡器。12M，这东西0都数不清，所以不能之间使用，这里就做除法。

我们把这个间隔记录下来，满了以后就传一个数值出去，接着把这个清空，继续装东西，好咧，这就是定时器所有的奥秘了。

接下来看看中断的结构

对于定时器的中断寄存器就是这样

这里面没有编程模型，但是我非要加点这个东西进去。查询模型，查询标准位，然后balabala。

4个中断控制寄存器分别是，定时器，UART，中断允许，中断优先级。功能是中断标志，中断允许，优先级设定。

IE0 ，外部中断0标志当它位1的时候，向CPU发送中断，CPU响应以后硬件请0.

这个就是什么样的信号来激发

单片机响应中断以后，不会自动的关闭中断。转向ISR以后，把中断关闭。为了响应下一次中断。

外中断1，脉冲触发这样设置

这里还需要说一下，中断优先级。两级，高或者低。低级可以被高级的打断，同级不响应。

这个表的作用就是同时来了中断，响应的顺序

这样写ISR

毕竟在主线搬砖，现在突然去支线干活，所以需要保护现场

先把手头的工作做完，PC是执行下一次主线命令的指针，也放入stack。接着搞个围栏，挡同级的中断。ISR虽然小，但也还是一个函数，所以它的PC值装载在主线中，开始运行。

ISR完成的标志是，返回RETI这个指令，相当于，老子完事了~至于这个中断来的时候去哪里执行ISR，也就是入口在哪里，这个是固定的。

这个时候，引起中断的位置会自动清0，主程序的第一条指令是跳转指令，越过这个中断的向量区。

最后擦屁股得指令就用RETI，这个指令可以把中断优先级状态还原，否则中断就认为中断还在运行。还有建议就是PUSH和POP得成对使用。

后面得这个激发次数比较重要

外部中断0 ，下降沿触发

看看汇编得版本

这个是中断得向量表，一个长跳转带你去main还是exit0

mian很简单，初始化sp，然后就是一些设置

最后是服务程序，CPL操作IO ，RRTI来说明中断完成

这段有点拗口

这里需要补充一些东西：

1T、4T、6T和12T是指一个机器周期需要的时钟周期数。比如现在普遍的51单片机STC89S52是12T的，其1个机器周期等于12个时钟周期。

也就是说，机器周期大，时钟周期小。

时钟频率：是指为单片机提供时钟信号的振荡源的周期（也叫时钟周期），当采用12MHz晶振时，一个振荡周期是1/12M秒（1/12000000s）。

时钟周期也称为振荡周期，定义为时钟脉冲的倒数（可以这样来理解，时钟周期就是单片机外接晶振的倒数，例如12M的晶振，它的时间周期就是1/12 us），是计算机中最基本的、最小的时间单位。

机器周期：对于标准51架构而言，1个机器周期为12个时钟振荡周期，即1微秒。具体计算为：时钟周期 X cycles。如果单片机是12T的话，那么机器周期就是时钟周期×12。

指令周期：执行一条指令的时间，是机器周期的倍数。不同的CPU，执行不同的指令，所需要的指令周期不同。

机器周期是单片机执行的最小倍数。

不同的单片机指令执行速度不同。1T单片机的计时器是兼容传统12T单片机的。也就是说只是执行一般的指令会快12倍。

新的单片机已经能做到不分频了，并且尽量单指令周期，就是指令周期=机器周期=时钟周期。

就是什么1T单片机，比传统的快12倍。

在8051单片机中把一个时钟周期定义为一个节拍（用P表示），二个节拍定义为一个状态周期（用S表示）。

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，每一阶段完成一项工作。例如，取指令、存储器读、存储器写等，这每一项工作称为一个基本操作。

完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。

一般情况下，一个机器周期由若干个S周期（状态周期）组成。8051系列单片机的一个机器周期同6个S周期（状态周期）组成。前面已说过一个时钟周期定义为一个节拍（用P表示），二个节拍定义为一个状态周期（用S表示），8051单片机的机器周期由6个状态周期组成，也就是说：

一个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期

指令周期

指令周期是执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成。指令不同，所需的机器周期数也不同。对于一些简单的的单字节指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即译码执行，不再需要其它的机器周期。对于一些比较复杂的指令，例如转移指令、乘法指令，则需要两个或者两个以上的机器周期。

时钟周期、机器周期、指令周期之间的关系图如下。

时序图

时钟周期（振荡器的倒数）最小，写做一个P，接着把这个X2，当作状态周期。

6个状态作为一个机器周期。

通常含一个机器周期的指令称为单周期指令，包含两个机器周期的指令称为双周期指令。

MCS-51中，按它们的长度可分为单字节指令、双字节指令和三字节指令。执行这些指令需要的时间是不同的，也就是它们所需的机器周期是不同的，有下面几种形式：

·单字节指令单机器周期·

单字节指令双机器周期·

双字节指令单机器周期·

双字节指令双机器周期·

三字节指令双机器周期·

单字节指令四机器周期(如单字节的乘除法指令)

这里截取数据手册看看。注意看，都是使用的机器周期，好好牢记，6个状态一个机器周期。

指令时序图

为了好说明指令在什么时候执行，这里就写：

S1P2

S2P1

S取（1-6），P（1，2），就这样

S是6分频的时钟周期

现在再看这个

S5P2，是不是可以看懂了。在第五个状态周期的第二个时钟周期进行对外采样。

遇到特别短的脉冲的时候要考虑这个，如果太短就捕获不到了。

再总结一下：

MCS-51的时序单位有四个，它们分别是节拍、状态、机器周期和指令周期。

·节拍与状态：我们把振荡脉冲的周期定义为节拍（为方便描述，用P表示），振荡脉冲经过二分频后即得到整个单片机工作系统的时钟信号，把时钟信号的周期定义为状态（用S表示），这样一个状态就有两个节拍，前半周期相应的节拍我们定义为1(P1)，后半周期对应的节拍定义为2(P2)。

·机器周期：MCS-51有固定的机器周期，规定一个机器周期有6个状态，分别表示为S1-S6，而一个状态包含两个节拍，那么一个机器周期就有12个节拍，我们可以记着S1P1、S1P2……S6P1、S6P2，一个机器周期共包含12个振荡脉冲，即机器周期就是振荡脉冲的12分频，显然，如果使用6MHz的时钟频率，一个机器周期就是2us，而如使用12MHz的时钟频率，一个机器周期就是1us。·指令周期：执行一条指令所需要的时间称为指令周期，MCS-51的指令有单字节、双字节和三字节的，所以它们的指令周期不尽相同，也就是说它们所需的机器周期不相同，可能包括一到四个不等的机器周期。

呼，文章虽然很长，但是对于定时器的内容，我还是没有写出来好难受。。。

审核编辑：刘清