单片机定时器中断应用案例

Baekhyn0506 2023-10-31 1996

控制/MCU

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描述

定时器中断，顾名思义就是在规定的时间内发送中断请求，要实现定时器中断，单片机需要能够正确地计算时间，单片机是如何进行计时的呢？

51单片机内部有两个16位可编程的定时器/计数器T0和T1，每个定时器/计数器由高8位和低8位寄存器组成，TL0为T0的低8位寄存器，TH0为T0的高8位寄存器，TL1为T1的低8位寄存器，TH1为T1的高8位寄存器。

T0和T1的主要作用就是计数，单片机加电或复位后，T0和T1都初始化为零，单片机一旦设置开启定时功能后，T0和T1便在晶振的作用下自动开始计数，当T0或T1计数溢出后，通过特定电路产生内部中断，向单片机发送定时器中断请求，T0或T1会自动清零。T0和T1计数加1的操作需要一个机器周期，假设单片机的时钟周期（晶振频率）为12MHZ，12个时钟周期为一个机器周期，一个机器周期的时间就是1μs（微秒），因此计满T0或T1需要2^16-1个数，需要65536μs，约为65.5ms。若希望定时器每间隔50ms发送1次中断请求，就需要给T0或T1一个初始值，初始值为65536μs与50000μs的差值，T0或T1在初值的基础上再计50000个数后，T0或T1溢出并发送中断请求，刚好是50ms，T0和T1清零后再次赋初值给T0和T1，准备下一次中断请求。

定时器的内部结构如下图所示：

TH1和TL1是T1的高位寄存器和低位寄存器，TH0和TL0是T0的高位寄存器和低位寄存器，每个寄存器的长度是8位，在机器周期的作用下，计数从低位寄存器开始，当低位寄存器计满后向高位寄存器进一位，直到把高位寄存器也计满，此时T0或T1溢出，设置TCON控制寄存器的TF0或TF1位为1，并发送定时器中断请求。

TCON控制寄存器的TF0是T0定时器计数的溢出标注，TF1是T1定时器计数的溢出标注，当定时器计数溢出后，由硬件设置TF0或TF1位为1，并且发送中断请求，进入中断服务程序后，由硬件将TF0或TF1位自动清零。

TR1和TR0为定时器T1和T0的运行控制位，TR1和TR0与TMOD工作方式寄存器的GATE位共同控制定时器的启动与关闭。若GATE位为零，定时器T1和T0的启动与关闭仅受TR1和TR0的控制，当TR1和TR0位为1时，定时器T1和T0启动，当TR1和TR0位为0时，定时器T1和T0关闭；若GATE位为1时，定时器T1和T0的启动与关闭由TR1和TR0和外部中断引脚（INT0和INT1）上的电平状态来共同控制。

TMOD寄存器的C/T位用来设置定时器的工作模式，C/T位为1时，定时器的工作模式为计数器模式，C/T位为0时，定时器的工作模式为定时器模式；M1和M0位用来设置定时器工作位数的长度，M1和MO位都为零时，定时器工作位数为13位，M1为零，M0为1时，定时器工作位数为16位。TMOD寄存器的高四位为T1控制位，TMOD寄存器的低四位为T0控制位。

TCON寄存器的内存地址为88H，位地址（由低位到高位）分别是88H ~ 8FH，可以进行位寻址；TMOD寄存器的内存地址为89H，该寄存器只能字节寻址，不能进行位寻址。有的同学可能会有疑问，TCON寄存器和TMOD寄存器的内存地址会不会发生冲突？首先确定的是TCON寄存器和TMOD寄存器的内存地址不会发生冲突，TCON寄存器是位寻址寄存器，在51单片机中，位寻址寄存器位于单独的内存空间，每个位都有自己的内存地址，TCON寄存器的88H地址包含了8个可寻址位，即88.0~88.7，88.0对应88H，88.1对应89H，……，因此TCON寄存器与TMOD寄存器的内存地址并不会发生冲突。

定时器中断应用案例：应用定时器T0，实现一个发光二极管定时闪烁，闪烁间隔时间为1秒。

单片机内运行的完整C程序如下：

#include
sbit led0 = P1^0;
unsigned char num;
void main()
{
       TMOD = 0x01;
       TH0 = (15536 > >8)&0x00ff;
       TL0 = 15536&0x00ff;
       EA = 1;
       ET0 = 1;
       TR0 = 1;
       num = 0;
       led0 = 1;
       while(1){
              if( num == 20 )
              {
                     num = 0;
                     led0 = ~led0;
              }
       }


}


void t0() interrupt 1
{
       TH0 = (15536 > >8)&0x00ff;
       TL0 = 15536&0x00ff;
       num++;
}

案例要求发光二极管定时闪烁，闪烁间隔时间为1秒，要实现该功能，最好的方法是使用定时器中断。若单片机的时钟周期为12MHZ，定时器使用一个机器周期做一次计数，计时器计满需要65536个数，约为65536μs，即定时器每间隔65536μs就发送一次定时器中断请求，约为65.5ms，在程序中可以设置一个中断次数计数器num，num的初值为0，在中断处理程序中做num加1操作，当num值大于或等于1000/65.5时，可以认为是1秒时间，对变量led0做取反操作，num初始化为零。

考虑到65.5ms不方便计算，可以让定时器每间隔50ms发送定时器中断请求，当num计数为20时，正好是1秒的时间。若需要定时器每间隔50ms发送中断请求，就需要给T0赋一个初值，该值为65536μs与50000μs的差值15536μs，T0由TH0和TL0两个8位的寄存器构成，TH0存储15536的高8位，TL0存储15536的低8位，取一个16位数的高字节和低字节可以采用下面的代码：

TH0 = (15536 > >8)&0x00ff;
TL0 = 15536&0x00ff;

案例代码t0()为定时器T0的中断处理函数，我们需要在中断处理函数中，每次为TH0和TL0重新赋初值，并将中断次数计数变量num做加1操作。需要注意的是，尽量不要在定时器中断处理函数中编写过多的处理语句，因为若处理语句过多，当前中断处理函数还没执行完毕，下一次中断就会出现，我们就会丢失这次中断，因此能在主程序完成的功能，不要放在中断处理函数内编写，中断处理函数的代码要保持简洁和高效。

下图是定时器中断案例电路设计图：

定时器中断案例C程序编译完成，将执行程序加载到单片机内，启动单片机，发光二极管定时闪烁，闪烁间隔时间为1秒。

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