上講通過講述用單片機控制一個外部的LED閃爍實驗來向讀者介紹了單片機的工作原理與開發(fā)流程。這一講將介紹單片機內(nèi)部非常重要的兩個資源——定時/ 計數(shù)器和中斷系統(tǒng)。通過該講，讀者可以掌握定時器的工作原理和單片機的中斷系統(tǒng)。

從而設(shè)計定時器計數(shù)程序和中斷服務(wù)程序。

一、原理簡介

首先讓我們舉鬧鐘為例，將它定時在一分鐘后鬧鈴，這就需要秒針走一圈（60 次）。即一分鐘時間轉(zhuǎn)化為秒針走的次數(shù)，也就是計數(shù)的次數(shù)，計數(shù)到了60 次然后鬧鈴，而每一次計數(shù)的時間是1 秒。

單片機內(nèi)部的定時/ 計數(shù)器跟鬧鐘類似，可以通過編程來設(shè)定要定時的時間、定時時間到了進(jìn)行相應(yīng)的操作。那么在單片機內(nèi)部計數(shù)一次的時間是多少呢，51 單片機輸入的時鐘脈沖是由晶體振蕩器的輸出經(jīng)12 分頻后得到的，所以定時器也可看作是對計算機機器周期的計數(shù)器。因為每個機器周期包含12 個振蕩周期，故每一個機器周期定時器加1，可以把輸入的時鐘脈沖看成機器周期信號。故其頻率為晶振頻率的1/12。如果晶振頻率為12MHz，則定時器每接收一個輸入脈沖的時間剛好為1μs。在本實驗套件中采用的是11.0592M 的晶振，故每接收一個輸入脈沖的時間約為1.085μs。實現(xiàn)精確定時在實際項目應(yīng)用中非常重要，因為往往需要用到精確定時一段時間，然后定時時間到的時刻做相應(yīng)的任務(wù)。

那如何編程實現(xiàn)定時時間呢？首先先簡單介紹下本實驗板上單片機（STC89C52）內(nèi)的定時器資源。STC89C52 內(nèi)有三個定時/ 計數(shù)器， 分別為T0、T1 和T2。其中T0、T1 工作方式一樣，一并介紹。

T2 的工作方式稍有區(qū)別，這里不做介紹，實驗套件光盤中有實際應(yīng)用程序。同時，單片機中的定時器和計數(shù)器是復(fù)用的，計數(shù)器是記錄外部脈沖的個數(shù)，而定時器則是由單片機內(nèi)部時鐘提供的一個非常穩(wěn)定的計數(shù)源。本講中，以T0、T1 作為定時器來進(jìn)行實例介紹使用。

了解了單片機內(nèi)的定時器資源后，接下來我們來對定時器寄存器進(jìn)行詳細(xì)介紹。TMOD（見表1）、TCON（見表3）與定時器T0、定時器T1 間通過內(nèi)部總線及邏輯電路連接，TMOD 用于設(shè)置定時器的工作方式，TCON 用于控制定時器的啟動、停止，標(biāo)志定時器的溢出和中斷情況。當(dāng)設(shè)置了定時器的工作方式并啟動定時器工作后，定時器就按被設(shè)定的工作方式獨立工作，不再占用CPU 的操作時間，只有在計數(shù)器計滿溢出時才可能中斷CPU 當(dāng)前的操作。

表1 TMOD寄存器

表中各位（從左至右為從高位到低位）含義如下。

TMOD 的低4 位為定時器0 的方式字段，高4位為定時器1 的方式字段，它們的含義完全相同。

M1 和M0 ：工作方式控制位，其定義如表2 所示（ 其中i=0，1）。

表2 定時器工作方式控制位

：功能選擇位。

值得注意的是TMOD 寄存器不能位尋址，只能用字節(jié)指令設(shè)置高4 位定義定時器1 上的工作方式或低4 位定義定時器0 的工作方式。而且在復(fù)位時，TMOD 所有位均置0。

表3 TCON寄存器

表中各位（從左至右為從高位到低位）含義如下。

（1） TFl ：定時器1 溢出標(biāo)志位。當(dāng)定時器1 計滿數(shù)產(chǎn)生溢出時，由硬件自動置TF1=1， 向CPU發(fā)出定時器1 的中斷請求，在中斷允許時響應(yīng)。進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，由硬件自動清0。在中斷屏蔽時，TF1 可作查詢測試用，此時只能由軟件清0。

（2） TR1 ：定時器1 運行控制位。由軟件置1 或清0 來啟動或關(guān)閉定時器1。

當(dāng)GATE=l，且為高電平時，TRI 置1 啟動定時器l ；當(dāng)GATE=0 時，TR1 置1 即可啟動定時器1。

（3） TF0 ：定時器0 溢出標(biāo)志位。其功能及操作情況同TF1。

（4） TR0 ：定時器0 運行控制位。其功能及操作情況同TR1。

（5） IE1 ：外部中斷1（） 請求標(biāo)志位。

（6） IT1 ：外部中斷1 觸發(fā)方式選擇位。

（7） IE0 ：外部中斷0（ ） 請求標(biāo)志位。

（8） IT0 ：外部中斷0 觸發(fā)方式選擇位。

值得注意的是TCON 中的低4 位用于控制外部中斷，與定時器/ 計數(shù)器無關(guān)，在以后的講座中會提及。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時，TCON 的所有位也均清0。

在上文中提到定時器溢出和中斷，什么是定時器溢出呢？我們可以這樣理解：往一個盆中滴水，水滴持續(xù)落下，盆中的水持續(xù)變滿，最終會有一滴水使得盆中的水滿了（這相當(dāng)于計數(shù)到最大值）。這個時候如果再有一滴水落下，這時水就會漫出來，這就是“溢出”。當(dāng)然，水溢出是流到地上，而定時器溢出后將使得TF0 變?yōu)?ldquo;1”。一旦TF0 由0 變成1，就會產(chǎn)生中斷。中斷就是由于某個事件的發(fā)生，CPU 暫停當(dāng)前正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而執(zhí)行處理該事件的一個程序。該程序執(zhí)行完成后，CPU 接著執(zhí)行被暫停的程序的這樣一個過程。這正如我們本來在做某事，有人過來請求幫忙，我們停下手中的活去幫忙，完事之后回來接著做原來的事情。根據(jù)中斷引發(fā)的不同，或者CPU 響應(yīng)中斷的不同條件，也可以把中斷劃分為可屏蔽中斷（也就是說我們可以拒絕幫別人忙，繼續(xù)做自己的事情）和不可屏蔽中斷（事情做累了，必須休息）兩種。

了解了中斷原理之后，我們來看中斷允許控制寄存器IE（見表4）和中斷優(yōu)先寄存器IP（見表5）。

表4 IE寄存器

EA：中斷允許總控制位。EA=0，禁止所有中斷；EA=1，開放所有中斷，但是否允許各中斷源的中斷請求，還要取決于各中斷源的中斷允許控制位的狀態(tài)。這點要注意，初學(xué)者往往容易忘了開放所有中斷，從而導(dǎo)致沒法進(jìn)入中斷源。

ET2 ：時器/ 計數(shù)器T2 的中斷允許位。

ES ：串行口的中斷允許位。

ET1 ：定時器/ 計數(shù)器T1 的中斷允許位。

EX1 ：外部中斷1（INT1） 的中斷允許位。

ET0 ：定時器/ 計數(shù)器T0 的中斷允許位。

EX0 ：外部中斷0（INT0） 的中斷允許位。

以上7 個中斷允許控制位為0 時，禁止中斷，為1 時允許中斷。

表5 IP寄存器

PT2 ：定時器/ 計數(shù)器T1 中斷優(yōu)先級控制位。

PS ：串行口中斷優(yōu)先級控制位。

PT1 ：定時器/ 計數(shù)器T1 中斷優(yōu)先級控制位。

PX1 ：外部中斷1 優(yōu)先級控制位。

PT0 ：定時器/ 計數(shù)器T0 中斷控制位。

PX0 ：外部中斷0 中斷優(yōu)先級控制位。

以上6 個中斷優(yōu)先級控制位分別為“0”時為低級中斷，為“1”時為高級中斷。如果幾個同一優(yōu)先級的中斷源同時向CPU 申請中斷，CPU 通過內(nèi)部順序查詢邏輯電路，按自然優(yōu)先級順序確定該響應(yīng)哪個中斷請求。自然優(yōu)先級由硬件形成，其優(yōu)先級別從高到底為外部中斷0、定時器/ 計數(shù)器T0、外部中斷1、定時器/ 計數(shù)器T1、串行口中斷、定時器/ 計數(shù)器T2。

至此，對定時器控制相關(guān)的重要寄存器都介紹完畢了，接下來通過編寫程序來進(jìn)行驗證實踐。

二、電路詳解

此講采用和上講一樣的電路，在此不做贅述（見圖1）。

圖1 定時器應(yīng)用實驗電路圖

三、程序設(shè)計

定時器0 應(yīng)用測試程序（ 控制D1 閃爍）。

#include<AT89X52.h> （1）

#define led P0_0 （2）

unsigned char count=0; （3）

void main（void） （4）

{

TMOD=0X01; （5）

TH0=（65536-50000）/256; （6）

TL0=（65536-50000）%256; （7）

EA=1; （8）

ET0=1; （9）

TR0=1; （10）

PT0=1; （11）

while（1） ; （12）

}

void timer0（void） interrupt 1 （13）

{

TH0=（65536-50000）/256; （14）

TL0=（65536-50000）%256; （15）

count++; （16）

if（count==10） （17）

{

count=0; （18）

led=!led; （19）

}

}

1. 程序詳細(xì)說明：

（1）頭文件包含。程序接下來調(diào)用的P0_0 就是該頭文件中定義好的一個寄存器地址。在對單片機內(nèi)部的寄存器操作之前，應(yīng)申明其來處，有興趣的讀者可以看看AT89X52.h 文件中的內(nèi)容。

（2）宏定義led，便于直觀理解也便于程序修改，將P0_0 口命名為led，這樣在程序中就可以用led代替P0_0 口進(jìn)行操作。

（3）定義一個8 位的全局變量。

（4）主函數(shù)入口。主函數(shù)不傳遞參數(shù)也不返回值。

（5）設(shè)定定時器0 工作在模式1，為16 位的計數(shù)器。

（6）定時器高8 位賦初值。對256 取整。

（7）定時器低8 位賦初值。對256 取余。

（8）開總中斷。

（9）開定時器0 中斷。

（10）定時器0 啟動，開始計數(shù)。

（11）設(shè)置開定時器0 中斷為優(yōu)先中斷。

（12）死循環(huán)，等待中斷。

（13）定時器0 中斷服務(wù)函數(shù)入口。

（14）定時器高8 位賦初值。對256 取整。

（15）定時器低8 位賦初值。對256 取余。

（16）對變量count 進(jìn)行加1 操作。

（17）如果count 增長到10。

（18）count 變量清0。

（19）led 輸出取反。

2. 程序流程圖與實驗現(xiàn)象

程序流程如圖2 所示。經(jīng)編譯下載程序到單片機內(nèi)運行后，可以看到實驗板上P0_0 口外接的LED 燈有規(guī)律的一亮一滅的閃爍見圖3。亮滅的時間可以計算為10×50000×1.085μs=542.5ms。

實際的時間要比這稍多幾個ms，這是因為沒有把條件判斷和程序調(diào)用的指令時間算在內(nèi)。在要求非常精確的場合，應(yīng)當(dāng)實際微調(diào)。

圖2 主程序和中斷服務(wù)函數(shù)流程圖

圖3 實驗現(xiàn)象效果

四、總結(jié)

本講主要介紹了51 單片機內(nèi)部定時器和中斷系統(tǒng)以及編寫第一個簡單的定時器實驗程序。通過該講，大家可以發(fā)現(xiàn)單片機內(nèi)的定時器和中斷系統(tǒng)并不難學(xué)，只要記住應(yīng)用的相關(guān)操作步驟多進(jìn)行幾次實踐就可以很熟練的掌握這些資源的用法。鑒于本講的理論內(nèi)容較多，希望讀者多*時間記下或者熟悉。下一講，將要介紹如果單片機串口通信并給出實例，敬請期待。