【51單片機入門】速通定時器

文章目錄

前言
- 定時器是什么
- 初始化定時器
- - 初始化的大概步驟
  - TMOD寄存器
  - C/T寄存器
- 觸發定時器
- 中斷是什么
- 中斷函數
- 定時器點亮led
總結

前言

在嵌入式系統的開發中，定時器是一個非常重要的組成部分。它們可以用于產生精確的時間延遲，或者在特定的時間間隔內觸發某些事件。在51單片機中，定時器的功能尤為強大，可以滿足各種復雜的時間控制需求。本文將介紹51單片機的定時器，包括它們是什么，以及如何觸發它們。

定時器是什么

定時器是單片機內部的一個重要模塊，它可以按照預設的時間間隔產生一個中斷。在51單片機中，有兩個定時器，分別是定時器0和定時器1。每個定時器都有一個16位的計數器，可以被配置為四種不同的工作模式，以滿足不同的應用需求。

初始化定時器

初始化的大概步驟

要觸發定時器，我們需要進行以下步驟：

設置定時器模式：通過TMOD寄存器來設置定時器的工作模式。例如，如果我們想將定時器0設置為模式1（16位定時/計數器模式），我們可以寫入TMOD = 0x01;。
加載定時初值：定時初值決定了定時器中斷的觸發頻率。我們可以通過TH0和TL0寄存器來設置定時器0的初值。例如，我們可以寫入TH0 = 0xFC; TL0 = 0x18;來設置定時初值，他就會以這個數開始–。在51單片機的定時器中，TH0是高8位，TL0是低8位。這兩個寄存器共同組成了一個16位的定時/計數器。當我們說"設置定時器的初值"時，通常是指同時設置這兩個寄存器的值。
開啟定時器中斷：通過IE寄存器來開啟定時器的中斷。例如，我們可以寫入ET0 = 1; EA = 1;來開啟定時器0的中斷。
啟動定時器：通過TR0位來啟動定時器0。例如，我們可以寫入TR0 = 1;來啟動定時器。
在帶有XX0中，0就是定時器編號，也可以寫1，因為有兩個定時器

初始化代碼：

void Timer0_Init(void) {TMOD = 0x01;  // 設置定時器0為模式1TH0 = 0xFC;   // 設置定時初值TL0 = 0x18;   // 設置定時初值ET0 = 1;      // 開啟定時器0中斷EA = 1;       // 開啟總中斷TR0 = 1;      // 啟動定時器0
}

TMOD寄存器

TMOD寄存器用于設置51單片機的定時器模式。它是一個8位的寄存器，分為兩個部分：高4位用于設置定時器1，低4位用于設置定時器0。

每個定時器的設置都包括兩個部分：工作模式（M1和M0）和工作方式（GATE和C/T）。以下是每個位的詳細解釋：

M1和M0：這兩個位用于設置定時器的工作模式。有四種模式可供選擇：
- 模式0（M1=0, M0=0）：13位定時/計數器模式。在這種模式下，定時器有12位的計數器（由TL和TH的低4位組成），和一個5位的預分頻器（由TH的高4位組成）。
- 模式1（M1=0, M0=1）：16位定時/計數器模式。在這種模式下，定時器有16位的計數器（由TL和TH組成）。
- 模式2（M1=1, M0=0）：8位自動重裝定時/計數器模式。在這種模式下，定時器有8位的計數器（由TL組成），并且在溢出時會自動重裝TH的值。
- 模式3（M1=1, M0=1）：只對定時器0有效。在這種模式下，定時器0被分為兩個8位的定時/計數器（由TL0和TH0組成）。
GATE：當GATE位被設置為1時，定時器/計數器只有在對應的INTx引腳（P3.2對于定時器0，P3.3對于定時器1）為高電平時才會運行。當GATE位被設置為0時，定時器/計數器會忽略INTx引腳的狀態。

C/T寄存器

C/T：當C/T位被設置為1時，定時器會作為計數器使用，計數外部的脈沖信號。當C/T位被設置為0時，定時器會作為定時器使用，計數機器周期。
好的，讓我通過一些例子來解釋這個概念。

首先，我們來看當C/T位被設置為0時，定時器作為定時器使用的情況。在這種情況下，定時器會計數機器周期。例如，如果我們的單片機的時鐘頻率是12MHz，那么每個機器周期的時間就是1/12μs。是的，你的理解是正確的。在數字電路中，頻率（單位為赫茲，Hz）是指在一秒鐘內的周期數。所以，如果一個系統的頻率是x MHz（兆赫茲，即百萬赫茲），那么它在一秒鐘內會有x百萬個周期。

因此，每個周期的時間（也就是周期時間或者說是時鐘周期）就是一秒鐘的時間除以周期的數量。所以，對于x MHz的頻率，每個周期的時間就是1/x μs（微秒，即百萬分之一秒）。

用數學公式表示，就是：

$\frac{1}{f}$

其中，T是周期時間，f是頻率。如果f的單位是MHz，那么T的單位就是μs。

如果我們設置定時器的初值為0xFFFF，那么定時器會在每個機器周期增加1，直到計數值溢出（達到0），這時就會觸發一個中斷。這就是我們通常說的定時器溢出，也是定時器最常見的用途。

然后，我們來看當C/T位被設置為1時，定時器作為計數器使用的情況。在這種情況下，定時器會計數外部的脈沖信號。例如，我們可以將一個按鈕連接到定時器的計數輸入端口（對于定時器0，這個端口是P3.4）。當我們按下按鈕時，就會在這個端口產生一個脈沖信號。定時器會在每次檢測到脈沖信號時增加1，直到計數值溢出（達到0），這時就會觸發一個中斷。這就是我們通常說的計數器溢出，也是計數器的一種常見用途。
當C/T位被設置為1時，定時器會作為計數器使用，計數外部的脈沖信號。在這種情況下，TH0和TL0的值通常被設置為0，因為我們希望從0開始計數外部的脈沖信號。

觸發定時器

當定時器計數溢出時，就會觸發一個中斷，我們可以在中斷服務程序中編寫需要定時執行的代碼。

中斷是什么

中斷，顧名思義，就是打斷當前正在執行的任務，去做一些更重要的事情。你可以把它想象成你正在看電視，突然有人按門鈴，你就需要"中斷"你正在做的事情，去開門。

在計算機中，中斷的概念也是類似的。當計算機正在執行一個程序時，如果發生了一個中斷，計算機就會暫時停止執行當前的程序，去處理這個中斷。處理完中斷后，計算機會回到被中斷的地方，繼續執行原來的程序。

中斷可以由很多事情觸發，比如輸入/輸出設備（如鍵盤、鼠標）的操作，定時器的超時，甚至是軟件的請求。處理中斷的程序叫做中斷服務程序或者中斷處理程序。

中斷是計算機實現并發操作的一種重要機制。通過中斷，計算機可以在處理一個任務的同時，響應其他的事件。這使得計算機可以更有效地利用資源，提高工作效率。

我們的定時器也是調用中斷的
在C語言中，中斷運行的代碼使用函數表示，中斷發生后，會去運行中斷中的代碼

中斷函數

中斷函數相對我們的C語言函數，在參數列表后面加interrupt x即可，x為定時器編號，他從1開始

void Timer0_ISR(void) interrupt 1 {TH0 = 0xFC;   TL0 = 0x18;   //。。。。
}

在中斷函數中需要重新裝載THx與TLx，其中x為定時器編號

在51單片機的定時器中，"重新裝載"是一個非常重要的概念。當我們說"重新裝載"時，我們是指將定時器的計數值重新設置為它的初值。

那么，為什么我們需要重新裝載呢？這主要是因為定時器的工作方式。當定時器開始運行時，它會從初值開始計數，每個機器周期增加1。當計數值達到最大值（對于16位定時器，這個值是0xFFFF）時，定時器就會溢出，并觸發一個中斷。

然而，如果我們在中斷服務程序中不重新裝載定時器的初值，那么定時器在下一個機器周期就會從0開始計數。這意味著定時器會立即再次溢出，并立即再次觸發中斷。這樣，我們的中斷服務程序就會被連續調用兩次，而且這個過程會一直重復，導致我們的程序無法正常運行。

通過重新裝載定時器的初值，我們可以控制定時器中斷的觸發頻率。例如，如果我們希望定時器每1ms觸發一次中斷，我們就可以將定時器的初值設置為一個特定的值，使得定時器在1ms后溢出。然后，在每次中斷服務程序被調用時，我們就重新裝載這個初值，這樣定時器就會在下一個1ms后再次溢出，再次觸發中斷。

定時器點亮led

當我們設置TH0和TL0為0xFC與0x18時，他們移除需要加下面數量：
在這里插入圖片描述
當計數這么多時，就溢出觸發中斷

在51單片機中，定時器0的工作方式默認為模式1，也就是16位定時/計數模式。當TH0和TL0分別設置為0xFC和0x18時，定時器0的初始值為0xFC18。由于定時器0是16位的，所以它的最大值為0xFFFF。當定時器0從0xFC18開始計數，每次增加1，直到達到0xFFFF，然后溢出并回到0x0000，這個過程就會產生一個中斷。

在一個12MHz的系統時鐘下，每個機器周期為1/12μs。在定時器模式下，定時器每過12個機器周期就會增加1。因此，從0xFC18增加到0xFFFF所需的時間可以通過以下公式計算：

$\times 12 \times \frac{1}{12MHz}$

為什么需要+1？
這是因為計數是從0開始的。當我們從0xFC18計數到0xFFFF時，我們實際上是包括了0xFFFF這個數值的。所以，我們需要計算的是從0xFC18到0xFFFF的所有數值，包括這兩個數值本身，總共有（0xFFFF - 0xFC18 + 1）個數值。

計算結果，我們可以得到定時器溢出并產生中斷的時間。這就是當TH0和TL0設置為0xFC和0x18時，12MHz系統時鐘下，溢出調用中斷的時間。

#include <reg51.h>sbit led = P1^0;void Timer0_Init(void) {TMOD = 0x01;  // ?????0???1TH0 = 0xFC;   // ??????TL0 = 0x18;   // ??????ET0 = 1;      // ?????0??EA = 1;       // ?????TR0 = 1;      // ?????0
}void Timer0_ISR(void) interrupt 1 {static unsigned short x = 0;TH0 = 0xFC;   TL0 = 0x18;   if( x == 0){led = !led;}x++;x%= 500;
}void delay(unsigned int ms) {unsigned int i, j;for(i = ms; i > 0; i--)for(j = 120; j > 0; j--);
}void main()
{Timer0_Init();while(1){}
}