藍橋杯-單片機組基礎6——定時計數器與外部中斷混合使用（附小蜜蜂課程代碼）

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本文章針對藍橋杯-單片機組比賽開發板所寫，代碼可直接在比賽開發板上使用。

型號：國信天長4T開發板（綠板），芯片：IAP15F2K61S2

（使用國信天長藍板也可以完美兼容，與綠板幾乎無差別）

1.編程目的

????????通過定時/計數器實現數碼管的時鐘顯示，顯示格式例如“12-13-14”，表示12點13分14秒時刻。并通過設置外部中斷0，當S5按下時計時暫停，再次按下時繼續計時。

2.定時/計數器原理

2.1 單片機的基本中斷系統

????????比賽用單片機最多允許兩層中斷的嵌套。即在低級的中斷服務函數執行過程中，收到了更高級的中斷信號，而去先執行更高級的中斷工作，執行完再返回繼續執行低級的中斷工作，低級的中斷工作做完，再回到最原本的代碼繼續執行。

? ? ? ? 本文中，我們使用到的外部中斷0與定時/計數器中斷0，本身自帶優先級，且INT0的優先級已經高于T0，因此我們不需要對兩個中斷的優先級進行單獨設置。

比賽用芯片IAP15F2K61S2 涉及的中斷共有14個，這里介紹常用的5個：

中斷號	中斷名	中斷名解釋
0	INT0	外部中斷0
1	T0	定時/計數器中斷0
2	INT1	外部中斷1
3	T1	定時/計數器1
4	TI/RI	串口中斷
5	T2	定時/計數器中斷2

本文聚焦外部中斷0與定時/計數器中斷0，只對INT0和T0進行講解，他們的中斷號對應為0和1。比賽用開發板中還有INT2,INT3,INT4,T2共計5個外部中斷信號源，三個定時/計數器中斷信號源，其余中斷源將在專欄“藍橋杯-單片機組進階”中講解。

2.2 什么是定時/計數器中斷

????????定時/計數器可以想象成一個每隔一定時間，就會自動產生一次中斷的開關。但它產生中斷的時間間隔是固定的，由我們來設置。中斷產生的感覺可以想象成一個正在接水的水桶，當水桶里的水接滿溢出時產生中斷，由此每次產生中斷所需要的時間就可以比擬成水桶接滿水的時間。那我們如果按照自己的需求，讓水桶接滿水的時間被人為精確控制呢？設置初值——即在最開始讓水桶里裝有一定數量的水，最開始水桶里面的水越多，水桶就越快溢出，產生中斷所需要的時間就越短。上述為口語化的理解，更本質的解釋如下：

????????

????????定時/計數器的核心是16位的加法計數器，在8位的51單片機中，使用兩個8位的寄存器THx和TLx共同組成16位，并分別叫做高8位和低8位。當這16位加法計數器計數溢出，則產生一次定時/計數器中斷。單片機的晶振我們假定是12Mhz，單片機會將12Mhz進行12分頻后傳入加法計數器中，即一個機器周期（12Mhz/12=1Mhz，Tcy=1us），此時，我們可以認為在晶振為12Mhz的單片機中，沒經過1us的時長，加法計數器的值加1 。假設我們讓16位加法計數器從0開始計數，即計數初值為0（0000 0000 0000 0000），當變成計數值變成（1111 1111 1111 1111）時在經過1us，計數器就會溢出，并產生一次定時/計數器中斷，此時計數值為65535? 。此時，我們可以認為在初值為0，16位計數器，晶振為12Mhz的單片機中，產生一次中斷所需要的時間為65535us=65.535ms 。當我們需要單片機50ms就產生一次中斷時，就可以設置初值為15535 （65.535ms-50.000ms）。

????????實際的單片機中，為了方便我們的使用，晶振頻率可能為12Mhz，11.05926Mhz；同時在定時/計數器不同的工作方式下，計數器的位數可能為16位（最大值65535），13位（最大值8191），8位（最大值255）；因此我們需要根據不同的設置，進行不同的計算。相關的計算過程可查看TMOD寄存器設置的部分。

2.3 定時/計數器中斷涉及的寄存器

????????為了簡短篇幅，下面將寄存器IP、IE、TCON簡略說明，詳細內容可以查看文章：戳此跳轉

我們著重介紹TMOD寄存器

兩級中斷允許控制：IE（interrupt enable）

ET2

ET1

EX1

ET0

EX0

IE中各位的功能如下：

EA—中斷總開關控制位，EA=1，所有的中斷請求開放。

ES—串行口中斷允許位。

ET1—定時器/計數器T1溢出中斷允許位。

EX1—外部中斷1中斷允許位。

ET0—定時器/計數器T0的溢出中斷允許位。

EX0—外部中斷0中斷允許位。

? ? ? ? 該寄存器允許位尋址，在編程時，如果只用到一個外部中斷0和T0，則我們只需要設置總開關EA、外部中斷0允許位EX0 、T0中斷允許為ET0。

兩級優先級控制：IP(interrupt priority)

PT2

PT1

PX1

PT0

PX0

中斷優先級寄存器IP各位含義：

PS—串行口中斷優先級控制位，1—高級；0—低級。

PT1—T1中斷優先級控制位，1—高級；0—低級。

PX1—外部中斷1中斷優先級控制位，1—高級；0—低級。

PT0—T0中斷優先級控制位，1—高級；0—低級。

PX0—外部中斷0中斷優先級控制位，1—高級；0—低級。

? ? ? ? 該寄存器允許位尋址，本題中采用默認優先級，因此不用管這個寄存器。

特殊功能寄存器：TCON（timer controller）

TF1

TR1

TF0

TR0

IE1

IT1

IE0

IT0

TCON寄存器中與中斷系統有關各標志位功能如下：

TF1—定時器/計數器T1的溢出中斷請求標志位。

TF0—定時器/計數器T0溢出中斷請求標志位似。

IE1—外部中斷請求1中斷請求標志位。

IE0—外部中斷請求0中斷請求標志位，與IE1類似。

IT1—選擇外中斷1請求方式。0--電平觸發方式，1--跳沿觸發方式。

IT0—選擇外中斷0請求方式。0--電平觸發方式，1--跳沿觸發方式。

?????????該寄存器允許位尋址，在編程時，如果只用到一個外部中斷0，則我們只需要設置IT0從而確定外部中斷0的觸發方式。而對于TF0，它不需要我們設置，只是在程序中我們可以通過查詢TF0是否等于1，從而判斷T0是否溢出。

特殊方式寄存器：TMOD（timer mode）

GATE	C/T	M1	M0	GATE	C/T	M1	M0
<----? 定時器1（T1）? ---->				<----? 定時器0（T0）? ---->

TMOD寄存器中與中斷系統有關各標志位功能如下：

????????通過觀察可以發現，TMOD寄存器左邊４位與右邊４位幾乎一樣，只是左邊針對定時/計數中斷１，右邊針對定時/計數中斷２。本文中我們使用T0，因此我們介紹T0各位的含義，T1與T0相同：

GATE: 用于控制定時器啟動是否受外部中斷源的影響?
? ? ? 當GATE=0時，只要用軟件使TR0或TR1等于1，就可以啟動T0或T1定時/計數器工作。
? ? ? 當GATE=1時，除了用軟件使TR0或TR1等于1外，還要使外部中斷引腳INT0/1為高電平，這樣定時/計數器才能啟動工作。
? ? ? 注意：GATE=0表示控制定時器啟動不受外部中斷源的影響

?C/T=0為定時模式，C/T=1為計數模式。
?

M1 M0工作方式選擇位，兩位一起看：

M1 M0 工作方式工作說明
00 方式0 13位定時/計數器，最大值8192
01 方式1 16位定時/計數器，最大值65535
10 方式2 8位自動重裝定時/計數器，最大值255
11 方式3 T1分成兩個獨立的定時/計數器，T1停止計數

舉例：我們在12Mhz的單片機中，不設置外部中斷觸發定時，設置T0工作在方式1，實現50ms的定時中斷。則GATE=0，C/T=0，M1 M0=01 ，剩下的位全部賦值0，則TMOD應該賦值：TMOD=0000 0001=0x01? 。

????????該寄存器不可位尋址，編程時，我們必須對TMOD寄存器進行整體賦值，才能正確設置。充分考慮要使用T1或者T0，然后進行對應位的設置，并轉換成BCD碼寫入代碼。?

初值寄存器：THx TLx

????????如果是使用T1，則初值的高8位寄存器為TH1，低8位寄存器為TL1

????????如果是使用T0，則初值的高8位寄存器為TH0，低8位寄存器為TL0

????????如果T1和T0都使用，則TH1，TL1，TH0，TL0都需要設置初值

????????

????????藍橋杯比賽使用的開發板是12Mhz的，剛好對于加法器加1的時長為1us。假如我們設置TMOD寄存器使得定時/計數器工作在方式1，最大計數值為65535，則最長的中斷間隔時長為65535us=65.535ms 。如果我們需要的中斷間隔時長為50ms，即每50ms產生一次中斷，則我們需要讓加法器有一個固定的初值為65.535ms-50.000ms=15.535ms。則初值為15535，轉換成16進制為：3caf。高8位為3c，需要賦值給THx，低8位位af，需要賦值給TLx。

????????但每次轉換進制很麻煩，因此我們可以通過以下公式，快速寫出代碼：

????????最大值就是工作方式的最大計數值，方式1為16位定時/計數器，2 ^16=65535，即最大值為65535 。定時值是我們的定時時長，如果是50ms，則為50 000us，即定時值為50000 。帶入式子即可在運行時由單片機自己進行運算，方便我們進行代碼編寫。注意：當計算式確定之后，還是要手動把計算結果替換進賦值表達式，減少單片機資源占用。

3.編程中涉及的中斷函數

3.1 定時/計數器初始化函數

????????目的：使用T0產生一個9.216ms的定時/計數中斷

????????該函數中，首先是對TMOD進行設置，方式一，定時中斷，無需外部中斷，只是用T0，因此為0x01 。然后設定計數初值，對TH0，TL0進行賦值。EA和ET0是IE寄存器的對應位，作用分別為打開總中斷，打開定時/計數器T0中斷。TR0是TCON寄存器的對應位，作用為T0開始計數。

3.2 定時/計數器服務函數

????????中斷的服務函數，作用是當中斷產生時，系統暫停當前工作，而去執行中斷服務函數里面的程序，執行完服務函數的程序后，再返回繼續執行先前的工作。在這個函數中，首先我們對初值寄存器TH0和TL0進行賦值，因為工作方式1不會自動重裝初值，只有工作方式2（8位自動重裝方式）會自動重新裝載初值，因此除了方式2以外的所有方式，都需要在中斷服務函數中重新對THx和TL0重新賦值。然后下面的自增指令是我們自己定義的功能。

4.代碼參考

4.1 編程目的代碼，代碼效果：

實現數碼管的時鐘顯示，顯示格式例如“23-20-00”，表示23點20分00秒時刻。并通過設置外部中斷0，當S5按下時計時暫停，再次按下時繼續計時。

//寫一個計時器，分-秒-20ms
#include < REGX52.h >
#include < INTRINS.h >unsigned char code SMG_duanma [18]={ 0xc0 , 0xf9 , 0xa4 , 0xb0 , 0x99 , 0x92 , 0x82 , 0xf8 , 0x80 , 0x90 , 0x88 , 0x80 , 0xc6 , 0xc0 , 0x86 , 0x8e ,0xbf , 0x7f };sbit S5 = P3^2;void select_HC573 ( unsigned char channal )
{switch ( channal ){case 4:P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0x80;break;case 5:P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xa0;break;		case 6:P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xc0;break;case 7:P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xe0;break;}
}void Input_SMG ( unsigned char pos_SMG , unsigned char value_SMG )
{select_HC573 ( 6 );P0 = 0x01 << pos_SMG;select_HC573 ( 7 );P0 = value_SMG;
}void Delay ( unsigned char t )
{while ( t-- ){unsigned char i,j;_nop_ ();_nop_ ();i = 22;j = 128;do {while ( --j );}while ( --i );	}
}//=======================================
void Init_timer0_INT0 ()
{//設置T0初始化TMOD = 0x01;TH0 = ( 65535 - 18433 ) / 256;TL0 = ( 65535 - 18433 ) % 256;ET0 = 1;//設置INT0初始化IT0 = 1;EX0 = 1;//打開總中斷開關，以及啟動定時器EA = 1;TR0 = 1;
}unsigned char state_INT0 = 0;
void Service_INT0 () interrupt 0
{	state_INT0+=1;//注意 這里有按鍵產生中斷的操作，但是沒有進行消抖處理//但是中斷的執行過程會過濾掉部分抖動時間//因此按下S5只要不是很刁鉆，單片機都會正確響應//正常情況下，不推薦在服務函數中寫入if語句，這里為了使用外部中斷，無法使用消抖處理，因此出此下策if( state_INT0%2==0 ){TR0 = 1;}else{TR0 = 0;}}unsigned char timer0_50ms = 0;
void Service_timer0 () interrupt 1
{TH0 = ( 65535 - 50000 ) / 256;TL0 = ( 65535 - 50000 ) % 256;timer0_50ms ++;
}
//========================================unsigned char timer0_s = 00;
unsigned char timer0_m = 20;
unsigned char timer0_h = 23;
void time_SMGrunning ()
{if ( timer0_50ms == 20 ){timer0_s ++;timer0_50ms = 0;if ( timer0_s == 60 ){timer0_m ++;timer0_s = 0;timer0_50ms = 0;if ( timer0_m == 60 ){ timer0_m = 0;timer0_h++;}			}}Input_SMG ( 7 , SMG_duanma[ timer0_s%10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 6 , SMG_duanma[ timer0_s/10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 5 , SMG_duanma[16] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 4 , SMG_duanma[ timer0_m%10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 3 , SMG_duanma[ timer0_m/10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 2 , SMG_duanma[16] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 1 , SMG_duanma[ timer0_h%10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 0 , SMG_duanma[ timer0_h/10 ] );Delay ( 1 );
}void main ()
{Init_timer0_INT0 ();while ( 1 ){time_SMGrunning ();}
}

4.2 小蜜蜂課程代碼：

代碼1：//使用定時器實現間隔時間閃爍燈光

//使用定時器實現間隔時間閃爍燈光
#include < REGX52.h >sbit L1 = P0^0;
sbit L8 = P0^7;
unsigned char code SMG_duanma [18]={ 0xc0 , 0xf9 , 0xa4 , 0xb0 , 0x99 , 0x92 , 0x82 , 0xf8 , 0x80 , 0x90 , 0x88 , 0x80 , 0xc6 , 0xc0 , 0x86 , 0x8e ,0xbf , 0x7f };void select_HC573 ( unsigned char channal )
{switch ( channal ){case 4:P2 = ( P0 & 0x1f ) | 0x80;break;case 5:P2 = ( P0 & 0x1f ) | 0xa0;break;		case 6:P2 = ( P0 & 0x1f ) | 0xc0;break;		case 7:P2 = ( P0 & 0x1f ) | 0xe0;break;		}
}void Input_SMG ( unsigned char pos_SMG , unsigned char value_SMG )
{select_HC573 ( 6 );P0 = 0x01 << pos_SMG;select_HC573 ( 7 );P0 = value_SMG;}///============================================
void Init_Timer0 ()
{TMOD = 0x01;TH0 = (65535-9216) / 256;TL0 = (65535-9216) % 256;EA = 1;		TR0 = 1;	ET0 = 1;	
}unsigned char count_timer0;
unsigned char value_SMG=0;
void Service_timer0 () interrupt 1
{TH0 = (65535-9216) / 256;TL0 = (65535-9216) % 256;count_timer0++;
}void Time_Led_Timer0 ()
{	if ( count_timer0 == 100 ){count_timer0 = 0;value_SMG++;		Input_SMG ( 0 , SMG_duanma [value_SMG] );}if ( value_SMG == 9 ){value_SMG = 0;}}//=============================================void main ()
{Init_Timer0 ();while ( 1 ){Time_Led_Timer0 ();}
}

代碼2：//寫一個計時器，分-秒-20ms

//寫一個計時器，分-秒-20ms
#include < REGX52.h >
#include < INTRINS.h >unsigned char code SMG_duanma [18]={ 0xc0 , 0xf9 , 0xa4 , 0xb0 , 0x99 , 0x92 , 0x82 , 0xf8 , 0x80 , 0x90 , 0x88 , 0x80 , 0xc6 , 0xc0 , 0x86 , 0x8e ,0xbf , 0x7f };sbit S5 = P3^2;
sbit S4 = P3^3;void select_HC573 ( unsigned char channal )
{switch ( channal ){case 4:P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0x80;break;case 5:P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xa0;break;		case 6:P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xc0;break;case 7:P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xe0;break;}
}void Input_SMG ( unsigned char pos_SMG , unsigned char value_SMG )
{select_HC573 ( 6 );P0 = 0x01 << pos_SMG;select_HC573 ( 7 );P0 = value_SMG;
}void Delay ( unsigned char t )
{while ( t-- ){unsigned char i,j;_nop_ ();_nop_ ();i = 22;j = 128;do {while ( --j );}while ( --i );	}
}//=======================================
void Init_timer0 ()
{TMOD = 0x01;TH0 = ( 65535 - 18433 ) / 256;TL0 = ( 65535 - 18433 ) % 256;ET0 = 1;EA = 1;TR0 = 1;
}unsigned char timer0_20ms = 0;
void Service_timer0 () interrupt 1
{TH0 = ( 65535 - 18433 ) / 256;TL0 = ( 65535 - 18433 ) % 256;timer0_20ms ++;
}
//========================================void time_SMGrunning ()
{static unsigned char timer0_s = 0;static unsigned char timer0_m = 0;if ( timer0_20ms == 50 ){timer0_s ++;timer0_20ms = 0;if ( timer0_s == 60 ){timer0_m ++;timer0_s = 0;timer0_20ms = 0;if ( timer0_m == 99 ){ timer0_m = 0;}			}}if ( S5 == 0 ){Delay ( 3 );if ( S5 == 0 ){TR0 = 0;}else ;}else {TR0 = 1;}if ( S4 == 0 ){Delay ( 3 );if ( S4 == 0 ){timer0_20ms = 0;timer0_s = 0;timer0_m = 0;}}Input_SMG ( 7 , SMG_duanma[ timer0_20ms%10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 6 , SMG_duanma[ timer0_20ms/10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 5 , SMG_duanma[16] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 4 , SMG_duanma[ timer0_s%10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 3 , SMG_duanma[ timer0_s/10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 2 , SMG_duanma[16] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 1 , SMG_duanma[ timer0_m%10 ] );Delay ( 1 );Input_SMG ( 0 , SMG_duanma[ timer0_m/10 ] );Delay ( 1 );
}void main ()
{Init_timer0 ();while ( 1 ){time_SMGrunning ();}
}

5.編程思路重述

????????對定時計數器的使用在比賽中至關重要，主要就是在初始化的時候：對TMOD的正確設置（GATE、C/T），對THx和TLx的初值正確賦值，然后不要忘記對TCON寄存器的TR0和TR1要賦值為1啟動，最后是IE寄存器里面的各個開關要打開。