8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 11 - 定时器中断的使用

在第一篇到第九篇博文中，我们认识到了一些基于IO口输入与输出的基础电子器件使用：
《​​8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 01 - 点亮一个LED​​》
《​​8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 02 - LED延时约5s闪烁​​》
《​​8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 03 - LED流水灯​​》
《​​8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 04 - 蜂鸣器驱动​​》
《​​8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 05 - 静态数码管驱动​​》
《​​8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 06 - 动态数码管驱动​​》
《​​8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 07 - 独立按键驱动​​》
《​​8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 08 - 矩阵按键驱动​​》
《​​8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 09 - LED点阵显示数字​​》
但现在我们要开始回到8051单片机内部，通过实战来认识它们的工作原理，你会发现通过它们可以去开发一些更有意思的东西！

这篇博文带领大家认识一下STC89C52RC单片机定时器中断的使用，如果你不了解什么是中断，建议你先看这篇：
《​​STC89C52RC单片机额外篇 | 01 - 认识中断、中断源以及中断优先级​​》

1 中断系统结构

以下这张图是从中断引脚到中断入口所经过的通道：

从图中不难看出​​T0​​​与​​T1​​​经过了​​TCON、IE、IP​​这些寄存器，因此我们在写程序时得把这些寄存器功能配置好，CPU才会按照我们的想法只执行！下面分别对这些寄存器进行介绍（稍微了解一下即可，忘记的时候再查）。

1.1 TCON寄存器

TCON(Timer Control Register)，中文叫定时器/计数器控制寄存器，TCON寄存器是用于中断触发方式设置以及中断标志。

各寄存器位的作用如下：

1.2 IE寄存器

IE(Interrupt Enable)，中文叫中断允许寄存器，它的作用是控制所有中断源的开放或禁止，以及每个中断源是否被允许。

各寄存器位的作用如下：

1.3 IP寄存器

IP(Interrupt Priority)，中文叫中断优先级寄存器，它是用来设定各个中断源属于两级中断中的哪一级。

各寄存器位的作用如下：

2 定时器/计数器结构

以下这张图是定时器/计数器结构框图：

从图中不难如果我们要使用定时器，必须要初始化​​TH1(TH0)​​​、​​TL1(TL0)​​​、​​TCON​​​与​​TMOD​​​寄存器，对于​​TCON​​​寄存器，在前面的中断系统结构中，我们已经学习到了，下面分别对​​TH1(TH0)​​​、​​TL1(TL0)​​​与​​TMOD​​寄存器的使用进行介绍。

2.1 TH1(TH0)与TL1(TL0)寄存器

​​TH1(TH0)​​​与​​TL1(TL0)​​​，它们都是定时值存储寄存器，用于存储定时器的计数值，其中​​TH1/TL1​​​ 用于 ​​T1​​​，​​TH0/TL0​​​ 用于 ​​T0​​。以下是它们各个寄存器的作用：

2.2 TMOD寄存器

TMOD(TIMER MODE)，中文叫定时器模式寄存器，它用于给定时器设置工作方式。

我们看到​​TMOD​​​寄存器前面四位与后面四位一模一样，其实前四位是用于设置定时器​​T1​​​的模式，后四位是用于设置定时器​​T0​​的模式。

各寄存器位的作用如下：

上面这部分寄存器一般使用较少，通常不设置，使用复位默认值！下面是​​TMOD​​​寄存器 ​​M1/M0​​工作模式：

下面列出各个工作模式下的内部工作图：

① 工作模式0：

② 工作模式1：

③ 工作模式2：

④ 工作模式3：

事实上，对于工作模式的设置，通常我们用得最多的是工作模式1和工作模式2。 为了更好地说明工作模式1和工作模式2的使用，我们先记住一句话：1个机器周期含6个状态周期，12个振荡周期。如果使用12M频率的晶振，那么它的振荡周期就是1/12（us)，即机器周期为1us！那么定时器/计数器每计数1次，则花费1us。

对于工作模式1，我们可以理解以下这个例子：

通过计算​​N=500​​​，即要定时​​1ms​​​，需要机器周期运行​​500​​​次，那么为什么​​X=65536-500​​​？结合前面的内部工作图，我们知道溢出​​(0xFFFF+1=65536)​​​才能​​TF0​​​位设置为​​1​​​，由于定时器计数是往上自加的，所以从​​65026​​​开始自加到​​65536​​​刚好计数​​500​​​次，也就是​​1ms​​​。所以在此处​​TH0=0xFE​​​，​​TL0=0x0C​​​，也就是​​X​​的前八位与后八位。

对于工作模式2也是，由于只使用​​TL0​​​进行计数，所以最大计数为​​256​​​次，自动重装模式的意思是每次溢出​​(0xFF+1=256)​​​后，​​TH0​​​里面存的计数值会直接复制到​​TL0​​​，因此​​TH0​​只存计数值，而不会计数。

3 原理图

① LED灯：

② 数码管原理图：

③ 数码管的位选使用138译码器进行解析，关于这块我们可以参考这篇文章：《​​数字器件认识 | 74HC138三八译码器的应用​​》。

④ MCU原理图：

4 代码

① 中断服务函数：

我们知道我们编写的C程序，函数的执行是从main主函数开始执行，现在有了中断，自然就产生一个中断服务函数：

从图中我们可以知道单片机在发生中断的时候，程序的执行过程会从主程序A跳到中断服务程序B，在执行完中断服务程序B后，会返回到之前主程序A被中断打断处继续执行程序。

那么我们如何指定中断服务程序？具体参考以下模板（对于函数名你可以随便写，当然最好贴近有意义的命名）。

外部中断0的中断服务函数：

void Int0() interrupt 0
{
  ... // 中断服务程序中要执行内容
}

定时器0的中断服务函数：

void Timer0() interrupt 1
{
  ... // 中断服务程序中要执行内容
}

外部中断1的中断服务函数：

void Int1() interrupt 2
{
  ... // 中断服务程序中要执行内容
}

定时器1的中断服务函数：

void Timer1() interrupt 3
{
  ... // 中断服务程序中要执行内容
}

串行口的中断服务函数：

void Serial() interrupt 4
{
  ... // 中断服务程序中要执行内容
}

② 使用单片机内部定时器​​T0​​可以实现准确延时，让LED循环点亮1秒，熄灭1秒：

#include "reg52.h"       //此文件中定义了单片机的一些特殊功能寄存器

typedef unsigned int u16;   //对数据类型进行声明定义
typedef unsigned char u8;

sbit led=P2^0;   //定义P20口是led

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : Timer0Init
* 函数功能       : 定时器0初始化
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void Timer0Init()
{
  TMOD|=0x01; //选择为定时器0模式，工作模式1，仅用TR0打开启动。

  TH0=0xFC; //给定时器赋初值，定时1ms
  TL0=0x18; 
  ET0=1; //打开定时器0中断允许
  EA=1; //打开总中断
  TR0=1; //打开定时器      
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : main
* 函数功能     : 主函数
* 输    入       : 无
* 输    出       : 无
*******************************************************************************/
void main()
{ 
  Timer0Init();  //定时器0初始化
  while(1);   
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : void Timer0() interrupt 1
* 函数功能       : 定时器0中断函数
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void Timer0() interrupt 1
{
  static u16 i;
  TH0=0xFC; //给定时器赋初值，定时1ms
  TL0=0x18;
  i++;
  if(i==1000)
  {
    i=0;
    led=~led; 
  } 
}

③ 使用单片机内部定时器​​T1​​可以实现准确延时，让数码管最后一位间隔一秒循环显示0-F：

#include "reg52.h"           //此文件中定义了单片机的一些特殊功能寄存器

typedef unsigned int u16;     //对数据类型进行声明定义
typedef unsigned char u8;

sbit LSA=P2^2;
sbit LSB=P2^3;
sbit LSC=P2^4;

u8 code LedChar[]={
    0x3F,  //"0"
    0x06,  //"1"
    0x5B,  //"2"
    0x4F,  //"3"
    0x66,  //"4"
    0x6D,  //"5"
    0x7D,  //"6"
    0x07,  //"7"
    0x7F,  //"8"
    0x6F,  //"9"
    0x77,  //"A"
    0x7C,  //"B"
    0x39,  //"C"
    0x5E,  //"D"
    0x79,  //"E"
    0x71,  //"F"
    0xff, //全亮
    0x00  //熄灭
};

u8 n=0;

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : Timer1Init
* 函数功能         : 定时器1初始化
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void Timer1Init()
{
    TMOD|=0X10; //选择为定时器1模式，工作模式1，仅用TR1打开启动。

    TH1=0xFC;   //给定时器赋初值，定时1ms
    TL1=0x18;   
    ET1=1; //打开定时器1中断允许
    EA=1; //打开总中断
    TR1=1; //打开定时器          
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : main
* 函数功能       : 主函数
* 输    入       : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void main()
{   
    LSA=0;
    LSB=0;
    LSC=0;
    Timer1Init();  //定时器1初始化
    while(1);       
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : void Timer1() interrupt 3
* 函数功能         : 定时器0中断函数
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void Timer1() interrupt 3
{
    static u16 i;
    TH1=0xFC;   //给定时器赋初值，定时1ms
    TL1=0x18;
    i++;
    if(i==1000)
    {
        i=0;
        P0=LedChar[n++];
        if(n==16)n=0;   
    }   
}