【单片机技术】—— 89C52中断和定时器操作1

一、中断

1.1 基本概念

其实中断的概念很好理解：试想一下你正在教室里面搞单片机（这相当于与CPU正在执行主程序）这时，防空警报响了（一个中断信号），因此你得停下你手头的工作，去响应这个防空警报（中断响应），这个防空警报需要你执行一些行为（比如逃出教室或者躲在课桌底下），当你执行了一段时间之后，防空警报结束了（中断服务执行完了），那么你就从新回到教室继续搞单片机。

这个过程就是中断。

我们先看看中断都有哪几种：（1）外部中断0【中断号 0】，它的优先级是最高的。（2）定时器/计数器0 【中断号1】 （3）外部中断1【中断号 2】 （4）定时器/计数器 1【中断号 3】
（5）串口中断【中断号 4】 （6）定时器/计数器 2 【中断号 5】

先看看下面的图：其中，TCON, IE, IP 等都是与中断有关的寄存器。

要想在单片机中给一个中断（我们以外部中断0为例），看看需要什么条件：

1. 我们看到上图的 EA，它是中断总允许，也就是说，我们得把 EA 置成 1 ，才可能输入中断信号
2. EA=1 之后，我们就要看中断源允许，也就是说，我们要选择输入的中断种类。EX0 表示外部中断0，ET0 表示计数器/定时器 T0 中断、、、
3. 如果我们想给外部中断0（其实外部中断0和外部中断1原理一样），那么，我们还需要给出 $IT0$，当这个信号是0时，表示低电平触发、1表示下降沿触发。

1.2 代码和实验部分

下面，我们想实现这样一个效果：
【代码一】：实现数码管1，3，5亮，每隔一定时间同时亮一个数，然后我们在一些特定时刻给它外部中断0，中断时，让CPU点亮第一个LED灯，我们看看是什么效果：

#include<reg52.h>
#define unchar unsigned char
#define uint unsigned int

sbit WEI = P2^7;    //定义控制数码管的位选信号的单片机端口位（或者说定义单片机的P2.7口是WEI）
sbit DULA = P2^6;   //定义单片机P2.6口是DULA（控制数码管的段选信号）
sbit D1 = P1^0;     //定义控制第一个LED的单片机端口位
sbit int0 = P2^3;
uchar num;

uchar code table[] = {0x3f, 0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,
                      0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
                      0x39,0x5e,0x79,0x71};    //定义数码管的编码表，为了节约内存空间
void delay(uint);

void main()
{
	EA=1;  //先打开中断总允许
	EX0=1;  //打开中断源允许EX0，表示允许外部中断0输入
	IT0 = 1;  //表示下降沿触发（因为一上电默认单片机P3.2口是高电平的）
	
	//下面是数码管的显示：先位选
	WEI = 1;    //打开位选
	P0 = 0xea;
	WEI = 0;    //锁住位选信号
	
	while(1)
	{
		for(num=0;num<16;num++)
		{
			DULA = 1;      //打开段选
			P0 = table[num];
			DULA = 0;
			if(num == 3)
			{
				//如果num == 3那么就给一个下降沿，即让P3.2口变成低电平
				int0 = 0;
			}
		}
	}
}

void exter0() interrupt 0
{
	D1 = 0;    //中断响应就是要先让第一个LED亮
	delay(1000);  //延时
	D1 = 1;    //灭LED
	int0 = 1;   //把P3.2口变回高电平，用以准备下一次的中断。

}

void delay(uint z)
{
	//延时函数
	uint x,y;
	for(x=z;x>0;x--)
		for(y=1000;y>0;y--);
}

也就是说：我们想要给出一个中断信号（这里我们暂时先不管定时器和串口）就以外部中断0、外部中断1为例。那么我们就首先需要打开总中断允许（即令 EA=1）；接下来，就要选取中断种类（即令EX0, ET0, EX1, ET1,ES），选哪个就把那个置1，最后一步就是选择触发方式：（IT0, IT1）置1表示下降沿触发、置0表示低电平触发

二、定时器

2.1 原理简析

这是单片机里面一个相当重要的概念：首先，51单片机里面有两个定时器 T0, T1。

定时器一但启动，它便在原来的数值上开始加1计数，若在程序开始时，我们没有设置 TH0 和TL0，它们的默认值都是0，假设时钟频率为12MHz，12个时钟周期为一个机器周期，那么此时机器周期为1us.

假如定时器工作在模式一：也就是我们先在 TL0 这8位里面记录时间，每当记满 TL0 的八位后，才向 TH0 进 1. 那么，在TH0、TL0的初始值都是0时，我们记满整个定时器需要的机器周期就是： $(2^8)^2 = 256$x $256$ = $65536$个机器周期，再来多一个周期，那么计数器就溢出，那么随机向CPU 发出中断请求。

而上面的情况，从计数开始到向CPU发出中断，所花的时间是：1us x 65536 = 65536us =65.536ms
那么，假如我们给定计数器一个初始值，那么我们就可以控制计数器在经过规定的时间后产生中断。

要知道，在此之前，我们想要计时都是通过 $delay()$ 去做的，不仅要手工调参，而且定时精度不佳，但是利用定时器定时就非常精确！

2.2 调用定时器的步骤

首先，51单片机的定时器由两个寄存器 $TMOD$ 和 $TCON$ 控制：

TMOD也是一个八位寄存器，低4位控制 T0 定时器，高四位控制 T1 定时器。
如果我们只是使用T0定时器，那么我们就直接把高四位置0即可。

我们看看：00表示模式0、01表示模式1、10表示模式2、11表示模式3.
我们分析一下模式1：模式1就是我们在上文提到的那种计数方式：也就是我们先在 TL0 这8位里面记录时间，每当记满 TL0 的八位后，才向 TH0 进 1.

=========================================
那么举个例子：假设我们要定时 50ms，也就是50000us.那么我们看一下TH0和TL0里面的值到底怎么算：

因为我们想要计数器精准记到50000us，之后这个计数器得告诉我们从开始到现在刚好走完了50000us，这个“告诉我们”的过程，就是计数器发出中断（即计数到65536的时候）。那么也就是说，这个计数器就不可能是从0开始的，它得是从某一个值开始计数，记了50000次刚好到65535.

那么，很简单，这个初始值就是 (65536-50000) = 15536

现在我们要做的，就是把这个15536分配到 TH0 和 TL0 中。我们会议一下模式一，是在 TL0 得8位都记满，即256个机器周期，才会向 TH0 进一位。因此，TH0我们可以这样表示：
$TH0 = (65536-50000)/256$
这里，’/’ 表示取模，也就是商（整数）

TL0 我们可以这样表示： $TL0 = (65536-15536)\%256$
这里的 ‘%’ 表示 取余数

对于 TCON的设置，我们不用把所有位的置一次，只需要定义 $TR0$（用于控制 T0 的启动和停止）
如果要同时用 T0 和 T1，那么我们就令 TR0 = 1; TR1 = 1; 即可。

由于定时器在计数满了溢出的时候也会向 CPU 发送中断请求，因此，我们也需要向调用外部中断0那样设置一些东西：比如打开中断总允许 EA（EA=1）、在打开 ET0（ET0=1）

重点：使用定时器的步骤！！

1. 首先规定定时器的初始值 TH0 和 TL0 （如果是Mode 1 可以套用上面的公式)
2. 然后我们设置控制定时器的第一个寄存器 TMOD
3. 设置中断允许的信号
4. 最后设置控制定时器的第二个寄存器 TCON

2.3 代码与实验

现在，我们还是希望点亮1、3、5三个数码管，每一次显示一个数字，但是闪烁的间隔时间我们不再使用之前的 $delay()$ 函数，而是采用定时器。我们看看代码：

注意：我们这里是假定了单片机的振荡频率是 12MHz，因为在12MHz时，晶振周期是 1/12M，而恰好1个机器周期等于 12 个晶振周期，那么一个机器周期也就是 (1/12)x12 = 1us。如果不是12MHz，那么一个机器周期的时间需要重新算一下。

#include<reg52.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

sbit WEI = P2^7;     //定义位选信号端
sbit DULA = P2^6;    //定义段选信号端
uchar num,t;
uchar code table[] = {0x3f, 0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,
                      0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
                      0x39,0x5e,0x79,0x71};
                      
void main()
{
	TH0 = (65536-50000)/256;     //定义定时器初始高位
	TL0 = (65536-50000)%256;     //定义定时器初始低位

	TMOD = 0x01;                 //定义TMOD（也就是控制T0的第一个寄存器）

	EA=1;    //打开中断总允许
	ET0=1;   //打卡定时器T0的中断允许

	TR0 = 1；  //定时器T0启动
	
	WEI=1;
	P0=0Xea;
	WEI=0;
	for(num=0;num<8;num++)
	{
		if(t == 20)
		{
			DULA=1;
			P0=table[num];
			DULA=0;
		}
	}
}

void extraT0() interrupt 1
{
	TH0=(65536-50000)/256;
	TL0=(65536-50000)%256;   //因为在CPU执行这一段中断代码时，计数器已经溢出了，所以要把它的初始值置成一开始的那个
	t++;   //这里 t 每自增一次，代表已经经过了50ms，那么t = 20时也就是1s	
}