【51单片机】9-定时器和计数器

news2024/11/22 16:37:35

1.定时器的介绍

1.什么是定时器

（1）SoC的一种内部的外设【在单片机里面，但是在CPU外面】

（2）定时器就是CPU的”闹钟“

2.什么是计数器

（1）定时器就是用计数的原始实现的

（2）计数器可以计算外部脉冲个数

3.定时器如何工作

（1）第一步：先设置好定时器的时钟源（如果需要的话）---51单片机是不需要设置的

（2）第二步：初始化时钟相关寄存器

（3）第三步：设置定时时间（取决于脉冲计数个数+脉冲的时间）
（4）第四步：设置中断处理程序

（5）第五步：打开定时器

（6）运行时：定时器计数到后产生中断，如何执行中断isr【中断处理程序】

2.软件控制硬件的关键--寄存器

1.什么是寄存器

（1）register

（2）寄存器，寄存，内容可变，一般按位定义

（3）寄存器使用地址访问，编程上像内存一样

2.寄存器的工作原理

（1）寄存器和硬件之间有双向影响

（2）软件可以读写寄存器

（3）总结：寄存器是软件能够控制硬件的关键

3.各种寄存器

（1）单片机的学习主要包括CPU和各种内部外设

（2）各种内部外设的编程接口就是寄存器

（3）熟悉一款单片机其实就是熟悉他的寄存器

（4）寄存器会随着单片机的复杂化而变复杂

（5）学会用C语言操作寄存器的技巧

3.定时器简介

参考数据手册

通用寄存器：可以存放任何数据

特殊功能寄存器：专用寄存器【每一位存放什么已经定义好了】

16位定时器/计数器：可以存储2的16次方位二进制

定时器/计数器的核心部件是一个加法（或者减法）计数器，其本质是对脉冲进行计数。

比如外部12MHz晶振，单片机工作在12T模式下，则内部时钟频率是1MHz，则时钟脉冲宽度为1us(1.1MHz=1us）

如果单片机工作在6T模式下，则内部时钟频率是2MHz，则时钟脉冲宽度为0.5us(1/2MHz=0.5us)

4.定时器的主要寄存器介绍

1. TL0/TH0 

1000==0x3E8 ===》高8位为0x3    低8位为0xE8===》TL0==0xE8  TH0==0x3

8888==0x22B8===》高8位为0x22  低0xB8  =====》TL0 =0xB8  TH0==0x22

2.TCON【定时器控制寄存器】

（1）8个位，但是有4个名字：TR，TF，IE，IT。每一个名字的符号都有2个，后面分别带有0或者1，【TF1表示高位，TF0表示地位】

1.TF：timer flag【定时器标志位】

（1）定时器标志位：硬件直接操控的，是只读（软件只是通过读取TF1来知道硬件的状态，而不用去写这一位来设置硬件的状态）

（2）”最高位溢出“表示达到我们设置的最大位数，则将TF1设置为【1】

（3）timer定时器时间到了会做2件事情：

        第一个是将TF标志改为1【可以检测是否是因为时间到了而达到中断，还是其他意外】

        第二个是产生中断让CPU去中断处理

（4）TF是硬件清零的（由1变0是自动的，不需要软件来干预）。有一些CPU的设计是需要软件去清零，这时候用户的程序就一定要记得给标志位清零，比如就不能重复进入中断或者反复不停的重复进入中断。

2.TR：timer run【定时器启动计数的开关控制位】

（1）定时器的启动计数开关。当我们把整个定时器初始化好了之后，我们给TR位写1就表示可以开启计数。

（2）TR位和GARE位有一定关联性。【在下面有提及】

3.IE：【外部中断请求源标志】

（1）IE也是一个标志位，作用用来展示硬件状态改变的。比如IE1对应外部中断1（INT1）。平时不发生INT1时IE1=0，当INT1发生中断时，硬件自动IE1=1，当CPU处理了INT1时，硬件会自动给IE1=0（硬件自动清零）。

4.IT：【设置外部中断的中断触发方式】

IT用来设置外部中断的中断触发方式。所谓的中断的触发方式，就是指硬件在某种条件下才会被判定为要产生中断，所以其实就是中断产生的条件。中断触发方式一般是：边沿触发和电平触发2种。边沿触发又分为：上升沿触发，下降沿触发，双边沿触发；电平触发方式分为：高电平触发，低电平触发2钟。

电平触发：如果我们设置低电平为发生触发，则如果按键被按下，则就触发中断。【会反复进入中断】---》所以按键，不能使用电平触发

边沿触发：设置为"上升沿”触发或者“下降沿”触发

3.TMOD【定时器模式寄存器】

1.GATE：门控位【TMOD寄存器中的】

用于控制外部信号的

（1）GATE是TMOD寄存器中的，也有2个分别对应T0和T1。GATE位中文名叫门控位，工作方式是：GATE=0时（相当于门是打开的，此时GATE位是可以忽略的），此时定时器开关就只受TR位影响，具体就是TR=1开启计数，TR=0结束计数。当timer处于定时器工作模式时GATE就要等于0；GATE一般是在timer处于计数器模式时使用的。当timer用来计数时，很关键的是什么条件下计数，什么条件下不计数。当GATE=0时，计数条件只有TR1一个（TR1=1就计数，TR1=0看不计数—），当GATE=1时是否计数不仅取决于TR1还取决于INT1引脚（P3.3），实际规则是：当TR1=1并且INT1引脚也为高电平时才会计数。

2.C/T

设置T0/T1工作子啊定时器模式还是计数器模式。

当输入是【1】表示计数器，【0】时表示定时器。

3.M0/M1

2位一起来表示T0/T1处于哪一种工作模式下，一般有4种：13位，16位，8位自动重载，双8位。

5.定时器编程实践

1.实验目的

（1）实验定时器来完成LED闪烁

（2）用来实现闪烁时中间的延迟是用delay函数实现，在delay的过程中CPU要一直耗在这里不能去做别的事情。这是之前的缺点。

（3）本节用定时器来定一个时间（比如0.3s），在这个定时器定时内CPU还可以去做主线任务，定时时间产生中断，在中断处理程序isr中让LED闪烁即可。

2.如何编程

（1）定时（timer初始化）

（2）主程序该干嘛干嘛

（3）中断处理程序

一般我们写编程时都是参考数据手册中的代码进行修改

定时器的时间周期

我们开发板的定时器最多可能订多长时间？

内部时钟频率是1MHz,时钟周期是1us，最多能定65535（16位定时器），也就是说最大定时时间为65535*1us=65535us=65.535ms

如果要定比较长的时间（比如2s），定时器直接是不能满足的，解决办法是多次定时后加起来成一个长时间。

计算TL0和TH0

（1）确定自己定时时间，定为50ms

（2）确定内部时钟周期，因为12T模式，外部晶振12MHz，所以：1us

（3）定时个数就是：50ms/1us=50000

（4）计数个数就是50000，那么写进入TL0和TH0里面的计数值应该是65535-50000=15535【因为我们是加法定时器，所以加法应该是对应从后往前】

（4）TL0=50000%256【取余表示低8位】   TH0=50000/256【取商表示高8位】

50000====》0xC350===》TL0=0x50【表示低8位】   TH=0xC3【表示高8位】

中断处理程序

//中断处理程序
void timer0_isr(void) interrupt 1 using 1	//表示外部中断号【在“中断”数据手册中有】
{
	//因为我们要多次进行中断处理程序，所以我们要自己手动修改计数值，要不然进行一次就结束
	//如果不想多次中断，则不要进行手动重载TL0和TH0
		TL0=15535%256;
		TH0=15535/256;
		if(count--==0){
			//说明中断了10次，500ms到了，干活了
			//LED取反
			LED=!LED;
			count=CNT;//我们要进行10，所以一定要进行再次赋值
		}
}

完整代码

#include<reg51.h>


unsigned char count;//10次，对应500ms

sbit LED=P0^1;	//LED对应的CPIO定义

#define CNT 20


//中断处理程序
void timer0_isr(void) interrupt 1 using 1	//表示外部中断号【在“中断”数据手册中有】
{
	//因为我们要多次进行中断处理程序，所以我们要自己手动修改计数值，要不然进行一次就结束
	//如果不想多次中断，则不要进行手动重载TL0和TH0
		TL0=15535%256;
		TH0=15535/256;
		if(count--==0){
			//说明中断了10次，500ms到了，干活了
			//LED取反
			LED=!LED;
			count=CNT;//我们要进行10，所以一定要进行再次赋值
		}
}



void main(){
	
	//0000 0001
	//因为我们控制的是T0，所以前四位为0【前四位为T1】
	//【第5个0】：GATE，我们此时是定时器，与外部程序无关，所以设置为0
	//【第6个0】：C/T，0表示定时器，1表示计数器
	//【第7-8个0】：表示在16位定时器
	TMOD=0x01;  //T0设置工作在定时器模式下，16位定时器
	
	
	//我们定时50ms
	//因为是12HMz的晶振，所以50ms/1us=50000
	//设置TL0【低8位】===>256是2的8次方
	TL0=15535%256;
	//设置TH0【高8位】
	TH0=15535/256;
	
	TR0=1;//开启计数器
	
	ET0=1; //开启T0中断
	EA=1;//中断总开关
	
	count=CNT;
	
	while(1);			//主任务
	
}

6.定时时间设置

1.加法定时器和减法定时器

（1）定时器的原理是计数器，加法定时器计数方法是从我们给定的值开始计数，直到溢出（比如我们16位定时器最大值位0xffff，也就是65535，计数值到达这个值就溢出了）。减法定时器是从我们给定的值开始减1，减到0就溢出。

（2）实例来看，比如16位定时器，我们设置计数值为1000，则如果是减法定时器那么计数个数就是1000，如果是加法定时器则计数个数是65535-1000=64535

（3）51单片机就是典型的加法定时器

（4）现代的单片机或者嵌入式SoC，一般常用的都是减法定时器。虽然我们加法定时器和减法计时器都可以实现功能，但是明显减法定时器更加直观

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