單片機(jī)定時(shí)器中斷原理圖解 - 全文

單片機(jī)定時(shí)器中斷是我們經(jīng)常都需要用的，下面將以51單片機(jī)為例子來(lái)說(shuō)明單片機(jī)定時(shí)器中斷原理。

　　80C51的定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)

　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加1計(jì)數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個(gè)寄存器組成。TMOD是定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動(dòng)和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。

　　中斷系統(tǒng)介紹

　　中斷系統(tǒng)是一套硬件電路，它可以在每個(gè)機(jī)器周期對(duì)所有的外設(shè)的標(biāo)志位作查詢。相比于前面的軟件查詢（if（xx＝＝1）），中斷系統(tǒng)也可以叫做硬件查詢。51的中斷系統(tǒng)可查詢以下6個(gè)標(biāo)志位。

　　IE0（TCON.1），外部中斷0中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。

　　IT1（TCON.2），外部中斷1觸發(fā)方式控制位。

　　IE1（TCON.3），外部中斷1中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。

　　TF0（TCON.5），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。

　　TF1（TCON.7），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。

　　RI（SCON.0）或TI（SCON.1），串行口中斷請(qǐng)求標(biāo)志。當(dāng)串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)置位RI或當(dāng)串行口發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)置位TI，向CPU申請(qǐng)中斷。

　　當(dāng)中斷系統(tǒng)查詢到外設(shè)的標(biāo)志位變?yōu)?時(shí)，中斷系統(tǒng)可暫停當(dāng)前的主循環(huán)，并且將程序跳轉(zhuǎn)到用戶預(yù)先指定的函數(shù)中執(zhí)行。要啟動(dòng)中斷系統(tǒng)，必須先進(jìn)行中斷初始化，其流程如下：

　　a、是否要查詢外設(shè)標(biāo)志（EA＝0或EA＝1，EA 也叫 CPU中斷允許（總允許）位）

　　b、查詢到標(biāo)志1，是否要跳程序

　　c、跳轉(zhuǎn)的目標(biāo)函數(shù)，即中斷服務(wù)子函數(shù)

　　所以在使用定時(shí)器中斷時(shí)，我們只需要首先初始化中斷系統(tǒng)，開(kāi)啟總中斷（相當(dāng)于總開(kāi)關(guān)），開(kāi)啟定時(shí)器對(duì)應(yīng)的控制位（相當(dāng)于支路開(kāi)關(guān)），再初始化定時(shí)器即可。中斷系統(tǒng)作為單片機(jī)的外設(shè)，只有在某個(gè)中斷產(chǎn)生時(shí)才會(huì)打斷主循環(huán)，并由相應(yīng)的中斷號(hào)引入到相應(yīng)的中斷服務(wù)子函數(shù)。下圖是6個(gè)中斷標(biāo)志位的信息。

? ?80C51單片機(jī)定時(shí)器中斷原理

　　這里將涉及到單片機(jī)中斷的應(yīng)用，在cpu的一步步按照指令運(yùn)行的過(guò)程中（主程序），可能會(huì)有其它的更緊急的需要做的事情（中斷服務(wù)程序），需要cpu暫時(shí)停止當(dāng)前的程序（主程序），做完了（中斷服務(wù)程序）之后，又可以繼續(xù)去運(yùn)行先前的程序（主程序）。就像你正在吃飯，一邊又在給水桶里放水，吃著吃著，水滿了，你就得趕快去把水龍頭關(guān)掉或者換一個(gè)空的水桶，再回來(lái)吃飯。

　　單片機(jī)的定時(shí)器就像是一個(gè)水桶，你讓它啟動(dòng)了，也就是水龍頭打開(kāi)了；開(kāi)始裝水了；定時(shí)在每個(gè)機(jī)器周期不斷自動(dòng)加1，最后溢出了；水桶的水不斷增加，最也就滿出來(lái)了；定時(shí)器溢出時(shí)，你就要去做處理了；水桶的水滿了，你也應(yīng)該處理一下了；處理完后，單片機(jī)又可以回到剛剛開(kāi)停止的地方繼續(xù)運(yùn)行；水桶處理了，先前你在做什么也可以繼續(xù)去做什么了。

　　單片機(jī)的主程序是從0x0000開(kāi)始運(yùn)行的，單片機(jī)服務(wù)程序從哪里開(kāi)始運(yùn)行呢？在51里，有多個(gè)中斷服務(wù)程序入口，0號(hào)入口是外中斷0，地址在0x0003；1號(hào)入口是定時(shí)器0，在 0x000B；2號(hào)入口是外中斷1；地址在0x0013，3號(hào)入口是定時(shí)器2；地址在0x001B，等等。當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，程序就記下當(dāng)前運(yùn)行的位置，跳到對(duì)應(yīng)的中斷入口去運(yùn)行中斷服務(wù)程序，運(yùn)行完之后，又跳回到原來(lái)的位置繼續(xù)運(yùn)行。

　　在C51中，你不用理會(huì)中斷服務(wù)程序放在哪里，會(huì)怎么跳轉(zhuǎn)。你只要把某個(gè)函數(shù)標(biāo)識(shí)為幾號(hào)中斷服務(wù)函數(shù)就可以了。在發(fā)生了對(duì)應(yīng)的中斷時(shí)，就會(huì)自動(dòng)的運(yùn)行這個(gè)函數(shù)。

　定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理

　　加1計(jì)數(shù)器輸入的計(jì)數(shù)脈沖有兩個(gè)來(lái)源，一個(gè)是由系統(tǒng)的時(shí)鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來(lái)；一個(gè)是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來(lái)一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)加到計(jì)數(shù)器為全1時(shí)，再輸入一個(gè)脈沖就使計(jì)數(shù)器回零，且計(jì)數(shù)器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求（定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷允許時(shí)）。如果定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于定時(shí)模式，則表示定時(shí)時(shí)間已到；如果工作于計(jì)數(shù)模式，則表示計(jì)數(shù)值已滿。

　　可見(jiàn)，由溢出時(shí)計(jì)數(shù)器的值減去計(jì)數(shù)初值才是加1計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。

　　設(shè)置為定時(shí)器模式時(shí)，加1計(jì)數(shù)器是對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)（1個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩周期，即計(jì)數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計(jì)數(shù)值N乘以機(jī)器周期Tcy就是定時(shí)時(shí)間t 。

　　設(shè)置為計(jì)數(shù)器模式時(shí)，外部事件計(jì)數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計(jì)數(shù)器。在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當(dāng)某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時(shí)，則計(jì)數(shù)器加1，更新的計(jì)數(shù)值在下一個(gè)機(jī)器周期的S3P1期間裝入計(jì)數(shù)器。由于檢測(cè)一個(gè)從1到0的下降沿需要2個(gè)機(jī)器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個(gè)機(jī)器周期。當(dāng)晶振頻率為12MHz時(shí)，最高計(jì)數(shù)頻率不超過(guò)1/2MHz，即計(jì)數(shù)脈沖的周期要大于2 ?Us。

　　#define _1231_C_

　　#include “reg51.h”

　　//sbit OE=P2^3;

　　unsigned int SystemTime;

　　void timer0（void） interrupt 1 using 3 //中斷部分代碼，見(jiàn)下文的釋疑

　　{

　　TH0 = 0xdb;

　　TL0 = 0xff;

　　// TF0 = 0;

　　SystemTime++;

　　}

　　void main（）

　　{

　　TMOD &= 0xF0;

　　TMOD |= 0x01; //TMOD的值表示定時(shí)器工作方式選擇

　　TH0 = 0xdb; //寫(xiě)入初始值，初始值可以決定定時(shí)多久

　　TL0 = 0xff;

　　//根據(jù)上文的木桶比喻的話，如果TH0 = 0x00;TL0 = 0x00；則表示從桶底開(kāi)始裝水。

　　//TH0 = 0xdb;TL0 = 0xff;可以這樣子理解相當(dāng)于木桶里已經(jīng)有部分液鉛在里面，

　　//TH0和TL0這個(gè)兩個(gè)值表示木桶里液鉛的高度，即此時(shí)桶里只能從液鉛的高度以上開(kāi)始裝水，

　　//TH0 = 0xff;TL0 = 0xff；即表示桶的最高位置。

　　TF0 = 0; //計(jì)數(shù)到時(shí)TF0為1，即當(dāng)TH0 = 0xff;TL0 = 0xff；再運(yùn)行一步TF0 = 1;

　　TR0 = 1; //開(kāi)始計(jì)數(shù)，從這時(shí)起，每運(yùn)行一步TH0和TL0都會(huì)增加，直到TH0 = 0xff;TL0 = 0xff；

　　//相當(dāng)于開(kāi)水龍頭，如TR0=0則TH0和TL0不變

　　ET0 = 1; //允許定時(shí)器0中斷

　　EA=1; //開(kāi)總中斷

　　//下面是個(gè)死循環(huán)，程序里每運(yùn)行一步TH0和TL0都會(huì)增加，當(dāng)增加到TH0 = 0xff;TL0 = 0xff；

　　//單片機(jī)會(huì)從死循環(huán)里退出，去執(zhí)行中斷部分的代碼，即開(kāi)始運(yùn)行void timer0（void） interrupt 1 using 3{}

　　//運(yùn)行完中斷部分的代碼后，接著繼續(xù)執(zhí)行死循環(huán)里的代碼。

　　//注意：當(dāng)TH0 = 0xff;TL0 = 0xff；再運(yùn)行，TF0并沒(méi)有從0變?yōu)?，個(gè)人猜測(cè)TF0=1；時(shí)觸發(fā)了中斷，并重新被置零。

　　//如把ET0 = 1;和EA=1;注釋掉，當(dāng)TH0 = 0xff;TL0 = 0xff；再運(yùn)行，TF0會(huì)變?yōu)?，此時(shí)不會(huì)再執(zhí)行中斷部分代碼。

　　while（1）

　　{

　　if （（SystemTime%100）《50） //SystemTime除以100，余數(shù)小于50為真

　　{

　　…………;

　　}

　　else

　　{

　　…………；

　　}

　　};

　　}

　　釋疑：void Timer0（） interrupt 1 using 1

　　Timer0 是函數(shù)名，隨便取的

　　interrupt xx using y

　　跟在interrupt 后面的xx 值得是中斷號(hào)，就是說(shuō)這個(gè)函數(shù)對(duì)應(yīng)第幾個(gè)中斷端口，一般在51中

　　0 外部中斷0

　　1 定時(shí)器0

　　2 外部中斷1

　　3 定時(shí)器1

　　4 串行中斷

　　實(shí)際上編譯的時(shí)候就是把你這個(gè)函數(shù)的入口地址方到這個(gè)對(duì)應(yīng)中斷的跳轉(zhuǎn)地址

　　using y 這個(gè)y是說(shuō)這個(gè)中斷函數(shù)使用的那個(gè)寄存器組，51里面一般有4組 r0 -- r7寄存器，一共有32個(gè)，如果你的終端函數(shù)和別的程序用的不是同一個(gè)寄存器組則進(jìn)入中斷的時(shí)候就不會(huì)將寄存器組壓入堆棧返回時(shí)也不會(huì)談出來(lái)節(jié)省代碼和時(shí)間

　　初始值算法：定時(shí)器是當(dāng)總數(shù)達(dá)到FFFFH后產(chǎn)生中斷吧！那你要讓它計(jì)數(shù)10000，是不是用FFFF（16進(jìn)制）減去10000（十進(jìn)制）的數(shù)當(dāng)計(jì)數(shù)初值 啊？TH0=-（10000/256）; TL0=-（10000%256）跟FFFF（16進(jìn)制）減去10000（十進(jìn)制）的數(shù)是一樣的。從TH0=-（10000/256）; TL0=-（10000%256）開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)到10000剛好滿。跟用FFFF（16進(jìn)制）減去10000（十進(jìn)制）的數(shù)一樣！?。?xiě)起來(lái)更簡(jiǎn)單，不 用算?。。?/p>

　　看看原碼、補(bǔ)碼就知道。正數(shù)的補(bǔ)碼是對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)，符號(hào)位為零，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是它的絕對(duì)值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)按位取反再加一，符號(hào)位為一。無(wú)符號(hào)數(shù)不考慮符號(hào)，那么這個(gè)結(jié)果就跟用FFFF減去它的絕對(duì)值一樣。