單片機定時器中斷原理及s3c2440的定時器使用方法

在程序中，需要延時的時候，通常狀況下有兩種方法：1、循環(huán)語句實現(xiàn)，這種方法簡單易用，但是無法得到一個精確的延時時間；2、定時器定時，可達(dá)到精確延時。

中斷的概念

什么是中斷：CPU在處理某一事件A時，發(fā)生的另外某一事件B請求CPU去處理（產(chǎn)生了中斷），隨后CPU暫時中斷當(dāng)前正在執(zhí)行的任務(wù)，去對事件B進(jìn)行處理，CPU處理完事件B后再返回之前中斷的位置繼續(xù)執(zhí)行原來的事件A，這一過程總稱為中斷。

中斷流程示意圖

使CPU中斷的事件稱中斷源。中斷源向CPU發(fā)出中斷請求，CPU暫時中斷原來執(zhí)行的事件A轉(zhuǎn)去做事件B。事件B處理完畢后繼續(xù)返回原先中斷的地方（該過程稱中斷返回，原先中斷的地方為斷點），繼續(xù)執(zhí)行原先的事件。

中斷的優(yōu)先級

中斷的好處

（1）：提高了CPU的效率

CPU是計算機的指揮中心，它與外圍設(shè)備（如：按鍵，顯示器等）通訊的方法有查詢和中斷2種

1：查詢：無論外圍i/o是否需要服務(wù)，CPU每隔一段時間都要依次查詢一遍，這種查詢的方法，CPU需要花費一些時間在做查詢的服務(wù)工作

2：中斷：在外圍設(shè)備需要通訊服務(wù)時主動告訴CPU，CPU停下當(dāng)前工作去處理中斷程序，從而提高了CPU的工作效率。

（2）：可以實現(xiàn)實時處理

外設(shè)任何時候都可能發(fā)出請求中斷的信號，CPU接到請求后及時處理，以滿足實時系統(tǒng)的需要

（3）：可以及時處理故障

計算機系統(tǒng)運行過程中難免會出現(xiàn)故障，eg：電源中斷，存儲器出錯，外圍設(shè)備工作不正常等，這時可以通過中斷系統(tǒng)向中斷源的CPU發(fā)出請求，以便解決故障。

定時器的使用步驟

1.打開總中斷：

EA（ENABLE ALL） = 1；

2.設(shè)置定時器工作方式：

TMOD寄存器：定時器/計數(shù)器模式控制寄存器

其中M1和M0是定時器工作方式的設(shè)置位，共可設(shè)置4種工作方式。

方式0（M1M0 = 00）：13位定時/計數(shù)器

方式1（M1M0 = 01）：16位定時/計數(shù)器 //通常采用方式1

方式2（M1M0 = 10）：8位自動重裝定時/計數(shù)器

方式3（M1M0 = 11）：T0分為兩個獨立的8為定時/計數(shù)器；T1在此方式停止計數(shù)

3.定時器填裝初值

填裝初值要點：

①單片機晶振頻率：12M，震蕩周期為1/12us

②標(biāo)準(zhǔn)的51單片機為12T，即12個時鐘周期， 12 x 1/12 us = 1us，即加一次1us。

例如：將定時器設(shè)置在工作方式1，初值設(shè)為10ms：

TMOD = 0x01;

TH0 = （65536 - 10000）;//10000代表10000個1us

TL0 = （65536 - 10000）;

4.打開定時器中斷

ET0 = 1：ENABLE TIME0

ET1 = 1： ENABLE TIME1

5.打開定時器（開始計數(shù)）

TR0 = 1：打開定時器0

TR1 = 1：打開定時器1

6.寫中斷服務(wù)函數(shù)（ISR）

注意：中斷服務(wù)函數(shù)不能有參數(shù)和返回值

定時器使用程序

注意：

1：定時器和中斷都屬于單片機的內(nèi)部資源，在開發(fā)板上是沒有芯片的，同時定時器的初始化程序一旦溢出，會自動去執(zhí)行定時器中斷子程序，而不需要我們自己去調(diào)用，這些都是由硬件直接控制的。

2：定時器計算的是固定脈沖，其定時時間是可以計算出來的。它比延時函數(shù)有更好的作用，能提高CPU 的效率，因為延時函數(shù)是需要耗費CPU去執(zhí)行的，在此期間，CPU是不能執(zhí)行其它功能的，而定時器是需要用到 的時候，CPU自動調(diào)用。

s3c2440的定時器使用方法

系統(tǒng)時鐘

首先，應(yīng)先了解s3c2440的時鐘系統(tǒng)。MCU的主時鐘源主要是外部晶振或外部時鐘，目前用的最多的是外部晶振。MINI2440開發(fā)板使用一個12MHz的外部晶振，如果CPU只工作在12MHz頻率下，開發(fā)板的使用效率非常低，所有依賴系統(tǒng)時鐘工作的硬件，其工作效率也非常低，如果想提高CPU的工作效率，則需要對輸入時鐘進(jìn)行一系列處理，其流程如下：

晶振頻率通過PLL（鎖相環(huán)）進(jìn)行倍頻處理。s3c2440有兩個PLL，分別是UPLL和MPLL。UPLL專用于USB模塊，提供48MHz，MPLL提供FCLK、HCLK和PCLK。FCLK是主頻時鐘，用于ARM920T內(nèi)核；HCLK用于AHB總線設(shè)備，如內(nèi)存控制、中斷控制、LCD控制、DMA以及USB主模塊；PCLK用于APB總線設(shè)備，如外圍設(shè)備的看門狗，IIS，I2C，PWM，MMC接口，ADC，UART，GPIO，RTC以及SPI。

s3c2440支持FCLK、HCLK和PCLK之間的分頻比例選擇，該比例由CLKDIVN寄存器中的HDIVN和PDIVN來決定。因此，我們只需確定FCLK，即可通過設(shè)定HDIVN和PDIVN來確定HCLK和PCLK。

FCLK與輸入時鐘Fin之間的倍數(shù)關(guān)系（即晶振頻率通過PLL倍頻）是通過MPLLCON寄存器（如圖1所示）來設(shè)置的，MPLLCON寄存器中包含3個參數(shù)：MDIV、PDIV、SDIV，公式如下：

MPLL（FCLK） = （2*m*Fin） / （p*2^s）

其中：m = MDIV + 8 ， p = PDIV + 2 ，s = SDIV

圖1 MPLLCON寄存器

總結(jié)一下，時鐘產(chǎn)生流程為：外部時鐘源→通過寄存器MPLLCON得到FCLK→再通過寄存器CLKDIVN得到HCLK和PCLK。

定時器

s3c2440有5個16-bit的定時器，定時器0、1、2、3具有PWM功能；定時器4只有一個內(nèi)部定時而沒有關(guān)聯(lián)到輸出管腳上；同時，定時器0有一個dead-zeno產(chǎn)生器，用于大電流設(shè)備。

定時器的輸入時鐘頻率信號跟預(yù)分頻器（prescaler）和分頻器（divider）相關(guān)。如圖2所示。

預(yù)分頻器：定時器0和1共享一個8-bit預(yù)分頻器，定時器2、3、4共享另一個8-bit預(yù)分頻器，預(yù)分頻器數(shù)值由TCFG0配置，取值范圍是0~255。

分頻器：同時，每一個定時器都分別有一個時鐘分頻器，這樣就可以產(chǎn)生5個不同的分頻信號，分頻器數(shù)值由TCFG1配置，取值只能是2、4、8、16，或者外部TCLKn。

圖2 定時器輸入時鐘框圖

具體公式為：

定時器輸入時鐘頻率=PCLK ÷ （prescaler+1） ÷ divider

比如，已知PCLK=50MHz，我們希望某一個定時器的輸入時鐘頻率為25KHz，那么我們就需要配置prescaler=249，divider=8，則遞減計數(shù)器每減一次1，時間就過去0.04ms（1÷25000×1000）。

TCONn為定時器控制寄存器，控制定時器的開啟與關(guān)閉。

定時計數(shù)緩沖寄存器TCNTBn用于存儲定時器的初始值，當(dāng)定時器啟動時，TCNTBn里的數(shù)值會被加載到遞減計數(shù)器TCNTn中。

定時比較緩沖寄存器TCMPBn用于存儲定時器的比較值，TCMPBn的數(shù)值會被加載到比較寄存器TCMPn里來跟遞減計數(shù)器進(jìn)行比較。

工作原理為：

（1）將定時器的初始值和比較值裝入寄存器TCNTBn和TCMPBn中。

（2）設(shè)置定時器控制寄存器TCON，啟動定時器。此時，TCMPBn和TCNTBn中的值會加載到寄存器TCMPn和TCNTn中。

（3）定時器會減1計數(shù)，即TCNTn進(jìn)行減1計數(shù)，當(dāng)TCMPn=TCNTn時，TOUTn引腳輸出取反。

在通常應(yīng)用中，TCMPBn的值用于PWM，當(dāng)遞減計數(shù)器和比較計數(shù)器數(shù)值相等時，電平會翻轉(zhuǎn)，從而達(dá)到改變占空比的目的。如果僅僅是用于定時中斷，那么將TCMPBn設(shè)置為0，則當(dāng)遞減計數(shù)器達(dá)到0時，定時器中斷請求通知CPU定時器操作已經(jīng)完成。當(dāng)定時器計數(shù)器到達(dá)零時， 相應(yīng)的 TCNTBn的值將自動被加載到遞減計數(shù)器以繼續(xù)下一次操作。然而，如果定時器停止了，例如，在定時器運行模式期間清除TCONn的定時器使能位， TCNTBn的值將不會被重新加載到計數(shù)器中。

s3c2440的定時器有一個雙緩沖功能，保證下次定時器操作時重加載的值改變時無需停止當(dāng)前的定時器操作。所以新的定時器的值設(shè)定，當(dāng)前的定時器操作也可以成功完成。定時器的值可以寫到TCNTBn中，定時器的當(dāng)前計數(shù)值可以從TCNTOn中讀到。TCNTBn被讀取的值，不表明計數(shù)器的當(dāng)前狀態(tài)，而是下一次定時器持續(xù)期間的重加載值。當(dāng)TCNTn為0，自動重加載操作會復(fù)制TCNTBn到TCNTn中。但是，如果TCNTn為0，而自動重加載的使能位為0，那么TCNTn不會再操作了。

配置完定時器相關(guān)內(nèi)容，接下來是配置中斷，如設(shè)置中斷模式（IRQ或FIQ），將定時器執(zhí)行函數(shù)對應(yīng)定時中斷入口地址等等，這里不多加贅述。