单片机内部定时/计数器和中断系统

上讲通过讲述用单片机控制一个外部的LED闪烁实验来向读者介绍了单片机的工作原理与开发流程。这一讲将介绍单片机内部非常重要的两个资源——定时/ 计数器和中断系统。通过该讲，读者可以掌握定时器的工作原理和单片机的中断系统。

从而设计定时器计数程序和中断服务程序。

一、原理简介

首先让我们举闹钟为例，将它定时在一分钟后闹铃，这就需要秒针走一圈（60 次）。即一分钟时间转化为秒针走的次数，也就是计数的次数，计数到了60 次然后闹铃，而每一次计数的时间是1 秒。

单片机内部的定时/ 计数器跟闹钟类似，可以通过编程来设定要定时的时间、定时时间到了进行相应的操作。那么在单片机内部计数一次的时间是多少呢，51 单片机输入的时钟脉冲是由晶体振荡器的输出经12 分频后得到的，所以定时器也可看作是对计算机机器周期的计数器。因为每个机器周期包含12 个振荡周期，故每一个机器周期定时器加1，可以把输入的时钟脉冲看成机器周期信号。故其频率为晶振频率的1/12。如果晶振频率为12MHz，则定时器每接收一个输入脉冲的时间刚好为1μs。在本实验套件中采用的是11.0592M 的晶振，故每接收一个输入脉冲的时间约为1.085μs。实现精确定时在实际项目应用中非常重要，因为往往需要用到精确定时一段时间，然后定时时间到的时刻做相应的任务。

那如何编程实现定时时间呢？首先先简单介绍下本实验板上单片机（STC89C52）内的定时器资源。STC89C52 内有三个定时/ 计数器， 分别为T0、T1 和T2。其中T0、T1 工作方式一样，一并介绍。

T2 的工作方式稍有区别，这里不做介绍，实验套件光盘中有实际应用程序。同时，单片机中的定时器和计数器是复用的，计数器是记录外部脉冲的个数，而定时器则是由单片机内部时钟提供的一个非常稳定的计数源。本讲中，以T0、T1 作为定时器来进行实例介绍使用。

了解了单片机内的定时器资源后，接下来我们来对定时器寄存器进行详细介绍。TMOD（见表1）、TCON（见表3）与定时器T0、定时器T1 间通过内部总线及逻辑电路连接，TMOD 用于设置定时器的工作方式，TCON 用于控制定时器的启动、停止，标志定时器的溢出和中断情况。当设置了定时器的工作方式并启动定时器工作后，定时器就按被设定的工作方式独立工作，不再占用CPU 的操作时间，只有在计数器计满溢出时才可能中断CPU 当前的操作。

表1 TMOD寄存器

表中各位（从左至右为从高位到低位）含义如下。

TMOD 的低4 位为定时器0 的方式字段，高4位为定时器1 的方式字段，它们的含义完全相同。

M1 和M0 ：工作方式控制位，其定义如表2 所示（ 其中i=0，1）。

表2 定时器工作方式控制位

：功能选择位。

值得注意的是TMOD 寄存器不能位寻址，只能用字节指令设置高4 位定义定时器1 上的工作方式或低4 位定义定时器0 的工作方式。而且在复位时，TMOD 所有位均置0。

表3 TCON寄存器

表中各位（从左至右为从高位到低位）含义如下。

（1） TFl ：定时器1 溢出标志位。当定时器1 计满数产生溢出时，由硬件自动置TF1=1， 向CPU发出定时器1 的中断请求，在中断允许时响应。进入中断服务程序后，由硬件自动清0。在中断屏蔽时，TF1 可作查询测试用，此时只能由软件清0。

（2） TR1 ：定时器1 运行控制位。由软件置1 或清0 来启动或关闭定时器1。

当GATE=l，且为高电平时，TRI 置1 启动定时器l ；当GATE=0 时，TR1 置1 即可启动定时器1。

（3） TF0 ：定时器0 溢出标志位。其功能及操作情况同TF1。

（4） TR0 ：定时器0 运行控制位。其功能及操作情况同TR1。

（5） IE1 ：外部中断1（） 请求标志位。

（6） IT1 ：外部中断1 触发方式选择位。

（7） IE0 ：外部中断0（ ） 请求标志位。

（8） IT0 ：外部中断0 触发方式选择位。

值得注意的是TCON 中的低4 位用于控制外部中断，与定时器/ 计数器无关，在以后的讲座中会提及。当系统复位时，TCON 的所有位也均清0。

在上文中提到定时器溢出和中断，什么是定时器溢出呢？我们可以这样理解：往一个盆中滴水，水滴持续落下，盆中的水持续变满，最终会有一滴水使得盆中的水满了（这相当于计数到最大值）。这个时候如果再有一滴水落下，这时水就会漫出来，这就是“溢出”。当然，水溢出是流到地上，而定时器溢出后将使得TF0 变为“1”。一旦TF0 由0 变成1，就会产生中断。中断就是由于某个事件的发生，CPU 暂停当前正在执行的程序，转而执行处理该事件的一个程序。该程序执行完成后，CPU 接着执行被暂停的程序的这样一个过程。这正如我们本来在做某事，有人过来请求帮忙，我们停下手中的活