• 【51单片机】9-定时器和计数器

    参考博客：

    51单片机开发之定时器_51CTO博客_51单片机有几个定时器

    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【计数器当计数外部的时候相当于一个计数器，当在内部使用的时候相当于定时器】

    3.定时器如何工作

    （1）第一步：先设置好定时器的时钟源-->时钟频率（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【这个12T相当于内部对频率进行分频】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【12MHZ/6T=2MHZ=2us】，则时钟脉冲宽度为0.5us(1/2MHz=0.5us)

    自动重装：当到达计数预定值，则计数值会重置为0.

    4.定时器的主要寄存器介绍

    1. TL0/TH0 

    比如我们要计算个数为1000个，如果使用8位的寄存器则只能存储（0-255），无法存放。

    则只能使用16位寄存器（0-65535）

    因为我们寄存器是十六位的----使用可以存放十六位高8【2个TH0】位和十六位低8位【2个TL0】

    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】

    大端模式（big-endian）与小端模式（little-endian）-CSDN博客

    （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表示定时器1，TF0表示定时器0】

    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】

    IT0=1；----》下降沿触发---->边缘触发

    IT0=0；----》低电平触发---->电平触发

    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种。

    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。

    （2）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。

    （3）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工作在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【外部晶振12MHZ，使用12T分频】，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【12MHZ/12T=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【16位寄存器】-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

    1. //中断处理程序
    2. void timer0_isr(void) interrupt 1 using 1	//表示外部中断号【在“中断”数据手册中有】
    3. {
    4. 	//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
    5. 	//如果不想多次中断，则不要进行手动重载TL0和TH0
    6. 		TL0=15535%256;
    7. 		TH0=15535/256;
    8. 		if(count--==0){
    9. 			//说明中断了10次，500ms到了，干活了
    10. 			//LED取反
    11. 			LED=!LED;
    12. 			count=CNT;//我们要进行10，所以一定要进行再次赋值
    13. 		}
    14. }

    完整代码

    1. #include
    2.  
    3.  
    4. unsigned char count;//10次，对应500ms
    5.  
    6. sbit LED=P0^1;	//LED对应的CPIO定义
    7.  
    8. #define CNT 20
    9.  
    10.  
    11. //中断处理程序
    12. void timer0_isr(void) interrupt 1 using 1	//表示外部中断号【在“中断”数据手册中有】
    13. {
    14. 	//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
    15. 	//如果不想多次中断，则不要进行手动重载TL0和TH0
    16. 		TL0=15535%256;
    17. 		TH0=15535/256;
    18. 		if(count--==0){
    19. 			//说明中断了10次，500ms到了，干活了
    20. 			//LED取反
    21. 			LED=!LED;
    22. 			count=CNT;//我们要进行10，所以一定要进行再次赋值
    23. 		}
    24. }
    25.  
    26.  
    27.  
    28. void main(){
    29. 	
    30. 	//0000 0001
    31. 	//因为我们控制的是T0，所以前四位为0【前四位为T1】
    32. 	//【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
    33. 	//【第6个0】：C/T，0表示定时器，1表示计数器
    34. 	//【第7-8个0】：表示在16位定时器
    35. 	TMOD=0x01;  //T0设置工作在定时器模式下，16位定时器
    36. 	
    37. 	
    38. 	//我们定时50ms
    39. 	//因为是12HMz的晶振，所以50ms/1us=50000
    40. 	//设置TL0【低8位】===>256是2的8次方
    41. 	TL0=15535%256;
    42. 	//设置TH0【高8位】
    43. 	TH0=15535/256;
    44. 	
    45. 	TR0=1;//开启计数器
    46. 	
    47. 	ET0=1; //开启T0中断
    48. 	EA=1;//中断总开关
    49. 	
    50. 	count=CNT;
    51. 	
    52. 	while(1);			//主任务
    53. 	
    54. }
    1. #include
    2.  
    3.  
    4. unsigned char count;//10次，对应500ms
    5.  
    6. sbit LED=P0^1;	//LED对应的CPIO定义
    7.  
    8. #define CNT 20
    9.  
    10.  
    11. //中断处理程序
    12. void timer0_isr(void) interrupt 1 using 1	//表示外部中断号【在“中断”数据手册中有】
    13. {
    14. 	//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
    15. 	//如果不想多次中断，则不要进行手动重载TL0和TH0
    16. 		TL0=15535%256;
    17. 		TH0=15535/256;
    18. 		if(count--==0){
    19. 			//说明中断了10次，500ms到了，干活了
    20. 			//LED取反
    21. 			LED=!LED;
    22. 			count=CNT;//我们要进行10，所以一定要进行再次赋值
    23. 		}
    24. }
    25.  
    26.  
    27.  
    28. void main(){
    29. 	
    30. 	//0000 0001
    31. 	//因为我们控制的是T0，所以前四位为0【前四位为T1】
    32. 	//【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
    33. 	//【第6个0】：C/T，0表示定时器，1表示计数器
    34. 	//【第7-8个0】：表示在16位定时器
    35. 	TMOD=0x01;  //T0设置工作在定时器模式下，16位定时器
    36. 	
    37. 	
    38. 	//我们定时50ms
    39. 	//因为是12HMz的晶振，所以50ms/1us=50000
    40. 	//设置TL0【低8位】===>256是2的8次方
    41. 	TL0=15535%256;
    42. 	//设置TH0【高8位】
    43. 	TH0=15535/256;
    44. 	
    45. 	TR0=1;//开启计数器
    46. 	
    47. 	ET0=1; //开启T0中断
    48. 	EA=1;//中断总开关
    49. 	
    50. 	count=CNT;
    51. 	
    52. 	while(1);			//主任务
    53. 	
    54. }

    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位定时器最大值为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。

    实际上简化为：

    加法定时器--->上溢

    减法定时器--->下溢

    （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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