蓝桥杯-单片机组基础6——定时计数器与外部中断混合使用（附小蜜蜂课程代码）

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本文章针对蓝桥杯-单片机组比赛开发板所写，代码可直接在比赛开发板上使用。

型号：国信天长4T开发板（绿板），芯片：IAP15F2K61S2

（使用国信天长蓝板也可以完美兼容，与绿板几乎无差别）

1.编程目的

通过定时/计数器实现数码管的时钟显示，显示格式例如"12-13-14"，表示12点13分14秒时刻。并通过设置外部中断0，当S5按下时计时暂停，再次按下时继续计时。

2.定时/计数器原理

2.1 单片机的基本中断系统

比赛用单片机最多允许两层中断的嵌套。即在低级的中断服务函数执行过程中，收到了更高级的中断信号，而去先执行更高级的中断工作，执行完再返回继续执行低级的中断工作，低级的中断工作做完，再回到最原本的代码继续执行。

本文中，我们使用到的外部中断0与定时/计数器中断0，本身自带优先级，且INT0的优先级已经高于T0，因此我们不需要对两个中断的优先级进行单独设置。

比赛用芯片IAP15F2K61S2 涉及的中断共有14个，这里介绍常用的5个：

|-----|-------|-----------|
| 中断号 | 中断名 | 中断名解释 |
| 0 | INT0 | 外部中断0 |
| 1 | T0 | 定时/计数器中断0 |
| 2 | INT1 | 外部中断1 |
| 3 | T1 | 定时/计数器1 |
| 4 | TI/RI | 串口中断 |
| 5 | T2 | 定时/计数器中断2 |

本文聚焦外部中断0与定时/计数器中断0，只对INT0和T0进行讲解，他们的中断号对应为0和1。比赛用开发板中还有INT2,INT3,INT4,T2共计5个外部中断信号源，三个定时/计数器中断信号源，其余中断源将在专栏"蓝桥杯-单片机组进阶"中讲解。

2.2 什么是定时/计数器中断

定时/计数器可以想象成一个每隔一定时间，就会自动产生一次中断的开关。但它产生中断的时间间隔是固定的，由我们来设置。中断产生的感觉可以想象成一个正在接水的水桶，当水桶里的水接满溢出时产生中断，由此每次产生中断所需要的时间就可以比拟成水桶接满水的时间。那我们如果按照自己的需求，让水桶接满水的时间被人为精确控制呢？设置初值------即在最开始让水桶里装有一定数量的水，最开始水桶里面的水越多，水桶就越快溢出，产生中断所需要的时间就越短。上述为口语化的理解，更本质的解释如下：

定时/计数器的核心是16位的加法计数器，在8位的51单片机中，使用两个8位的寄存器THx和TLx共同组成16位，并分别叫做高8位和低8位。当这16位加法计数器计数溢出，则产生一次定时/计数器中断。单片机的晶振我们假定是12Mhz，单片机会将12Mhz进行12分频后传入加法计数器中，即一个机器周期（12Mhz/12=1Mhz，Tcy=1us），此时，我们可以认为在晶振为12Mhz的单片机中，没经过1us的时长，加法计数器的值加1 。假设我们让16位加法计数器从0开始计数，即计数初值为0（0000 0000 0000 0000），当变成计数值变成（1111 1111 1111 1111）时在经过1us，计数器就会溢出，并产生一次定时/计数器中断，此时计数值为65535 。此时，我们可以认为在初值为0，16位计数器，晶振为12Mhz的单片机中，产生一次中断所需要的时间为65535us=65.535ms 。当我们需要单片机50ms就产生一次中断时，就可以设置初值为15535 （65.535ms-50.000ms）。

实际的单片机中，为了方便我们的使用，晶振频率可能为12Mhz，11.05926Mhz；同时在定时/计数器不同的工作方式下，计数器的位数可能为16位（最大值65535），13位（最大值8191），8位（最大值255）；因此我们需要根据不同的设置，进行不同的计算。相关的计算过程可查看TMOD寄存器设置的部分。

2.3 定时/计数器中断涉及的寄存器

为了简短篇幅，下面将寄存器IP、IE、TCON简略说明，详细内容可以查看文章：戳此跳转

我们着重介绍TMOD寄存器

两级中断允许控制：IE（interrupt enable）

|----|---|-----|----|-----|-----|-----|-----|
| EA | - | ET2 | ES | ET1 | EX1 | ET0 | EX0 |

IE中各位的功能如下：

EA---中断总开关控制位，EA=1，所有的中断请求开放。

ES---串行口中断允许位。

ET1---定时器/计数器T1溢出中断允许位。

EX1---外部中断1中断允许位。

ET0---定时器/计数器T0的溢出中断允许位。

EX0---外部中断0中断允许位。

该寄存器允许位寻址，在编程时，如果只用到一个外部中断0和T0，则我们只需要设置总开关EA、外部中断0允许位EX0 、T0中断允许为ET0。

两级优先级控制：IP(interrupt priority)

|---|---|-----|----|-----|-----|-----|-----|
| - | - | PT2 | PS | PT1 | PX1 | PT0 | PX0 |

中断优先级寄存器IP各位含义：

PS---串行口中断优先级控制位，1---高级；0---低级。

PT1---T1中断优先级控制位，1---高级；0---低级。

PX1---外部中断1中断优先级控制位，1---高级；0---低级。

PT0---T0中断优先级控制位，1---高级；0---低级。

PX0---外部中断0中断优先级控制位，1---高级；0---低级。

该寄存器允许位寻址，本题中采用默认优先级，因此不用管这个寄存器。

特殊功能寄存器：TCON（timer controller）

|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|
| TF1 | TR1 | TF0 | TR0 | IE1 | IT1 | IE0 | IT0 |

TCON寄存器中与中断系统有关各标志位功能如下：

TF1---定时器/计数器T1的溢出中断请求标志位。

TF0---定时器/计数器T0溢出中断请求标志位似。

IE1---外部中断请求1中断请求标志位。

IE0---外部中断请求0中断请求标志位，与IE1类似。

IT1---选择外中断1请求方式。0--电平触发方式，1--跳沿触发方式。

IT0---选择外中断0请求方式。0--电平触发方式，1--跳沿触发方式。

该寄存器允许位寻址，在编程时，如果只用到一个外部中断0，则我们只需要设置IT0从而确定外部中断0的触发方式。而对于TF0，它不需要我们设置，只是在程序中我们可以通过查询TF0是否等于1，从而判断T0是否溢出。

特殊方式寄存器：TMOD（timer mode）

|------|-----|----|----|------|-----|----|----|
| GATE | C/T | M1 | M0 | GATE | C/T | M1 | M0 |
| <---- 定时器1（T1） ----> |||| <---- 定时器0（T0） ----> ||||

TMOD寄存器中与中断系统有关各标志位功能如下：

通过观察可以发现，TMOD寄存器左边４位与右边４位几乎一样，只是左边针对定时/计数中断１，右边针对定时/计数中断２。本文中我们使用T0，因此我们介绍T0各位的含义，T1与T0相同：

GATE: 用于控制定时器启动是否受外部中断源的影响

当GATE=0时，只要用软件使TR0或TR1等于1，就可以启动T0或T1定时/计数器工作。

当GATE=1时，除了用软件使TR0或TR1等于1外，还要使外部中断引脚INT0/1为高电平，这样定时/计数器才能启动工作。

注意：GATE=0表示控制定时器启动不受外部中断源的影响

C/T=0为定时模式，C/T=1为计数模式。

M1 M0工作方式选择位，两位一起看：

|-------|------|------------------------|
| M1 M0 | 工作方式 | 工作说明 |
| 00 | 方式0 | 13位定时/计数器，最大值8192 |
| 01 | 方式1 | 16位定时/计数器，最大值65535 |
| 10 | 方式2 | 8位自动重装定时/计数器，最大值255 |
| 11 | 方式3 | T1分成两个独立的定时/计数器，T1停止计数 |

举例：我们在12Mhz的单片机中，不设置外部中断触发定时，设置T0工作在方式1，实现50ms的定时中断。则GATE=0，C/T=0，M1 M0=01 ，剩下的位全部赋值0，则TMOD应该赋值：TMOD=0000 0001=0x01 。

该寄存器不可位寻址，编程时，我们必须对TMOD寄存器进行整体赋值，才能正确设置。充分考虑要使用T1或者T0，然后进行对应位的设置，并转换成BCD码写入代码。

初值寄存器：THx TLx

如果是使用T1，则初值的高8位寄存器为TH1，低8位寄存器为TL1

如果是使用T0，则初值的高8位寄存器为TH0，低8位寄存器为TL0

如果T1和T0都使用，则TH1，TL1，TH0，TL0都需要设置初值

蓝桥杯比赛使用的开发板是12Mhz的，刚好对于加法器加1的时长为1us。假如我们设置TMOD寄存器使得定时/计数器工作在方式1，最大计数值为65535，则最长的中断间隔时长为65535us=65.535ms 。如果我们需要的中断间隔时长为50ms，即每50ms产生一次中断，则我们需要让加法器有一个固定的初值为65.535ms-50.000ms=15.535ms。则初值为15535，转换成16进制为：3caf。高8位为3c，需要赋值给THx，低8位位af，需要赋值给TLx。

但每次转换进制很麻烦，因此我们可以通过以下公式，快速写出代码：

最大值就是工作方式的最大计数值，方式1为16位定时/计数器，2 ^16=65535，即最大值为65535 。定时值是我们的定时时长，如果是50ms，则为50 000us，即定时值为50000 。带入式子即可在运行时由单片机自己进行运算，方便我们进行代码编写。注意：当计算式确定之后，还是要手动把计算结果替换进赋值表达式，减少单片机资源占用。

3.编程中涉及的中断函数

3.1 定时/计数器初始化函数

目的：使用T0产生一个9.216ms的定时/计数中断

该函数中，首先是对TMOD进行设置，方式一，定时中断，无需外部中断，只是用T0，因此为0x01 。然后设定计数初值，对TH0，TL0进行赋值。EA和ET0是IE寄存器的对应位，作用分别为打开总中断，打开定时/计数器T0中断。TR0是TCON寄存器的对应位，作用为T0开始计数。

3.2 定时/计数器服务函数

中断的服务函数，作用是当中断产生时，系统暂停当前工作，而去执行中断服务函数里面的程序，执行完服务函数的程序后，再返回继续执行先前的工作。在这个函数中，首先我们对初值寄存器TH0和TL0进行赋值，因为工作方式1不会自动重装初值，只有工作方式2（8位自动重装方式）会自动重新装载初值，因此除了方式2以外的所有方式，都需要在中断服务函数中重新对THx和TL0重新赋值。然后下面的自增指令是我们自己定义的功能。

4.代码参考

4.1 编程目的代码，代码效果：

实现数码管的时钟显示，显示格式例如"23-20-00"，表示23点20分00秒时刻。并通过设置外部中断0，当S5按下时计时暂停，再次按下时继续计时。

cpp 复制代码

//写一个计时器，分-秒-20ms
#include < REGX52.h >
#include < INTRINS.h >

unsigned char code SMG_duanma [18]=
			{ 0xc0 , 0xf9 , 0xa4 , 0xb0 , 0x99 , 0x92 , 0x82 , 0xf8 , 
				0x80 , 0x90 , 0x88 , 0x80 , 0xc6 , 0xc0 , 0x86 , 0x8e ,
				0xbf , 0x7f };
			
sbit S5 = P3^2;
				
void select_HC573 ( unsigned char channal )
{
	switch ( channal )
	{
		case 4:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0x80;
		break;
		case 5:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xa0;
		break;		
		case 6:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xc0;
		break;
		case 7:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xe0;
		break;
	}
}

void Input_SMG ( unsigned char pos_SMG , unsigned char value_SMG )
{
	select_HC573 ( 6 );
	P0 = 0x01 << pos_SMG;
	select_HC573 ( 7 );
	P0 = value_SMG;
}

void Delay ( unsigned char t )
{
	while ( t-- )
	{
		unsigned char i,j;
		
		_nop_ ();
		_nop_ ();
		i = 22;
		j = 128;
		do 
		{
			while ( --j );
		}while ( --i );	
	}
}

//=======================================
void Init_timer0_INT0 ()
{
	//设置T0初始化
	TMOD = 0x01;
	TH0 = ( 65535 - 18433 ) / 256;
	TL0 = ( 65535 - 18433 ) % 256;
	ET0 = 1;

	//设置INT0初始化
	IT0 = 1;
	EX0 = 1;
	
	//打开总中断开关，以及启动定时器
	EA = 1;
	TR0 = 1;
}

unsigned char state_INT0 = 0;
void Service_INT0 () interrupt 0
{	
	state_INT0+=1;
	//注意 这里有按键产生中断的操作，但是没有进行消抖处理
	//但是中断的执行过程会过滤掉部分抖动时间
	//因此按下S5只要不是很刁钻，单片机都会正确响应
	//正常情况下，不推荐在服务函数中写入if语句，这里为了使用外部中断，无法使用消抖处理，因此出此下策
	if( state_INT0%2==0 )
	{
		TR0 = 1;
	}
	else
	{
		TR0 = 0;
	}
	
}

unsigned char timer0_50ms = 0;
void Service_timer0 () interrupt 1
{
	TH0 = ( 65535 - 50000 ) / 256;
	TL0 = ( 65535 - 50000 ) % 256;
	
	timer0_50ms ++;
}
//========================================



unsigned char timer0_s = 00;
unsigned char timer0_m = 20;
unsigned char timer0_h = 23;
void time_SMGrunning ()
{

	if ( timer0_50ms == 20 )
	{
		timer0_s ++;
		timer0_50ms = 0;
		if ( timer0_s == 60 )
		{
			timer0_m ++;
			timer0_s = 0;
			timer0_50ms = 0;
			if ( timer0_m == 60 )
			{ 
				timer0_m = 0;
				timer0_h++;
			}			
		}
	}
	

	Input_SMG ( 7 , SMG_duanma[ timer0_s%10 ] );
	Delay ( 1 );
	Input_SMG ( 6 , SMG_duanma[ timer0_s/10 ] );
	Delay ( 1 );
	Input_SMG ( 5 , SMG_duanma[16] );
	Delay ( 1 );
	Input_SMG ( 4 , SMG_duanma[ timer0_m%10 ] );
	Delay ( 1 );
	Input_SMG ( 3 , SMG_duanma[ timer0_m/10 ] );
	Delay ( 1 );
	Input_SMG ( 2 , SMG_duanma[16] );
	Delay ( 1 );
	Input_SMG ( 1 , SMG_duanma[ timer0_h%10 ] );
	Delay ( 1 );
	Input_SMG ( 0 , SMG_duanma[ timer0_h/10 ] );
	Delay ( 1 );
}

void main ()
{
	Init_timer0_INT0 ();
	while ( 1 )
	{
		time_SMGrunning ();
	}
}

4.2 小蜜蜂课程代码：

代码1：//使用定时器实现间隔时间闪烁灯光

cpp 复制代码

//使用定时器实现间隔时间闪烁灯光
#include < REGX52.h >

sbit L1 = P0^0;
sbit L8 = P0^7;
unsigned char code SMG_duanma [18]=
			{ 0xc0 , 0xf9 , 0xa4 , 0xb0 , 0x99 , 0x92 , 0x82 , 0xf8 , 
				0x80 , 0x90 , 0x88 , 0x80 , 0xc6 , 0xc0 , 0x86 , 0x8e ,
				0xbf , 0x7f };
			

void select_HC573 ( unsigned char channal )
{
	switch ( channal )
	{
		case 4:
			P2 = ( P0 & 0x1f ) | 0x80;
		break;
		case 5:
			P2 = ( P0 & 0x1f ) | 0xa0;
		break;		
		case 6:
			P2 = ( P0 & 0x1f ) | 0xc0;
		break;		
		case 7:
			P2 = ( P0 & 0x1f ) | 0xe0;
		break;		
	}
}

void Input_SMG ( unsigned char pos_SMG , unsigned char value_SMG )
{
	select_HC573 ( 6 );
	P0 = 0x01 << pos_SMG;
	select_HC573 ( 7 );
	P0 = value_SMG;

}


///============================================
void Init_Timer0 ()
{
	TMOD = 0x01;
	TH0 = (65535-9216) / 256;
	TL0 = (65535-9216) % 256;
	EA = 1;		
	TR0 = 1;	
	ET0 = 1;	
}

unsigned char count_timer0;
unsigned char value_SMG=0;
void Service_timer0 () interrupt 1
{
	TH0 = (65535-9216) / 256;
	TL0 = (65535-9216) % 256;
	count_timer0++;
}

void Time_Led_Timer0 ()
{	
	if ( count_timer0 == 100 )
	{
		count_timer0 = 0;
		value_SMG++;		
		Input_SMG ( 0 , SMG_duanma [value_SMG] );


	}
	if ( value_SMG == 9 )
	{
		value_SMG = 0;
	}
	
	
}
	
	
//=============================================

void main ()
{
	Init_Timer0 ();
	while ( 1 )
	{
		Time_Led_Timer0 ();
	}
}

代码2：//写一个计时器，分-秒-20ms

cpp 复制代码

//写一个计时器，分-秒-20ms
#include < REGX52.h >
#include < INTRINS.h >

unsigned char code SMG_duanma [18]=
			{ 0xc0 , 0xf9 , 0xa4 , 0xb0 , 0x99 , 0x92 , 0x82 , 0xf8 , 
				0x80 , 0x90 , 0x88 , 0x80 , 0xc6 , 0xc0 , 0x86 , 0x8e ,
				0xbf , 0x7f };
			
sbit S5 = P3^2;
sbit S4 = P3^3;
				
void select_HC573 ( unsigned char channal )
{
	switch ( channal )
	{
		case 4:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0x80;
		break;
		case 5:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xa0;
		break;		
		case 6:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xc0;
		break;
		case 7:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xe0;
		break;
	}
}

void Input_SMG ( unsigned char pos_SMG , unsigned char value_SMG )
{
	select_HC573 ( 6 );
	P0 = 0x01 << pos_SMG;
	select_HC573 ( 7 );
	P0 = value_SMG;
}

void Delay ( unsigned char t )
{
	while ( t-- )
	{
		unsigned char i,j;
		
		_nop_ ();
		_nop_ ();
		i = 22;
		j = 128;
		do 
		{
			while ( --j );
		}while ( --i );	
	}
}

//=======================================
void Init_timer0 ()
{
	TMOD = 0x01;
	TH0 = ( 65535 - 18433 ) / 256;
	TL0 = ( 65535 - 18433 ) % 256;
	ET0 = 1;
	EA = 1;
	TR0 = 1;
}

unsigned char timer0_20ms = 0;
void Service_timer0 () interrupt 1
{
	TH0 = ( 65535 - 18433 ) / 256;
	TL0 = ( 65535 - 18433 ) % 256;
	
	timer0_20ms ++;
}
//========================================

void time_SMGrunning ()
{
	static unsigned char timer0_s = 0;
	static unsigned char timer0_m = 0;
	if ( timer0_20ms == 50 )
	{
		timer0_s ++;
		timer0_20ms = 0;
		if ( timer0_s == 60 )
		{
			timer0_m ++;
			timer0_s = 0;
			timer0_20ms = 0;
			if ( timer0_m == 99 )
			{ 
				timer0_m = 0;
			}			
		}
	}
	
	if ( S5 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( S5 == 0 )
		{
			TR0 = 0;
		}
		else ;
	}
	else 
	{
		TR0 = 1;
	}
	
	if ( S4 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( S4 == 0 )
		{
			timer0_20ms = 0;
			timer0_s = 0;
			timer0_m = 0;
		}
	}

	Input_SMG ( 7 , SMG_duanma[ timer0_20ms%10 ] );
	Delay ( 1 );
	Input_SMG ( 6 , SMG_duanma[ timer0_20ms/10 ] );
	Delay ( 1 );
	Input_SMG ( 5 , SMG_duanma[16] );
	Delay ( 1 );
	Input_SMG ( 4 , SMG_duanma[ timer0_s%10 ] );
	Delay ( 1 );
	Input_SMG ( 3 , SMG_duanma[ timer0_s/10 ] );
	Delay ( 1 );
	Input_SMG ( 2 , SMG_duanma[16] );
	Delay ( 1 );
	Input_SMG ( 1 , SMG_duanma[ timer0_m%10 ] );
	Delay ( 1 );
	Input_SMG ( 0 , SMG_duanma[ timer0_m/10 ] );
	Delay ( 1 );
}

void main ()
{
	Init_timer0 ();
	while ( 1 )
	{
		time_SMGrunning ();
	}
}

5.编程思路重述

对定时计数器的使用在比赛中至关重要，主要就是在初始化的时候：对TMOD的正确设置（GATE、C/T），对THx和TLx的初值正确赋值，然后不要忘记对TCON寄存器的TR0和TR1要赋值为1启动，最后是IE寄存器里面的各个开关要打开。