51单片机应用开发---定时器（定时1S，LED以1S间隔闪烁）

实现目标

1、掌握定时器的配置流程；

2、掌握定时器初值的计算方法；

3、具体实现：（1）1mS中断1次，计数1000次中断，实现定时1S功能；（2）LED1每隔1S状态取反。

一、定时器概述

1.1 生活中哪些场景会用到定时器？

许多家用电器都配备了定时器功能，如电饭煲、热水器、空调等。通过设定开始和结束时间，用户可以确保在需要的时候这些设备能够自动开启或关闭。

1.2 周期是什么？

在 51单片机的最小系统板上有一个12MHz或11.0592MHz的晶振，那为什么是12MHZ呢？在此之前就需要了解三个概念：时钟周期、指令周期和机器周期。

1.2.1 时钟周期

时钟周期也称为振荡周期，定义为时钟频率的倒数。时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。时钟周期是一个时间的量。时钟周期表示了SDRAM所能运行的最高频率。更小的时钟周期就意味着更高的工作频率。

1.2.2 机器周期

机器周期也称为CPU周期。在计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段（如取指、译码、执行等），每一阶段完成一个基本操作。完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。一般情况下，一个机器周期由若干个时钟周期组成。AT89S51单片机每12个时钟周期为1个机器周期。

1.2.3指令周期

指令周期是取出一条指令并执行这条指令的时间。一般由若干个机器周期组成，是从取指令、分析指令到执行完所需的全部时间。单片机的指令按字节可分为单字节(1个机器周期)、双字节(2个机器周期)、三字节指令(3个机器周期)，乘法、除法指令需要(4个机器周期)，因此执行一条指令的时间也不相同。

因此，晶振可以理解为单片机的 "心脏" ，它为单片机提供了时钟周期，晶振频率会直接影响时钟周期的大小，二者的关系为：时钟周期 = 1 / 晶振频率。无论你的晶振频率是多少，对于单片机来说，它内部都是固定的关系，在设计之初，由于51单片机性能和制程工艺等因素，出厂时把51单片机的机器周期严格的控制在12个时钟周期，指令周期一般是由1\ 2 \4 个机器周期组成。

那么为什么晶振是12MHz？通过计算：时钟周期 = 1 / (12M) (s) = 1/12000000 (s) = 1/12 (us)，51单片机一个机器周期是12个时钟周期，即机器周期=12*1/12 (us) = 1 (us) ，这样执行1条指令的时间就控制在了1(us)、2(us)、4(us)。

如果晶振的频率是11.0592MHz，那么时钟周期就是 1 / (11.0592x10^6) 秒 (1MHz = 10^6Hz)。那么，无论是定时器，还是计数器，每隔1个机器周期，加法存储器就+1，代表时间经过了 12 x 1 / (11.0592x10^6) 秒。

1.3 与定时器有关的寄存器

1.3.1 定时器/计数器T0、T1的控制寄存器TCON

TCON:定时器/计数器中断控制寄存器(可位寻址)

TF1（Timer 1 Overflow Flag）：当定时器1计数溢出时，TF1位被硬件自动置1。软件需要手动清除该标志位。

TR1（Timer 1 Run Control Bit）：控制定时器1的启动和停止。TR1 = 1时，定时器1运行；TR1 = 0时，定时器1停止。

TF0（Timer 0 Overflow Flag）：当定时器0计数溢出时，TF0位被硬件自动置1。软件需要手动清除该标志位。

TR0（Timer 0 Run Control Bit）：控制定时器0的启动和停止。TR0 = 1时，定时器0运行；TR0 = 0时，定时器0停止。

IE1（External Interrupt 1 Edge Flag）：当外部中断1（INT1）检测到边沿变化时，IE1位被置1。软件需要手动清除该标志位。

IT1（Interrupt 1 Type Control Bit）：控制外部中断1的触发方式。IT1 = 1时，INT1为边沿触发；IT1 = 0时，INT1为电平触发。

IE0（External Interrupt 0 Edge Flag）：当外部中断0（INT0）检测到边沿变化时，IE0位被置1。软件需要手动清除该标志位。

IT0（Interrupt 0 Type Control Bit）：控制外部中断0的触发方式。IT0 = 1时，INT0为边沿触发；IT0 = 0时，INT0为电平触发。

1.3.2 定时器/计数器工作模式寄存器TMOD

定时和计数功能由特殊功能寄存器TMOD的控制位 CT 进行选择，TMOD寄存器的各位信息如下表所列。可以看出，2个定时/计数器有4种操作模式，通过TMOD的M1和M0选择。2个定时/计数器的模式0、1和2都相同，模式3不同，各式下的功能如下所述。

1.3.3 中断允许控制寄存器（IE）

1.4 定时器模式

通过对寄存器TMOD中的M1(TMOD.1)、M0(TMOD.0)的设置，定时器/计数器有4种不同的工作模式，见下表：

定时器各种模式的最大定时：

例：对12MHz 1个机器周期 1us 12/fosc = 1us

方式0 13位定时器最大时间间隔 = 2^13 = 8.192ms
方式1 16位定时器最大时间间隔 = 2^16 = 65.536ms （常用）

方式2 8位定时器最大时间间隔 = 2^8 = 0.256ms =256 us

方式3 仅适用于T0，此时T0分成两个8位计数器，T1停止计数

1.5 定时器计算（以T0，方式1为例）

方式1为一个16位的定时器，其高八位为TH0,低八位为TL0。定时器和计数器都是单片机中同一个模块。他们的实质都是：加法存储计数器。

对于计数器，每来一个信号(信号从P3.4 或者P3.5输入)，就加1，以此达到计数的目的。

对于定时器，每隔1个机器周期加 1，假如一个机器周期为 1uS ，当加到1000时，我们就认为经过了1mS，这就是定时器的原理。

定时器0方式1框架图：

②处 C/T = 0 表示为定时器模式，触发信号为①处的单片机内部时钟信号。（若②处CT = 1，则触发信号为Tn脚，信号从P3.4 或者P3.5输入单片机）

③处表明，信号能触发使加法计数器加1，还得受④处控制。不然时钟信号是不能让加法计数器累加的。 ④处这个是与门，TRn必须为1，表明我们要开启定时器。同时GATE为0，通过非门后为1，再通过或门，也是1，那么就让③处控制起来了。

（若GATE为1，那么，定时器的启动停止受 TRx和 INTx 共同控制。）

于是我们需要：

TRn 为 1

GATE 为 0

INTn 为 X（X表示任意的意思，do not care）

为THx和TLx赋初始值

若TH0 和 TL0 以 16位模式1工作，那它的计数范围为 [0 , 65535 ] , 也就是累加 65536次发生溢出。每累加一次是 12 / (11.0592x10^6) 秒（晶振为11.0592MHz）。那么从 0 累加到溢出历时 ≈ 0.071s = 71ms 。对12MHz 晶振，从 0 累加到溢出历时65.536ms。

1、机器周期 = 具体晶振频率 / 分频数的倒数

2、初值 = 溢出值 - 机器周期 * 定时时间

假设T0初值为5000，则应该这么设置：

TH0 = (65536 - 50000) / 256;

TL0 = (65536 - 50000) % 256;

得到TH0 和 TL0值的方法：

二、原理图设计

三、程序设计

cpp 复制代码

#include <REGX52.H>
 
sbit LED1 = P2^0;
 
unsigned int g_Count;  //全局变量默认初始化为0
 
void Timer0_Init(void)
{
    TMOD = 0x01; //设置定时器0 工作模式1    0000  0001
    TR0 = 1;     //开启定时器0
    TH0 = (65536-1000)/256;  //设置定时初值,高8位
    TL0 = (65536-1000)%256;  //设置定时初值,低8位
    ET0 = 1;  //开启定时器0 中断
	EA  = 1;  //开启总中断
}

void main(void)
{
	Timer0_Init();  //定时器0初始化
	while(1)
	{
		
	}
}
 
void Timer0_Rountine(void) interrupt 1  //1ms进一次中断
{
    TH0 = (65536-1000)/256;  //
    TL0 = (65536-1000)%256;  //重新赋初值才能保证下一次还是1ms
	  
    g_Count++;
    if(g_Count>=1000)  // 1S 计时
	{
		g_Count = 0;   //计数清零
		LED1 = !LED1;  //LED1状态取反
	}
}