51单片机基础-定时器中断

第十六章 定时器中断

1. 导入

在前面章节中，我们使用软件延时函数（如delay_ms）控制LED闪烁、数码管扫描等。但软件延时会阻塞CPU ，无法同时执行其他任务。为实现精确、非阻塞的时间控制 ，本章学习51单片机的定时器/计数器 模块，并通过定时器中断实现周期性任务调度。

51单片机内置两个16位定时器：T0 和 T1 ，可配置为定时器（计时）或计数器（计外部脉冲）。本章重点使用定时器模式，结合中断机制，实现：

• 精确毫秒级延时；
• 非阻塞LED闪烁；
• 动态数码管扫描；
• 实时时钟基础；
• 为多任务系统打下基础。

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2. 硬件设计

2.1 定时器工作原理

定时器通过对机器周期 进行计数实现定时。

51单片机一个机器周期 = 12个时钟周期。

若晶振为 11.0592MHz，则：

机器周期=11.0592×10612​≈1.085μs

定时器从初值开始递增，当计满（溢出）时触发中断。

2.2 相关寄存器

寄存器	功能说明
TMOD	模式控制寄存器，设置T0/T1工作方式
TH0/TL0	定时器0高8位/低8位
TH1/TL1	定时器1高8位/低8位
TCON	控制寄存器，含TR0、TF0等
IE	中断使能寄存器

TMOD格式（高4位为T1，低4位为T0）：

GATE	C/T	M1	M0	功能
0	0	1	0	定时器模式，方式2（8位自动重装）
0	0	1	1	方式1（16位定时器，常用）

本章使用方式1：16位定时器，最大计数值65536。

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3. 软件设计

3.1 定时器初始化（以T0为例）

目标：每50ms中断一次（常用于数码管扫描或实时时钟）。

计数值=1.085×10−650×10−3​≈46082

初值 = 65536−46082=19454=0x4BE6

#include <reg52.h>

void timer0_init() {
    TMOD = 0x01;        // T0工作方式1（16位定时器）
    TH0  = 0x4B;        // 高8位
    TL0  = 0xE6;        // 低8位
    ET0  = 1;           // 使能T0中断
    EA   = 1;           // 开启总中断
    TR0  = 1;           // 启动定时器
}

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3.2 定时器中断服务函数

unsigned char timer_count = 0;  // 记录中断次数

void timer0_isr() interrupt 1 {
    TH0 = 0x4B;         // 重新加载初值
    TL0 = 0xE6;
    timer_count++;

    if (timer_count >= 20) {  // 50ms × 20 = 1s
        P1 = ~P1;             // 每秒翻转P1口（LED闪烁）
        timer_count = 0;
    }
}

interrupt 1 表示T0中断的中断号。

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3.3 完整示例：非阻塞LED闪烁

void main() {
    timer0_init();
    while(1) {
        // 主程序可执行其他任务
        // 如：按键扫描、电机控制、数据处理等
    }
}

此时LED每秒闪烁一次，但主程序无需延时，可并行处理其他任务。

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3.4 应用1：动态数码管扫描（非阻塞）

将数码管扫描放入定时器中断，每1ms执行一次：

unsigned char display_pos = 0;
unsigned char show_num[4] = {1, 2, 3, 4}; // 显示内容
unsigned char code seg_code[] = {0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};

void timer0_init_1ms() {
    TMOD = 0x01;
    // 1ms = 1000μs → 计数 ≈ 922
    // 初值 = 65536 - 922 = 64614 = 0xFC66
    TH0 = 0xFC;
    TL0 = 0x66;
    ET0 = 1;
    EA  = 1;
    TR0 = 1;
}

void timer0_isr() interrupt 1 {
    TH0 = 0xFC;
    TL0 = 0x66;

    P0 = 0x00;
    P2 = (P2 & 0xF0) | 0x0F;  // 关闭所有位选

    P0 = seg_code[show_num[display_pos]];
    P2 = (P2 & 0xF0) | (0x0F & ~(1 << display_pos));

    display_pos++;
    if (display_pos > 3) display_pos = 0;
}

数码管自动扫描，主程序无需干预。

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3.5 应用2：实时时钟（秒计时）

unsigned char sec = 0, min = 0, hour = 0;

void timer0_isr() interrupt 1 {
    static unsigned int count = 0;
    TH0 = 0x4B;
    TL0 = 0xE6;
    count++;

    if (count >= 20) {  // 1秒
        count = 0;
        sec++;
        if (sec >= 60) {
            sec = 0;
            min++;
            if (min >= 60) {
                min = 0;
                hour++;
                if (hour >= 24) hour = 0;
            }
        }
    }
}

可结合数码管显示时间。

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3.6 定时器1的使用（扩展）

定时器1配置方式与T0类似，中断号为 interrupt 3。

void timer1_init() {
    TMOD |= 0x10;  // T1方式1
    TH1 = 0x4B;
    TL1 = 0xE6;
    ET1 = 1;
    EA  = 1;
    TR1 = 1;
}

void timer1_isr() interrupt 3 {
    TH1 = 0x4B;
    TL1 = 0xE6;
    // 执行T1任务
}

可用于串口波特率发生器或第二路定时任务。

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3.7 编译与下载

• Keil中创建工程；
• 确保定时器初值计算正确；
• 编译生成HEX；
• 下载至单片机；
• 观察LED是否定时闪烁，数码管是否稳定显示。

若中断不触发：

• 检查EA、ET0是否开启；
• 确认TR0=1已启动；
• 检查初值是否正确（可使用工具自动计算）。

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4. 小结

本章通过学习定时器中断，掌握了非阻塞时间控制技术，主要内容包括：

• 定时原理：理解机器周期与计数关系；
• 寄存器配置：掌握TMOD、TH0/TL0、TCON、IE等设置；
• 中断服务：编写定时器中断函数，实现周期性任务；
• 应用实践：实现LED闪烁、数码管扫描、实时时钟；
• 系统优化：解放主程序，提升系统响应能力与稳定性。

4.1 常见问题与解决

问题	原因	解决方法
中断不执行	EA或ET0未开启	检查中断使能
定时不准确	初值计算错误	重新计算或使用定时器计算器
程序跑飞	中断函数过长或嵌套	保持中断函数简洁
溢出错误	未重装初值	在中断中重新赋值TH0/TL0

4.2 下一步学习建议

• 使用定时器实现PWM输出；
• 结合外部中断实现多事件响应；
• 设计多任务调度器；
• 应用于电子钟 、数据采集系统等项目。

本章标志着你已掌握精准时间控制能力，下一章将进入串口通信（UART） 的学习，实现单片机与PC之间的数据交互。

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