【單片機技術】—— 89C52中斷和定時器操作1

一、中斷

1.1 基本概念

其實中斷的概念很好理解：試想一下你正在教室裏面搞單片機（這相當於與CPU正在執行主程序）這時，防空警報響了（一箇中斷信號），因此你得停下你手頭的工作，去響應這個防空警報（中斷響應），這個防空警報需要你執行一些行爲（比如逃出教室或者躲在課桌底下），當你執行了一段時間之後，防空警報結束了（中斷服務執行完了），那麼你就從新回到教室繼續搞單片機。

這個過程就是中斷。

我們先看看中斷都有哪幾種：（1）外部中斷0【中斷號 0】，它的優先級是最高的。（2）定時器/計數器0 【中斷號1】 （3）外部中斷1【中斷號 2】 （4）定時器/計數器 1【中斷號 3】
（5）串口中斷【中斷號 4】 （6）定時器/計數器 2 【中斷號 5】

先看看下面的圖：其中，TCON, IE, IP 等都是與中斷有關的寄存器。

要想在單片機中給一箇中斷（我們以外部中斷0爲例），看看需要什麼條件：

1. 我們看到上圖的 EA，它是中斷總允許，也就是說，我們得把 EA 置成 1 ，纔可能輸入中斷信號
2. EA=1 之後，我們就要看中斷源允許，也就是說，我們要選擇輸入的中斷種類。EX0 表示外部中斷0，ET0 表示計數器/定時器 T0 中斷、、、
3. 如果我們想給外部中斷0（其實外部中斷0和外部中斷1原理一樣），那麼，我們還需要給出 $IT0$，當這個信號是0時，表示低電平觸發、1表示下降沿觸發。

1.2 代碼和實驗部分

下面，我們想實現這樣一個效果：
【代碼一】：實現數碼管1，3，5亮，每隔一定時間同時亮一個數，然後我們在一些特定時刻給它外部中斷0，中斷時，讓CPU點亮第一個LED燈，我們看看是什麼效果：

#include<reg52.h>
#define unchar unsigned char
#define uint unsigned int

sbit WEI = P2^7;    //定義控制數碼管的位選信號的單片機端口位（或者說定義單片機的P2.7口是WEI）
sbit DULA = P2^6;   //定義單片機P2.6口是DULA（控制數碼管的段選信號）
sbit D1 = P1^0;     //定義控制第一個LED的單片機端口位
sbit int0 = P2^3;
uchar num;

uchar code table[] = {0x3f, 0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,
                      0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
                      0x39,0x5e,0x79,0x71};    //定義數碼管的編碼表，爲了節約內存空間
void delay(uint);

void main()
{
	EA=1;  //先打開中斷總允許
	EX0=1;  //打開中斷源允許EX0，表示允許外部中斷0輸入
	IT0 = 1;  //表示下降沿觸發（因爲一上電默認單片機P3.2口是高電平的）
	
	//下面是數碼管的顯示：先位選
	WEI = 1;    //打開位選
	P0 = 0xea;
	WEI = 0;    //鎖住位選信號
	
	while(1)
	{
		for(num=0;num<16;num++)
		{
			DULA = 1;      //打開段選
			P0 = table[num];
			DULA = 0;
			if(num == 3)
			{
				//如果num == 3那麼就給一個下降沿，即讓P3.2口變成低電平
				int0 = 0;
			}
		}
	}
}

void exter0() interrupt 0
{
	D1 = 0;    //中斷響應就是要先讓第一個LED亮
	delay(1000);  //延時
	D1 = 1;    //滅LED
	int0 = 1;   //把P3.2口變回高電平，用以準備下一次的中斷。

}

void delay(uint z)
{
	//延時函數
	uint x,y;
	for(x=z;x>0;x--)
		for(y=1000;y>0;y--);
}

也就是說：我們想要給出一箇中斷信號（這裏我們暫時先不管定時器和串口）就以外部中斷0、外部中斷1爲例。那麼我們就首先需要打開總中斷允許（即令 EA=1）；接下來，就要選取中斷種類（即令EX0, ET0, EX1, ET1,ES），選哪個就把那個置1，最後一步就是選擇觸發方式：（IT0, IT1）置1表示下降沿觸發、置0表示低電平觸發

二、定時器

2.1 原理簡析

這是單片機裏面一個相當重要的概念：首先，51單片機裏面有兩個定時器 T0, T1。

定時器一但啓動，它便在原來的數值上開始加1計數，若在程序開始時，我們沒有設置 TH0 和TL0，它們的默認值都是0，假設時鐘頻率爲12MHz，12個時鐘週期爲一個機器週期，那麼此時機器週期爲1us.

假如定時器工作在模式一：也就是我們先在 TL0 這8位裏面記錄時間，每當記滿 TL0 的八位後，才向 TH0 進 1. 那麼，在TH0、TL0的初始值都是0時，我們記滿整個定時器需要的機器週期就是：$(2^8)^2 = 256$x$256$ = $65536$個機器週期，再來多一個週期，那麼計數器就溢出，那麼隨機向CPU 發出中斷請求。

而上面的情況，從計數開始到向CPU發出中斷，所花的時間是：1us x 65536 = 65536us =65.536ms
那麼，假如我們給定計數器一個初始值，那麼我們就可以控制計數器在經過規定的時間後產生中斷。

要知道，在此之前，我們想要計時都是通過 $delay()$ 去做的，不僅要手工調參，而且定時精度不佳，但是利用定時器定時就非常精確！

2.2 調用定時器的步驟

首先，51單片機的定時器由兩個寄存器 $TMOD$ 和 $TCON$ 控制：

TMOD也是一個八位寄存器，低4位控制 T0 定時器，高四位控制 T1 定時器。
如果我們只是使用T0定時器，那麼我們就直接把高四位置0即可。

我們看看：00表示模式0、01表示模式1、10表示模式2、11表示模式3.
我們分析一下模式1：模式1就是我們在上文提到的那種計數方式：也就是我們先在 TL0 這8位裏面記錄時間，每當記滿 TL0 的八位後，才向 TH0 進 1.

=========================================
那麼舉個例子：假設我們要定時 50ms，也就是50000us.那麼我們看一下TH0和TL0裏面的值到底怎麼算：

因爲我們想要計數器精準記到50000us，之後這個計數器得告訴我們從開始到現在剛好走完了50000us，這個“告訴我們”的過程，就是計數器發出中斷（即計數到65536的時候）。那麼也就是說，這個計數器就不可能是從0開始的，它得是從某一個值開始計數，記了50000次剛好到65535.

那麼，很簡單，這個初始值就是 (65536-50000) = 15536

現在我們要做的，就是把這個15536分配到 TH0 和 TL0 中。我們會議一下模式一，是在 TL0 得8位都記滿，即256個機器週期，纔會向 TH0 進一位。因此，TH0我們可以這樣表示：
$TH0 = (65536-50000)/256$
這裏，’/’ 表示取模，也就是商（整數）

TL0 我們可以這樣表示：$TL0 = (65536-15536)\%256$
這裏的 ‘%’ 表示 取餘數

對於 TCON的設置，我們不用把所有位的置一次，只需要定義 $TR0$（用於控制 T0 的啓動和停止）
如果要同時用 T0 和 T1，那麼我們就令 TR0 = 1; TR1 = 1; 即可。

由於定時器在計數滿了溢出的時候也會向 CPU 發送中斷請求，因此，我們也需要向調用外部中斷0那樣設置一些東西：比如打開中斷總允許 EA（EA=1）、在打開 ET0（ET0=1）

重點：使用定時器的步驟！！

1. 首先規定定時器的初始值 TH0 和 TL0 （如果是Mode 1 可以套用上面的公式)
2. 然後我們設置控制定時器的第一個寄存器 TMOD
3. 設置中斷允許的信號
4. 最後設置控制定時器的第二個寄存器 TCON

2.3 代碼與實驗

現在，我們還是希望點亮1、3、5三個數碼管，每一次顯示一個數字，但是閃爍的間隔時間我們不再使用之前的 $delay()$ 函數，而是採用定時器。我們看看代碼：

注意：我們這裏是假定了單片機的振盪頻率是 12MHz，因爲在12MHz時，晶振週期是 1/12M，而恰好1個機器週期等於 12 個晶振週期，那麼一個機器週期也就是 (1/12)x12 = 1us。如果不是12MHz，那麼一個機器週期的時間需要重新算一下。

#include<reg52.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

sbit WEI = P2^7;     //定義位選信號端
sbit DULA = P2^6;    //定義段選信號端
uchar num,t;
uchar code table[] = {0x3f, 0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,
                      0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
                      0x39,0x5e,0x79,0x71};
                      
void main()
{
	TH0 = (65536-50000)/256;     //定義定時器初始高位
	TL0 = (65536-50000)%256;     //定義定時器初始低位

	TMOD = 0x01;                 //定義TMOD（也就是控制T0的第一個寄存器）

	EA=1;    //打開中斷總允許
	ET0=1;   //打卡定時器T0的中斷允許

	TR0 = 1；  //定時器T0啓動
	
	WEI=1;
	P0=0Xea;
	WEI=0;
	for(num=0;num<8;num++)
	{
		if(t == 20)
		{
			DULA=1;
			P0=table[num];
			DULA=0;
		}
	}
}

void extraT0() interrupt 1
{
	TH0=(65536-50000)/256;
	TL0=(65536-50000)%256;   //因爲在CPU執行這一段中斷代碼時，計數器已經溢出了，所以要把它的初始值置成一開始的那個
	t++;   //這裏 t 每自增一次，代表已經經過了50ms，那麼t = 20時也就是1s	
}