一文解析51單片機(jī)定時器（上）

看了很多幾本單片機(jī)的書，對51定時器的認(rèn)識又有了一些新的變化。開局一張圖（一個簡單的單片機(jī)程序），其實文章也是來解釋這個代碼的寫法。

在此，后面也會對STC官方的庫，做詳細(xì)的解讀和使用

我們使用串口，設(shè)置它的寄存器
?

一共4種模式，八位的可變

2位，4個狀態(tài)

B6位為0的時候，B7用于幀錯誤檢測，當(dāng)檢測到一個無效的停止位的時候，UART設(shè)置它，軟件清0.

這個方式0，是使用一個專用的SBUF發(fā)送的

TI標(biāo)志位

發(fā)送完以后，自動的變1，相對于有了一個中斷。然后中斷系統(tǒng)處理，處理完以后就要把狀態(tài)變回去。

RI也是，一發(fā)一收

接收的一個函數(shù)

這里是注意的編程要點

這里要開啟UART的中斷，先開啟大中斷，接著開啟串口的中斷

REN是收發(fā)功能的開關(guān)

1，2，3都是異步通信，0是移位寄存器

接下來配置定時器

只有兩個寄存器，靈活使用要

TCON是這樣的

TR1，相對于是使能位

關(guān)于定時器不得不說，而且最近看了幾本相對古老的書，真的很清晰，現(xiàn)在的書比喻一堆也不知道想說什么。

對51來說，其實是只有4種方式：

1、51單片機(jī)計數(shù)器的脈沖輸入腳。主要的脈沖輸入腳有Px,y， 也指對應(yīng)T0的P3.4和對應(yīng)T1的P3.5，主要用來檢測片外來的脈沖。而引腳18和19則對應(yīng)著晶振的輸入脈沖，脈沖的頻率和周期為:

F = f/12 = 11.0592M/12 = 0.9216MHZ T = 1/F = 1.085us

2、定時器有兩種工作模式，分別為計數(shù)模式和定時模式。對Px,y的輸入脈沖進(jìn)行計數(shù)為計數(shù)模式。定時模式，則是對MCU的主時鐘經(jīng)過12分頻后計數(shù)。因為主時鐘是相對穩(wěn)定的，所以可以通過計數(shù)值推算出計數(shù)所經(jīng)過的時間。所謂的定時器就是恒定的數(shù)數(shù)。

3、51計數(shù)器的計數(shù)值存放于特殊功能寄存器中。T0(TL0-0x8A, TH0-0x8C), T1(TL1-0x8B, TH1-0x8D)

其實就是容器，存放脈沖數(shù)的

這是我們單片機(jī)的4種定時器模式

4、TLx與THx之間的搭配關(guān)系

以下的進(jìn)制，就是向前進(jìn)位的意思。

1）、TLx與THx之間32進(jìn)制。即當(dāng)TLx計到32個脈沖時，TLx歸0同時THx進(jìn)1。這也稱為方式0。

注意x，是兩個定時器的意思。

這個圖可能更清晰

2）、TLx與THx之間256進(jìn)制。即當(dāng)TLx計到256個脈沖時，TLx歸0同時THx進(jìn)1。這也稱為方式1。

在方式1時，最多計65536個脈沖產(chǎn)生溢出。在主頻為11.0592M時，每計一個脈沖為1.085us，所以溢出一次的時間為1.085usx65536＝71.1ms。

2的16次方

3）、THx用于存放TLx溢出后，TLx下次計數(shù)的起點。這也稱為方式2。
4）、THx與TLx分別獨立對自己的輸入脈沖計數(shù)。這也稱為方式3。

最后再看一下這個定時器的容器

H，L都是高低位的說明。

定時器初始化

1）、確定定時器的計數(shù)模式。
2）、確定TLx與THx之間的搭配關(guān)系。
3）、確定計數(shù)起點值。即TLx與THx的初值。
4）、是否開始計數(shù)。TRx

看不懂沒有關(guān)系，繼續(xù)磨豆腐，再看別的解釋。

16位的寄存器最大的數(shù)值是這樣的

13位是這么大

0，13位模式

1，16位模式

2，8位自動重裝模式

3，兩個八位模式

有個問題是，定時器總是和中斷關(guān)聯(lián)，其實就是，你再應(yīng)用的時候，不學(xué)任何一個都不行。

中斷就好像是權(quán)力巨大的IF程序，來了以后主程序就得搭理，媽的。就好像，來了快遞你必須要去取1一樣。

在51里面，這么屌的事件，有這么幾個。更裝逼的名字叫中斷源。分類有三種，外部引腳來的中斷，也就是測量使用，比如你想測量一個波形的占空比，一個波肯定是有邊沿的，你記錄這兩個事件，接著你計算中間的時間，相對于計數(shù)，這就測量出來了。

其次就是定時器的中斷，和UART的中斷。

一個這樣的來源，就有一個這樣的標(biāo)志，這也好理解啊，你總得說明它發(fā)生了不是嗎？

這個世界是高速并行的，對于單片機(jī)的世界也是，經(jīng)常多個中斷一起來，關(guān)于順序的問題，引入的解決方案是優(yōu)先級。

害，有個無奈的事情，就是有的東西天生就自帶光環(huán)，比如復(fù)位事件?；旧暇褪腔钔练肆?，媽的，我來了，誰也別活。。。

一個中斷究竟要怎么樣的觸發(fā)，對于現(xiàn)實世界來講，就是消息。打電話，喊叫，或者看見?？傊前l(fā)生了什么。

單片機(jī)也是這樣，發(fā)生了什么。

我想聊聊定時器中斷，時刻記得兩個使命，定時和計數(shù)。其實你該想想時間是什么作用。其實是標(biāo)度的概念。它說明了兩個點，起點和終點，在定義它是均勻的時候，那么你可以無聊的數(shù)一下有多少。

總結(jié)一下，定時器，不如說是時間，它就是一把尺子。中斷就是定位使用的標(biāo)尺，說:我想從這里開始計數(shù)，到下個位置停止。

當(dāng)然了，處于對技術(shù)上面的妥協(xié)，定時器中斷也來做別的工作。對于定時，有長有短。對于特別長的時間呢。就好像下面這樣：

右邊是一個計時的間隔

這樣看

不同于我們世界的計時法，我們可以看表，秒針一動，一個時間間隔，單片機(jī)沒有這種東西，它有的是是振蕩器。12M，這東西0都數(shù)不清，所以不能之間使用，這里就做除法。

我們把這個間隔記錄下來，滿了以后就傳一個數(shù)值出去，接著把這個清空，繼續(xù)裝東西，好咧，這就是定時器所有的奧秘了。

接下來看看中斷的結(jié)構(gòu)

對于定時器的中斷寄存器就是這樣

這里面沒有編程模型，但是我非要加點這個東西進(jìn)去。查詢模型，查詢標(biāo)準(zhǔn)位，然后balabala。

4個中斷控制寄存器分別是，定時器，UART，中斷允許，中斷優(yōu)先級。功能是中斷標(biāo)志，中斷允許，優(yōu)先級設(shè)定。

IE0 ，外部中斷0標(biāo)志當(dāng)它位1的時候，向CPU發(fā)送中斷，CPU響應(yīng)以后硬件請0.

這個就是什么樣的信號來激發(fā)

單片機(jī)響應(yīng)中斷以后，不會自動的關(guān)閉中斷。轉(zhuǎn)向ISR以后，把中斷關(guān)閉。為了響應(yīng)下一次中斷。

外中斷1，脈沖觸發(fā)這樣設(shè)置

這里還需要說一下，中斷優(yōu)先級。兩級，高或者低。低級可以被高級的打斷，同級不響應(yīng)。

這個表的作用就是同時來了中斷，響應(yīng)的順序

這樣寫ISR

畢竟在主線搬磚，現(xiàn)在突然去支線干活，所以需要保護(hù)現(xiàn)場

先把手頭的工作做完，PC是執(zhí)行下一次主線命令的指針，也放入stack。接著搞個圍欄，擋同級的中斷。ISR雖然小，但也還是一個函數(shù)，所以它的PC值裝載在主線中，開始運行。

ISR完成的標(biāo)志是，返回RETI這個指令，相當(dāng)于，老子完事了~至于這個中斷來的時候去哪里執(zhí)行ISR，也就是入口在哪里，這個是固定的。

這個時候，引起中斷的位置會自動清0，主程序的第一條指令是跳轉(zhuǎn)指令，越過這個中斷的向量區(qū)。

最后擦屁股得指令就用RETI，這個指令可以把中斷優(yōu)先級狀態(tài)還原，否則中斷就認(rèn)為中斷還在運行。還有建議就是PUSH和POP得成對使用。

后面得這個激發(fā)次數(shù)比較重要

外部中斷0 ，下降沿觸發(fā)

看看匯編得版本

這個是中斷得向量表，一個長跳轉(zhuǎn)帶你去main還是exit0

mian很簡單，初始化sp，然后就是一些設(shè)置

最后是服務(wù)程序，CPL操作IO ，RRTI來說明中斷完成

這段有點拗口

這里需要補充一些東西：

1T、4T、6T和12T是指一個機(jī)器周期需要的時鐘周期數(shù)。比如現(xiàn)在普遍的51單片機(jī)STC89S52是12T的，其1個機(jī)器周期等于12個時鐘周期。

也就是說，機(jī)器周期大，時鐘周期小。

時鐘頻率：是指為單片機(jī)提供時鐘信號的振蕩源的周期（也叫時鐘周期），當(dāng)采用12MHz晶振時，一個振蕩周期是1/12M秒（1/12000000s）。

時鐘周期也稱為振蕩周期，定義為時鐘脈沖的倒數(shù)（可以這樣來理解，時鐘周期就是單片機(jī)外接晶振的倒數(shù)，例如12M的晶振，它的時間周期就是1/12 us），是計算機(jī)中最基本的、最小的時間單位。

機(jī)器周期：對于標(biāo)準(zhǔn)51架構(gòu)而言，1個機(jī)器周期為12個時鐘振蕩周期，即1微秒。具體計算為：時鐘周期 X cycles。如果單片機(jī)是12T的話，那么機(jī)器周期就是時鐘周期×12。

指令周期：執(zhí)行一條指令的時間，是機(jī)器周期的倍數(shù)。不同的CPU，執(zhí)行不同的指令，所需要的指令周期不同。?

機(jī)器周期是單片機(jī)執(zhí)行的最小倍數(shù)。

不同的單片機(jī)指令執(zhí)行速度不同。1T單片機(jī)的計時器是兼容傳統(tǒng)12T單片機(jī)的。也就是說只是執(zhí)行一般的指令會快12倍。

新的單片機(jī)已經(jīng)能做到不分頻了，并且盡量單指令周期，就是指令周期=機(jī)器周期=時鐘周期。

就是什么1T單片機(jī)，比傳統(tǒng)的快12倍。

在8051單片機(jī)中把一個時鐘周期定義為一個節(jié)拍（用P表示），二個節(jié)拍定義為一個狀態(tài)周期（用S表示）。

在計算機(jī)中，為了便于管理，常把一條指令的執(zhí)行過程劃分為若干個階段，每一階段完成一項工作。例如，取指令、存儲器讀、存儲器寫等，這每一項工作稱為一個基本操作。

完成一個基本操作所需要的時間稱為機(jī)器周期。

一般情況下，一個機(jī)器周期由若干個S周期（狀態(tài)周期）組成。8051系列單片機(jī)的一個機(jī)器周期同6個S周期（狀態(tài)周期）組成。前面已說過一個時鐘周期定義為一個節(jié)拍（用P表示），二個節(jié)拍定義為一個狀態(tài)周期（用S表示），8051單片機(jī)的機(jī)器周期由6個狀態(tài)周期組成，也就是說：

一個機(jī)器周期=6個狀態(tài)周期=12個時鐘周期

指令周期

指令周期是執(zhí)行一條指令所需要的時間，一般由若干個機(jī)器周期組成。指令不同，所需的機(jī)器周期數(shù)也不同。對于一些簡單的的單字節(jié)指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即譯碼執(zhí)行，不再需要其它的機(jī)器周期。對于一些比較復(fù)雜的指令，例如轉(zhuǎn)移指令、乘法指令，則需要兩個或者兩個以上的機(jī)器周期。

時鐘周期、機(jī)器周期、指令周期之間的關(guān)系圖如下。

時序圖

時鐘周期（振蕩器的倒數(shù)）最小，寫做一個P，接著把這個X2，當(dāng)作狀態(tài)周期。

6個狀態(tài)作為一個機(jī)器周期。

通常含一個機(jī)器周期的指令稱為單周期指令，包含兩個機(jī)器周期的指令稱為雙周期指令。

MCS-51中，按它們的長度可分為單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令。執(zhí)行這些指令需要的時間是不同的，也就是它們所需的機(jī)器周期是不同的，有下面幾種形式：

·單字節(jié)指令單機(jī)器周期·

單字節(jié)指令雙機(jī)器周期·

雙字節(jié)指令單機(jī)器周期·

雙字節(jié)指令雙機(jī)器周期·

三字節(jié)指令雙機(jī)器周期·

單字節(jié)指令四機(jī)器周期(如單字節(jié)的乘除法指令)

這里截取數(shù)據(jù)手冊看看。注意看，都是使用的機(jī)器周期，好好牢記，6個狀態(tài)一個機(jī)器周期。

指令時序圖

為了好說明指令在什么時候執(zhí)行，這里就寫：

S1P2

S2P1

S取（1-6），P（1，2），就這樣

S是6分頻的時鐘周期

現(xiàn)在再看這個

S5P2，是不是可以看懂了。在第五個狀態(tài)周期的第二個時鐘周期進(jìn)行對外采樣。

遇到特別短的脈沖的時候要考慮這個，如果太短就捕獲不到了。

再總結(jié)一下：

MCS-51的時序單位有四個，它們分別是節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期。

·節(jié)拍與狀態(tài)：我們把振蕩脈沖的周期定義為節(jié)拍（為方便描述，用P表示），振蕩脈沖經(jīng)過二分頻后即得到整個單片機(jī)工作系統(tǒng)的時鐘信號，把時鐘信號的周期定義為狀態(tài)（用S表示），這樣一個狀態(tài)就有兩個節(jié)拍，前半周期相應(yīng)的節(jié)拍我們定義為1(P1)，后半周期對應(yīng)的節(jié)拍定義為2(P2)。?

·機(jī)器周期：MCS-51有固定的機(jī)器周期，規(guī)定一個機(jī)器周期有6個狀態(tài)，分別表示為S1-S6，而一個狀態(tài)包含兩個節(jié)拍，那么一個機(jī)器周期就有12個節(jié)拍，我們可以記著S1P1、S1P2……S6P1、S6P2，一個機(jī)器周期共包含12個振蕩脈沖，即機(jī)器周期就是振蕩脈沖的12分頻，顯然，如果使用6MHz的時鐘頻率，一個機(jī)器周期就是2us，而如使用12MHz的時鐘頻率，一個機(jī)器周期就是1us。·指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期，MCS-51的指令有單字節(jié)、雙字節(jié)和三字節(jié)的，所以它們的指令周期不盡相同，也就是說它們所需的機(jī)器周期不相同，可能包括一到四個不等的機(jī)器周期。

呼，文章雖然很長，但是對于定時器的內(nèi)容，我還是沒有寫出來好難受。。。

審核編輯：劉清