概述

在程序設(shè)計中我們經(jīng)常會用到延時，對于精度要求不高的應(yīng)用來說我們一般采用插入語句等待的方式來實現(xiàn)，對于精度高的應(yīng)用來說我們一般采用定時器中斷來實現(xiàn)。本章主要內(nèi)容包括：

1. 延時時間的調(diào)試
2. 定時器功能介紹
3. 定時器應(yīng)用實例介紹

6.1延時調(diào)試

前面程序中用到的延時通過執(zhí)行多條語句來實現(xiàn)的，那么我們會問執(zhí)行一條語句需要多長時間，延時1ms又需要多少條語句，延時的精度高嗎？下面講解的內(nèi)容將包含以上內(nèi)容。眾所周知，晶振為單片機提供了時間基準(zhǔn)，在晶振的節(jié)拍下程序按時間順序往下執(zhí)行，在單片機應(yīng)用中有三個重要的時間概念，分別為時鐘周期、機器周期和指令周期。

時鐘周期： 單片機晶振頻率的倒數(shù)，例如開發(fā)板的板載晶振為11.0592MHz，時鐘周期為1/11.0592us，是51單片機的最基本，最小的時間單位。

機器周期： 單片機完成一條最基本指令操作所需要的時間，51單片機的一個機器周期等于12個時鐘周期，RY-51開發(fā)板機器周期：12/11.0592us=1.09us。

指令周期： 執(zhí)行一條指令所需的時間，一般由若干個機器周期組成。當(dāng)然根據(jù)指令的不同所需的機器周期也不同，只需一個機器周期的簡單指令，稱之為單周期指令，包含兩個機器周期的指令稱之為雙周期指令。
以RY-51單片機開發(fā)板為例，執(zhí)行一條最簡單的語句需要至少1.09us，復(fù)雜的語句需要多個1.09us來實現(xiàn)。因此，我們常常在程序中通過添加數(shù)目不等的簡單語句來實現(xiàn)延時，但是延時的精度往往不會太高，我們可以通過keil軟件的仿真功能來確定延時的大概數(shù)值。接下來講解延時函數(shù)仿真功能，我們以延時10ms為例進行介紹。

#include< reg52.h >

sbit led0 = P1^0;//LED小燈管腳定義
sbit FM = P2^4;//蜂鳴器管腳位定義
sbit Key17 = P3^0;//獨立按鍵管腳定義

void delayms(unsigned int z)//延時函數(shù)
{
   unsigned int x,y;
   for(x=z;x >0;x--)
   	for(y=70;y >0;y--);
}

void main()
{
   while(1)
   {
   	delayms(10);//延時10ms
   	delayms(10);//延時10ms
   	delayms(10);//延時10ms
   }
}

首先，根據(jù)前面介紹的步驟建立一個工程，并編輯好如上所示的代碼。這個代碼和前面講解的代碼有點不同，我們先把延時的語句寫成一個函數(shù)delayms()，將其放在主程序之外。在主程序中調(diào)用函數(shù)來實現(xiàn)延時。改變延時函數(shù)的輸入?yún)?shù)便可改變延時語句的條數(shù)，因此延時變得非常的靈活。主程序中我們對延時函數(shù)進行了三次調(diào)用，接下來我們看看執(zhí)行一次函數(shù)調(diào)用需要多長時間。

在keil軟件快捷按鈕菜單欄中找到配置，點擊進入如下圖所示的子菜單：

如上圖所示，在”Target”目錄先將仿真晶振設(shè)置為“11.0592”。

如圖所示，在“C51”目錄下將代碼優(yōu)化等級設(shè)置為“0：Constant folding”。

設(shè)置好如上規(guī)則后，點擊菜單欄的debug快捷鍵如下圖所示，進入調(diào)試模式，可以看到程序進程已經(jīng)執(zhí)行到了第17條代碼。

接下來給17，18，19三條語句設(shè)置斷點，將鼠標(biāo)移到語句處點擊右鍵選擇“insert/Remove Breakpoint”，設(shè)置好之后語句左邊會出現(xiàn)紅色的小方塊。當(dāng)程序執(zhí)行到斷點時，程序便會停止下來。

如圖6-5所示，當(dāng)程序順序執(zhí)行的黃色箭頭停留在第17行時，所使用的時間為：0.00042209s，如圖左側(cè)所示。

點擊如圖6-6左上角的程序執(zhí)行快捷鍵，程序進程黃色箭頭停留在第18行，即執(zhí)行完了一條延時函數(shù)語句delayms(10)，觀察左下角的進程時間為：0.01057943s將執(zhí)行語句前后時間相減，結(jié)果約等于10.1ms，因此與我們延遲10ms的要求相符。

通過調(diào)用函數(shù)實現(xiàn)延時的方法在單片機編程中是非常常見的，經(jīng)過上面的延時調(diào)試可見這種方法的精度并不是很高，對應(yīng)特殊應(yīng)用場合我們一般采用定時器的方式實現(xiàn)。

6.2定時器介紹

定時器的功能很容易理解，就是到了某個指定的時間會提示設(shè)定者，我們平常使用的鬧鐘實際上可看作是一個定時器。定時器是單片機的重要資源，那么我們什么時候會使用到單片機的定時器功能呢？正常情況下我們一直在運行單片機的主程序，在主程序中假設(shè)我們需要1s之后去執(zhí)行某個操作，這時我們只好在主程序中進行延時，直到1s時間到了再去執(zhí)行相應(yīng)的操作，那么在這個延時的過程中主程序別的事情干不了了，這樣就很浪費系統(tǒng)的資源。

如果我們這個時候使用定時器功能就可以很好的解決這個問題。首先，我們在主程序中設(shè)定定時器定時1s,并啟動定時器開始計時，因為定時器的運行和單片機的主程序執(zhí)行是分開的，不會相互影響，因此主程序繼續(xù)往下執(zhí)行。當(dāng)1s的時間到了，定時器告訴主程序，這個時候主程序停下當(dāng)前正在干的活而去響應(yīng)定時器。

STC89C52系列單片機內(nèi)置2個16位的定時器，同時也可以當(dāng)作計數(shù)器來用，分別為定時器0（T0），定時器1（T1），每個定時器有4種工作方式。那么定時器是如何計時的呢？我們以定時器T0工作在16位模式下進行介紹。16位的二進制的最大值為：0b1111,1111,1111,1111=65535。首先，我們需要給這個16位的寄存器賦初始值，假設(shè)為1000，當(dāng)我們在主程序中啟動定時器T0，此時這個寄存器會每12個時鐘周期從1000開始往上加1，直到加到65535，當(dāng)再加1后，定時器T0就溢出了，寄存器值從65535變成0，當(dāng)溢出后定時器會告訴主程序，定時時間到了。所以我們只要改變這個初始值1000就可以得到不同的定時時間了。細心的同學(xué)可能會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)初始值為0的時候可以定時的時間最長。那么我們來看看定時器T0工作在16位模式下最長能定時多久。我們開發(fā)采用的時鐘頻率為11.0592MHz，因此，每12個時鐘周期時間為：12/11.0592us=1.09us。啟動定時器后，從初始值0累加到65535再到溢出為0，總共累加了65536次。因此，最大定時長度為：1.09us*65536=71.4ms。

6.3定時器使用

前面介紹了51系列單片機中定時器的工作原理，這節(jié)將重介紹定時器的使用。前面介紹過單片機的某個功能的實現(xiàn)都有特殊功能寄存器SFR有關(guān)，當(dāng)然定時器的使用也不例外，特殊功能寄存器列表如下表所示：

表6-1 定時器/計數(shù)器特殊功能寄存器列表

TCON是一個8位定時器/計數(shù)器中斷控制寄存器，可位尋址，即每一位可單獨賦值。B7、B6為定時器T1控制位，B5、B4為定時器T0控制位，如下表所示：

表6-2 TCON寄存器

TF0:定時器/計數(shù)器0中斷溢出標(biāo)志位。T1被允許計數(shù)后，從初始值開始加1計數(shù)。當(dāng)最高位產(chǎn)生溢出時由硬件置“1”TF0，向CPU請求中斷，一直保持到CPU響應(yīng)中斷時，才由硬件清零“0”TF0，另外，TF0也可由程序查詢清零“0”。

TF1：定時器/計數(shù)器1中斷溢出標(biāo)志位。功能與TF0類似。

TR0：定時器T0的運行控制位。該位由軟件置位和清零。當(dāng)TR0=1時就允許T0開始計數(shù)。

TR1：定時器T1的運行控制位。該位由軟件置位和清零。當(dāng)TR1=1時就允許T1開始計數(shù)。

其它位為外部中斷相關(guān)內(nèi)容，與定時器功能無關(guān)，這里暫時不做介紹。

前面講的這幾個位是定時器中斷控制位，TR0賦值為1后，定時器T0開始運行，當(dāng)定時器T0溢出時，單片機硬件會將TF0位置1。我們可以在程序中通過查詢這個位是否為1來確定定時是否到達。另外，我們?nèi)绻O(shè)置了定時器中斷函數(shù)，當(dāng)定時到達后，單片機程序會跳轉(zhuǎn)到定時器中斷函數(shù)，并且由硬件將TF0清零。
TCON是一個可位尋址的寄存器，在單片機程序中可以直接對TCON賦值，或者對其中的位進行直接賦值。

圖6-7 定時器模式寄存器

TMOD為定時器模式寄存器，寄存器的高4位為定時器1模式位，低四位為定時器0模式位，高低位的功能類似，下面以定時器0為例：

C/T：定時器、計數(shù)器功能選擇位。清零作為定時器，置1作為計數(shù)器。

表6-3 模式選擇

定時器/計數(shù)器功能原理圖如下圖所示：

圖6-8 定時器/計數(shù)器功能原理圖

如上圖所示，當(dāng)作為定時器或計數(shù)器時唯一的區(qū)別為輸入的時鐘不一樣。當(dāng)作為定時器時，輸入的時鐘為系統(tǒng)時鐘，而當(dāng)作定時器時，系統(tǒng)輸入時鐘為外部引腳。

6.4定時器應(yīng)用實例

本節(jié)我們介紹定時器的兩種應(yīng)用實例進行介紹，第一種為程序查詢方式響應(yīng)定時器的溢出，第二種為中斷函數(shù)處理的方式響應(yīng)定時器溢出。應(yīng)用定時器實現(xiàn)的功能為每隔50ms使led0小燈閃爍一次，并使用定時器T0，工作在模式1，即16位定時的模式下。

6.4.1程序查詢方式實例

定時器使用步驟：

1. 配置定時器模式控制寄存器TMOD；
2. 裝載定時器初始值TH0，T0；
3. 置位TR0，啟動定時器開始計時；
4. 主程序查詢定時器中斷標(biāo)志位TF0。

假設(shè)設(shè)置定時器0為每1ms溢出1次，因此在主程序中累計查詢到50次便使led小燈閃爍一次。根據(jù)前面介紹的方法計算出定時器0初始值65536-FOSC/12 * 1 * 10-3，程序設(shè)計如下圖所示：

#include< reg52.h >

#define FOSC 11059200 //單片機晶振頻率
#define T_1ms (65536 - FOSC/12/1000)  //定時器初始值計算

sbit led0 = P1^0;
unsigned char count = 0;
void main()
{
	TMOD = 0x01;	 //定時器工作模式配置
	TL0  = T_1ms;	//裝載初始值
	TH0  = T_1ms >>8;

	TR0  = 1;		 //啟動定時器
	while(1)
	{
		if(TF0==1)
		{
			TF0 = 0; //軟件清零

			TL0 = T_1ms;//重裝初始值
			TH0 = T_1ms >>8;	

			count++;
			if(count >=50)//	每一毫秒進入一次中斷，達到50次則為50ms,翻轉(zhuǎn)小燈。
			{
				count = 0;
				led0 = ~led0;
			}								
		}
	}
}

如上圖所示，在主程序開始階段，對TMOD進行賦值來配置定時器T0為工作模式1，然后對TL0，TH0寄存器進行初始化賦值，緊接著啟動定時器T0開始計數(shù)。完成上述步驟后，進入主程序循環(huán)，在循環(huán)中不斷的檢測TF0，當(dāng)檢測到定時器溢出后將TF0清零，重新轉(zhuǎn)載定時器初始值，當(dāng)溢出達到50次后翻轉(zhuǎn)led小燈的值。這里需要注意的地方是，當(dāng)判斷到溢出后需要通過軟件對TF0進行軟件清零。結(jié)合我們前面學(xué)習(xí)的知識，大家可以根據(jù)自己的需求來改變程序的功能，加深對定時器功能的理解。

6.4.2中斷響應(yīng)方式實例

中斷響應(yīng)方式與程序查詢方式略有不同，在程序初始化處需要打開定時器中斷，當(dāng)定時器溢出后程序跳轉(zhuǎn)到中斷入口程序，并由硬件自動清理TF0，可在中斷程序中實現(xiàn)led小燈閃爍的功能。
定時器使用步驟：

1. 配置定時器模式控制寄存器TMOD；
2. 裝載定時器初始值TH0，T0；
3. 置位TR0，啟動定時器開始計時；
4. 允許定時器中斷，并開啟總中斷；
5. 進入中斷程序。
6. 在中斷程序中重載定時器初始值，并閃爍led小燈。
   程序設(shè)計如下圖所示：

#include< reg52.h >

#define FOSC 11059200 //單片機晶振頻率
#define T_1ms (65536 - FOSC/12/1000)  //定時器初始值計算

sbit led1 = P1^1;
unsigned char count = 0;
void main()
{
	TMOD = 0x01;	 //定時器工作模式配置
	TL0  = T_1ms;	//裝載初始值
	TH0  = T_1ms >>8;

	TR0  = 1;		 //啟動定時器
	ET0  = 1;		 //允許定時器中斷
	EA   = 1;		 //開總中斷

	while(1);	  //循環(huán)
}

void timer0() interrupt 1
{
	TL0 = T_1ms;//重裝初始值
	TH0 = T_1ms >>8;

	count++;
	if(count >=50)//	每一毫秒進入一次中斷，達到50次則為50ms,翻轉(zhuǎn)小燈。
	{
		count = 0;
		led1 = ~led1;
	}
}

6.4本章小結(jié)

本章介紹了延時函數(shù)的調(diào)試，定時器基礎(chǔ)知識的介紹以及定時器功能的應(yīng)用實例。結(jié)合我們我們程序的介紹，多多練習(xí)下載試驗逐步的熟練掌握延時函數(shù)、定時器功能的應(yīng)用。