C51单片机——通过使用定时器控制LED闪灭

目录

0 引言

1 定时的原理

1.1 生活中的定时

1.2单片机中的定时器

2 C语言程序设计

2.1 定时器的内部功能

2.2 设置寄存器

2.3 实验程序

3 有两个小问题（算是延伸吧）

3.1 只能0.05s闪一次吗？

3.2 每次都要在草稿纸手算初始值好麻烦

4 最后

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0 引言

其实，这个是可以通过软件延时计算器来生成自己需要的延时程序，而且效果非常好，但是既然要学习单片机，我们的目的就是要搞清楚硬件系统的知识，所以必须要学会如何用软件（程序）去控制硬件（处理器）。

1 定时的原理 1.1 生活中的定时

我们每个人都用过“定时”这个功能。比如说闹钟，我们需要学习1小时，然后定个1小时的闹钟，然后闹钟从59:59:59开始倒计时，直到00:00:00结束，闹钟响铃，学习结束，这个从我们的角度看来它是倒计时。单片机里的定时器原理也是这个，但是用的是正计时哈。

1.2单片机中的定时器

单片机的定时器，它是从某个值（你可以设定）加到某个值后停止。

这里要提到两个概念：①时钟周期；②机器周期。（下面用人话讲一下，可能不太严谨）

①时钟周期T：单片机上面有一个晶振，通电后它会产生一个工作频率f（我用的C51是11.0592MHz，板子不同频率可能不同，可以用放大镜看一下，他的参数刻在晶振的上面了），这个评率的倒数就是你用的这个板子的时钟周期，单位：s。

T = 1/f

②机器周期：一个机器周期 = n×时间周期；不同的板子，n的取值不同，C51系列的n是12（那我就以12说明了），单位也是：s。

说完这两个，开头说单片机的定时器的工作就是不停地加，而且是加1（计一个数），而每次＋1，就要消耗一个机器周期（所有这就是我为啥要先解释①②),或者讲每隔一个机器周期就寄存器就会＋1。

知道这个有啥用呢？因为我们要算出来，我们打算让LED隔多长时间闪一次啊，这就是目的。

现在我们打算让灯泡每隔0.05秒闪一次，即：

0.05 (s) = m × n/f (s)

n和f刚才提到了，我用我的板子的参数代进去举个例子吧。

 0.05 (s) = m × 12/11059200(s)

m =  46080（次）

 也就是说，寄存器加了四万多个1，所用时长大约0.05s。

闹钟是从你设定的某个值倒计时至00:00后停止计时，单片机中寄存计时是你设置某个值后不断＋1，直到加到某个值后停止，那加到哪个数值才能停止呢？

51系列标准的单片机内部是有两个寄定时器T0和T1，每一个定时器（也就是寄存器）有16bit，最大可以存储2^16bit的数据，换成16进制就是可以储存0x00到0xFF，超过这个数值，就会发生溢出（overflow），从0xFF进位后再次变成0x00，所以如果我们可以检测到有进位的情况，说明我们设置的初值经过不断＋1，到了最大值（是不是很像闹钟计时到了终值00:00呢），此时LED闪一次。

这就是所需的原理部分。下面讲一下如何将原理通过c程序的方式实现目标。

2 C语言程序设计 2.1 定时器的内部功能

注意：这块很繁琐，也牵涉很多东西，但是不要强记，先了解就好，数据手册里面的内容是用来查的，遇到需要的或者不会的翻翻就行了！而且这一块内容我暂时只讲用的着的哈，见谅，以后的blog会遇到一个讲一个，慢慢来，哈哈。

C51单片机内部的定时器有两个，即T0、T1。这两个定时器有基本相同功能的寄存器（大部分功能都是相同的），下面我用大白话讲方便快速理解，且我只讲暂时用的到的，见谅哈）。

1. 定时器控制寄存器（TCON）：
   可位寻址就是说你可以直接赋值到某一位，举个栗子：比如我想把TCON的TR0置1。

   TR0 = 1；//可位寻址
   

   像TMOD这种不可位寻址的，如我想把TMOD的定时器0.3置1，怎么写到？

   GATE = 1;//错
   TMOD = 00001000;//只能这样写，不能具体地给某一位赋值。
   TMOD = 0x04;//这样也行。

2. 定时器模式寄存器（TMOD）：
   
   模式寄存器TMOD是用来选择模式的，每个定时器都有4个模式（模式0、1、2、3），除了模式3功能不同，其他的是一样。
   功能大家可以自查手册，我们在这次只用模式1（为啥只用模式1？）∵模式1的功能是我们想要的。
    
3. 定时值储存寄存器（TL、TH）：用来存放我们初始值的，你把初始值放着后，开始慢慢地＋1计数。
   定时器0的值储存寄存器是16bit的，分两块：TL0（低8bit）、TH0（高8bit）

2.2 设置寄存器

 上图，是定时器模式1示意图。

分析：OSC是时钟频率源，也就是你板子上的晶振，d*就是之前讲的n，一般是12，Tn是外接振荡源，一般用计数器才接Tn，图上写的很清楚，当C/~T = 0时，我们接的是OSC，这也是我们要的。我们看后面的控制框，如果想闭合，即下面的组件需要输入1，TRn就是TCON中的一位，我们用的是T0的，所以就是TR0，功能见下图。

只有TR0 = 1时或者TR0 = 0且~INT0输入高电平时，哪一个情况都行，T0才开始工作（计数）， 那我直接把TR0 = 1不就好了，不用考虑另一个了，多好。因为是与门，所以下面的~INT0和GATE通过并门后必须得出1，那只有GATE = 0，经过反相器后出1，此时不用考虑~INT0的情况了（因为或门的性质）啦。

看一下后面的TF0。

当从初始值经过不断＋1后，到达最大值（也就是16bit值储存器的最大容量0xFF）后 ，会产生进位（溢出），会被TF0检测到，一旦检测到，TF0就会自动置1。

整理一下：
也就是说，我需要设置一下参数

1. TMOD = 0x01//使定时器工作在模式1状态下。
2. TH0 =0x4B ;
3. TL0 = 0xFF；
4. TR0 = 1//置1使定时器计数。

我们之前打算设置0.05s闪烁，通过计算需要加46080次1可以实现，用65535（0xFFFF）-46080=19455（这个就是初值）→0x4BFF，把0x4B、0xFF分别放入高8位，低8bit，也就是TH0 =0x4B、TL0 = 0xFF。

2.3 实验程序

#include

sbit LED = P2^7;//select LED you want to flash.

void main()
{
	TMOD = 0X01;//select mode1 of Timer0
	TH0 = 0X4B;//input start.
	TL0 = 0XFF;
	TR0 = 1;//make T0 start to count.

	while(1)
	{
		if(TF0==1)//examine overflow of value 
		{
	
			TF0 = 0;
			TH0 = 0X4B;
			TL0 = 0XFF;
			LED =! LED;
		}
		
	}
}

3 有两个小问题（算是延伸吧） 3.1 只能0.05s闪一次吗？

0.05s闪一次是可以看出来的，但是我想延时的时间长一点怎么办？

有个小问题，就是我们把初值放在TL0、TH0这个存储器里，最大也就只能放0xFFFF（65535）个数据，换句话说，我就是把初值设为0x0000，让他＋1，直到0xFFFF，但是折合过来也只是有71ms（0.071s），那我想设置每隔1s（1000ms）闪一次咋办？那就用下面这个程序，稍微加一点东西。

#include

sbit LED = P2^7;//select LED you want to flash.

void main()
{
	unsigned int i;//define a counter.
	TMOD = 0X01;//select mode1 of Timer0
	TH0 = 0X4B;//input start.
	TL0 = 0XFF;
	TR0 = 1;//make T0 start to count.


	while(1)
	{
		if(TF0==1)//examine overflow of value 
		{
	
			TF0 = 0;
			TH0 = 0X4B;
			TL0 = 0XFF;
			i++;
			if(i>=20)//examine if it is 20 enough.
			{
				LED =! LED;
				i = 0;//counter is back 0.
			}		
		}
		
	}
}

 因为从我们设定的初值0x4BFF到0xFFFF溢出是0.05s，我们希望变成1s，那么我们可以设置到溢出时并不让LED取反（闪一次），而是攒够20次才执行。

20×0.05s = 1s

当攒够20次（我们用一个if语句判断），我们才让他取反一次，并且同时让次数清零，反复这样搞，就实现了隔1s闪一次。如果是想两秒闪一次，就是40×0.05s = 2s，可以先算好在设置参数。

3.2 每次都要在草稿纸手算初始值好麻烦

我不知道这个blog发布之后还可不可以改，如果可以改，我在补充，要不让就另写一篇补一下这个没解决的点。

4 最后

单片机确实好难啊，要涉猎的知识要很多，要不然到处都是洞，要有恒心学下去。文章内如有错误，请猛烈地抨击我吧~跪蟹各位看官老爷们了。