51单片机定时器应用详解：精确控制时间的利器，提升系统性能

# 1. 51单片机定时器简介

51单片机定时器是单片机中一个重要的外设模块，它可以用来产生各种时序信号，如定时、计数、脉宽调制等。51单片机有两种类型的定时器：8位定时器和16位定时器。8位定时器有两种工作模式：模式0和模式1。模式0可以用来产生方波、单稳态触发器和计数器。模式1可以用来产生方波、双稳态触发器和计数器。16位定时器有两种工作模式：模式0和模式1。模式0可以用来产生方波、单稳态触发器、计数器和捕获输入。模式1可以用来产生方波、双稳态触发器、计数器、捕获输入和输出比较。

# 2. 51单片机定时器的编程技巧

### 2.1 定时器中断的使用

#### 2.1.1 中断向量和中断服务程序

**中断向量：**

中断向量是存储在程序存储器中的一段代码地址，当发生中断时，CPU会自动跳转到该地址执行中断服务程序。51单片机共有5个中断向量，分别对应5种中断源：

| 中断源 | 中断向量 |
|---|---|
| 外部中断0 | 0x0003 |
| 外部中断1 | 0x000B |
| 定时器0中断 | 0x0013 |
| 定时器1中断 | 0x001B |
| 串口中断 | 0x0023 |

**中断服务程序：**

中断服务程序是响应中断而执行的一段代码，它用于处理中断事件。中断服务程序的结构如下：

; 中断服务程序入口点
interrupt_handler:
    ; 保存寄存器
    push PSW
    push ACC
    push B
    ; ...

    ; 处理中断事件

    ; 恢复寄存器
    pop B
    pop ACC
    pop PSW
    ; ...

    ; 返回主程序
    reti

### 2.1.2 定时器中断的配置和使用

**配置定时器中断：**

要使用定时器中断，需要对定时器进行配置，包括设置定时器模式、中断使能位和中断优先级等。

// 设置定时器0为模式1，中断使能
TMOD |= 0x01;
// 设置定时器0中断优先级为最高
IP |= 0x10;

**使用定时器中断：**

配置好定时器中断后，可以在中断服务程序中处理中断事件。

// 定时器0中断服务程序
interrupt timer0_isr() {
    // 处理中断事件
    ...
}

**代码逻辑分析：**

* `TMOD |= 0x01;`：将定时器0模式设置为模式1，即16位自动重装载模式。
* `IP |= 0x10;`：将定时器0中断优先级设置为最高，即优先级为7。
* `timer0_isr()`：定时器0中断服务程序，用于处理定时器0中断事件。

### 2.2 定时器捕获功能的应用

#### 2.2.1 捕获功能的原理和配置

**捕获功能原理：**

定时器的捕获功能可以将外部信号的电平变化捕获到定时器寄存器中，从而实现外部信号的测量。

**配置捕获功能：**

// 设置定时器1为捕获模式
TMOD |= 0x20;
// 设置捕获源为外部中断0
CCON |= 0x00;

#### 2.2.2 捕获功能的应用实例

**测量脉冲宽度：**

// 定时器1捕获脉冲宽度
while (1) {
    // 等待外部中断0下降沿
    while ((P3 & 0x01) != 0);
    // 捕获脉冲上升沿时刻
    CCAP1H = T1H;
    CCAP1L = T1L;
    // 等待外部中断0上升沿
    while ((P3 & 0x01) == 0);
    // 捕获脉冲下降沿时刻
    CCAP2H = T1H;
    CCAP2L = T1L;
    // 计算脉冲宽度
    pulse_width = (CCAP2H << 8) + CCAP2L - (CCAP1H << 8) - CCAP1L;
}

**代码逻辑分析：**

* `TMOD |= 0x20;`：将定时器1模式设置为模式2，即捕获模式。
* `CCON |= 0x00;`：将捕获源设置为外部中断0。
* `while ((P3 & 0x01) != 0);`：等待外部中断0下降沿。
* `CCAP1H = T1H; CCAP1L = T1L;`：捕获脉冲上升沿时刻。
* `while ((P3 & 0x01) == 0);`：等待外部中断0上升沿。
* `CCAP2H = T1H; CCAP2L = T1L;`：捕获脉冲下降沿时刻。
* `pulse_width = (CCAP2H << 8) + CCAP2L - (CCAP1H << 8) - CCAP1L;`：计算脉冲宽度。

### 2.3 定时器输出比较功能的运用

#### 2.3.1 输出比较功能的原理和配置

**输出比较功能原理：**

定时器的输出比较功能可以将定时器寄存器的值