51单片机C语言程序设计定时器应用：延时、脉宽调制等定时器功能的深入解析，让你轻松控制时间

# 1. 51单片机定时器的基本原理**

51单片机定时器是一种用于精确控制时间间隔的硬件模块。它由一个16位计数器、一个控制寄存器和一个中断标志位组成。计数器以系统时钟为基准，每当时钟脉冲到来时，计数器值就会增加1。控制寄存器用于设置计数器的模式、时钟源和中断使能。中断标志位用于指示计数器是否溢出或达到预设值。

定时器可以应用于各种场景，例如：

* 延时：通过设置计数器的值，可以产生精确的延时。
* 脉宽调制（PWM）：通过改变计数器的值，可以控制输出信号的脉宽，从而实现对模拟信号的控制。

# 2. 定时器编程技巧

### 2.1 定时器寄存器的设置

#### 2.1.1 TMOD寄存器

TMOD寄存器用于设置定时器的模式和工作方式。其结构如下：

TMOD = [TF1 | TF0 | M13 | M12 | M11 | M10 | M03 | M02 | M01 | M00]

其中：

- TF1和TF0：定时器1和定时器0的触发源选择位
- M13~M00：定时器1和定时器0的工作方式选择位

**定时器模式选择表**

| M13~M00 | 定时器1模式 | 定时器0模式 |
|---|---|---|
| 0000 | 13位自动重装载 | 13位自动重装载 |
| 0001 | 16位自动重装载 | 16位自动重装载 |
| 0010 | 8位自动重装载 | 8位自动重装载 |
| 0011 | 8位软件触发 | 8位软件触发 |
| 0100 | 13位外部触发 | 13位外部触发 |
| 0101 | 16位外部触发 | 16位外部触发 |
| 0110 | 8位外部触发 | 8位外部触发 |
| 0111 | 8位软件触发 | 8位软件触发 |
| 1000 | 13位捕获模式 | 13位捕获模式 |
| 1001 | 16位捕获模式 | 16位捕获模式 |
| 1010 | 8位捕获模式 | 8位捕获模式 |
| 1011 | 8位软件触发 | 8位软件触发 |
| 1100 | 13位比较模式 | 13位比较模式 |
| 1101 | 16位比较模式 | 16位比较模式 |
| 1110 | 8位比较模式 | 8位比较模式 |
| 1111 | 8位软件触发 | 8位软件触发 |

#### 2.1.2 TCON寄存器

TCON寄存器用于控制定时器的启动、停止和中断使能。其结构如下：

TCON = [TF2 | TF1 | TF0 | TR1 | TR0 | IT1 | IT0 | IE1 | IE0]

其中：

- TF2~TF0：定时器2、1和0的溢出标志位
- TR1~TR0：定时器1和0的启动/停止控制位
- IT1~IT0：定时器1和0的中断标志位
- IE1~IE0：定时器1和0的中断使能位

### 2.2 定时器中断编程

#### 2.2.1 定时器中断源

51单片机定时器中断源有以下几种：

- 定时器溢出中断：当定时器计数器溢出时产生中断。
- 定时器捕获中断：当定时器捕获输入信号时产生中断。
- 定时器比较中断：当定时器计数器与比较寄存器相等时产生中断。

#### 2.2.2 定时器中断服务程序

定时器中断服务程序是当定时器中断发生时执行的代码段。其结构如下：

void timer_interrupt_service_routine() interrupt [interrupt_number]
{
    // 中断处理代码
}

其中：

- interrupt_number：中断向量号，表示中断源。
- 中断处理代码：中断发生时需要执行的代码。

### 2.3 定时器的应用实例

#### 2.3.1 延时函数

延时函数是利用定时器产生指定时间间隔的常用功能。其实现原理如下：

1. 设置定时器为自动重装载模式。
2. 计算并设置定时器的重装载值。
3. 启动定时器。
4. 在定时器中断服务程序中，判断是否达到指定的延时时间。

**延时函数代码示例**

#define FOSC 11059200L // 晶振频率
#define TIMER_PRESCALER 12 // 定时器预分频器

unsigned int delay_ms(unsigned int ms)
{
    unsigned int ticks;

    // 计算定时器重装载值
    ticks = (FOSC / TIMER_PRESCALER) / 1000 * ms;

    // 设置定时器
    TMOD &= ~0x0F;
    TMOD |= 0x01; // 16位自动重装载模式
    TH0 = (unsigned char)(ticks >> 8);
    TL0 = (unsigned char)ticks;

    // 启动定时器
    TR0 = 1;

    // 等待定时器溢出
    while (!TF0);

    // 清除定时器溢出标志位
    TF0 = 0;

    // 停止定时器
    TR0 = 0;