这是 北航士谔书院 的第 949 篇推送

本文介绍中断(interrupt)的基本概念，并演示定时器中断、外部中断的使用方法。如果同学们对文章内容有疑问，或发现文中有任何不妥之处，请点击“阅读原文”在页面末尾评论区留言，我会及时回复并订正。

中断

设想你在电脑上进行简单的 C 程序开发。你的程序只能按顺序运行，没有任何东西可以阻挡它。这看起来似乎没有什么问题，但是在单片机上，你有时会有一些特殊的需求。比如，你可能会需要快速响应外部的事件，或者你想定时执行某个任务。这时，你需要使用“中断”。

中断的含义

“中断”是指在内部 / 外部事件产生时，暂停主程序，转而执行用户定义的中断处理程序(Interrupt Service Routing，通常为一个函数)。当中断处理程序完毕后，返回继续主程序。中断产生时，单片机会将主程序的执行上下文保存到内存中，待中断处理程序结束后，单片机会恢复主程序的上下文，仿佛它从未被中断一样。

中断让单片机可以即时相应各类事件，而无需在主程序中一直检查事件是否发生。

中断事件的种类

在 51 单片机中，“内部事件”一般为定时器事件，“外部事件”一般为外部中断(引脚电平改变引起的中断)或串口中断(串口收到数据引起的中断)。

51 单片机只有 5 个中断，interrupt 0 – 4，它们的功能如下：

• interrupt 0：外部中断 0；

• interrupt 1：定时器中断 0；

• interrupt 2：外部中断 1；

• interrupt 3：定时器中断 1；

• interrupt 4：串行口中断；

其它种类的单片机平台可能存在种类更丰富的中断。

C51 语言中对中断的处理

在 C51 语言中， 可以通过 interrupt 关键字将某个函数声明为中断处理程序：

// 定时器中断 0 处理函数

void isr_timer_0(void) interrupt 1

{

}

// 外部中断 0 处理函数

void isr_ext_0(void) interrupt 0

{

}

C51 语言中还有 using 关键字，用于指定中断处理函数使用的寄存器组。一般无需使用这个关键字。

8051 定时器

在开发程序时，我们可能需要定期 / 延迟执行某项任务，或者需要计量时间间隔。这时，我们需要使用 8051 定时器。每个 8051 单片机都带有两个定时器(T0 和 T1)，它们分别独立工作。

基本原理

每个 8051 单片机都有一个基准时钟(通常为 12MHz)，在较新的 STC 系列单片机上，这个时钟是单片机内部产生的。将基准时钟 12 分频，就得到机器周期(1MHz)。

每个 8051 定时器都有大小可配置(8-bit / 13-bit / 16-bit)的数值寄存器。当其启用时，每经过一个机器周期，定时器会将其数值寄存器的数值增加 1。通过读取数值寄存器的值，就可以计算出经过的时间。

在非自装载模式下，数值寄存器的二进制位全为 1 时，其无法被递增，发生溢出，此时数值寄存器停止递增，系统设置溢出标志位。在自装载模式下，发生溢出时，系统会自动重置数值寄存器为设定值。

用户可以控制定时器中断开关。如果中断开关处于打开模式，则每次溢出时，相应定时器的中断处理程序会被触发。如果需要每间隔一个周期就执行某项任务，就可以使用定时器中断。

定时器还可被用作脉冲计数器。在脉冲计数器模式下，数值寄存器的递增不由机器周期控制，而由外部脉冲控制。外部的一次脉冲，寄存器的数值增加 1。

工作模式

8051 定时器有 4 种工作模式，其中两个定时器都可以使用前 3 个模式：

• 模式 0 13-bit 手动装载模式(M1 = 0，M0 = 0)

• 模式 1 16-bit 手动装载模式(M1 = 0，M0 = 1)

• 模式 2 8-bit 自动装载模式(M1 = 1，M0 = 0)

• 模式 3 独立定时器模式(M1 = 1，M0 = 1，仅 T0 能用这种模式，且当 T0 工作于这种模式时，T1 可工作于模式 0, 1, 2，但此时 T1 的中断标志被 T0 占用，T1 不能使用中断控制)

在模式 0 和模式 1 下，单片机分别采用 13-bit 的计数器(最大值 8191)和 16-bit 的计数器(最大值 65535)，并且当计数器溢出时，它们不会重新装载。在模式 2 下，由于计数器太小，手动重新装载计数器会带来较大误差，所以系统会自动重新装载计数器。模式 3 的用途较少，此处暂时略过。

控制方式

TCON 寄存器

定时器的工作状态由 TCON 寄存器来判断 / 控制。其中 6、7 位控制定时器 1，4、5 位控制定时器 0。各位的含义如下：

• TF：溢出状态指示。在手动装载模式下，当定时器的数值寄存器溢出时，该位被置为 1，定时器暂停。

• TR：使能控制。TR = 1，定时器运行；TR = 0，定时器停止。

• IE：中断控制。IE = 1，在数值寄存器溢出时触发相应定时器中断；IE = 0，不会触发中断。

• IT：中断触发方式。此位仅对计数器模式有效，对定时器模式无效。IT = 0，使用电平触发方式；IT = 1，使用边沿触发方式。

TMOD 寄存器

定时器的工作模式由 TMOD 寄存器来控制，其中高 4 位控制定时器 1，低 4 位控制定时器 0。TMOD 每位(由高到低)的含义如下：

TMOD 寄存器

• Gate：定时器使能控制模式。Gate = 1 时，定时器使能由 TRx 和硬件引脚(INTx)共同控制，只有外部引脚为高且 TRx 为 1 时，定时器才会工作；Gate = 0 时，定时器使能仅由 TRx 控制，TRx 为 1 时，定时器工作。

• C / T (Counter / Timer)：定时器 / 计数器模式选择。C / T = 0 时，工作在定时器模式，数值寄存器受机器周期控制；C / T = 1 时，工作在计数器模式，数值寄存器受外部引脚控制。

• M1、M0：工作模式选择，见“工作模式”节。

数值寄存器

每个定时器均有两个 8-bit 的数值寄存器(TLx 和 THx)，通过读取这些寄存器，可以获得定时器。

• 模式 0 13-bit 的数值被存储在 TH 的 8 位和 TL 的较低 5 位中。

• 模式 1 16-bit 的数值被存储在 TH 和 TL 中。

• 模式 2 TL 作为 8 位数值寄存器，TH 存储计数初值。当计数溢出时，自动将 TH 中存储的数值送入 TL，使 TL 从这一初值开始重新计数。TH 的值始终不变。

代码解析

在实际项目中，我们一般使用定时器进行标志位重设及刷新数码管。

(未完待续)