# 单片机定时器工作原理：中断机制与应用 ## 一、定时器中断机制

（一）中断原理

1.中断触发

：单片机定时器在计数达到预设值时，会产生溢出。以8051单片机为例，当定时器0或定时器1的计数值从最大值（如16位定时器模式下的65535）再加1时，就会发生溢出。溢出发生后，定时器会向单片机的中断控制逻辑发送一个中断请求信号。这一信号如同一个紧急通知，告知单片机有重要事件（定时器溢出）发生，需要及时处理。

2.中断响应

：单片机的中断控制逻辑接收到定时器的中断请求后，会在当前指令执行完毕后，暂停正在执行的主程序。此时，它会将当前程序的执行状态（如程序计数器PC的值，用于记录主程序执行到的位置；以及一些寄存器的值，以保存当前程序运行的上下文信息）保存到堆栈中。接着，单片机根据中断向量表，找到与定时器中断对应的中断服务程序入口地址，并跳转到该地址开始执行中断服务程序。例如，在8051单片机中，定时器0的中断向量地址为0x000B，当定时器0中断请求被响应时，单片机就会跳转到0x000B处开始执行中断服务程序。

（二）中断优先级

1.优先级设定

：在一个单片机系统中，可能存在多个中断源，如定时器中断、外部中断、串口中断等。为了确保重要的中断能够优先得到处理，单片机为每个中断源设置了优先级。例如，在某些实时控制系统中，外部设备的紧急事件触发的外部中断优先级可能设置得比定时器中断更高。通过设置相关的中断优先级寄存器，开发人员可以确定各个中断源的优先级顺序。在8051单片机中，通过IP寄存器来设置中断优先级，IP寄存器的相应位为1表示高优先级，为0表示低优先级。

2.优先级处理

：当多个中断源同时发出中断请求时，单片机首先响应优先级最高的中断请求。只有在高优先级中断服务程序执行完毕后，才会响应低优先级的中断请求。如果在执行高优先级中断服务程序时，又有新的高优先级中断请求到来，单片机将暂停当前的高优先级中断服务程序，转而执行新的高优先级中断服务程序。这种优先级处理机制保证了单片机系统能够高效、有序地处理各种中断事件。 ## 二、定时器中断应用

（一）定时任务执行

1.精确时间控制

：定时器中断常用于实现精确的定时任务。例如，在一个电子时钟系统中，利用定时器中断可以精确控制秒、分、时的计时。假设单片机的晶振频率为12MHz，经过12分频后，计数脉冲周期为1μs。若要实现1秒的定时，可以设置定时器为16位模式，初值为65536 - 1000000（因为1秒 = 1000000μs），即0x0FC18。当定时器溢出时，进入中断服务程序，在中断服务程序中对秒计数变量加1，从而实现精确的秒计时。通过类似的方法，可以实现分和时的计时，确保电子时钟的准确性。

2.周期性任务

：许多应用场景需要周期性地执行某些任务，定时器中断可以很好地满足这一需求。比如在环境监测系统中，需要每隔一定时间采集一次温度、湿度等环境数据。可以通过设置定时器的定时时间，如每隔10秒触发一次中断。在中断服务程序中，执行传感器数据采集和处理的代码，从而实现周期性的数据采集任务。这种周期性任务的实现，使得系统能够实时监测环境变化，为后续的数据分析和决策提供依据。

（二）复杂系统控制

1.电机调速

：在电机调速系统中，定时器中断起着关键作用。通过定时器中断产生不同占空比的脉冲宽度调制（PWM）信号，可以控制电机的转速。例如，对于直流电机，在定时器中断服务程序中，根据设定的转速值，改变PWM信号的占空比。如果要提高电机转速，增加PWM信号的高电平时间；若要降低转速，则减少高电平时间。通过不断调整PWM信号的占空比，实现对电机转速的精确控制，满足不同应用场景下对电机转速的要求。

2.多任务协调

：在复杂的单片机系统中，往往需要多个任务协同工作。定时器中断可以作为任务调度的一个重要手段。例如，在一个智能家居控制系统中，可能同时存在温度控制、灯光控制、窗帘控制等多个任务。可以利用定时器中断，按照一定的时间间隔，依次触发不同任务的执行。例如，每隔100ms触发一次中断，在中断服务程序中，通过任务调度算法，决定下一个执行的任务，从而实现多个任务的协调运行，提高系统的整体性能和效率。