# 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
：单片机定时器本质是一个计数器，可对内部时钟信号或外部引脚输入信号进行计数。以常见8051单片机为例，当定时器工作在内部时钟模式下，它会按照设定的分频系数对内部系统时钟进行分频，得到计数脉冲。例如，若系统时钟为12MHz，设置12分频，则计数脉冲频率为1MHz，即每1μs计数器加1。当计数器的值达到设定的最大值（如16位定时器的65536）时，就会产生溢出。
：一旦定时器溢出，相应的中断标志位会被置位。在8051单片机中，定时器0溢出会置位TF0标志位，定时器1溢出会置位TF1标志位。这个标志位就像一个信号旗，向单片机的中断系统表明定时器已经完成了一次设定的计数周期，发生了溢出事件。
：当中断标志位被置位后，如果对应的中断允许位也被使能（如ET0使能定时器0中断，ET1使能定时器1中断），并且总中断允许位EA也被置1，那么就会产生一个中断请求信号，该信号会发送到单片机的中央处理器（CPU），通知CPU有定时器相关的事件需要处理。
：CPU在执行当前指令的最后一个机器周期时，会检测中断请求信号。但并不是一旦检测到请求就立即响应，需要满足一定条件。例如，当前指令必须执行完毕，且没有更高优先级的中断正在处理等。只有当这些条件都满足时，CPU才会暂停当前正在执行的主程序，转而响应定时器中断。
：在进入中断服务程序之前，CPU会自动将当前程序的状态，包括程序计数器（PC）的值、一些寄存器的值等，保存到堆栈中。这就好比在离开一个地方时，把重要的东西都收拾好存放起来，以便回来后能继续原来的工作。这样做是为了在中断处理完毕后，能够恢复到主程序中断前的状态，继续执行主程序。
：完成现场保护后，CPU会根据中断源的类型，从对应的中断向量地址处开始执行中断服务程序。对于定时器0中断，其中断向量地址通常为0x000B；对于定时器1中断，中断向量地址通常为0x001B。CPU跳转到该地址后，就开始执行开发者编写的针对定时器溢出事件的处理代码。 ## 二、定时器中断应用
：利用定时器中断可以实现精确的定时功能。例如，在一个智能灯光控制系统中，若要实现灯光每隔1秒闪烁一次。可以通过设置定时器的初值和工作模式，使定时器每隔1秒产生一次溢出中断。在中断服务程序中，对控制灯光的I/O口状态进行翻转，从而实现灯光的定时闪烁。通过调整定时器的初值和分频系数，能够实现不同时长的精确定时，满足各种定时控制需求。
：在一些实时系统中，有许多周期性的任务需要执行，如数据采集、数据处理等。定时器中断可以作为这些周期性任务的触发机制。例如，在一个环境监测系统中，需要每隔10分钟采集一次温度、湿度等环境数据。通过设置定时器定时10分钟，每次定时器溢出中断时，启动数据采集程序，从而实现周期性的数据采集任务。
：通过定时器中断可以测量外部信号的频率。具体方法是，利用定时器对外部信号的脉冲进行计数，同时使用另一个定时器记录计数的时间。例如，将一个外部脉冲信号连接到单片机的定时器外部计数引脚，设置该定时器为计数模式。同时，启动另一个定时器开始计时，计时时间为1秒。在1秒结束时，读取计数定时器的计数值，这个计数值就是1秒内外部信号的脉冲个数，从而可以计算出外部信号的频率。
：这种频率测量方法在许多领域都有应用，如电机转速测量（电机旋转时产生的脉冲信号频率与转速成正比）、通信信号频率监测等。在电机控制系统中，通过测量电机旋转产生的脉冲信号频率，单片机可以实时了解电机的转速，并根据需要调整控制策略，实现对电机转速的精确控制。
