实验指导书：定时器中断实验（T0/T1功能验证）

一、实验目的

1. 掌握STC8H8K64U单片机定时器/计数器（Timer0和Timer1）的工作原理；
2. 掌握定时器相关寄存器的配置方法，包括工作模式设置、初值计算、中断使能及启动控制；
3. 学会使用定时器中断实现精确的定时控制；
4. 巩固中断服务程序的编写及主程序结构设计；
5. 掌握利用STC-ISP软件进行程序下载与调试的方法。

二、实验器材

• 开天斧三开发板（主控芯片：STC8H8K64U，LQFP64封装） 1块
• USB数据线 1根
• 计算机 1台
• STC-ISP下载软件
• Keil C51集成开发环境

三、实验原理

3.1 定时器/计数器概述

定时器/计数器是单片机内部的重要外设，可对外部脉冲计数或对内部时钟脉冲计数，当计数值溢出时产生中断请求。STC8H8K64U单片机内部集成了5个16位定时器（T0~T4），本实验使用最基础的定时器T0和T1。

定时器T0和T1的核心是一个16位的加1计数器，由两个8位寄存器THx和TLx组成（x=0,1）。计数器每接收到一个脉冲就加1，当从全1（0xFFFF）变为0时，发生溢出，并置位中断请求标志位TFx，若中断允许且总中断开放，CPU将响应定时器中断。

脉冲来源可以是系统时钟分频（定时功能）或外部引脚T0/T1的输入信号（计数功能）。本实验使用定时功能，即对内部时钟脉冲计数。

3.2 定时器的工作模式与时钟源

STC8H8K64U的T0和T1支持多种工作模式，由TMOD寄存器选择。常用模式有：

• 模式0（16位自动重装载）：TLx和THx构成16位计数器，溢出后自动将重装载值装入计数器，适合产生固定周期的中断。
• 模式1（16位非自动重装载）：溢出后计数器从0开始计数，需要在中断服务程序中手动重装初值。
• 模式2（8位自动重装载）：仅TLx计数，THx保存重载值，适合产生快速、精确的定时。

此外，通过辅助寄存器AUXR可以设置定时器的时钟速度。T0和T1均可配置为12T模式（传统8051速度）或1T模式（不分频，速度更快）。本实验采用12T模式，便于计算。系统时钟频率可通过STC-ISP设置为24MHz，则12T模式下的计数频率为24MHz / 12 = 2MHz，即每个计数脉冲周期为0.5μs。

3.3 定时器相关寄存器

3.3.1 定时器/计数器工作模式寄存器TMOD（不可位寻址）

• GATE：门控位。为0时仅由TRx控制启停；为1时需同时TRx=1且INTx引脚为高电平时才计数。
• C/T：功能选择位。0为定时器（对内部时钟计数），1为计数器（对T0/T1引脚输入脉冲计数）。
• M1、M0：工作模式选择。00为模式0（16位自动重装载），01为模式1（16位非自动重装载），10为模式2（8位自动重装载），11为模式3（仅T0适用，分成两个8位计数器）。

3.3.2 定时器/计数器控制寄存器TCON（可位寻址）

• TF1（TCON.7）：T1溢出中断请求标志。溢出时硬件置1，CPU响应中断后硬件自动清零。
• TR1（TCON.6）：T1运行控制位。置1启动T1计数，清0停止计数。
• TF0（TCON.5）：T0溢出中断请求标志。溢出时硬件置1，CPU响应中断后硬件自动清零。
• TR0（TCON.4）：T0运行控制位。置1启动T0计数，清0停止计数。
• 低4位（IE1、IT1、IE0、IT0）与外部中断相关，定时器模式未用。

3.3.3 中断允许寄存器IE（可位寻址）

• EA（IE.7）：总中断允许位，需置1。
• ET1（IE.3）：T1中断允许位，置1使能T1中断。
• ET0（IE.1）：T0中断允许位，置1使能T0中断。

3.3.4 初值计算

定时时间公式（12T模式）：初值 = 65536 - (定时时间 / 机器周期) = 65536 - (定时时间 × 计数频率)

系统时钟24MHz，12T模式下计数频率 = 2MHz，机器周期 = 0.5μs。

例如，需要定时50ms（50000μs），计数值 = 50000μs / 0.5μs = 100000，因最大计数值为65536，无法一次完成。可将50ms拆分为更小的定时，如10ms：计数值 = 10000μs / 0.5μs = 20000，初值 = 65536 - 20000 = 45536，化为十六进制为0xB1E0。通过软件计数5次即可得到50ms。

3.4 开天斧三开发板电路说明

开天斧三开发板主控为STC8H8K64U（LQFP64封装），板载资源：

• LED电路：P2端口连接多个LED指示灯（低电平点亮），P2.0为LED0，P2.1为LED1，将分别用于指示T0和T1的定时中断效果。
• 电源与下载：USB供电，通过P3.0/P3.1下载程序。

本实验仅使用LED作观察对象，无需外部跳线。

四、实验内容

实验任务一：定时器T0控制LED闪烁

利用定时器T0产生50ms定时中断，在中断服务程序中软件计数20次（共1秒），翻转P2.0状态。LED0将按2秒周期（亮1秒、灭1秒）闪烁。

实验任务二：定时器T1控制LED闪烁

利用定时器T1产生100ms定时中断，在中断服务程序中直接翻转P2.1状态。LED1将按200ms周期（亮100ms、灭100ms）快速闪烁。

实验任务三：双定时器同时工作验证

同时启动T0和T1，两个LED各自独立闪烁，观察它们互不干扰，验证多中断源协同工作。

五、实验步骤

5.1 硬件连接

1. 取出开天斧三开发板，确认板载LED（P2.0、P2.1）完好。
2. 通过USB线将开发板连接至计算机。
3. 本实验无外部接线需求。

5.2 软件编程

1. 打开Keil C51，新建工程，器件选择STC8H8K64U。
2. 添加头文件#include <STC8H.H>。
3. 初始化I/O口：设置P2口为准双向口模式（P2M1=0x00; P2M0=0x00;）。
4. 编写定时器T0初始化函数：设置16位自动重装载模式（TMOD=0x00），12T模式，定时10ms，计算初值，开启中断并启动计数。
5. 编写定时器T1初始化函数：同样16位自动重装载模式，定时50ms，配合软件计数2次实现100ms。
6. 编写中断服务程序：
   • T0中断（interrupt 1）：软件计数器+1，满20次时翻转P2.0并清空计数器。
   • T1中断（interrupt 3）：软件计数器+1，满2次时翻转P2.1并清空计数器。
7. 主函数中调用初始化，然后进入while(1);死循环。
8. 编译生成HEX文件。

5.3 程序下载

1. 打开STC-ISP软件，型号选STC8H8K64U。
2. 设定IRC频率为24MHz。
3. 加载HEX文件，点击“下载/编程”。
4. 给开发板重新上电或按复位键，完成下载。

5.4 观察实验现象

1. 任务一：观察P2.0 LED，应每隔1秒翻转一次（亮1秒、灭1秒）。
2. 任务二：观察P2.1 LED，应以更快的频率闪烁（约每0.1秒翻转，周期0.2秒）。
3. 任务三：两个LED独立闪烁，节奏不同，互不干扰。
4. 记录实际闪烁周期（可用示波器或秒表粗略测量）。

六、参考程序

6.1 包含文件及变量定义

#include <STC8H.H>

unsigned int t0_count = 0;
unsigned int t1_count = 0;

6.2 定时器T0初始化（10ms定时）

void Timer0_Init(void)
{
    TMOD &= 0xF0;       // 清T0控制位
    TMOD |= 0x00;       // 模式0，定时，GATE=0
    
    TL0 = 0xE0;         // 初值低8位
    TH0 = 0xB1;         // 初值高8位
    
    ET0 = 1;            // 使能T0中断
    TR0 = 1;            // 启动T0
}

6.3 定时器T1初始化（10ms定时，便于共用初值）

void Timer1_Init(void)
{
    TMOD &= 0x0F;
    TMOD |= 0x00;
    
    TL1 = 0xE0;
    TH1 = 0xB1;
    
    ET1 = 1;
    TR1 = 1;
}

6.4 中断服务程序

void T0_ISR(void) interrupt 1
{
    t0_count++;
    if(t0_count >= 50)      // 50×10ms = 500ms，亮灭各500ms即1秒周期
    {
        t0_count = 0;
        P20 = ~P20;
    }
}

void T1_ISR(void) interrupt 3
{
    t1_count++;
    if(t1_count >= 5)       // 5×10ms = 50ms，翻转一次周期100ms
    {
        t1_count = 0;
        P21 = ~P21;
    }
}

6.5 主程序

void main(void)
{
    P2M1 = 0x00;  P2M0 = 0x00;    // P2口准双向
    Timer0_Init();
    Timer1_Init();
    EA = 1;                        // 开放总中断
    
    while(1)
    {
    }
}

七、实验现象及记录

八、思考题

1. 若将T0改为1T模式（AUXR |= 0x80），定时10ms的初值应如何计算？实际效果会有何变化？
2. 什么是自动重装载？使用模式0与模式1编写定时器程序时，中断服务程序写法有何主要区别？
3. 当T0和T1同时申请中断时，CPU会先响应哪一个？为什么？如何设置中断优先级让T1优先于T0？
4. 如果需要生成一个周期为1秒、占空比可调的PWM信号控制LED亮度，仅用T0如何实现？（提示：可在中断中修改比较值）
5. 如何用定时器实现一个简单的电子时钟（秒、分、时）？请画出程序流程图并尝试编写代码。

九、实验总结

通过本次实验，学生应掌握以下知识点：

1. 定时器工作原理：理解加1计数器、溢出、自动重装载等概念，明确定时与计数功能的区别。
2. 寄存器配置方法：熟练操作TMOD、TCON、IE等寄存器，能够根据实际需求计算定时初值。
3. 中断服务程序编写：掌握定时器中断的向量号（T0:1，T1:3），学会在中断中加入软件累计变量以扩展定时长度。
4. 多中断协同工作：体验两个定时器中断同时运行，理解中断优先级和中断嵌套的基本规则。
5. 软硬件联调：结合开天斧三开发板和Keil/STC-ISP工具，完成从编程到下载、观察的全过程，提升实践能力。
6. 精确定时应用：为后续学习串行通信、PWM输出、实时时钟等应用打下坚实基础。