定時器實現LED燈周期性閃爍的研究與應用

高 松，張 博

（北京政法職業學院信息技術系，北京 102628）

0 引言

物聯網技術是新一代信息技術的產物，物聯網（Internet of Things）指的是物物相連的網絡。隨著物聯網技術的飛速發展，在物聯網相關領域中，經常會用到通過定時一定的時間達到想要的效果。在物聯網應用領域，針對于ZigBee開發板，要達到準確的定時，經常使用定時/計數器來實現定時效果。本文以定時器1為例，詳細論述使用定時器三種工作模式實現LED燈周期性閃爍的思路和程序設計方法。

1 定時器介紹

1.1 定時/計數器的工作原理

定時/計數器的主要功能就是定時和計數，其工作原理是通過對時鐘信號或外部輸入信號進行加1的計數，當計數值達到設定值時便向CPU提出中斷處理請求，從而實現較為精準的時間控制。在實現定時或計數的過程中，不需要CPU過多的參與，CPU可以去執行其他程序，因而不僅可以準確定時，還可以提高CPU的工作效率，因此，定時器被廣泛應用在物聯網開發中。

1.2 定時/計數器的分類

CC2530單片機中共包含了5個定時/計數器，分別是定時器1、定時器2、定時器3、定時器4和睡眠定時器。其中，定時器1是16位定時器，定時器3和4都是8位的定時器，三種定時器都具有“自由運行”、“模”、“正計數/倒計數”三種不同的工作模式。三種工作模式除了位數不同，需要配置的寄存器也有區別，特別是“模”模式，需要單獨配置T1CCTL0寄存器用來開啟0通道的輸出比較模式。

2 定時器的三種工作模式

2.1 自由運行模式

該模式下，計數器從0x0000開始，計數到0xFFFF時溢出，計數值為65535。如果晶振分頻后1秒鐘振動的次數為125 kHz，那么計數器溢出一次的時間65535/125000，大約是0.5秒鐘。

2.2 模模式

計數器從0x0000開始，計數到T1CC0寄存器設定的值時溢出。T1CC0寄存器是由兩個8位寄存器來存儲一個16位的數值，這兩個8位寄存器分別是T1CC0H（用來存儲16位數值的高八位）、T1CC0L（用來存儲16位數值的低八位），需要匹配跟要求的定時時間相關的計數值并存入這兩個寄存器中。使用模模式時要特別注意，需要配置寄存器T1CCTL0 |= 0x04；用來開啟通道0的輸出比較模式，否則計數器的值達到T1CC0后，是不會產生溢出中斷的。

2.3 正計數/倒計數模式

計數器從0x0000開始，正計數到T1CC0寄存器的匹配值時溢出，再倒計時回到0x0000，接著又正計數到T1CC0寄存器的匹配值時溢出，重復此過程。

正計數/倒計數模式與模模式的區別在于模模式是從0開始計數到設置的匹配值時產生溢出，而正計數/倒計數模式是從設置的匹配值倒計數到0，再正計數到設置的匹配值時溢出。因此在匹配值相同的情況下，溢出一次的時間是模模式的兩倍。

3 實際應用

3.1 項目需求

如果系統時鐘采用16 MHzRC振蕩器，128分頻。利用定時器1的中斷控制方式，使用CC2530單片機內部定時/計數器的三種模式實現1秒定時，控制LEDA（P1_0）和LEDB（P1_1）進行周期性閃爍，兩個LED燈的初始狀態均為熄滅。兩個燈的具體閃爍效果要求為：通電后1秒鐘，LEDA點亮，持續1秒，熄滅；LEDB點亮，持續2秒，熄滅。重復LEDA點亮，持續1秒，熄滅；LEDB點亮，持續2秒，熄滅，循環此過程。

3.2 項目分析

首先使用宏定義定義兩個LED燈和引腳的對應關系。即

#define LEDA P1_0

#define LEDB P1_1

針對項目要實現的功能，分析通電后1秒鐘，LEDA亮1秒鐘時間，LEDB亮2秒鐘時間。然后LEDA亮1秒鐘時間，LEDB亮2秒鐘時間。依此類推，兩個燈閃爍的周期為3秒鐘。即通電后第2秒、第5秒、第8秒……狀態一樣，LEDA點亮；第3秒、第6秒，第9秒……狀態一樣，LEDB點亮。

首先要解決的是1秒定時的問題。16 MHz分頻后的頻率為125 kHz，要定時1秒鐘的時間，如果使用自由運行模式，溢出兩次才能定時約1秒。由于自由運行模式是自動從16進制的最小值0000增加到16進制的FFFF，因此計數次數是65535，該模式下不需要匹配計數值。

如果使用模模式，由于定時器1是16位定時器，匹配值最大不能超過65535。因此將125 kHz除以2，得到0.5秒的計數次數為62500次。將62500轉換為16進制的F424，并分別存入高8位寄存器T1CC0H、低8位寄存器T1CC0L。即

T1CC0H=0xF4；

T1CC0L=0x24；

注意：目前的兩個寄存器的匹配值對應的時間是0.5秒。當然也可以使用0.25秒或0.2秒的匹配值，原則上是只要能被1秒鐘整除就可以。

如果是定時0.2秒，那么125 kHz除以5，得到0.2秒的計數次數為25000次，將25000轉換為16進制的61A8，并分別存入T1CC0H、T1CC0L，即

T1CC0H=0x61；

T1CC0L=0xA8；

如果是定時0.25秒，那么125 kHz除以4，得到0.25秒的計數次數為31250次，將31250轉換為16進制的7A12，并分別存入T1CC0H、T1CC0L，即

T1CC0H=0x7A；

T1CC0L=0x12；

對于正計數/倒計數模式，在定時時間一樣的情況下，要在模模式的匹配值基礎上，除以2。那么需要將0.5秒對應的計數值62500轉換為16進制的F424后，再除以2，得到7A12，分別存入T1CC0H、T1CC0L。即

T1CC0H=0x7A；

T1CC0L=0x12；

同理如果是0.2秒，那么F424除以5，得到0.2秒的匹配值30D4，將30D4分別存入T1CC0H、T1CC0L，即

T1CC0H=0x30；

T1CC0L=0XD4；

如果是0.25秒，那么F424除以4，得到0.25秒的匹配值3D09，將3D09分別存入T1CC0H、T1CC0L，即

T1CC0H=0x3D；

T1CC0L=0X09；

3.3 程序設計

在程序設計中，根據項目需求，兩個LED燈的變化均以1秒時間為基礎時間，而溢出一次的時間為0.5秒或0.2秒或0.25秒，均未達到1秒。因此需要定義一個跟溢出次數相關的變量num，初值為0。每溢出一次，num自增1，通過判斷num的值是否滿足一定條件來判斷是否到達1秒鐘。

當匹配值為0.5秒計數值的中斷服務函數具體如下所示：

當匹配值為0.25秒計數值的中斷服務函數具體如下所示：

T1STAT &= ～0x20； //對應正計數/倒計數模式；如果是模模式，應為0x01

通過上述對于三種工作模式，分別通過定時0.5秒、0.2秒、0.25秒三種情況的程序設計，均可實現準確的定時效果。

4 結束語

在物聯網應用開發中，使用定時器能實現精確的定時效果。三種工作模式中模模式和正計數/倒計數模式的溢出時間相差一倍，在計算匹配值時要精確計算，并正確的存入高八位寄存器和低八位寄存器。在使用溢出次數變量時，也要準確的設置判斷溢出次數是否達到定時時間的條件，才可準確定時。