第9章-1可编程定时-计数控制器

1、微型计算机原理与应用 主要内容主要内容PPT计数器、定时器本质：对脉冲计数计数器、定时器本质：对脉冲计数计数器输入的是时钟脉冲，输出的是一个脉冲信号。计数器输入的是时钟脉冲，输出的是一个脉冲信号。不过输出的脉冲信号的形式由CPU编程控制定时器或计数器就是为对脉冲信号的计数的器件对脉冲信号的计数的器件，如果脉冲信号周期恒定，那么计数值就恒定地对应于一定的时间，这一过程即为定时 。配合配合PPT在微机系统的工作过程中，经常需要实现定时或延时控制定时或延时控制，如定时中断、定时检定时检测测，或者对外部过程进行计数外部过程进行计数 。 定时定时/ /计数器的作用计数器的作用 定时控制定时控制PPT6

2、为什么需要定时为什么需要定时/ /计数器计数器? ? 定时控制定时控制 检测外部事件发生的次数检测外部事件发生的次数PPT7 为什么需要定时为什么需要定时/ /计数器计数器? ? 定时控制定时控制 检测外部事件发生的次数检测外部事件发生的次数PPT8 为什么需要定时为什么需要定时/ /计数器计数器? ? 定时控制定时控制 检测外部事件发生的次数检测外部事件发生的次数 如何实现定时如何实现定时? ? 软件延时利用：软件延时利用：利用一段延时子程序来实现定时操作。特点，无需太多的硬设备，控制比较方便，但在定时期间，CPU不能从事其它工作，降低了机器的利用率。 采用延时电路实现固定的硬件延时采用延时

3、电路实现固定的硬件延时比如小规模集成器件555，外接定时部件-电阻和电容构成。（通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化） 特点是需要花费一定硬设备，而且当电路制成之后，定时值及计数范围不能改变。 采用可编程定时采用可编程定时/ /计数器芯片实现计数器芯片实现一种专门的具有可编程特性的芯片，用软件设定计数值/定时值，设定计数的工作方式具有中断控制能力，定时、计数到时能产生中断请求信号，因而定时期间不影响CPU的正常工作。 可编程定时可编程定时/ /计数器计数器82538253正是正是MCS-51MCS-51单片机的一种重要的功能部件单片机的一种重要的功能部件语言阐述语言阐

4、述提问：如何实现延时？o一、8253概述n 24引脚双列直插式n 集成了3个独立的定时/计数器（通道）n 每个计数器有六种工作方式n 最高计数速率2MHzo 根据工作方式不同，可作为事件计数器、定时器（实时时钟）、方波频率发生器、分频器、和单脉冲发生器等。PPT+语言阐述语言阐述注意：o 8253作分频器，工作于定时器方式：CLK输入是连续的、周期精确的时钟脉冲，OUT输出必定是频率降低的、周期精确的时钟脉冲。o 8253作计数器：记录的只是脉冲的数量，CLK可以输入周期不定的脉冲，也可以输入周期确定的脉冲。当计数到预置的初值后，从OUT端输出一个脉冲。CLK的脉冲周期不定，OUT输出的脉冲周

5、期也不确定。o 8253的基本工作方式：对外部输入到CLK引脚上的脉冲进行计数。定时方式还是计数方式，取决于输入脉冲的性质和用户的需要。二、可编程定时器8253的内部结构CLKCLK计数器计数器 0 00 0GATEGATE0 0OUTOUT0 0计数器计数器 1 1CLKCLK1 1GATEGATE1 1OUTOUT1 1计数器计数器 2 2CLKCLK2 2GATEGATE2 2OUTOUT2 2数据总线数据总线缓冲器缓冲器控制控制寄存器寄存器数据总线数据总线* *RDRD* *WRWRA A0 0A A1 1* *CSCS读写读写逻辑电路逻辑电路PPT编址部件0编址部件1编址部件2编址部

6、件3o 可编址部件o 1控制字寄存器控制字寄存器o 在8253的初始化编程时，存放CPU写入的控制命令字（只写）,由控制字决定计数器的工作方式等。o 2 2计数器计数器0#0#、1#1#、2#2#：o 这是三个独立的，结构相同的计数器/定时器通道。每一个通道包含一个16位的计数寄存器，用以存放计数初始值，o 3数据总线缓冲器数据总线缓冲器o 8253与CPU连接的8位数据线。CPU通过他（1）初始化时写入控制字（确定8253工作方式）o （2）向某个计数器写计数值o 4读读/写控制逻辑写控制逻辑o 从系统控制线上接收输入信号，转变成8253内部操作的各种控制信号。实现片选、内部通道选择以及对读

7、/写操作进行控制。先介绍四个编程端口；怎么寻址？介绍地址线先介绍四个编程端口；怎么寻址？介绍地址线A0A1控制字和计数值从哪来？数据总线缓冲器控制字和计数值从哪来？数据总线缓冲器最后介绍读写控制信号。最后介绍读写控制信号。配合配合PPT的语言阐述的语言阐述o4计数器0#、1#、2#：o 这是三个独立的，结构相同的计数器/定时器通道，每一个通道包含一个16位的计数寄存器，用以存放计数初始值，一个16位的减法计数器和一个16位的锁存器，锁存器在计数器工作的过程中，跟随计数值的变化，在接收到CPU发来的读计数值命令时，用以锁存计数值，供CPU读取，读取完毕之后，输出锁存器又跟随减1计数器变化。独立计

8、数器结构R R E E A A D D Y YR R D DW W R R数数据据C C L L K K0 0O O U U T T0 0控控制制寄寄存存器器低低8 8 位位输输出出锁锁存存器器高高8 8 位位低低8 8 位位高高8 8 位位译译码码I I O O / / * * M MA A1 1计计数数器器1 1C C S SA A0 0V V c c c c+ + 5 5 V VG G N N D DG G A A T T E E0 0C C L L K K1 1O O U U T T1 1G G A A T T E E1 1C C L L K K2 2O O U U T T2 2G G

9、 A A T T E E2 2A A1 1计计数数器器2 2计计数数器器0 0PPT三、8253外部引脚通道通道0通道通道1通道通道28位双向位双向数据线数据线读控制信号读控制信号写控制信号写控制信号地址信号线地址信号线片选信号片选信号o A1，A0 用于选择四个编址部件之一引线结构引线结构A1 A0 选选 择择0 0 计数通道计数通道00 1 计数通道计数通道11 0 计数通道计数通道21 1 控制寄存器控制寄存器A1 A0 选选 择择0 0 计数通道计数通道00 1 计数通道计数通道11 0 计数通道计数通道21 1 控制寄存器控制寄存器A1 A0 选选 择择0 0 计数通道计数通道00

10、1 计数通道计数通道11 0 计数通道计数通道21 1 控制寄存器控制寄存器A1 A0 选选 择择0 0 计数通道计数通道00 1 计数通道计数通道11 0 计数通道计数通道21 1 控制寄存器控制寄存器CLKn 时钟脉冲输入，计数器的计时基准。GATEn 门控信号输入，控制计数器的启停。OUTn 计数器输出信号，不同工作方式 产生不同波形。（n = 02） 计数通道的主要引线的主要引线（每通道均相同）：四、 8253的工作方式o 6种工作方式：方式0方式5o 区别： o OUT输出的波形不同；o 启动计数器的触发方式不同记忆时从以上两个方面加以分别PPT+语言阐述语言阐述方式0 计数结束产生

11、中断GATEOUTCLK 031244方式方式0WR设设定定工工作作方方式式设设定定计计数数初初值值计计数数值值送送入入计计数数器器计计数数过过程程计计数数结结束束特点：自动触发，计数一次，计数到时，特点：自动触发，计数一次，计数到时，OUTi将输出正跳变，可用作中断请求将输出正跳变，可用作中断请求PPT+语言阐述语言阐述返回返回o 计数过程：计数过程：o 1）当控制字写入控制字寄存器后，输出OUT就变低。o 2) 执行写计数值命令，设定计数器初值。o 3）经过一个输入脉冲，计数值才装入计数器的，下一个脉冲开始计数，因此，如果设置计数器初值为N，则输出OUT在N1个脉冲后才能变高。o 4）计数

12、结束（计数值为0）：在整个计数过程中，OUT保持为低，当计数到0后，OUT变高 计数特点计数特点 计数器只计一遍，当计数到0时，不重新开始计数保持为高，直到输入一新的计数值，OUT才变低，开始新的计数； 在计数过程中，可由GATE信号控制暂停。当GATE0时，暂停计数；当GATE1时，继续计数； 方式0GATE作用o 门控信号GATE用来控制减“1”计数暂停操作。2、方式1 可编程单脉冲发生器设设定定工工作作方方式式设设定定计计数数初初值值硬硬件件启启动动计计数数值值送送入入计计数数器器计计数数过过程程计计数数结结束束GATEOUTCLK 031244方式方式1WR特征：由特征：由GATE反复

13、触发计数，反复触发计数，计数值多次有效，每来一个计数值多次有效，每来一个GATE脉冲脉冲宽度宽度为为N的负极性脉冲的负极性脉冲PPT+语言阐述语言阐述返回返回方式1 可编程单脉冲发生器计数过程oOUTi输出变高电平计数过程的启动：计数过程的启动：CPU向向8253写入控制字：写入控制字：oGATE出现一个上升沿oGATE信号启动后（一个正脉冲）的下一个脉冲才开始计数计数值计到计数值计到“0”oOUTi输出由低电平向高电平跳变，形成输出单脉冲的后沿由方式由方式1所能输出单脉冲的宽度为所能输出单脉冲的宽度为CLKi周期的周期的n倍倍。计数值计数值N装入后：装入后：oOUTi保持变高电平，并不立即开

14、始计数一个计数值产生一个负极性脉冲一个计数值产生一个负极性脉冲故称为单脉冲发生器故称为单脉冲发生器o 输出OUT的宽度为计数初值的单脉冲；o 计数值是多次有效的，每来一个GATE脉冲，就自动装入计数值开始从头计数，因此在初始化时，计数值写入一次即可。方式1有下列特点：方式1GATE信号的作用o如果在减“1”计数过程中，GATE由高电平跳变为低电平，这并不影响计数过程，仍继续计数；o但若重新遇到GATE的上升沿，则，其效果会使输出的单脉冲加宽。3、方式2频率发生器（分频器）正常时序图oN分频计数器自动触发计数；反复计数，循环输出！单脉冲 ，N分频 ；GATE为低时暂停计数 PPT方式2 频率发生

15、器（分频器）工作过程o 在这种方式下，CPU输出控制字后，输出OUT就变高，写入计数值后的下一个CLK脉冲开始计数，计数到1后，输出OUT变低，经过一个CLK以后，OUT恢复为高，计数器重新开始计数（实现循环计数），因此在这种方式下，只需写入一次计数值，就能连续工作，输出连续相同间隔的负脉冲（前提：GATE保持为高），即周期性地输出。 o OUTi将输出一定频率的负脉冲序列，其脉冲宽度固定为一个CLKi周期，重复周期为CLKi周期的n倍。特征：循环计数；而方式1是单次计数方式2GATE的作用o如果在减“1”计数过程中，GATE变为无效(输入0电平)，则暂停减“1”计数，待GATE恢复有效后，从

16、初值n开始重新计数。o对称方波（偶数）;近似对称方波（奇数）4、方式3、方波发生器 -计数值为偶数自动触发计数；循环输出！方波信号 PPT方式3计数值为奇数自动触发计数；循环输出！近似方波信号 PPT方式3 方波发生器计数过程o任一通道工作在方式3，只在计数值n为偶数，则可输出重复周期为n、占空比为1 1的方波。o CPU写入控制字后，输出OUT变高，装入计数值n后，下一个时钟周期，开始计数。n OUTi保持为高电平，当计数到一半计数值时，输出OUTi跳变为低电平，一直保持到计数值为“0”，系统才自动重新置入计数值n，实现循环计数。n 这时OUTi端输出的周期为nCLKi周期，占空比为1 1的

17、方波序列；n 若n为奇数，则OUTi端输出周期为nCLKi周期，占空比为(n+1)/2)/(n-1)/2)的近似方波序列。方式4 软件触发方式o 进入工作方式4，OUTi输出高电平。o 装入计数值n后下一个周期，则开始减“1”计数（相当于软件启动），直到计数值减到“0”为止，OUTi输出宽度为一个CLKi周期的负脉冲。o 由软件装入的计数值只一次有效，如果要继续操作，必须重新置入计数初值n。o 如果在操作过程中，GATE变为无效，则停止减“1”计数，到GATE再次有效时，重新从初值开始减“1”计数。o 工作方式4与工作方式0很相似，只是方式0在OUTi端输出正阶跃信号、方式4在OUTi端输出负

18、脉冲信号。方式4正常计数波形与工作方式与工作方式0很相似，在很相似，在OUT端输出负脉冲信号。（只是方式端输出负脉冲信号。（只是方式0在输出正阶跃信号）在输出正阶跃信号）语言表述语言表述（略讲）（略讲）比较比较方式4GATE信号的作用（6、方式5 硬件触发方式GATEOUTCLK031244方式方式522333110WR门控触发，反复输出，宽度为门控触发，反复输出，宽度为1的负脉冲（同方式的负脉冲（同方式1宽度为宽度为N）语言表述语言表述（略讲）（略讲）比较比较方式5 硬件触发过程o 进入工作方式5，OUTi输出高电平，硬件触发信号由GATE端引入。o 开始时GATE应输入为0，装入计数初值n

19、后，减“1”计数并不工作，一定要等到硬件触发信号由GATE端引入一个正阶跃信号，减“1”计数才会开始，待计数值计到“0”，OUTi将输出负脉冲，其宽度固定为一个CLKi周期，表示定时时间到或计数次数到。o 这种工作方式下，当计数值计到“0”后，系统将自动重新装入计数值n，但并不开始计，一定要等到由GATE端引入的正跳沿，才会开始进行减“1”计数。各种工作方式的输出波形方式方式 0方式方式 1方式方式 2方式方式 3方式方式 4方式方式 50N0N0N0/N110NN/2 N/2 0/N0N0 1N0 1N0 1经N+1个CLK输出变为高电平输出宽度为N个CLK的负脉冲输出一个宽度为CLK周期的

20、负脉冲方波输出，周期为N个CLK周期输出一个宽度为CLK周期的负脉冲输出一个宽度为CLK周期的负脉冲软件启动软件启动硬件启动硬件启动软、硬件启动，自动重复计数软、硬件启动，自动重复计数。软、硬件启动，软、硬件启动，自动重复计数自动重复计数。软件启动软件启动硬件启动硬件启动PPT定时/计数的工作过程总结 1. 设置8253的工作方式 2. 设置计数初值到初值寄存器 3. 第一个CLK信号使初值寄存器的内容置入 计数寄存器 4. 以后每来一个CLK信号，计数寄存器减1 5. 减到0时，OUT端输出一特殊波形的信号注：以上计数过程中还受到GATE信号的控制自动实现软件实现四、控制字与初始化编程用于确

21、定各计数器的工作方式。o 还要将计数器的初值送入计数器两项工作都需要程序员编程来实现，这个工作叫做初始化想使用8253，首先要做两件事：PPT+语言表述语言表述1 方式控制字计数器读写格式工作方式数制D7D6D5D4D3D2D1D0计数器读写格式工作方式数制D7D6D5D4D3D2D1D000 计数器计数器001 计数器计数器110 计数器计数器211 非法非法00 计数器锁存命令计数器锁存命令 01 只读写低字节只读写低字节10 只读写高字节只读写高字节11 先读写低字节先读写低字节 后读写高字节后读写高字节000 方式方式0001 方式方式1010 方式方式2011 方式方式3100 方式

22、方式4101 方式方式50 二进制二进制1 十 进 制十 进 制(BCD码码)PPT计数器读写格式工作方式数制D7D6D5D4D3D2D1D0一个控制字只确定一个计数器方式2 、8253初始化编程o 要使用8253，必须首先进行初始化编程，初始化编程包括设置通o 道控制字和送通道计数初值两个方面，控制字写入8253的控制字o 寄存器，而初始值则写入相应通道的计数寄存器中。初始化程序流程写控制字写控制字写计数值低写计数值低8位位写计数值高写计数值高8位位*非必须非必须写入顺序：写入顺序： 可按计数器分别写入控制可按计数器分别写入控制字和初值。字和初值。 也可先写所有计数器控制也可先写所有计数器控

23、制字，再写入它们的初值字，再写入它们的初值(1) 写入通道控制字，规定通道的工作方式(2) 写入计数值，若规定只写低8位，则高8位自动置0，若规定只写高8位，则低8位自动置0。若为16位计数值则分两次写入，先写低8位，后写高8位。D0：用于确定计数数制，0，二进制；1，BCD码PPTo 例1：假设一个8253在某系统中的端口地址40H43H，如果要将计数器0设置为工作方式3，计数初值为3060H，采用二进制计数法.MOV AL， 36H；计数器；计数器0，方式，方式3，计数值，计数值16位，位， ； 二进制计数二进制计数OUT 43H，AL ；写入控制寄存器；写入控制寄存器MOV AX， 30

24、60H；设置计数值；设置计数值OUT 40H，AL；写低；写低8位至计数器位至计数器0MOV AL,AHOUT 40H,AL；写高；写高8位至计数器位至计数器0PPT计数器读写格式工作方式数制D7D6D5D4D3D2D1D0问题2：控制字是多少？o 【例【例2】 设设8253的端口地址为：的端口地址为：04H0AH，若用通道，若用通道2工作在方式工作在方式2，按二进制计数，计数值为按二进制计数，计数值为02F0H，进行初始化编程，进行初始化编程。o 控制字为：10110100B=0B4Ho 初始化程序：o MOV AL，0B4Ho OUT 0AH，ALo MOV AL，0F0Ho OUT 08

25、H，ALo MOV AL，02Ho OUT 08H，ALPPT五、 8253的应用o 与系统的连接o 设置工作方式o 置计数初值初始化编程初始化编程一、与系统的连接示意图CLKGATEOUTD0D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器译码器高位地址高位地址A15-A28253共三组共三组PPT二、8253应用举例o 例如，某8086系统中包含一片8253芯片，要求完成如下功能：n 利用通道0完成对外部事件计数功能，计满100次向CPU发出中断请求。n 利用通道1产生频率为1kHz的方波。n 利用通道2作标准时钟。PPT系统连接系统连接PPT先与CPU连接后讲计算器连接A0D15D

26、8 D7D0存储单元的访问A1-A19CSA0-A18D15-D8CSA0-A18BHE 奇地址奇地址（高字节）（高字节） 存储体存储体 512K8bit 偶地址偶地址（低字节）（低字节） 存储体存储体 512K8bitD0-D7无效无效有效有效存储器与存储器与80868086的的系统的连接系统的连接无效无效有效有效访访问问一一个个字字返回返回规则字：规则字：偶地址对应低位字节，奇地址对应高位字节。偶地址对应低位字节，奇地址对应高位字节。A0=0对应的存储体对应的存储体A0=1对应的存储体对应的存储体o 8253的数据线(D7D0)固定与8086 CPU的高8位数据线(D15D8)相连。这样8086的A0必须为“1”参加高位地址译码，以形成对8253的片选信号CS，以保证CPU访问8253的端口地址均为奇地址。o 图9.24中8253的端口地址码(A1