第七章-可编程计数器定时器8253-8254及其应用..ppt

第7章可编程定时器/计数器8253/8254及其应用,1定时与计数在微机系统或智能化仪器仪表的工作过程中，经常需要使系统处于定时工作状态，或者对外部过程进行计数。定时或计数的工作实质均体现为对脉冲信号的个数的测量。定时：如果计数的对象是标准的时钟信号，由于其周期恒定，故计数值就恒定地对应于一定的时间，这一过程即为定时。计数：如果计数的对象是与外部输入的脉冲信号（周期可以不相等），则此时即为计数。,2定时的实现方法(1)软件法利用一段延时子程序来实现定时操作。特点：无需硬件支持，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。(2)硬件法专门设计一套电路（比如555定时器）用以实现定时与计数，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。,(3)软、硬件结合法即设计一种专门的具有可编程特性的芯片，来控制定时和计数的操作，定时或计数的过程不需要CPU的参与，而这些芯片具有中断控制能力，定时、计数结束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。,7.18253的工作原理7.1.1Intel8253的内部结构及引脚Intel8253是8086/8088微机系统常用的可编程定时器/计数器芯片，其增强型芯片为Intel8254等。Intel8253的一般性能概述：1每个8253芯片有3个独立的16位计数器通道。2每个计数器通道都可以按照二进制或十进制计数。3每个计数器的最大的输入频率为可以高达2MHz。4每个通道有6种工作方式,工作方式由程序设定。,Intel8253的外部引脚（24DIP）,1D7D0：8位，双向，三态数据线，用来与系统数据总线相连。2CS、WR、RD、A1、A0（内部4个端口）,A1A0=00,选中通道0；A1A0=01,选中通道1；A1A0=10,选中通道2；A1A0=11,选中控制寄存器端口。3CLKi：i=0,1,2，第i个通道的计数脉冲输入引脚，每输入一个时钟脉冲，计数器数值减1。4GATEi：i=0，1，2，第i个通道的门控信号输入引脚，用于控制启/停计数器计数。5OUTi：i=0，1，2，第i个通道的定时/计数信号输出引脚，输出信号的波形由通道的工作方式确定，此输出信号可用于触发其它电路工作，或作为向CPU发出的中断请求信号。6VCC、GND。,8253主要包括以下几个主要部分：1数据总线缓冲器实现8253与CPU数据总线连接的8位双向三态缓冲器，用以传送CPU向8253的控制信息、数据信息以及CPU从8253读取的状态信息。2读/写控制逻辑控制8253的片选及对内部相关寄存器的读/写操作，它接收CPU发来的地址信号以实现片选、内部通道选择以及对读/写操作进行控制。CS、A1、A0与CPU的连接决定8253芯片的端口地址。,3计数通道0#、1#、2#：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8位控制字寄存器；一个16位的计数初值寄存器，存放计数初始值；一个16位的减法计数器（计数器执行部件，减法计数器）；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，用以锁存当前计数值，供CPU读取。这些16位的计数器、锁存器均可被分为高8位、低8位两个部分，因此也可作为8位寄存器使用。,每个计数通道的结构如下：,4控制字寄存器在8253的初始化编程时，由CPU写入控制字，以决定通道的工作方式，此寄存器只能写入，不能读出。8253的三个计数通道各有一个命令字寄存器，都使用同一个地址（A1A011），因此，使用命令字的最高两位SC1、SC0来确定到底是对哪个计数通道的设定。,8253的控制字,计数方式选择位BCD：为1：BCD码计数，进行十进制减法计数。写入初值也用BCD码表示，其中0000H表示十进制数最大值10000。例如，进行BCD码计数时，写入初值1200H，相当于计数值为十进制的1200。为0：二进制计数。写入初值为二进制数，进行二进制减法计数。0000H表示最大值10000H，相当于十进制的65536。例如，进行二进制计数时，写入初值1200H，相当于计数值为十进制的4608。,8.1.28253的初始化编程和门控信号的功能1.8253的初始化编程要使用8253，必须首先进行初始化编程，初始化编程包括设置通道控制字和送通道计数初值两个步骤，控制字写入8253的控制字寄存器(A1A0=11)，而初始值则写入相应通道的计数初值寄存器中(A1A0=00/01/10)。初始化编程包括如下步骤：(1)写入通道控制字，规定某个通道的工作方式。(2)给这个通道写入计数值，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。定时时间=计数初值*脉冲周期,例1设8253的端口地址为：40H43H，要使计数器T1工作在方式0，计数初值为80H，二进制计数，进行初始化编程。控制字为：01010000B=50H初始化程序：MOVAL，50HOUT43H，AL；向控制端口送命令字MOVAL，80HOUT41H，AL；向T1端口送计数初值,例2设8253的端口地址为：40H43H，若用通道T0工作在方式1，按十进制计数，计数值为5080H，进行初始化编程。控制字为：00110011B=33H初始化程序：MOVAL，33HOUT43H，AL；向控制端口送命令字MOVAL，80HOUT40H，AL；向T0端口送计数初值低8位MOVAL，50HOUT40H，AL；向T0端口送计数初值高8位,例3利用8253产生定时。设8253的端口地址为：40H43H，若用通道2工作在方式3，按二进制计数，定时时间为20ms，设8253的CLK频率为2MHz，写出初始化程序。初值得计算：计数初值=定时时间/CLK周期=20ms（1/2MHz）=40000=9C2CH初始化程序：MOVAL，0B6HOUT43H，ALMOVAL，2CHOUT42H，AL；计数初值低字节2CHMOVAL，9CHOUT42H，AL；计数初值高字节9CH,7.1.38253的工作方式8253共有6种工作方式，各方式下的工作状态是不同的，输出的波形也不同。下面我们逐个介绍：,几条基本原则：（1）控制字写入计数器时，相应通道的所有控制逻辑电路立即复位，输出端OUT进入初始状态。初始状态对不同的模式来说不一定相同。（2）计数初始值写入之后，要经过一个时钟周期上升沿和一个下降沿，计数执行部件才可以开始进行计数操作，因为第一个下降沿将计数寄存器的内容送减1计数器。（3）在每个时钟脉冲CLK的上升沿，采样门控信号GATE。不同的工作方式下，门控信号的触发方式是有具体规定的（电平触发，或者是边沿触发）。（4）在时钟脉冲的下降沿，计数器作减1计数。0是计数器所能容纳的最大初始值。二进制时相当于216，用BCD码计数时，相当于104。,学习8253的6种工作方式应注意以下几点：（1）写入控制字后，OUT的电平。（2）写入初值后，开始计数时OUT的初始电平（高或低），计数结束时，OUT的电平。（3）门控GATE的触发方式(电平触发或边沿触发)。（4）在计数期间，GATE无效时，计数停止；GATE再次有效时，计数器从何处开始继续计数。（5）在计数期间若重新写入初值（在GATE有效情况下）时，计数器从何处开始计数。（6）8253一次定时结束，能否自动重新装入初值。,1方式0计数结束中断方式（1）写入控制字后，OUT的电平变低。（2）写入初值后，计数过程中OUT的初始电平为低电平；计数结束时，OUT的电平变为高电平，并维持到装入新的初值或重设工作方式。（3）门控GATE的触发方式为高电平触发。（4）GATE=1，计数器工作。在计数期间，GATE无效(GATE=0)时，计数停止,OUT仍为低电平；若GATE再次有效（变为高电平）时，计数器从中止处开始继续计数。（5）在计数期间若重新写入初值（在GATE=1情况下）时，计数器按新初值开始计数。计数器只计一遍，初值不能自动重装。（6）OUT的可作为中断请求信号。,方式0的波形图,方式0正常计数的波形图,写入控制字后，OUT的电平变低。写入初值后，OUT的初始电平为低电平，计数结束时，OUT的电平变为高电平。GATE的触发方式为高电平触发。,方式0时GATE信号的作用的波形图,GATE=1，计数器工作。在计数期间，GATE无效（=0）时，计数停止；若GATE再次有效（变为高电平）时，计数器从中止处开始继续计数。,方式0的波形图,方式0时计数过程中改变计数值的波形图,在计数期间若重新写入初值（在GATE=1有效情况下）时，计数器按新初值开始计数。,方式0的波形图,2、方式1可编程单稳态输出方式（1）写入控制字后，OUT的电平变高。（2）写入初值后，在GATE有效时，OUT电平变为低电平，将计数值装入执行部件，开始计数，计数结束时，OUT的电平变为高电平。（3）GATE为边沿触发。（4）触发可重复进行。即，写入初值，在GATE有效时开始计数，计数结束时，OUT变高；在下一个GATE有效时重复上述过程而不必重新使用指令写入计数初值。（5）在计数期间若重新出现GATE有效时，计数器从计数初值重新开始计数。（6）在计数期间若重新写入初值，不影响输出，直至出现下一个GATE有效时，计数器才按新初值开始计数。,方式1的波形图,方式1正常计数的波形图,写入控制字后，OUT的电平变高。写入初值后，开始计数时OUT的初始电平为低电平，计数结束时，OUT的电平变为高电平。GATE的触发方式为边沿触发。,方式1时GATE信号的作用的波形图,在计数期间若重新出现GATE有效（上升沿）时，计数器从计数初值重新开始计数。,方式1的波形图,方式1时计数过程中改变计数值的波形图,在计数期间若重新写入初值，不影响输出，直至出现下一个GATE有效（上升沿）时，计数器才按新初值开始计数。,方式1的波形图,3.方式2自动重装初值的N分频器，比率发生器（1）写入控制字后，OUT变高。（2）写入初值后，在GATE=1时，OUT为高电平，开始计数，在计数值减为1时OUT变为低电平，减为0时OUT又变为高电平。在GATE=1有效时，可自动重装初值，OUT变为高电平，继续计数。（3）GATE为高电平触发。（4）GATE=1，计数器工作。在计数期间，GATE=0无效时，计数停止工作；若GATE再次有效（变为高电平）时，计数器重装初值开始继续计数。（5）在计数期间若重新写入初值（在GATE=1有效情况下）时，不影响本次计数，当本次计数完成，OUT出现一个CLK周期的低电平后，计数器按新初值开始计数。,方式2的波形图,方式2正常计数的波形图,写入控制字后，OUT的电平变高。写入初值后，OUT的初始电平为高电平，计数结束时，在计数值为1时OUT出现一个CLK周期的低电平。在GATE=1有效时，可自动重装初值，OUT变为高电平，继续计数。GATE电平触发。,方式2时GATE信号的作用的波形图,GATE=1，计数器工作。在计数期间，GATE=0无效时，计数停止工作；若GATE再次有效（变为高电平）时，计数器按原装初值开始继续计数。,方式2的波形图,方式2时计数过程中改变计数值的波形图,在计数期间若重新写入初值（在GATE=1有效情况下）时，不影响本次计数，当本次计数完成，OUT出现一个周期的低电平后，计数器按新初值开始计数。,方式2的波形图,4.方式3方波发生器方式3与方式2基本相同，只是输出波形的占空比不一样。（1）计数过程：写入控制字OUT变高写入初值计数开始减二计数OUT变低重装继续减二OUT变高自动重装初值，继续。（2）初值为奇偶数的区别：N为偶数：N/2N/2N/2N/2N为奇数：(N+1)/2(N-1)/2(N+1)/2(N-1)/2（3）相同点：GATE为电平触发，自动重装初值。（4）方式3与方式2是8253常用的工作方式。,方式3的波形图,方式3计数值为偶数时的波形图,写入控制字后，OUT的电平变高。写入初值后，OUT的初始电平为高电平，计数期间OUT的输出波形为方波（或近似方波）。在GATE=1有效时，可自动重装初值，OUT变为高电平，继续计数。GATE电平触发。,方式3计数值为奇数时的波形图,计数初值为奇数时，OUT的输出波形为近似方波，高电平的时间比低电平的时间多时钟一个周期。可自动重装初值。,方式3的波形图,方式3GATE信号作用的波形图,计数过程中，GATE变为低电平时，禁止计数，OUT变为高电平；当GATE变为高电平后，重新开始计数。,方式3的波形图,方式3计数过程中改变计数值的波形图,在计数期间若重新写入初值（在GATE=1有效情况下）时，不影响本次计数，当本次计数完成后，计数器按新初值开始计数。,方式3的波形图,5.方式4软件触发选通（1）写入控制字后，OUT变高。（2）写入初值后，在GATE=1时，OUT为高电平，开始计数；计数结束时，在计数值为0时OUT出现一个周期低电平，然后，OUT变为高电平。（3）GATE为电平触发。（4）GATE=1，计数器工作。在计数期间，GATE=0无效时，计数停止工作；若GATE再次有效（变为高电平）时，计数器按原装初值重新开始计数。（5）在计数期间若重新写入初值（在GATE=1有效情况下）时，在下一个CLK开始以新初值开始计数。（6）输出的单次负脉冲常作为选通信号。,方式4的波形图,方式4正常计数的波形图,写入控制字后，OUT的电平变高。写入初值后，OUT的初始电平为高电平，计数结束时，在计数值为0时OUT出现一个周期低电平，然后，OUT变为高电平。GATE为电平触发。,方式4GATE信号作用的波形图,GATE=1，计数器工作。在计数期间，GATE=0无效时，计数停止工作；若GATE再次有效（=1）时，计数器按原装初值重新开始计数。,方式4的波形图,方式4计数过程中改变计数值的波形图,在计数期间若重新写入初值（在GATE=1有效情况下）时，在下一个CLK开始以新初值开始计数。,方式4的波形图,6.方式5硬件触发选通（1）写入控制字后，OUT的电平变高。（2）写入初值后，OUT的初始电平为高电平，在GATE有效时，开始计数，计数结束时，OUT输出一个周期的低电平。（3）GATE为边沿触发。（4）在计数期间若重新出现GATE有效时，计数器按原计数初值重新开始计数。（5）在计数期间若重新写入初值，不影响本次计数，OUT正常输出，本次计数结束后，再出现下一个GATE有效时，计数器才按新初值开始计数。（6）触发可重复进行。写入初值GATE开始计数，计数结束OUT为低一个周期下一个GATE重复上述过程。,方式5的波形图,方式5正常计数的波形图,写入控制字后，OUT的电平变高。写入初值后，OUT的初始电平为高电平，计数结束时，在计数值为0时OUT出现一个周期低电平，然后，OUT变为高电平。GATE为边沿触发。触发可重复进行。,方式5时GATE信号作用的波形图,在计数期间若重新出现GATE有效（上升沿）时，计数器按原计数初值重新开始计数。,方式5的波形图,方式5时计数过程中改变计数值的波形图,在计数期间若重新写入初值，不影响本次计数，OUT正常输出，本次计数结束后，再出现下一个GATE上升沿（有效）时，计数器才按新初值开始计数。,方式5的波形图,7.28253应用举例8253可以用在微型机系统中，构成各种计数器、定时器电路或脉冲发生器等。设计过程如下：（1）根据实际需要设计硬件电路。（2）向有关通道写入相应的控制字和计数初值，对8253进行初始化编程。,1、利用8253产生各种定时波形在某个以8086为CPU的系统中使用了一块8253芯片，所用的时钟脉冲频率为1MHz，要求3个计数通道分别完成以下功能：（1)通道0输出频率为2kHz的方波；（2)通道1产生宽度为480s的单脉冲；（3)通道2用硬件方式触发，输出单脉冲，时间常数为26。解：其硬件电路如下页图所示。,由图可见，8253芯片的片选信号由74LS138构成的地址译码电路产生，只有当执行IO操作（即M/为低）时以及A9A8A7A6=1100且A0=0时，译码器才能工作。当A5A4A3=010时，=0，使8253的片选信号有效。,CPU的A2A1分别与8253的A1A0相连，用于8253芯片的内部寻址，8253的4个端口地址分别为：310H、312H、314H、316H。（1)通道0输出频率为2kHz的方波，应工作在方式3。时间常数N0=1MHz/2kHz=500。（2)通道1产生宽度为480s的单脉冲，应工作在方式1,时间常数N1=480s/（1/1MHz）=480。（3)通道2用硬件方式触发，输出单脉冲，应工作在方式5，时间常数N2=26。8253的初始化程序如下：,；通道0初始化程序MOVDX，316H；控制口地址MOVAL，00110111B；通道0控制字，先读写低宇节，后高字节，方；式3，BCD码计数OUTDX,AL；写人方式字MOVDX，310H；通道0口地址MOVAL,00H；低字节OUTDX,AL；先写人低字节MOVAL,05H；高字节OUTDX,AL；后写人高字节,通道0输出频率为2kHz的方波，应工作在方式3。时间常数N0=1MHz/2kHz=500。口地址为310H316H。,；通道1初始化程序MOVDX，316HMOVAL,01110011B；通道1方式字，先读写低字节，后高字节，；方式1，BCD码计数OUTDX,ALMOVDX，312H；通道1口地址MOVAL,80H；低字节OUTDX,ALMOVAL,04H；高字节OUTDX，AL,通道1产生宽度为480s的单脉冲，应工作在方式1,时间常数N1=480s/（1/1MHz）=480。口地址为310H316H。,；通道2初始化程序MOVDX，316HMOVAL，10011011B；通道2控制字，只读写低字节，方式5，；BCD码计数OUTDX，ALMOVDX,314H；通道2口地址MOVAL,26HOUTDX,AL；只写人低字节,通道2用硬件方式触发，输出单脉冲，应工作在方式5，时间常数N2=26。口地址为310H316H。,2、控制LED的点亮或熄灭8253的计数和定时功能，可以应用到自动控制、智能仪器仪表、科学实验、交通管理等场合。例用8253控制一个LED发光二极管间隔10s闪烁一次。时钟信号频率为2MHz。分析：8253的一个通道的最大计数范围为65536，本例中要求10s闪烁一次，即要求LED发光二极管的控制信号10s无效电平，然后10s的有效电平。因此8253要输出20s定时信号，则计数初值N=20/