第17讲 计数器定时器8253

1、第第9 9章章 计数器计数器/ /定时器定时器82538253 教学重点 n 8253的工作原理的工作原理 n 8253的控制字格式的控制字格式 n 分频器和方波发生器分频器和方波发生器 1 n可编程计数器可编程计数器/定时器的工作原理定时器的工作原理 n8253的外部信号的外部信号 n8253的编程结构的编程结构 n8253的控制字的控制字 n8253的工作模式的工作模式 n8253应用举例应用举例 2 一、可编程计数器一、可编程计数器/定时器的工作原理定时器的工作原理 n定时器由数字电路中的计数电路构成，通过记定时器由数字电路中的计数电路构成，通过记 录高精度晶振脉冲信号的个数，输出准确的

2、时录高精度晶振脉冲信号的个数，输出准确的时 间间隔。计数值定时时间间间隔。计数值定时时间/时钟脉冲周期时钟脉冲周期 n计数电路如果记录外设提供的具有一定随机性计数电路如果记录外设提供的具有一定随机性 的脉冲信号时，它主要反映脉冲的个数（进而的脉冲信号时，它主要反映脉冲的个数（进而 获知外设的某种状态），又称为计数器。获知外设的某种状态），又称为计数器。 定时器和计数器定时器和计数器 3 计数器计数器/定时器的用处定时器的用处 在多任务的分时系统中用来作为中断信在多任务的分时系统中用来作为中断信 号实现程序的切换号实现程序的切换 可以向可以向I/O设备输出精确的定时信号设备输出精确的定时信号 作

3、为可编程的波特率发生器作为可编程的波特率发生器 实现时间延迟实现时间延迟 4 二、二、8253的外部信号的外部信号 1 2 24 12 14 13 GND D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CLK0 OUT0 GATE0 VCC WR RD CS A1 A0 CLK2 OUT2 GATE2 CLK1 GATE1 OUT1 8253 5 8253的内部结构的内部结构 计计数数器器0 计计数数器器1 计计数数器器2 6 二、二、8253的外部信号的外部信号 1 2 24 12 14 13 GND D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CLK0 OUT0 GATE0 VCC

4、WR RD CS A1 A0 CLK2 OUT2 GATE2 CLK1 GATE1 OUT1 8253 7 8253的内部端口地址分配的内部端口地址分配 A1 A0 端 口 0 0计数器0 0 1计数器1 1 0计数器2 1 1控制字寄存器 某某8086系统中系统中8253的数据引脚接在数据总线的低的数据引脚接在数据总线的低8位，位， 地址范围为地址范围为80H86H，指出各个部件的地址。，指出各个部件的地址。 8 三、三、8253的编程结构的编程结构 9 计数器结构示意图计数器结构示意图 高高8位位 低低8位位 GATE CLK OUT 输出锁存器输出锁存器OL 计数初值寄存器计数初值寄存器

5、CR 高高8位位 低低8位位 计数执行部件计数执行部件CE 高高8位位 低低8位位 10 nCLK时钟输入信号时钟输入信号在计数过程中，此引在计数过程中，此引 脚上每输入一个时钟信号（下降沿），计数器脚上每输入一个时钟信号（下降沿），计数器 的计数值减的计数值减1 nGATE门控输入信号门控输入信号控制计数器工作，可控制计数器工作，可 分成电平控制和上升沿控制两种类型分成电平控制和上升沿控制两种类型 nOUT计数器输出信号计数器输出信号当一次计数过程结当一次计数过程结 束（计数值减为束（计数值减为0），），OUT引脚上将产生一个引脚上将产生一个 输出信号输出信号 11 8253的输入信号与各功

6、能的对应关系的输入信号与各功能的对应关系 CSRDA1WRA0传 送 方 式 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 写入计数器0的初始值 写入计数器1的初始值 写入计数器2的初始值 写入控制寄存器控制字 读自计数器0的OL 读自计数器1的OL 读自计数器2的OL 12 四、四、8253的控制字的控制字 计数器选择计数器选择读读/写方式写方式工作模式选择工作模式选择数制数制 D7D6D5D4D3D2D1D0 00 计数器计数器0 01 计数器计数器1 10 计数器计数器2 11 不用不用 00

7、计数器锁存命计数器锁存命 令令 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 （读写（读写16位）位） 000 模式模式0 001 模式模式1 10 模式模式2 11 模式模式3 100 模式模式4 101 模式模式5 0 二进制二进制 1 BCD 13 关于的控制字说明：关于的控制字说明： 1、8253只有一个工作方式控制字，但是对每个计数器而言， 它们的工作方式控制字内容一定各不相同（前两位不同）， 所用各计数器的控制字需要分别设置，先后不计。 2、在工作方式控制字被设置之后，随后必须紧接着给计数器 预设置计数初值

8、，计数器方可开始工作。 8253初始化的工作有两个内容： （1）首先向命令寄存器写入控制字，以选择计数器（3个计数器 之一），确定工作方式（6种方式之一），指定计数器计数初 值的长度和装入顺序以及计数值的码制（BCD或二进制码）。 （2）然后向已选定的计数器按控制字要求写入计数初值 14 3.计数值 计数初值与输入时钟（计数初值与输入时钟（CLK）频率及输出波形）频率及输出波形 （OUT）频率之间的关系为：）频率之间的关系为： Ci=CLK/OUT n选择二进制时选择二进制时 n计数值范围：计数值范围：0000H0FFFFH n0000H是最大值，代表是最大值，代表65536 n选择十进制（选

9、择十进制（BCD码）码） n计数值范围：计数值范围：00009999 n0000代表最大值代表最大值10000 计数值写入计数器各自的计数值写入计数器各自的I/O地址地址 15 例例1：8253地址范围为地址范围为300H306H。选择。选择2号计数器，工作号计数器，工作 在方式在方式3 ，计数初值为，计数初值为533H（2个字节），采用二进制计个字节），采用二进制计 数。其初始化程序段为：数。其初始化程序段为： v MOV DX，306H ；命令口；命令口 v MOV AL，10110110B ；2号计数器的初始化命号计数器的初始化命 令字令字 v OUT DX，AL ；写入命令寄存器；写入

10、命令寄存器 v MOV DX，304H ；2号计数器数据口号计数器数据口 v MOV AL，33H ；计数初值的低；计数初值的低8位位 v OUT DX，AL ；选送低字节到；选送低字节到2号计数器号计数器 v MOV AL，05H ；计数初值的高；计数初值的高8位位 v OUT DX，AL ；后送高字节到；后送高字节到2号计数器号计数器 16 SC1SC0M2RW1RW0 BCDM0M1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 00 计数器锁存命令 00 选择计数器0 01选择计数器1 10 选择计数器2 计数器选择 未用 4、8253的工作方式控制字的特殊形式可用于对计数 器的当前

11、计数值进行锁存。 8253读取当前计数值需要两个步骤： （1）首先向命令寄存器写入锁存命令，选择计数器（3个计 数器之一），锁存当前计数值。 （2）然后分别读出低8位和高8位的值。 17 vL ： MOV DX,306H ；命令口；命令口 v MOV AL，01000000B ；1号计数器的锁存命令号计数器的锁存命令 v OUT DX，AL ；写入命令寄存器；写入命令寄存器 v MOV DX，302H ；1号计数器数据口号计数器数据口 v IN AL，DX ；读；读1号计数器的当前计数值号计数器的当前计数值 v CMP AL，0FFH ；比较；比较 v JNE L ；非全；非全“1”，再读，再

12、读 v HLT ； 是全是全“1”，暂停，暂停 v例例2：要求读出并检查：要求读出并检查1号计数器的当前计数值是否是全号计数器的当前计数值是否是全 “1”（假定计数值只有低（假定计数值只有低8位），其程序段为位），其程序段为 18 五、五、8253的工作模式的工作模式 19 基本规则基本规则 （2）初值写入后，要经过）初值写入后，要经过1个时钟个时钟CLK的上升沿和的上升沿和1 个下降沿后，计数执行部件才开始计数；个下降沿后，计数执行部件才开始计数； （3）在）在CLK的的上升沿上升沿时，计数器对门控信号时，计数器对门控信号GATE进进 行采样，来决定工作状态（计数、触发、停止、重新行采样，来

13、决定工作状态（计数、触发、停止、重新 置初值）；置初值）； （4）在）在CLK的的下降沿下降沿时，计数器执行部件从初值开始时，计数器执行部件从初值开始 作减作减1计数；计数；其中其中0是最大初值，是最大初值，1是最小初值是最小初值； 若以二进制数制计数，则若以二进制数制计数，则0相当于相当于216=65536 若以若以BCD（十进制）数制计数，则（十进制）数制计数，则0相当于相当于104=10000 （1）控制字写入计数器时，所有的控制逻辑电路立即）控制字写入计数器时，所有的控制逻辑电路立即 复位，输出端复位，输出端OUT为初始状态（高电平或低电平）；为初始状态（高电平或低电平）； 20 注意

14、问题注意问题 n启动方式（软件启动、硬件启动）启动方式（软件启动、硬件启动） nGATE信号的作用信号的作用 可以启动计数的有效可以启动计数的有效GATE信号信号(高电平、上升沿高电平、上升沿) GATE信号的变化导致计数发生的变化信号的变化导致计数发生的变化 nOUT输出波形输出波形 n计数期间向计数器写入新的计数值，计数的变化计数期间向计数器写入新的计数值，计数的变化 n是否自动重新装入是否自动重新装入 21 模式模式0：计数结束产生中断：计数结束产生中断 说明：控制字写入之后，说明：控制字写入之后，OUT变低；初值装入后，要经过变低；初值装入后，要经过1个个CLK 的周期（的周期（1个上

15、升沿和个上升沿和1个下降沿）后，计数器才开始计数，所以，输个下降沿）后，计数器才开始计数，所以，输 出出OUT要经过要经过N+1个时钟周期后才有输出；个时钟周期后才有输出； 输出输出OUT的有效电平为高电平，并可同时触发中断请求；的有效电平为高电平，并可同时触发中断请求； 门控门控GATE的作用：高电平时计数，低电平或下降沿时停止计数；的作用：高电平时计数，低电平或下降沿时停止计数； CW为写入控制字，为写入控制字，N=4表示写入初值，计数值一次有效。表示写入初值，计数值一次有效。 CW N=4 WR CLK GATE OUT N N 4 3 2 1 0 FF 装控制字装控制字 装初值装初值

16、计数开始计数开始 计数结束计数结束 22 模式模式1：可编程的单稳态触发器：可编程的单稳态触发器 说明：控制字和初值装入后，说明：控制字和初值装入后，OUT变高，在门控变高，在门控GATE的上升沿的上升沿 触发下，经过触发下，经过1个个CLK的上升沿和的上升沿和1个下降沿后，计数器开始从初值个下降沿后，计数器开始从初值 减减1计数，同时使计数，同时使OUT=0；当计数结束（归；当计数结束（归0）时，）时，OUT=1，使输，使输 出产生出产生1个宽度为个宽度为TW=NTCLK的负脉冲的负脉冲单稳态触发器。单稳态触发器。 在在GATE的上升沿触发下，输出可再次产生的上升沿触发下，输出可再次产生1个

17、宽度为个宽度为TW负脉负脉 冲冲可重复触发。可重复触发。 23 模式模式2：分频器：分频器 说明：控制字装入后，说明：控制字装入后，OUT=1为初始状态。为初始状态。 初值装入后，经过初值装入后，经过1个个CLK的周期，计数器开始从初值减的周期，计数器开始从初值减1计数，计数， 计到计到1（不是（不是0）时，使输出）时，使输出OUT=0并保持并保持1个个CLK周期，然后周期，然后 OUT=1，开始下一个新的计数周期，使输出为，开始下一个新的计数周期，使输出为CLK的时钟的时钟1/N分频分频 信号，占空比信号，占空比q=（N-1）/N。 门控门控GATE的作用：高电平时计数，低电平停止计数；的作

18、用：高电平时计数，低电平停止计数；GATE再再 次变高后从初始值重新计数；而在次变高后从初始值重新计数；而在GATE=1时，计数完成之后自动时，计数完成之后自动 重新装入初值，循环计数。重新装入初值，循环计数。 如果计数过程中写入新值如果计数过程中写入新值.不影响当前计数不影响当前计数.完成后重新装入新值完成后重新装入新值 CW N=3 N N 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 WR CLK GATE OUT 24 模式模式3：方波发生器：方波发生器 说明：特点与方式说明：特点与方式2类似，主要区别：输出方波，其类似，主要区别：输出方波，其 占空比占空比q为为 当当N为偶数时，为偶数时，

19、q=0.5； 当当N为奇数时，为奇数时，q=（N+1）/2N。 CW N=4 N N 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 WR CLK GATE OUT 25 模式模式4：软件触发的选通信号发生器：软件触发的选通信号发生器 说明：初值装入后，经过说明：初值装入后，经过1个个CLK的周期，计数器开始从初的周期，计数器开始从初 值减值减1计数，计数结束（归计数，计数结束（归0）时，使输出）时，使输出OUT产生一个宽度产生一个宽度 为为1个个CLK周期的负脉冲周期的负脉冲选通信号。选通信号。 （用指令）重新装入初值后，经过（用指令）重新装入初值后，经过N+1个个CLK周期，又可使周期，又可使

20、 OUT产生一个选通信号产生一个选通信号（用软件）可重复触发。（用软件）可重复触发。 门控门控GATE的作用：高电平时计数，低电平时停止计数。的作用：高电平时计数，低电平时停止计数。 CW N=3 N N 3 2 1 0 FF FE 3 2 1 0 FF N=3 WR CLK GATE OUT 26 模式模式5：硬件触发的选通信号发生器：硬件触发的选通信号发生器 CW N=3 N N 3 2 1 0 FF FE 3 2 1 0 FF 说明：初值装入后，在说明：初值装入后，在GATE的上升沿的触发下，经的上升沿的触发下，经 过过1个个CLK的周期，计数器开始从初值减的周期，计数器开始从初值减1计

21、数，计数计数，计数 结束（归结束（归0）时，使输出）时，使输出OUT产生一个宽度为产生一个宽度为1个个CLK 周期的负脉冲周期的负脉冲选通信号。选通信号。 用用GATE的上升沿可重新触发，使的上升沿可重新触发，使OUT产生一个选产生一个选 通信号通信号（用硬件）可重复触发。（用硬件）可重复触发。 WR CLK GATE OUT 27 8253工作方式小结工作方式小结 1) 方式方式2、4、5的输出波形是相同的，都是宽度为一个的输出波形是相同的，都是宽度为一个 CLK周期的负脉冲。周期的负脉冲。 但方式但方式2是是连续工作连续工作， 方式方式4由由软件软件（设置计数值）触发启动（设置计数值）触发启动 方式方式5由由门控脉冲门控脉冲触发启动触发启动 2) 写入计数值后才能开始计数写入计数值后才能开始计数 v 方式方式0、2、3、4在写入计数值后，计数过程就开始了在写入计数值后，计数过程就开始了 v 方式方式1、5需要外部触发启动，才开始计数需要外部触发启动，才开始计数 3) 6种方式中只有方式种方式中只有方式2、3是连续计数，其他是连续计数，其他4种方式都种方式都 是一次计数，要继续工作需要重新启动，方式是一次计数，要继续工作需要重新启动，方式0、4由由 写入计数值（软件）启动，方式写入计数值（软件）启动，方式1、5要由外部信号（要由外部信号（ 硬件）启动。硬件）启动。