第三章 定时计数技术

1、 第三章第三章 定时定时/计数技术计数技术3.1 基本概念基本概念3.2 可编程定时可编程定时/计数器计数器8253 3.3 8253应用举例应用举例3.4 实时钟电路实时钟电路MC146818及其应用及其应用3.1 基本概念基本概念一、定时一、定时/计数计数二、频率二、频率声音声音音乐音乐三、微机系统中的定时三、微机系统中的定时四、定时方法四、定时方法 3.2 8253/8254定时计数器定时计数器3个独立的个独立的16位计数器通道位计数器通道每个计数器有每个计数器有6种工作方式种工作方式按二进制或十进制（按二进制或十进制（BCD码）计数码）计数8254是是8253的改进型的改进型 3.2

2、8253内部框图内部框图D7D0计数器0控制字寄存器计数器1计数器2内部数据总线数据总线缓冲器读写控制逻辑RDWRA0A1CSCLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2 3.2 8253计数通道内部逻辑框图计数通道内部逻辑框图8253面向面向CPU的信号线的信号线CLK时钟输入信号时钟输入信号在计数过程中，此引脚上每输入一个时在计数过程中，此引脚上每输入一个时钟信号（下降沿），计数器的计数值减钟信号（下降沿），计数器的计数值减1GATE门控输入信号门控输入信号控制计数器工作，可分成电平控制和上控制计数器工作，可分成电平控制和上升沿控制两种类型升沿控制两种类型

3、OUT计数器输出信号计数器输出信号当一次计数过程结束（计数值减为当一次计数过程结束（计数值减为0），），OUT引脚上将产生一个输出信号引脚上将产生一个输出信号8253面向面向I/O设备的信号线设备的信号线D0 D7数据线数据线A0 A1地址线地址线CS*片选信号片选信号RD*读信号读信号WR*写信号写信号8253/8254的的I/O地址地址0 1 0 0 1 0 0 00 00 1 0 0 1 0 0 10 10 1 0 0 1 0 1 01 00 1 0 0 1 0 1 11 10 0 1 0 0 1 0 00 00 0 1 0 0 1 0 10 10 0 1 0 0 1 1 01 0功功

4、能能对计数器对计数器0 0设置计数初值设置计数初值CSCSRDRDA A1 1A A0 0WRWR对计数器对计数器1 1设置计数初值设置计数初值对计数器对计数器2 2设置计数初值设置计数初值设置控制字设置控制字从计数器从计数器0 0读出计数值读出计数值从计数器从计数器1 1读出计数值读出计数值从计数器从计数器2 2读出计数值读出计数值8253/8254的工作方式的工作方式8253有有6种工作方式，由方式控制字确定种工作方式，由方式控制字确定熟悉每种工作方式的特点才能根据实际应用熟悉每种工作方式的特点才能根据实际应用问题，选择正确的工作方式问题，选择正确的工作方式每种工作方式的过程类似：每种工作

5、方式的过程类似： 设定工作方式设定工作方式 设定计数初值设定计数初值 硬件启动硬件启动 计数初值进入减计数初值进入减1计数器计数器 每输入一个时钟计数器减每输入一个时钟计数器减1的计数过程的计数过程 计数过程结束计数过程结束方式方式0：计数结束中断：计数结束中断 当控制字当控制字CW（Control Word）写入控制）写入控制寄存器后，该计数器的输出寄存器后，该计数器的输出OUT立即变为低立即变为低电平。当计数初值写入计数通道且电平。当计数初值写入计数通道且GATE信号信号为高电平有效时，才开始计数。在计数过程为高电平有效时，才开始计数。在计数过程中，中，OUT端一直维持为低，直到减端一直维

6、持为低，直到减1计数器减计数器减到到0时，时，OUT端变高。端变高。 方式方式0 波形波形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方式方式0时时GATE信号的作用信号的作用 WRCLKGATEOUTCW10HN443210333方式方式0计数过程中改变计数初值计数过程中改变计数初值 WRCLKGATEOUTCW10HN443210N3321方式方式0 特点特点 按方式按方式0计数时，计数器只计一遍。当计数到计数时，计数器只计一遍。当计数到0时，并不恢复时，并不恢复计数初值，不

7、开始重新计数，且计数初值，不开始重新计数，且OUT端保持为高。只有在重新端保持为高。只有在重新向向8253写入计数初值后，写入计数初值后，OUT端才变低，开始新的计数。端才变低，开始新的计数。 8253内部是在内部是在CPU写计数初值的信号上升沿，将计数初值写计数初值的信号上升沿，将计数初值装入通道的初值寄存器中，在信号上升沿后的下一个装入通道的初值寄存器中，在信号上升沿后的下一个CLK脉冲脉冲的下降沿，才将计数初值从初值寄存器送到减的下降沿，才将计数初值从初值寄存器送到减1计数器中，计计数器中，计数器才开始计数（这个特点也适合于其它方式）。因此，在方数器才开始计数（这个特点也适合于其它方式）

8、。因此，在方式式0，如果设置计数初值为，如果设置计数初值为N，则输出信号，则输出信号OUT是在是在N1个个CLK脉冲之后才变高的。脉冲之后才变高的。方式方式0的计数过程可由门控信号的计数过程可由门控信号GATE控制其起停。当控制其起停。当GATE为低电平时，计数暂停，当为低电平时，计数暂停，当GATE变高后就接着计数。在计数变高后就接着计数。在计数过程中，过程中，GATE信号的变化不影响输出信号的变化不影响输出OUT的状态。的状态。 方式方式0 特点（续）特点（续） 在计数过程中可重新写入计数初值。如果是在计数过程中可重新写入计数初值。如果是8位计数初值，在位计数初值，在写入新的计数初值后，计

9、数器将按新的计数初值重新开始计数，写入新的计数初值后，计数器将按新的计数初值重新开始计数，如果是如果是16位计数初值，在写入第一个字节后，计数器停止计数，位计数初值，在写入第一个字节后，计数器停止计数，在写入第二个字节后，计数器按照新的计数初值开始计数。在写入第二个字节后，计数器按照新的计数初值开始计数。8253内部没有中断控制电路，也没有专用的中断请求引线，所内部没有中断控制电路，也没有专用的中断请求引线，所以若要用于中断，则可用输出信号以若要用于中断，则可用输出信号OUT的从低到高的正跳变作的从低到高的正跳变作为中断请求信号。为中断请求信号。 方式方式1：可编程单稳脉冲：可编程单稳脉冲 当

10、控制字写入控制寄存器之后，输出端当控制字写入控制寄存器之后，输出端OUT变变高。计数初值写入后，计数器并不开始计数，计数高。计数初值写入后，计数器并不开始计数，计数过程是由过程是由GATE的上升沿触发的，在的上升沿触发的，在GATE信号的上信号的上升沿之后的升沿之后的CLK脉冲的下降沿将计数初值装入减脉冲的下降沿将计数初值装入减1计计数器，输出端数器，输出端OUT变低，然后开始减变低，然后开始减1计数过程。在计数过程。在整个计数过程中，整个计数过程中，OUT都维持为低电平，直到计数都维持为低电平，直到计数到到0，输出变为高电平。因此，输出为一个单拍负脉，输出变为高电平。因此，输出为一个单拍负脉

11、冲。若想再输出一个负脉冲，必须再次触发，否则冲。若想再输出一个负脉冲，必须再次触发，否则OUT端维持高电平不变。端维持高电平不变。 方式方式1波形波形GATEOUTCLK 031244方式方式1WR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方式方式1时时GATE信号的作用信号的作用 WRCLKGATEOUTCW12H5432N5154320方式方式1 特点特点 若设置的计数初值为若设置的计数初值为N，则输出的单拍负脉冲的宽度为，则输出的单拍负脉冲的宽度为N个个CLK脉冲间隔。脉冲间隔。 当计数到当计数到0后，

12、可再次由门控信号后，可再次由门控信号GATE触发启动，输出一个触发启动，输出一个同样宽度的单拍负脉冲，而不用再次送一个计数初值。同样宽度的单拍负脉冲，而不用再次送一个计数初值。 在计数过程中，新来的在计数过程中，新来的GATE上升沿可使计数器从初值重新上升沿可使计数器从初值重新开始计数。由于在新的开始计数。由于在新的GATE上升沿到来时，计数器没减到上升沿到来时，计数器没减到0，故故OUT端保持低电平，直到重新计数时计数器减到端保持低电平，直到重新计数时计数器减到0，OUT端端才变为高电平，其作用使才变为高电平，其作用使OUT端输出的单拍负脉冲宽度增加。端输出的单拍负脉冲宽度增加。 在计数过程

13、中，若写入一个新的计数初值，这时计数过程不在计数过程中，若写入一个新的计数初值，这时计数过程不受影响，要等门控信号受影响，要等门控信号GATE再次出现由低到高的跳变后，才能再次出现由低到高的跳变后，才能按新的计数初值开始工作。按新的计数初值开始工作。 方式方式2：频率发生器（分频器）：频率发生器（分频器） 当控制字写入控制寄存器后，输出端当控制字写入控制寄存器后，输出端OUT变高，变高，计数初值写入计数通道后，如果计数初值写入计数通道后，如果GATE为高电平，计为高电平，计数器立即开始计数。在计数过程中数器立即开始计数。在计数过程中OUT端始终保持为端始终保持为高，直至计数器减到高，直至计数器

14、减到1时，输出端由高变低，经过一个时，输出端由高变低，经过一个CLK周期，输出端周期，输出端OUT恢复为高，且计数器开始重新恢复为高，且计数器开始重新计数。计数。 方式方式2波形波形03124GATEOUTCLK 4方式方式2031240312403124WR方式方式2时时GATE信号的作用信号的作用 WRCLKGATEOUTCW14HN443331 43432方式方式2在计数过程中改变计数初值在计数过程中改变计数初值 WRCLKGATEOUTCW14HN543211 3325N321方式方式2 特点特点 方式方式2的一个突出特点是能够连续工作。若的一个突出特点是能够连续工作。若CLK输入为一

15、定输入为一定频率的时钟脉冲，计数初值为频率的时钟脉冲，计数初值为N，只要保持，只要保持GATE信号为高电平信号为高电平不变，则不变，则OUT端输出周期为端输出周期为N个个CLK时钟宽度的重复波形（高时钟宽度的重复波形（高电平占电平占N1个个CLK，低电平占，低电平占1个个CLK）。）。 若在计数过程中，门控信号若在计数过程中，门控信号GATE变为低电平，计数器停止变为低电平，计数器停止计数。在计数。在GATE变高后的下一个变高后的下一个CLK脉冲使计数器恢复计数初脉冲使计数器恢复计数初值，重新开始计数。因此，值，重新开始计数。因此，GATE信号可用作计数器的同步控信号可用作计数器的同步控制信号

16、。制信号。 在计数期间，如果向计数器写入新的计数初值，这对正在进在计数期间，如果向计数器写入新的计数初值，这对正在进行的计数过程没有影响，但在计数到行的计数过程没有影响，但在计数到1输出一个输出一个CLK时钟宽度时钟宽度的负脉冲后，计数器将按新的计数初值开始计数。的负脉冲后，计数器将按新的计数初值开始计数。方式方式3：方波发生器：方波发生器 方式方式3与方式与方式2基本相同，也具有自动装入计数初值的能力，基本相同，也具有自动装入计数初值的能力，输出也是周期性的，不同的是输出也是周期性的，不同的是OUT端输出的是方波。端输出的是方波。 若计数初值若计数初值N为偶数，在装入计数初值后，每一个为偶数

17、，在装入计数初值后，每一个CLK脉冲脉冲使计数器减使计数器减2，当计到，当计到0时，一方面使输出改变状态，另一方面又时，一方面使输出改变状态，另一方面又重新装入计数初值开始新的计数，输出重复周期为重新装入计数初值开始新的计数，输出重复周期为NCLK，占，占空比为空比为1:1的方波的方波 。 若计数初值若计数初值N为奇数，为奇数， 则在装入计数初值后的第一个则在装入计数初值后的第一个CLK脉脉冲使计数器减冲使计数器减1，以后每一个，以后每一个CLK脉冲使计数器减脉冲使计数器减2，当计数到，当计数到0时，改变输出状态，同时重新装入计数初值，这以后的第一个时，改变输出状态，同时重新装入计数初值，这以

18、后的第一个CLK脉冲使计数器减脉冲使计数器减3，以后每一个，以后每一个CLK脉冲计数器仍减脉冲计数器仍减2，直，直到计数器再次到到计数器再次到0时，输出恢复高电平，重复上述过程，时，输出恢复高电平，重复上述过程，OUT端端输出重复周期为输出重复周期为NCLK，高电平持续（，高电平持续（N1）2个个CLK脉冲，脉冲，低电平持续（低电平持续（N1）2个个CLK脉冲脉冲 。 方式方式3：方波发生器（续）：方波发生器（续） 若在计数过程中，门控信号若在计数过程中，门控信号GATE变为低电平，变为低电平，OUT端将立端将立即变高，计数器停止计数，在即变高，计数器停止计数，在GATE变高后的下一个变高后的

19、下一个CLK脉冲使脉冲使计数器重新装入计数初值，重新开始计数。计数器重新装入计数初值，重新开始计数。 若在计数期间写入一个新的计数初值，并不立即影响现行计若在计数期间写入一个新的计数初值，并不立即影响现行计数过程，新的计数初值要等方波半周期结束时才装入计数器。但数过程，新的计数初值要等方波半周期结束时才装入计数器。但是若在方波半周期结束之前和新计数初值写入之后收到是若在方波半周期结束之前和新计数初值写入之后收到GATE脉脉冲，计数器将在下一个冲，计数器将在下一个CLK脉冲结束时装入新的计数初值，并以脉冲结束时装入新的计数初值，并以这个新计数初值开始计数。这个新计数初值开始计数。 方式方式3 波

20、形（计数初值为偶数）波形（计数初值为偶数）WRCLKGATEOUTCW16HN44242242424方式方式3 波形（计数初值为奇数）波形（计数初值为奇数）WRCLKGATEOUTCW16HN554252522545方式方式4：软件触发选通信号：软件触发选通信号 当写入控制字后，输出端当写入控制字后，输出端OUT变为高电平，当计数初值写变为高电平，当计数初值写入计数通道后，若入计数通道后，若GATE信号为高电平，则计数器开始减信号为高电平，则计数器开始减1计数，计数，当计数器减到当计数器减到0时，输出端时，输出端OUT变低，经过一个变低，经过一个CLK时钟周期，时钟周期，OUT输出又变高，输出

21、端输出又变高，输出端OUT产生一个宽度为产生一个宽度为1个个CLK周期的周期的负脉冲。负脉冲。 计数初值一次有效，只有在输入新的计数初值之后，才开计数初值一次有效，只有在输入新的计数初值之后，才开始新的计数过程。始新的计数过程。 若在计数过程中，若在计数过程中，GATE信号变低，则停止计数，等信号变低，则停止计数，等GATE信号变高，则继续计数，信号变高，则继续计数，GATE信号不影响输出。信号不影响输出。 若在计数过程中，写入一个新的计数初值，则立即按新的若在计数过程中，写入一个新的计数初值，则立即按新的计数初值重新开始计数。计数初值重新开始计数。方式方式4 波形波形GATEOUTCLK03

22、1244方式方式4WR方式方式4时时GATE信号的作用信号的作用 WRCLKGATEOUTCW18HN44333210方式方式4计数过程中改变计数初值计数过程中改变计数初值 WRCLKGATEOUTCW18HN443232N310方式方式5：硬件触发选通信号：硬件触发选通信号 当控制字写入控制寄存器后，输出端当控制字写入控制寄存器后，输出端OUT变变高，计数初值写入计数通道后，计数器并不立即开高，计数初值写入计数通道后，计数器并不立即开始计数，而是由始计数，而是由GATE信号的上升沿触发启动计数信号的上升沿触发启动计数器计数，当计数值减到器计数，当计数值减到0，输出端，输出端OUT变低，经过变

23、低，经过一个一个CLK时钟周期，输出端时钟周期，输出端OUT又变高，停止计又变高，停止计数。要等到下次门控脉冲的触发才能再计数。数。要等到下次门控脉冲的触发才能再计数。 方式方式5 波形波形WRCLKGATEOUTCW1AHN323102310方式方式5时时GATE信号的作用信号的作用 WRCLKGATEOUTCW1AHN434223104方式方式5的特点的特点 若设置的计数初值为若设置的计数初值为N，则在门控脉冲触发后，经，则在门控脉冲触发后，经过过N1个个CLK脉冲，才输出一个负脉冲。脉冲，才输出一个负脉冲。 若在计数过程中使用门控脉冲，计数器将重新开始若在计数过程中使用门控脉冲，计数器将

24、重新开始计数，但对输出的状态没有影响计数，但对输出的状态没有影响 。若在计数过程中写入一个新的计数初值，只要没有若在计数过程中写入一个新的计数初值，只要没有门控信号的触发，门控信号的触发， 不影响计数过程。当计数到不影响计数过程。当计数到0后，后，若有新的门控信号的触发，则按新的计数初值开始计若有新的门控信号的触发，则按新的计数初值开始计数。但若在写入了新的计数初值后，在未计数到数。但若在写入了新的计数初值后，在未计数到0之前，之前，有新的门控脉冲触发，则立即按新的计数初值重新开有新的门控脉冲触发，则立即按新的计数初值重新开始计数。始计数。 各方式中各方式中GATE信号的控制作用和输出波形比较

25、信号的控制作用和输出波形比较 工 作方 式GATE信号的控制作用低电平 下降沿置入初值后，由WR上升沿触发开始高电平计数过程中输出低电平，计上升沿计数，由GATE的上升沿继续计数OUT端输出状态012345禁止计数计数暂停不影响计数不影响计数置入初值后，由GATE的上升沿触发开始计数或重新开始计数禁止计数停止计数禁止计数停止计数禁止计数计数不影响计数不影响计数置入初值后，由GATE的上升沿触发开始计数或重新开始计数置入初值后，由WR上升沿触发开始计数，由GATE上升沿重新开始计数计数，由GATE上升沿重新开始计数置入初值后，由WR上升沿触发开始置入初值后，由WR上升沿触发开始计数，由GATE的

26、上升沿继续计数允许计数允许计数允许计数允许计数不影响计数不影响计数数到0，输出高电平（单次）输出宽度为N个CLK的低电平（单次）输出宽度为一个CLK、周期为N个CLK的负脉冲波形输出周期为N个CLK的方波计数到0，输出宽度为一个CLK的负脉冲（单次）计数到0，输出宽度为一个CLK的负脉冲（单次）暂停8253的编程的编程8253加电后的工作方式不确定加电后的工作方式不确定8253必须初始化编程，才能正常工作必须初始化编程，才能正常工作写入控制字写入控制字写入计数初值写入计数初值读取计数值读取计数值D7D6D5D4D3D2D1D01. 写入方式控制字写入方式控制字计数器计数器读写格式读写格式工作方

27、式工作方式数制数制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000 方式方式0001 方式方式1010 方式方式2011 方式方式3100 方式方式4101 方式方式50 二进制二进制1 十进制十进制控制字写入控制字控制字写入控制字I/O地址（地址（A1A011）2. 写入计数值写入计数值选择二进制时选择二进制时计数值范围：计数值范围：0000HFFFFH0000H是最大值，代表是

28、最大值，代表65536选择十进制（选择十进制（BCD码）码）计数值范围：计数值范围：000099990000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3. 读取计数值读取计数值对对8位数据线，读取位数据线，读取16位计数值需分两次位计数值需分两次计数在不断进行，应该将当前计数值先行计数在不断进行，应该将当前计数值先行锁存，然后读取：锁存，然后读取：向控制字向控制字I/O地址：给地址：给8253写入锁存命令写入锁存命令从计数器从计数器I/O地址：读取锁存的计数值地址：读取锁存的计数值读取计数值，要注意读写格式和计数数制读取计数值，要注意读写格式和计数

29、数制8253应用举例应用举例 8253通道通道2接有一发光二极管，要使发光二接有一发光二极管，要使发光二极管以点亮极管以点亮2秒，熄灭秒，熄灭2秒的间隔工作，秒的间隔工作，8253各通各通道端口地址分别为道端口地址分别为280H、281H、282H和和283H，其电路硬件图如图所示，试编程完成以上工作。其电路硬件图如图所示，试编程完成以上工作。 CLK11MHz5VGATE1GATE2OUT1CLK2OUT2驱动器82538253初始化程序初始化程序 MOV AL，75H ；通道；通道1控制字控制字 MOV DX,283H OUT DX，AL MOV AL，0B7H ；通道；通道2控制字控制字

30、 OUT DX，AL MOV AL，00 ；通道；通道1计数初值低计数初值低8位位 MOV DX,281H OUT DX，AL MOV AL，40H ；通道；通道1计数初值高计数初值高8位位 OUT DX，AL MOV AL，00 ；通道；通道2计数初值低计数初值低8位位 MOV DX,282H OUT DX，AL MOV AL，10H ；通道；通道2计数初值高计数初值高8位位 OUT DX，AL一、计时器一、计时器日时钟（日时钟（ 8253在在IBM PC系列机上的应用系列机上的应用）PB0PB1A0A1 A0 A1D0D7D0D7OUT2OUT0GATE0GATE1GATE2CLK0CLK

31、1CLK2+5V接至扬声器驱动器接至扬声器驱动器IRQ082531.1931816MHzIORIOWRDWRCST/CCS计数器计数器0：定时中断：定时中断计数器计数器0：方式方式3，计数值：计数值：65536，输出频率为，输出频率为1.1931816MHz6553618.2Hz的方波的方波门控为常启状态，这个方波信号不断产生门控为常启状态，这个方波信号不断产生OUT0端接端接8259A的的IRQ0，用作中断请求信号，用作中断请求信号每秒产生每秒产生18.2次中断请求，或说每隔次中断请求，或说每隔55ms（54.945ms）申请一次中断）申请一次中断DOS系统利用计数器系统利用计数器0的这个特点，通过的这个特点，通过08号中断号中断服务程序实现了日时钟计时功能服务程序实现了日时钟计时功能双字变量：双字变量：TIMER_LO(40H:6CH)、TIMER_HI(40H:6EH)计数器计数器0：日时钟：日时钟1 1天天=24=24* *6060* *6