微机原理与接口技术8定时器计数器

第8章可编程接口芯片及其应用可编程定时器/计数器8253第8章定时计数控制接口教学重点

8253的引脚和6种工作方式

8253的编程

8253在IBMPC系列机上的应用一、定时器和计数器简介

在微机应用系统中，常常要求有一些实时时钟，以实现定时或延时控制，如定时中断、定时检测、定时扫描等；还要求有计数器对外部事件计数，如外来脉冲等。这就需要用到定时/计数器。那么什么是定时/计数器呢？所谓的定时/计数器其实质都是计数器，只不过在定时时是对微机内部时钟脉冲进行计数，而工作在计数器时是对微机外部输入的脉冲进行计数。如果输入的脉冲是周期相同的，也可将计数器作为定时器来使用，视具体情况而定。定时功能的实现方法软件延时——利用微处理器执行一个延时程序段实现不可编程的硬件定时——采用分频器、单稳电路或简易定时电路控制定时时间可编程的硬件定时——软件硬件相结合、用可编程定时器芯片构成一个方便灵活的定时电路本章介绍的Intel8253就是一种可编程的定时器／计数器芯片二、8253/8254定时计数器主要功能3个独立的16位计数器通道每个计数器有6种工作方式按二进制或十进制（BCD码）计数8254是8253的改进型三、8253/8254的内部结构和引脚D7～D0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RDWRA0A1CSCLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT21.计数器结构示意图预置寄存器GATECLKOUT减1计数器输出锁存器计数初值存于预置寄存器；在计数过程中，减法计数器的值不断递减，而预置寄存器中的预置不变。输出锁存器用于写入锁存命令时，锁定当前计数值计数器的3个引脚CLK时钟输入信号——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1GATE门控输入信号——控制计数器工作，可分成电平控制和上升沿控制两种类型OUT计数器输出信号——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2.与处理器接口D0~D7数据线 A0~A1地址线RD*读信号 WR*写信号CS*片选信号CS*A1A0I/O地址读操作RD*写操作WR*00000101001140H41H42H43H读计数器0读计数器1读计数器2无操作写计数器0写计数器1写计数器2写控制字①每个计数器内部都有1控制寄存器，3个控制寄存器的端口地址相同（=11）。当CPU向控制寄存器写入控制字时，由控制字的最高2位决定写入哪个计数器内部的控制寄存器。

②初值寄存器（CR）和输出锁存器（OL）均是16位的，但它们对应1个8位端口地址，即16位的CR和OL是作为两个8位寄存器来读/写。当CPU对8位端口读写时，由控制字决定读写16位CR/OL的低8位或高8位关于CPU对这些寄存器的读/写应说明以下点：四、8253/8254的工作方式8253有6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问题，选择正确的工作方式每种工作方式的过程类似：⑴设定工作方式⑵设定计数初值〔⑶硬件启动〕⑷计数初值进入减1计数器⑸每输入一个时钟计数器减1的计数过程⑹计数过程结束

1.计数初值何时起作用

2.门控信号的影响

3.OUT信号的状态

4.计数操作是否可以重复，或称计数初值是否可以自动装入。

①不可重复②自动重复③条件重复

每种工作方式决定以下内容：方式0计数结束中断重新方式0工作的特点和应用计数器只计一遍输出信号OUT是在N+1个CLK脉冲后才变高的在计数过程中，可由门控信号GATE控制暂停。当GATE＝0时，计数暂停，GATE变高后就接着计数改变计数值是立即有效的主要用于事件计数，OUT信号可作为中断请求信号方式0工作的特点和应用计数器只计一遍。当计数到0时，并不恢复计数值，不开始重新计数，且输出保持为高。只有在写入另一个计数值时，OUT变低，开始新的计数。8253内部是在写计数值的WR信号上升沿时，将此值写入通道的时间常数寄存器，在WR信号上升沿后的下一个CLK脉冲，才将计数值由时间常数寄存器送至计数器作为初值，开始计数。所以，是在写计数值命令后经过一个输入脉冲，才将计数值装入计数器，下一个脉冲才开始计数。因此，如果设置计数初值为N，则输出信号OUT是在N+1个CLK脉冲后才变高的。在计数过程中，可由门控信号GATE控制暂停。当GATE＝0时，计数暂停，GATE变高后就接着计数。在计数过程中可改变计数值。若是8位计数，在写入新的计数值后，计数器将立即按新的计数值重新开始计数。如果是16位计数，在写如第一个字节后，计数器停止计数，在写入第二个字节后，计数器按照新的数值开始计数，即改变计数值是立即有效的。主要用于事件计数，OUT信号可作为中断请求信号。方式1可重复触发的单稳态触发器

8253方式1的时序高方式1的主要特点为若设置的计数值为N，则输出的单拍脉冲的宽度即为N个输入脉冲间隔。当计数到0后，可再次由外部触发启动，于是可再输出一个同样宽度的单拍脉冲，而不用再次送一个计数值。在计数过程中，外部可发出门控脉冲进行再触发。在再触发脉冲上升沿之后的一个CLK脉冲的下降沿，计数器按初值重新开始计数。在计数过程中，CPU可改变计数值，这时计数过程不受影响，计数到0后输出为高，若再次由GATE信号触发启动，则计数器将按新输入的计数值计数，即计数值是下次有效的。在微机实时控制系统中常作监视时钟。方式1的主要特点若设置的计数值为N，则输出的单拍脉冲的宽度即为N个输入脉冲间隔。当计数到0后，可再次由外部触发启动在计数过程中，外部可发出门控脉冲进行再触发。在再触发脉冲上升沿之后的一个CLK脉冲的下降沿，计数器按初值重新开始计数。在计数过程中，CPU改变计数值，计数值是下次有效的。在微机实时控制系统中常作监视时钟。方式2分频器8253方式2的时序(N=3)方式2的主要特点不用重新设置计数值，通道能够连续工作，输出固定频率的脉冲。计数过程中可由门控脉冲控制。当GATE变低时，就暂停计数。在GATE变高后的下一个CLK脉冲使计数器恢复初值，重新开始计数。在计数过程中可以改变计数值，这对正在进行的计数过程没有影响，但在计数到1时输出变低，过一个CLK周期输出又变高，计数器将按新的计数值计数，所以改变计数值是下次有效的。主要应用作为分频器。方式3方波发生器8253方式3的时序2442424225242方式3的主要特点和应用若计数值为偶数，在装入计数值后，每一个CLK脉冲使计数值减2，当计数到“0”时，一方面使输出改变状态，另一方面又重新装入计数值开始新的计数。过程就这样周而复始地重复进行。若计数值为奇数，则在装入计数值后的第一个CLK脉冲使计数器减1，其后每一个CLK脉冲使计数器减2，当计数到0时，改变输出状态，同时重新装入计数值。这以后的第一个CLK脉冲使计数器减3，以后每一个CLK脉冲，计数器仍减2，直到计数器再次到0时，输出恢复为高，重复上述过程。所以，如果计数值N是奇数，则输出(N+1)/2个CLK脉冲周期为高，而在(N-1)/2脉冲周期为低。即OUT为高将比其为低多一个CLK周期时间。GATE信号能使计数过程重新开始。GATE=1允许计数，GATE＝0禁止计数。如果在输出OUT为低期间，GATE＝0,OUT将立即变高，停止计数。当GATE变高以后，计数器将装入初始值，重新开始计数。若在计数期间写入一个新的计数值，并不影响现行的计数过程。但是若在方波半周期结束之前或新计数值写入之后收到GATE脉冲，计数器将在下一个CLK脉冲时装入新的计数值并以这个计数值开始计数。否则新计数值将在现行半周期结束时装入计数器。作为方波脉冲发生器和波特率发生器。方式3的主要特点和应用若计数值为偶数N，输出对称方波；如果计数值N是奇数，则输出(N+1)/2个CLK脉冲周期为高，而在(N-1)/2脉冲周期为低GATE信号能使计数过程重新开始。GATE=1允许计数，GATE＝0禁止计数。如果在输出OUT为低期间，GATE＝0,OUT将立即变高，停止计数。当GATE变高以后，计数器将装入初始值，重新开始计数。若在计数期间写入一个新的计数值，并不影响现行的计数过程。但是若在方波半周期结束之前或新计数值写入之后收到GATE脉冲，计数器将在下一个CLK脉冲时装入新的计数值并以这个计数值开始计数。否则新计数值将在现行半周期结束时装入计数器。作为方波脉冲发生器和波特率发生器。方式4软件触发选通信号发生器8253方式4的时序方式4的特点若设置的计数值为N，则是在写了计数值后的N+1个脉冲，才输出一个负脉冲。当GATE＝1时，允许计数，而GATE=0,禁止计数。所以，要做到软件启动，则GATE应保持为“1”。若在计数过程中，改变计数值，则立即按新计数值重新开始计数。若计数值是双字节，则在设置第一字节时停止计数，在设置第二字节后，立即按照新计数值开始计数。方式5硬件触发的选通信号发生器8253方式5时序方式5的特点若设置计数值为N，则在门控脉冲触发后，经过N+1个CLK脉冲，才输出一个负脉冲。若在计数过程中产生新的门控脉冲，则使计数器重新开始计数，但对输出的状态没有影响。若在计数过程中改变计数值，只要没有门控信号的触发，不影响计数过程。当计数到0后，若有新的门控信号的触发，则按新的计数值计数。但若在写入了新的计数值后，在未计数到0之前，有新的门控信号触发，则立即按新的计数值重新开始计数。各种工作方式的输出波形方式0方式1方式2方式3方式4方式50N0N0N0/N110NN/2

N/20/N0N01N01N01讨论：计数开始的时刻计数开始的时刻需要注意：处理器写入8253的计数初值只是写入了预置寄存器，之后到来的第一个CLK输入脉冲（需先由低电平变高，再由高变低）才将预置寄存器的初值送到减1计数器。从第二个CLK信号的下降沿，计数器才真正开始减1计数。实验：计数开始的时刻实验1计数开始实验1计数开始计数开始五、8253的编程8253加电后的工作方式不确定8253必须初始化编程，才能正常工作写入控制字写入计数初值读取计数值D7D6D5D4D3D2D1D01写入方式控制字计数器读写格式工作方式数制D7D6D5D4D3D2D1D000计数器001计数器110计数器211非法00计数器锁存命令01只读写低字节10只读写高字节11先读写低字节后读写高字节000方式0001方式1010方式2011方式3100方式4101方式50二进制1十进制控制字写入控制字I/O地址（A1A0＝11）示例2写入计数值选择二进制时计数值范围：0000H～FFFFH0000H是最大值，代表65536选择十进制（BCD码）计数值范围：0000～99990000代表最大值10000计数值写入计数器各自的I/O地址示例3读取计数值对8位数据线，读取16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锁存，然后读取：向控制字I/O地址：给8253写入锁存命令从计数器I/O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

计时常数=定时时间/8253的时钟周期4计时常数的计算六、8253在IBMPC系列机上的应用A0A1———A0—A1—D0～D7D0～D7OUT1OUT2OUT0GATE0GATE1GATE2CLK0CLK1CLK2DQCLK+5V接至DMA控制器接至扬声器驱动器PB0PB1IRQ0DRQ0

8253+5V1.19318MHzDACK0BRDIORIOWRDWRCST/CCS1定时中断和定时刷新从阅读初始化程序段看计数器0作为定时中断的作用将计数器1作为定时刷新看如何编写初始化程序段定时中断

moval,36h ;计数器0为方式3，采用二进制计数，

;先低后高写入计数值

out43h,al ;写入方式控制字

moval,0 ;计数值为0

out40h,al ;写入低字节计数值

out40h,al ;写入高字节计数值8253初始化计数器0：定时中断计数器0：方式3，计数值：65536，输出频率为1.19318MHz÷65536＝18.206Hz的方波门控为常启状态，这个方波信号不断产生OUT0端接8259A的IRQ0，用作中断请求信号每秒产生18.206次中断请求，或说每隔55ms（54.925493ms）申请一次中断DOS系统利用计数器0的这个特点，通过08号中断服务程序实现了日时钟计时功能计数器1：定时刷新需要重复不断提出刷新请求门控总为高，选择方式2或32ms内刷新128次，即15.6s刷新一次计数初值为18定时刷新

moval,54h ;计数器1为方式2，采用二进制计数，只写低8位计数值

out43h,al ;写入方式控制字

moval,18 ;计数初值为18

out41h,al ;写入计数值8253初始化2扬声器控制计数器2的输出控制扬声器的发声音调计数器2只能工作在方式3，才能输出一定频率的方波，经滤波后得到近似的正弦波，进而推动扬声器发声扬声器还受控于并行接口（8255芯片）必须使PB0和PB1同时为高电平，扬声器才能发出预先设定频率的声音频率设置speaker proc pushax moval,0b6h

out43h,al ;写入控制字

popax

out42h,al ;写入低8位计数值

moval,ah

out42h,al ;写入高8位计数值

retspeaker endp扬声器控制扬声器开speakon proc pushax

inal,61h oral,03h ;D1D0＝PB1PB0＝11B，其他位不变

out61h,al popax retspeakon endp扬声器控制扬声器关speakoff proc pushax

inal,61h andal,0fch ;D1D0＝PB1PB0＝00B，其他位不变

out61h,al popax retspeakoff endp扬声器控制主程序 ;数据段freq dw1193180/600 ;代码段

movax,freq callspeaker ;设置扬声器音调

callspeakon ;打开扬声器声音

movah,1 ;等待按键

int21h callspeakoff ;关闭扬声器声音扬声器控制七、扩充定时计数器的应用例1

用8253监视一个生产流水线，每通过50个工件。蜂鸣器响5s，频率为2000HZ。2.5MHzGATE0+5V硬件接口示意图如图所示，工件从光源与光敏电阻之间通过时，在晶体管的发射极上会产生一个脉冲，此脉冲作为8253计数通道0的计数脉冲，当通道0计数满50后，由OUT0输出负脉冲，经反相后作为8259A的一个中断请求信号，在中断服务程序中，启动8253计数通道1工作，由OUT1连续输出2000HZ的方波，持续5s后停止输出。1硬件连接通道0计数器工作于方式2，采用BCD计数，因计数初值为50，采用RL1RL0＝01（读/写计数器的低8位），则方式控制字为00010101B。2.5MHzGATE0+5V通道1计数器工作于方式3，CLK1接2.5MHZ时钟，要求产生2000HZ的方波，则计数初值应为2500000÷2000＝1250，采用RL1RL0=11（先读/写低8位，后读/写高8位），BCD计数，则方式控制字为01110111B

2控制字设置

3程序编制┇MOVAL，15H；通道0初始化OUT43H，ALMOVAL，50H；计数初值低8位，高8位自动清零OUT40H，ALSTI；开中断LOP：HLT；等待中断JMPLOP

假设8253通道0的地址为40H，通道1的地址为41H，控制口地址为43H。8255A的A口地址为80H，工作于方式0输出。则主程序为：MOVAL，01H；通道1的GATE1置1，启动计数OUT80H，ALMOVAL，77H；通道1初始化OUT43H，ALMOVAL，50H；计数初值OUT41H，ALMOVAL,12HOUT41H,ALCALLDL5s；延时5sMOVAL，00H；通道1的GATE1置0，停止计数OUT80H，ALIRET中断服务程序为：例28253通道2接有一发光二极管，要使发光二极管以点亮2s，熄灭2s的间隔工作，8253各通道端口地址分别为40H、42H、44H、46H，其电路硬件图如图所示，试编程完成以上工作。解题分析（1）硬件连接根据要求8253通道2输出一个周期为4s的方波。从图可知通道1的CLK1输入时钟周期为1μs，若通道1工作为定时，其输出最大定时时间为1×65536μs，仅65.5ms，因而使用一个通道达不到定时时间4s的要求。此时，采用通道级连的办法，将通道1的输出OUT1作为通道2的输入脉冲。（2）控制字设置8253的通道1工作于方式2，其输出端OUT1的输出为相对于1MHZ频率的分频脉冲，若选定OUT1输出脉冲周期为4ms，则通道1的计数初值应为4000。周期为4ms的脉冲作为通道2的输入，要求输出端OUT2的波形为方波且周期为4s，因此通道2应工作于方式3，计数初值为1000。通道1的控制字为01100101B，通道2的控制字为10100111B。

（3）程序编制┇MOVAL，65H

；通道1控制字，只读/写高8位，BCD计数制OUT46H，ALMOVAL，0A7H

；通道2控制字，只读/写高8位，BCD计数制OUT46H，ALMOVAL，40H；通道1计数初值高8位，低8位自动置0OUT42H，ALMOVAL，10H

；通道2计数初值高8位，低8位自动置0OUT44H，AL

┇第8章定时器计数器教学要求1.掌握8253引脚，尤其是CLK、OUT、GATE引脚的功能2.掌握8253的六种工作方式、编程和在IBMPC系列机上的应用1.微机系统中定时分为：

、

两大类。

2.微机系统一般用

、

获得精确而稳定的时间基准。

3.8253计数器能否用于定时？为什么？

习题与思考4.现用8253的通道0对外界事件进行计数。要求每计到100时，产生一个中断请求信号，转去执行中断服务程序。要求：(1)画出该8253外部硬件连接图。(2)编写该8253的初始化