可编程定时计数器芯片

可编程定时计数器芯片第1页，课件共26页，创作于2023年2月10.1定时/计数器的概念

实现定时和计数有两种方法：硬件定时和软件定时。1．软件定时

软件定时是利用CPU每执行一条指令都需要几个固定的指令周期的原理，运用软件编程的方式进行定时。

2．硬件定时

（1）简单硬件定时

通过数字电路来实现定时，通常是使用单稳延时电路。

（2）可编程定时

目前在控制系统中，通常采用可编程定时/计数芯片来实现延时。

返回本章首页第2页，课件共26页，创作于2023年2月10.2Intel8253可编程定时/计数器

10.2.1Intel8253的内部结构

10.2.2Intel8253的功能

返回本章首页第3页，课件共26页，创作于2023年2月10.2.1Intel8253的内部结构

8253是一种24引脚的双列直插式芯片，其中13条用于与CPU的连接，另外9条分配给3个独立的16位定时/计数器（也称为三个独立通道）用于与外设的连接。如图10-1所示。

图10-18253的引脚配置第4页，课件共26页，创作于2023年2月1．与CPU相连的信号线（1）数据总线D0～D7；（2）写输入信号；（3）读输入信号；（4）片选信号（5）片内寄存器地址输入信号A0、A1第5页，课件共26页，创作于2023年2月2．计数器与外设相连的信号线每个计数器均有三条信号线与外设相连，它们分别是：（1）计数输入时钟信号CLK

（2）计数器输出信号OUT（3）选通信号（门控输入）GATE返回本节第6页，课件共26页，创作于2023年2月10.2.2Intel8253的功能

8253的主要功能有：（1）每个计数器有六种工作方式；（2）计数脉冲可以是系统脉冲，也可以是外部事件；（3）计数时可以使用二进制，也可以使用BCD码；（4）触发方式可以是软件触发，也可以是硬件触发；（5）最大计数范围可达0～65535；（6）所有的输入输出与TTL兼容。

第7页，课件共26页，创作于2023年2月1．3个独立的16位计数器每个计数器内部都有一个8位的控制寄存器、一个16位的计数初值寄存器CR、一个16位的计数执行部件CE和一个16位的输出锁存器OL组成。初始化时，首先向计数初值寄存器CR写入计数初值，然后送入计数执行部件CE。

计数执行部件CE实际上是一个16位的减1计数器，当减至0时，输出端输出相应信号表示计数结束。

输出锁存器OL用来锁存计数执行部件CE的内容，若要获取计数初值，则从计数初值寄存器中直接读出。CR、CE和输出锁存器OL均为16位寄存器,也可以用作8位寄存器,这样在8位数据总线的情况下8253仍然可以使用。

8253逻辑结构如图所示，内部有六个模块，分别是：

1．3个独立的16位计数器2．控制字寄存器3．读/写逻辑4．数据总线缓冲器第8页，课件共26页，创作于2023年2月2．控制字寄存器此寄存器用来保存来自CPU送入的控制字。控制字将决定计数器的工作方式、计数形式及输出方式，也能决定应如何装入计数器初值。8253的3个控制字寄存器只占用一个地址号，根据控制字中最高二位来指定当前的控制字是发给哪一个计数器的。控制字寄存器只能写入，不能读取。

3．读/写逻辑读/写逻辑的任务是接收来自CPU的控制信号，完成对8253各计数寄存器的读/写操作。

4．数据总线缓冲器这是一个双向、三态8位缓冲器，它用于8253和系统数据总线连接。

返回本节第9页，课件共26页，创作于2023年2月10.3Intel8253控制字和工作方式10.3.1Intel8253的控制字

10.3.2Intel8253的工作方式

返回本章首页第10页，课件共26页，创作于2023年2月10.3.1Intel8253的控制字1．8253的端口地址CSA1A0端口地址(符号)

PC/XT使用的地址

扩展板使用的地址

功能

000COUNT0

40H304H选中计数器0

001COUNT1

41H305H选中计数器1010COUNT2

42H306H选中计数器2

011COUNT3

43H307H选中控制寄存器

100器件未选中

第11页，课件共26页，创作于2023年2月2．8253的编程控制字（1）SC1SC0（D7D6）用于选择计数器。（2）M2～M0（D3～D1）用于选择计数器的工作方式。（3）RL1RL0（D5D4）用于控制计数器读/写的字节数（1或2字节）以及读/写高低字节的顺序。（4）BCD（D0）用于指定计数器的码制，是按二进制还是按BCD码进行计数。第12页，课件共26页，创作于2023年2月3．8253的读操作方法有两种：（1）读之前先停止计数在读数之前，先使计数器停止工作，然后读数，目前一般不会使用这种方法。（2）读之前先送计数值锁存命令这是常用的方法。在计数过程中，CPU读取计数值时，读取的高低字节可能不是同一时刻的值，为了防止CPU读到这种无效值，CPU进行计数值读取时必须锁存。

当CPU向8253写入一个合适的控制值（即RL1RL0=00）时，OLH和OLL锁存CE中的当前计数值，然后跟随计数执行部件CE变化，直到允许锁存供CPU读取当前计数值时才停止。CPU读取之后又跟随CE变化。

返回本节第13页，课件共26页，创作于2023年2月10.3.2Intel8253的工作方式

8253作为一个可编程的芯片，可以用6种方式工作，但不论使用哪种方式工作，都要遵守下面几条基本规则：

（1）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OUT进入初始状态（高电平或低电平）；（2）初始值写入之后，要经过一个时钟的上升沿和下降沿，计数执行部件才开始计数；（3）通常，在时钟脉冲CLK的上升沿，选通信号GATE被采样。

（4）在时钟脉冲的下降沿，计数器进行减1计数。0是计数器所能容纳的最大初始值（模16时，二进制的0相当于216；模10000时，BCD码的0相当于10000）。第14页，课件共26页，创作于2023年2月(MODE0)CLOCKWRn#OUTPUT(中断）43210n=4WRm#OUTPUT(中断）GATEm=4543210方式0：减1计数到0时发中断请求第15页，课件共26页，创作于2023年2月WRn#GATE(TRIGGER)43210OUTPUT34210(MODE1)CLOCKGATE(TRIGGER)OUTPUT234方式1：可编程单脉冲输出第16页，课件共26页，创作于2023年2月WRn#43210(3)OUTPUTGATE(RESET)OUTPUT(MODE2)CLOCKn=4n=3

0(4)3212100(3)3210(3)210(3)210方式2：周期性时间间隔计时器（频率发生器）第17页，课件共26页，创作于2023年2月42210(4)OUTPUTn=4GATE(RESET)OUTPUTn=4n=4n=3

0(4)2103210(4)21331(MODE3)CLOCKOUTPUTn=53210(5)43210(5)430(5)430方式3：方波发生器第18页，课件共26页，创作于2023年2月(MODE4)CLOCKWRn#n=4OUTPUTn=401234443210LOADn

GATEOUTPUT方式4：软件触发选通第19页，课件共26页，创作于2023年2月(MODE5)CLOCKOUTPUT(n=4)0123443210GATE

GATEOUTPUT43方式5：硬件触发选通返回本节第20页，课件共26页，创作于2023年2月10.4Intel8253编程

8253的控制寄存器和3个计数器具有独立的编程地址，并且根据控制字的内容可以确定所要操作的寄存器，因此8253的编程比较灵活。在编程时，只有两条规定必须严格遵守：（1）对计数器设置初值之前必须先写好控制字；（2）设置初始值时，要符合控制字的格式。编程的命令有两类，一类是读出命令，用于读取计数器当前的值；一类是写入命令，用于设置控制字、初始值和锁存。

返回本章首页第21页，课件共26页，创作于2023年2月1，8253初始化编程写入控制字。端口地址为8253端口始地址＋3，由D7和D6位的组合区分使用哪一个计数器。写入计数初值。根据控制字中读写指示位D5（RW1），D4（RW0）的编码决定，若规定只写低8位，则高8位自动置0；若规定写16位，则先写低8位，后写高8位。第22页，课件共26页，创作于2023年2月例1：置计数器0在工作方式3,按二进制计数,计数初值200H。解：确定方式控制字为36H，实现程序如下：MOV AL，36HMOV DX，CtrlPortOUT DX,AL ;方式方式控制字为36H送端口MOV DX,Port0MOV AL,00H ;计数初值的低8位OUT DX,ALMOV AL,02H ;计数初值的高8位OUT DX,AL2，8253初始化编程举例SC1SC0RW1RW0M2M1M0BCD00001111第23页，课件共26页，创作于2023年2月3，8253编程应用举例例2：在一个实际的数据采集系统中，要求每5秒采一个数，现场的主时钟的振荡频率为2.5MHz。解：若外部时钟为2.5MHz，则计数次数(计数初值)为 5/(1/2.5*106)=1.25*107一个计数器最大的计数次数为65536，所以必须采用二次计数器。用计数器0的输出OUT0接计数器1的输入时钟CLK1。 若计数器0的计数初值为50000；则OUT0的输出脉冲频率为着(2.5*106)/(5*104)=50Hz。即周期为0.02s。为了每5秒产生一个脉冲输出，计数器1为分频器(方式2)，计数次数为5s/0.02=250经以上分析，总结如下：第24页，课件共26页，创作于2023年2月计数器0:方式3,输出50Hz脉冲,控制字36H,计数初值C350H计数器1:方式2,分频,控制字54H,计数初值FAH程序如下：MOV AL,36HMOV DX,CtrPortOUT DX,AL ;写计数器0方式3