第11章-可编程定时器计数器

第11章可编程定时器/计数器11.1概述11.2可编程定时/计数器825311.2可编程定时/计数器825311.2.1 8253的主要性能11.2.2 8253的内部结构及外部引脚11.2.3 8253的工作方式及波形 11.2.4 8253的编程 11.2.5 8253的应用 11.2.1 8253的主要性能

8253是三通道16位的可编程计数/定时器。

8254是8253的改进型。11.2.2 8253的内部结构及外部引脚8253各引脚的定义：D0～D7:数据线。

RD#：读控制信号，低电平有效。

WR#：写控制信号，低电平有效。A0、A1:地址线，用于选择3个计数器中的一个及选择控制字寄存器。

CS#：片选信号，低电平有效。11.2.2 8253的内部结构及外部引脚8253各引脚的定义：

CLK0～2：计数器0＃、1＃、2＃的时钟输入端。

GATE0～2：计数器0#、1#、2#的门控制脉冲输入端，由外部设备送入门控脉冲。

OUT0～2：计数器0#、1#、2#的输出端。11.2.2 8253的内部结构及外部引脚8253的内部结构:

3个结构相同的16位计数器，

1个8位控制字寄存器。计数器内部包括：

计数初值寄存器CR，

计数执行部件CE，

输出锁存器OL。

它们都是16位寄存器，也可以作8位寄存器使用。11.2.2 8253的内部结构及外部引脚

在计数器工作时，通过程序给计数初值寄存器CR送入初始值，该初始值再被送入计数执行部件CE进行减1计数；而输出锁存器OL则用来锁存CE的内容，该内容可以由CPU进行读出操作。

8253内部的3个计数器和1个控制字寄存器，可通过地址线A0、A1，读写控制线RD#、WR#与片选CS#进行寻址，并实现相应的操作。表11.18253读写控制逻辑表11.2.3 8253的工作方式及波形方式0-中断信号发生器方式1-可编程单稳负脉冲信号发生器方式2-分频器方式3-方波信号发生器方式4-软件触发的选通脉冲信号发生器方式5-硬件触发的选通脉冲信号发生器1.方式0-中断信号发生器

工作过程：写控制字：设定工作方式后，OUT端变为低电平;写初值：8位/16位（分2次）初值;开始计数：计数值装入执行部件，每个CLK下降沿，减1计数;计数结束：减到0时，计数过程结束，OUT端变为高电平。此输出信号可作为计数结束的中断请求信号；GATE作为计数控制信号：计数过程中，GATE=1：允许计数；GATE=0：暂停计数；重新计数：计数过程中，可随时写入新的计数值；如果初值为8位，则写完初值后，按新的初值重新开始计数；如果新的初值为16位，则写入第一个字节时，立即中止计数，写入第二个字节后，按新的初值重新开始计数；计数结束后，OUT端保持高电平，直至赋新的初值。图11.5方式0时序波形图图11.5方式0时序波形图计数开始的时刻

处理器写入8253的计数初值只是写入了计数初值寄存器CR，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计数执行部件CE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。2.方式1-可编程单稳负脉冲信号发生器

工作过程：写控制字：设定工作方式后，OUT端变为高电平；写初值：8位/16位（分2次）初值;开始计数：GATE上升沿控制计数开始。GATE上升沿的下一个时钟周期，OUT变为低电平，每个CLK下降沿，减1计数;计数结束：减到0时，计数过程结束，OUT端变为高电平。此方式可以输出一个宽度（计数初值*Tclk）可调的单拍负脉冲，可作为设备的选通信号。重设初值：计数过程中，重新写入初值，对当前计数过程不会产生影响；重新触发：计数过程中，GATE上升沿的下一个时钟脉冲计数器将从初始值重新作减1计数，此时OUT端低电平保持不变，从而加宽了输出的负脉冲宽度。重新计数：计数结束后，GATE上升沿控制新一轮计数。图11.6方式1时序波形图3.方式2-分频器

工作过程：写控制字：设定工作方式后，OUT端变为高电平；写初值：8位/16位（分2次）初值;开始计数：计数值装入执行部件，每个CLK下降沿，减1计数;计数结束：当计数器减到1时，OUT端输出将变为低电平；再经过一个时钟周期，计数值减到0后，OUT又恢复为高电平。在此方式下，计数器具有自动装入计数初值的功能，即计数器的计数过程会自动重复工作。从而产生一个n分频（n是写入计数器的初值）的连续的不对称的脉冲信号，可以作为脉冲信号发生器。重设初值：计数过程中，重新写入初值，对当前计数过程不会产生影响；计数过程控制：GATE＝1：允许计数；GATE＝0：停止计数，并强迫OUT输出高电平；GATE上升沿：下一个时钟周期，计数器恢复初值重新开始作减1计数。图11.7方式2时序波形图4.方式3-方波信号发生器

方式3与方式2类似，不同的是输出的波形为方波或者为近似对称的矩形波。

当计数值n为偶数：每当计数值减到n/2时，OUT端由高电平变为低电平，并一直保持计数到0，一旦计数为0时OUT端又由低变高并重新给计数器装入初值。

当计数值n为奇数：输出分频波高电平宽度为（n+1）/2计数脉冲周期，低电平宽度为（n-1）/2计数脉冲周期。

图11.8方式3时序波形图5.方式4-软件触发的选通脉冲信号发生器

工作过程：写控制字：设定工作方式后，OUT端变为高电平；写初值：8位/16位（分2次）初值;开始计数：计数值装入执行部件，每个CLK下降沿，减1计数;计数结束：减到0时，输出宽度为1个Tclk的负脉冲。该负脉冲可以作为选通信号。计数过程控制：GATE＝1：允许计数；GATE＝0：停止计数;重设初值：该方式是一次有效，即不重新写入计数值，就只产生一个选通脉冲。如果在计数时又写入新的计数值，则在下一个时钟周期时将把此计数值写入计数器执行部件，使计数器按此新的计数值重新计数。图11.9方式4时序波形图6.方式5-硬件触发的选通脉冲信号发生器

此方式与方式4类似，不同的是：方式4靠软件触发，而方式5是利用引脚GATE来触发。

GATE上升沿触发：下一个时钟周期，计数器开始作减1计数。在任何时刻，当GATE触发脉冲上升沿到来时，将把计数初值重新送入计数器，然后重新开始计数过程。11.2.4 8253的编程写入方式控制字写入计数值读取计数值1.写入方式控制字8253的方式控制字格式如图所示，各计数器有6种可供选择的工作方式，以完成定时、计数或脉冲发生器等多种功能。2.写入计数值

若规定只写低8位，则只写1次，且写入的为计数初值的低8位，高8位自动为0。若规定只写高8位，则只写1次，且写入的为计数初值的高8位，低8位自动为0。若规定写两次，则先写入的为计数初值的低8位，再写入的为计数初值的高8位。

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注意:1、当采用8位二进制计数时:

在8253初始化编程的传送指令“MOVAL,n”中，n可以写成任何进制数（二进制、十进制或十六进制）的形式。2、当采用16位二进制计数时:

方法一：先把计算得到的十进制计数初值n转换成十六进制数（即16位二进制），然后分两次写入8253的指定端口。方法二：先把该十进制计数初值n直接传送给AX，然后分两次写入8253指定端口，即：

MOVAX,nOUTPORT,AL ；先写低8位（PORT为端口号）

MOVAL,AHOUTPORT,AL ；后写高8位注意:3、当采用十进制（BCD码）计数时：

将十进制计数初值n加上后缀H,以便在相应的传送指令执行后能够在AL(或AX)中得到十进制数n的BCD码表示形式。例如n=50，则应按如下方式写入：

MOVAL,50HOUTPORT,AL

如果n=1250，则需分两次写入，即：

MOVAL,50HOUTPORT,AL；先写低8位

MOVAL,12HOUTPORT,AL；后写高8位注意:4、当采用十进制（BCD码）计数时：

也可按如下方法两次写入：

MOVAX,1250HOUTPORT,AL；先写低8位

MOVAL,AHOUTPORT,AL；后写高8位

【例11.1】已知8253的端口地址为40H～43H，用8253的计数器0，每隔2ms输出一个负脉冲，设CLK0为2MHz，完成软件设计。

解:

1、计算计数初值N：2、确定控制字：根据题意，选择计数器0，工作方式2。（1）二进制计数，计数初值为4000（0FA0H），既写高字节，又写低字节。控制字为：00110100B=34H（2）BCD码计数，计数初值为4000H，低字节为0，可只写高字节。控制字为：00100101B=25H3、确定各端口地址计数器0，计数器1，计数器2，控制端口的地址分别为40H、41H、42H和43H。

4、程序：（1）采用二进制计数： MOVAL，34H ；控制字 OUT43H，AL ；写到控制端口

MOVAX，4000 ；把4000自动分离出低8位和高8位 OUT40H，AL ；先送低8位到计数器0

MOVAL，AH ；把高8位给AL

OUT40H，AL ；再送高8位到计数器0（2）采用BCD码计数： MOVAL，25H ；控制字 OUT43H，AL ；写到控制端口

MOVAL，40H ；只需写高字节，低字节自动为0 OUT40H，AL ；写高8位到计数器03.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。

【例11.2】设某系统中8253的端口地址为0B0～0B3H，读取计数器1当前的计数值（设计数值为16位），并存入BX寄存器的程序如下：

解： MOVAL，01000000B ；发锁存命令 OUT0B3H，AL ；写入控制端口 INAL，0B1H ；读低8位 MOVBL，AL ；存入BL中 INAL，0B1H ；读高8位 MOVBH，AL ；存入BH中

【例11.2】设某系统中8253的端口地址为0B0～0B3H，读取计数器1当前的计数值（设计数值为16位），并存入BX寄存器的程序如下：

解： MOVAL，01000000B ；发锁存命令 OUT0B3H，AL ；写入控制端口 INAL，0B1H ；读低8位 MOVBL，AL ；存入BL中 INAL，0B1H ；读高8位 MOVBH，AL ；存入BH中11.2.5 8253的应用

在IBMPC/XT机中，8253是CPU外围支持电路之一，为系统电子钟提供时间基准，为动态RAM刷新提供定时信号以及作为扬声器的声源等功能。

CLK0～CLK2由8284时钟发生器输出的外部时钟PCLK（2.38MHz）经过2分频获得,其频率为1.19MHz。

8253的3个计数器端口地址为：40H、41H、42H；控制寄存器端口地址为43H。

计数器0:为系统电子钟提供时间基准，即向系统日历时钟提供定时中断。其输出端OUT0作为系统的中断源接到中断控制器8259A的中断请求端IRQ0。选用方式3工作，以产生周期性的方波信号。为此，对计数器0编程时应设置的控制字为36H。计数器初值预置为0（即最大值65536）,因此OUT0输出方波的时钟频率为：1.19MHz/65536=18.21Hz。每间隔55ms产生一次0级中断（每秒出现18.2次）。GATE0接+5V，允许计数。

计数器1:

为动态RAM刷新提供定时信号，即向DMA控制器定时发动态存储器刷新请求。

选用方式2工作，相当于一个分频器。控制字为54H.

计数器初始值为18。OUT1输出的分频脉冲频率为：1.19MHz/18=66.1KHz。相当于周期为15.1μs。样，计数器1每隔15.1μs经由U21产生一个动态RAM刷新的请求信号DRQ0，以完成对动态RAM的刷新。

GATE1接+5V，允许计数。

计数器2:

系统扬声器的声源，其输出信号送往扬声器。根据OUT2端输出信号的频率来控制扬声器的音调。

扬声器发声的长短取决于OUT2信号延续时间的长短，通过门控信号GATE2控制。GATE2是在并行接口芯片8255A的PB0的。

方式3工作，控制字为B6H。初值置533H（即1331）。OUT2输出方波频率为：1.19MHz/1331＝894Hz。

8253的3个计数器的预置程序如下：PR０：MOVAL，36H ；选择计数器0，写双字节计数值， ；方式3，二进制计数

OUT43H，AL ；写控制字

MOVAL，0 ；预置计数值65536 OUT40H，AL ；先送低字节计数值

OUT40H，AL ；后送高字节计数值PR1： MOVAL，54H ；选择计数器1，读/写低字节计数 ；值，方式2，二进制计数

OUT43H，AL MOVAL，12H ；预置计数器初值18 OUT41H，ALPR2： MOVAL，0B6H ；选择计数器2，读/写双字节计数 ；值，方式3，二进制计数

OUT43H，AL MOVAX，533H ；送分频数1331 OUT42H，AL ；先送低字节

MOVAL，AH OUT42H，AL ；后送高字节

【例11.3】某8086系统中有一片8253芯片，端口地址为500H、502H、504H、506H，各通道均接6MHz的时钟信号，要求在计数器0输出一个最大宽度的负脉冲，计数器1输出一个方波信号，周期为

，计数器2输出一个定时中断信号，定时时间为0.2ms，写出其初始化程序。

分析：计数器0、1、2的地址分别为500H、502H、504H，控制端口的地址为506H。

计数器0工作在方式1，必须采用二进制，计数器值为0（65536）。

计数器1工作在方式3，计数值为

60，只写低字节，采用二进制或BCD码计数都可以。

计数器2工作在方式0，计数值为1200，采用二进制或BCD码计数都可以。计数器0： MOVDX，506H MOVAL，00110010B OUTDX，AL MOVDX，500H MOVAL，0 OUTDX，AL OUTDX，AL计数器1： MOVDX，506H MOVAL，01010111B OUTDX，AL MOVDX，502H MOVAL，60H OUTDX，AL计数器2： MOVDX，506H MOVAL，10110000B OUTDX，AL MOVDX，504H MOVAX，1200 OUTDX，AL MOVAL，AH OUTDX，AL

【例11.4】某8088系统中有一片8253芯片，端口地址为150H～153H，计数器0的输出作为计数器1的计数脉冲，利用计数器1控制发光二极管，使发光二极管持续闪烁，亮2秒，灭2秒，利用其计数器2完成对外部事件计数，计满200次向CPU发出中断申请，试编写8253的初始化程序，硬件电路如图11.12所示。计数器0：计数初值N=2MHz/1KHz=2000，设采用二进制计数，操作类型为11(2000=07D0H，高低字节都不为0)，方波为方式3。

初始化程序如下：

MOVAL，00110110B ；通道0的控制字MOVDX，153H ；控制端口的地址OUTDX，AL ；写控制字到控制端口MOVAX，2000 ；让计数初值2000自动分离出高低字节MOVDX，150H ；通道0地址OUTDX，AL ；写计数初值的低字节到通道0的地址MOVAL，AH ；把高字节给ALOUTDX，AL ；写计数初值的高字节到通道0的地址计数器1：亮2秒，暗2秒，应为方波，且周期为4s，所以计数初值为4s*1KHz=4000，设计数制式为二进制，则操作类型为11。

初始化程序如下：

MOVAL，01110110B；通道1控制字MOVDX，153H；控制端口地址OUTDX，AL；写控制字到控制端口MOVAX，4000；让初值4000自动分离出高低字节MOVDX，151H；通道1地址OUTDX，AL；写初值的低字节到通道1的地址MOVAL，AH；把高字节给ALOUTDX，AL；写初值的高字节到通道1的地址计数器2：

OUT2产生中断请求信号，应为方式0，计数初值为200，设采用二进制计数，200<256，操作类型为01，只写低字节。初始化程序如下：

MOVAL，10010000B；通道2的控制字MOVDX，153H；控制端口地址

OUTDX，AL；写控制字到控制端口MOVAL，200；通道2初值MOVDX，152H；通道2地址OUTDX，AL；写初值到通道2的地址课堂练习1、已知8253各通道时钟接8MHz信号，端口地址为700H、702H、704H和706H，要求在OUT0产生周期为10us的方波，OUT1产生2KHz的连续脉冲信号，OUT2产生一个最大的负脉冲。试写出其初始化程序。2、用8253实现生产流水线上的工件计数，每通过100个工件，扬声器便发出频率为1000Hz的音响信号，持续时间为5秒（设8253的端口地址为40H～43H,8255A的端口地60H～63H）。试写出8255与8253的初始化程序和中断服务程序（延迟5秒的程序段略）。INTR（中断请求）＋5V时钟2MHz8255APA0GATE1CLK1GATE0OUT08253CLK0OUT1驱动电路扬声器＋5V光敏电阻工件光源

已知8254各通道时钟接8MHz信号，端口地址为700H、702H、704H和706H，要求在OUT0产生周期为10us的方波，OUT1产生2KHz的连续脉冲信号，OUT2产生一个最大的负脉冲。完成其初始化程序。分析：

OUT0:初值=10us*8MHz=80 方式3 OUT1:初值=8MHz/2KHz=4000方式2 OUT2:初值=0,二进制计数方式1；CTC0MOVDX，706H ；控制端口地址MOVAL，00010110B ；CTC0控制字OUTDX，ALMOVDX，700H ；CTC0口地址MOVAL，80 ；CTC0初值OUTDX，AL；CTC1MOVDX，706H ；控制端口地址MOVAL，01110100B ；CTC1控制字OUTDX，ALMOVDX，702H ；CTC1口地址MOVAX，4000 ；CTC1初值OUTDX，AL ；先写低字节MOVAL，AH ；取高字节OUTDX，AL ；后写