微型计算机原理及接口技术第8章.ppt

1、第8章 可编程定时器/计数器8253及其应用,8.1 概述 8.2 定时/计数器8253的工作原理 8.3 定时/计数器8253应用举例,8.1 概述 1定时与计数 在微机系统或智能化仪器仪表的工作过程中，经常需要使系统处于定时工作状态，或者对外部过程进行计数。 定时或计数的工作实质均体现为对脉冲信号的计数。 定时：如果计数的对象是标准的内部时钟信号，由于其周期恒定，故计数值就恒定地对应于一定的时间，这一过程即为定时。 计数：如果计数的对象是与外部过程相对应的脉冲信号（周期可以不相等），则此时即为计数。,2定时与计数的实现方法 (1) 硬件法 专门设计一套电路用以实现定时与计数，特点是需要花费

2、一定硬设备，而且当电路制成之后，定时值及计数范围不能改变。 (2) 软件法 利用一段延时子程序来实现定时操作，特点，无需太多的硬设备，控制比较方便，但在定时期间，CPU不能从事其它工作，降低了机器的利用率。 (3) 软、硬件结合法 即设计一种专门的具有可编程特性的芯片，来控制定时和计数的操作，而这些芯片，具有中断控制能力，定时、计数到时能产生中断请求信号，因而定时期间不影响CPU的正常工作。,二、 8253的工作原理 Intel8253是8086/8088微机系统常用的可编程定时器/计数器芯片，它具有定时与计数两大功能，同类型的定时器/计数器芯片还有Intel8254等。 一、 Intel 8

3、253的性能 二、 Intel 8253的内部结构及引脚 三、 8253的初始化编程 四、 8253的工作方式,一、 Intel 8253的性能 1每个8253芯片有3个独立的16位计数器。 2每个计数器通道都可以按照二进制或十进制格式计数。 3计数速率（输入时钟频率）可以高达2MHz。 4每个通道有6种工作方式，可以由编程设定和改变。 5所有的输入、输出电平都与TTL兼容。,二、 Intel 8253的内部结构及引脚,8位双向三态缓冲器 传送CPU向8253的控制信息、数据信息以及CPU从8253读取的状态信息，包括某一方面时刻的实时计数值。,1数据总线缓冲器,D7D0： 8位，双向，三态数

4、据总线，用来与系统数据总线相连。,控制8253的片选及对内部相关寄存器的读/写操作，它接收CPU发来的地址信号以实现片选、内部通道选择以及对读/写操作进行控制。,CS、WR、RD、 A1、A0（内部4个端口）,2读/写控制逻辑,8253读/写操作逻辑表如下：,3计数器0#、1#、2#： 3个独立的，结构相同的 计数器/定时器通道。 组成： 1个16位的计数初值寄存器，用以存放计数初始值； 1个16位的减法计数器，定时/计数器的执行部件； 1个16位的锁存器，锁存器在计数器工作的过程中，跟随计数值的变化，在接收到CPU发来的读计数值命令时，用以锁存计数值，供CPU读取，读取完毕之后，输出锁存器又

5、跟随减1计数器变化。另外，计数器的值为0的状态，还反映在状态锁存器中，可供读取。,CLKi：第i个通道的计数脉冲输入引脚，用于计数的时钟输入，每输入一个时钟脉冲，计数器数值减1，8253规定，加在CLK引脚的输入时钟信号的频率不得高于2.6MHZ。 GATEi：第i个通道的门控信号输入引脚，用于控制启/停计数器计数。 OUTi：第i个通道的定时/计数到信号输出引脚，输出信号的波形由通道的工作方式确定，此输出信号可用于触发其它电路工作，或作为向CPU发出的中断请求信号。,4控制字寄存器 在8253的初始化编程时，由CPU写入控制字，以决定通道的工作方式， 此寄存器只能写入，不能读出。,三、 82

6、53的编程 1. 初始化编程 要使用8253，必须首先进行初始化编程，初始化编程包括设置通道控制字和送通道计数初值两个方面，控制字写入8253的控制字寄存器，而初始值则写入相应通道的计数初值寄存器中。 初始化编程包括如下步骤： (1) 写入通道控制字，规定通道的工作方式。 (2) 写入计数值，若规定只写低8位，则高8位自动置0，若规定只写高8位，则低8位自动置0。若为16位计数值则分两次写入，先写低8位，后写高8位。,例1 设8253的端口地址为：40H43H，要使计数器1工作在方式0，仅用8位二进制计数，计数值为128，进行初始化编程。 控制字为：01010000B=50H 初始化程序： M

7、OV AL，50H OUT 43H，AL MOV AL，80H OUT 41H，AL,例2 设8253的端口地址为：40H43H，若用通道0工作在方式1，按十进制计数，计数值为5080，进行初始化编程。 控制字为：00110011B=33H 初始化程序： MOV AL，33H OUT 43H，AL MOV AL，80H OUT 40H，AL MOV AL，50H OUT 40H，AL,例3 利用8253产生定时。设8253的端口地址为：40H43H，若用通道2工作在方式3，按二进制计数，定时时间为20ms，设8253的CLK频率为2MHz，写出初始化程序。 初值的计算： 计数初值=定时时间/

8、CLK周期 = 20ms（1/ 2MHz ） =40000=9C2CH 初始化程序： MOV AL，0B6H OUT 43H，AL MOV AL，2CH OUT 42H，AL MOV AL，9CH OUT 42H，AL,2读取8253通道中的计数值 8253可用控制命令来读取相应通道的计数值，由于计数值是16位的，而读取的瞬时值，要分两次读取，所以在读取计数值之前，要用锁存命令，将相应通道的计数值锁存在锁存器中，然后分两次读入，先读低字节，后读高字节。当控制字中，D5、D4=00时，控制字的作用是将相应通道的计数值锁存的命令，锁存计数值在读取完成之后，自动解锁。 如要读通道1的16位计数器，编

9、程如下：地址40H43H。 MOVAL，40H OUT43H，AL ； 锁存计数值 INAL，41H MOVCL，AL ；低8位 INAL，41H MOVCH，AL ；高8位,四、 8253的工作方式 8253共有6种工作方式，各方式下的工作状态是不同的，输出的波形也不同，其中比较灵活的是门控信号的作用。由此组成了8253丰富的工作方式、波形，下面我们逐个介绍：,1几条基本原则 （1）控制字写入计数器时，输出端OUT进入初始状态。 （2）计数初始值写入之后，要经过一个时钟周期上升沿和一个下降沿，计数执行部件才可以开始进行计数操作，因为第一个下降沿将计数寄存器的内容送减1计数器。 （3）在每个时

10、钟脉冲CLK的上升沿，采样门控信号GATE。不同的工作方式下，门控信号的触发方式不同（电平触发或者是边沿触发）。 （4）在时钟脉冲的下降沿，计数器作减1计数，0是计数器所能容纳的最大初始值。二进制相当于216，用BCD码计数时，相当于104。,2. 学习8253的6种工作方式应注意以下几点： （1）写入控制字后，OUT的电平。 （2）写入初值后， 开始计数时OUT的初始电平（高或低）。 （3）计数结束时， OUT的电平。 （4）门控GATE的触发方式（电平触发或边沿触发） 。 （5）在计数期间， GATE无效时，计数停止； GATE再次有效时，计数器从何处开始继续计数。 （6）在计数期间若重新

11、写入初值（在GATE有效情况下）时，计数器从何处开始计数。,写入控制字后，OUT电平。 写入初值OUT电平，计数结束OUT电平。 GATE触发方式。 GATE再次有效，计数开始处。 重新写入初值，计数开始处。,3六种工作方式的波形图 方式0计数结束产生中断 （1）写入控制字后，OUT的电平变低。 （2）写入初值后， 开始计数时OUT的初始电平为低电平，计数结束时， OUT的电平变为高电平。 （3）门控GATE的触发方式为电平触发。 （4） GATE=1，计数器工作。在计数期间， GATE无效（ GATE=0 ）时，计数停止；若 GATE再次有效（变为高电平）时，计数器从中止处开始继续计数。 （

12、5）在计数期间若重新写入初值（在GATE=1有效情况下）时，计数器按新初值开始计数。 （6） OUT的 可作为中断请求信号。,方式0计数结束产生中断的波形图,方式0 正常计数的波形图,写入控制字后，OUT的电平变低。 写入初值后， OUT的初始电平为低电平， 计数结束时， OUT的电平变为高电平。 GATE的触发方式为电平触发。,方式0时GATE 信号的作用的波形图,GATE=1，计数器工作。 在计数期间， GATE无效（=0）时，计 数停止；若 GATE再次有效（变为高电 平）时，计数器从中止处开始继续计数。,方式0时计数过程中改变计数值的波形图,在计数期间若重新写入初值（在GATE=1 有

13、效情况下）时，计数器按新初值开始计数。,方式1可重复触发的单稳态触发器 （1）写入控制字后，OUT的电平变高。 （2）写入初值后， OUT的初始电平为低电平，在GATE有效 时，开始计数，计数结束时， OUT的电平变为高电平。 （3）GATE为边沿触发。 （4）触发可重复进行。即，写入初值，在GATE有效时开始计数，计数结束时， OUT变高；在下一个GATE有效 时重复上述过程而不必重新写入计数初值。 （5） 在计数期间若重新出现GATE有效 时，计数器从计数初值重新开始计数。 （6）在计数期间若重新写入初值，不影响输出，直至出现下一个GATE有效 时，计数器才按新初值开始计数。,方式1可重复

14、触发的 单稳态触发器的波形图,方式1 正常计数的波形图,写入控制字后，OUT的电平变高。 写入初值后，开始计数时 OUT的初始电平为低电平， 计数结束时， OUT的电平变为高电平。 GATE的触发方式为边沿触发。触发可重复进行。 即，写入初值，在GATE有效时开始计数，计数结 束时， OUT变高；在下一个GATE有效时重复上述 过程而不必重新写入计数初值。,方式1时GATE 信号的作用的波形图,在计数期间若重新出现GATE有效（上升沿） 时，计数器从计数初值重新开始计数。,方式1时计数过程中改变计数值的波形图,在计数期间若重新写入初值，不影响输出， 直至出现下一个GATE有效（上升沿）时， 计

15、数器才按新初值开始计数。,方式 2 自动重装初值的N分频器 （1）写入控制字后，OUT变高。 （2）写入初值后， 在GATE=1时， OUT为高电平，开始计数，计数结束时，在计数值为1时OUT出现一个周期的低电平 。在GATE=1有效时，可自动重装初值， OUT变为高电平，继续计数。 （3）GATE为电平触发。 （4） GATE=1，计数器工作。在计数期间， GATE=0无效时，计数停止工作；若 GATE再次有效（变为高电平）时，计数器按原装初值开始继续计数。 （5）在计数期间若重新写入初值（在GATE=1有效情况下）时，不影响本次计数，当本次计数完成， OUT出现一个周期的低电平后，计数器按

16、新初值开始计数。,方式2自动重装初值的 N分频器的波形图,方式2 正常计数的波形图,写入控制字后，OUT的电平变高。 写入初值后， OUT的初始电平为高电平， 计数结束时，在计数值为1时OUT出现一个周期 的低电平 。在GATE=1有效时，可自动重装初值， OUT变为高电平，继续计数。 GATE电平触发。,方式2时GATE信号的作用的波形图,GATE=1，计数器工作。在计数期间， GATE=0无效时，计数停止工作； 若 GATE再次有效（变为高电平）时， 计数器按原装初值开始继续计数。,方式2时计数过程中改变计数值的波形图,在计数期间若重新写入初值（在GATE=1 有效情况下）时，不影响本次计

17、数，当本 次计数完成， OUT出现一个周期的低电平 后，计数器按新初值开始计数。,方式 3 方波发生器 方式3与方式2基本相同，只是输出波形的占空比不一样。 （1）计数过程：写入控制字 OUT变高 写入初值 计数开始 计数一半 OUT变低 计数为0 OUT变高 自动重装初值，继续。 （2）区别： N为偶数： N/2 N/2 N/2 N/2 N为奇数： N+1/2 N-1/2 N+1/2 N-1/2 （3）相同点：GATE为电平触发，自动重装初值。 （4）方式3与方式2是8253常用的工作方式。,方式3的方波发生器波形图,方式3 计数值为偶数时的波形图,写入控制字后，OUT的电平变高。 写入初值

18、后， OUT的初始电平为高电平， 计数期间OUT的输出波形为方波（或近似方波）。 在GATE=1有效时，可自动重装初值，OUT变为 高电平，继续计数。 GATE电平触发。,计数初值为偶数时，OUT的输出波形为方波， 占空比为1：1。,方式3 计数值为奇数时的波形图,计数初值为奇数时，OUT的输出波形为近 似方波，高电平的时间比低电平的时间多 时钟一个周期。 可自动重装初值。,方式3 GATE信号作用的波形图,GATE=1，计数器工作。在计数期间， GATE=0无效时，计数停止工作； 若 GATE再次有效（变为高电平）时， 计数器按原装初值开始继续计数。,方式3 计数过程中改变计数值的波形图,在

19、计数期间若重新写入初值（在GATE=1 有效情况下）时，不影响本次计数，当本 次计数完成后，计数器按新初值开始计数。,方式4软件触发的选通信号发生器 （1）写入控制字后，OUT变高。 （2）写入初值后， 在GATE=1时， OUT为高电平，开始计数，计数结束时，在计数值为0时OUT出现一个周期低电平，然后， OUT变为高电平。 （3）GATE为电平触发。 （4） GATE=1，计数器工作。在计数期间， GATE=0无效时，计数停止工作；若 GATE再次有效（变为高电平）时，计数器按原装初值开始继续计数。 （5）在计数期间若重新写入初值（在GATE=1有效情况下）时，在下一个CLK开始以新初值开

20、始计数。 （6）输出的单次负脉冲常作为选通信号。,方式4软件触发的 选通信号发生器的波形图,方式4 正常计数的波形图,写入控制字后，OUT的电平变高。 写入初值后， OUT的初始电平为高电平， 计数结束时，在计数值为0时OUT出现一个 周期低电平，然后， OUT变为高电平。 GATE为电平触发。,方式4 GATE 信号作用的波形图,GATE=1，计数器工作。 在计数期间， GATE=0无效时，计数停止工作； 若 GATE再次有效（=1）时，计数器按原装初值开始继续计数。,方式4 计数过程中改变计数值的波形图,在计数期间若重新写入初值（在GATE=1 有效情况下）时，在下一个CLK开始以新 初值

21、开始计数。,方式5硬件触发的选通信号发生器 （1）写入控制字后，OUT的电平变高。 （2）写入初值后， OUT的初始电平为高电平，在GATE有效 时，开始计数，计数结束时， OUT输出一个周期的低电平。 （3）GATE为边沿触发。 （4） 在计数期间若重新出现GATE有效 时，计数器按原计数初值重新开始计数。 （5）在计数期间若重新写入初值，不影响本次计数，OUT正常输出，本次计数结束后，再出现下一个GATE有效 时，计数器才按新初值开始计数。 （6）触发可重复进行。写入初值 GATE 开始计数，计数结束OUT为低一个周期 下一个GATE 重复上述过程。,方式5硬件触发的 选通信号发生器的波形

22、图,方式5 正常计数的波形图,写入控制字后，OUT的电平变高。 写入初值后， OUT的初始电平为高电平， 计数结束时，在计数值为0时OUT出现一个 周期低电平，然后， OUT变为高电平。 GATE为边沿触发。触发可重复进行。,方式5时GATE 信号作用的波形图,在计数期间若重新出现GATE有效（上升沿）时， 计数器按原计数初值重新开始计数。,方式5时计数过程中改变计数值的波形图,在计数期间若重新写入初值，不影响本次 计数，OUT正常输出，本次计数结束后， 再出现下一个GATE上升沿（有效）时， 计数器才按新初值开始计数。,4. 8253的工作方式小结 （1）初始电平：写入控制字，只有0为低电平

23、，其余均为高电平；写入初值，在GATE有效的情况下（计数期间），0、1为低电平，2、3、4、5均为高电平。 （2）输出波形：0、1 单稳输出，2、4、5 为单次负脉冲，3 为方波。2、3 为连续波形，其余为不连续波形；1、5 可硬件重复触发。 （3）触发方式： 0、4为电平触发，上升沿继续。0是GATE=0停止计数， GATE再次为1，从中止处继续。4是GATE=0停止， GATE再次为1，从原装初值开始计数。 1、5为边沿触发，计数过程中再次出现GATE上升沿，计数器按原装初值开始计数。 2、3为电平触发，上升沿有效，GATE=0停止计数，计数过程中再次出现GATE上升沿，计数器按原装初值开

24、始计数。,（4）计数过程重新写入初值： 0、4-在GATE=1时，立即按新初值开始计数。 1、5-不影响目前的计数，只有在GATE再次出现上升沿时，按新初值开始计数。 2、3-不影响本次输出，本次计数结束后，若GATE=1，（重装新初值）按新初值开始计数。 （5）自动重装能力：2、3 具有自动重装能力（其余没有），可输出连续的波形。 （6）可重复触发能力：1、5具有可重复触发能力（其余没有）。 写入初值 GATE 开始计数，计数结束OUT为低一个周期 下一个GATE 重复上述过程。,注：8253的工作方式比较还可从以下几个方面进行： （1）方式2、4、5的输出波形是相同的，都是宽度为一个CLK

25、周期的负脉冲。但方式2连续工作，负脉冲是在1处出现的；方式4由软件触发启动，方式5由硬件触发启动。4、5的负脉冲是在0处出现的，计数初值个高电平，1个低电平。 （2）方式5与方式1工作过程相同，但输出波形不同，方式1输出的是宽度为N个CLK脉冲的低电平有效的脉冲（计数过程中输出为低），而方式5输出的为宽度为一个CLK脉冲的负脉冲（计数过程中输出为高）。 （3）输出端OUT的初始状态，方式0在写入方式字后输出为低，其余方式，写入控制字后，输出均变未能高。,（4）任一种方式，均是在写入计数初值之后，才能开始计数，方式0、2、3、4都是在写入计数初值之后，在GATE=1时开始计数，而方式1和方式5需

26、要外部触发启动，才开始计数。 （5）6种工作方式中，只有方式2和方式3是连续计数，其它方式都是一次计数，要继续工作需要重新启动，方式0、4由软件启动，方式1、5由硬件启动。 （6）门控信号的作用 通过门控信号GATE，可以干预8253某一通道的计数过程，在不同的工作方式下，门控信号起作用的方式也不一样，其中0、2、3、4是电平起作用，1、5是上升沿起作用，方式2、3对电平上升沿都可以起作用。,8.3 8253应用举例 8253可以用在微型机系统中，构成各种计数器、定时器电路或脉冲发生器等。设计过程如下： （1）根据实际需要设计硬件电路。 （2）向有关通道写人相应的控制字和计数初值，对8253进

27、行初始化编程。,1、利用8253产生各种定时波形 在某个以8086为CPU的系统中使用了一块8253芯片，所用 的时钟脉冲频率为1MHz，要求3个计数通道分别完成以下功能： （1）通道0输出频率为2kHz的方波； （2）通道1产生宽度为480s的单脉冲； （3）通道2用硬件方式触发，输出单脉冲，时间常数为26。,由图可见，8253芯片的片选信号 由74LS138构成的地址译码电路产生，只有当执行I/O操作（即M / 为低）时以 及A9A8 A7 A6 =1100且A0=0时，译码器才能工作。当A5A4A3 =010时， =0，使8253的片选信号有效，选中偶地址端口，端口基地址值为310H。,

28、解：其硬件电路如下页图所示。,CPU的A2A1分别与8253的A 1A0相连，用于8253芯片的内部寻址，8253的4个端口地址分别为：310H、312H、314H、316H。 （1）通道0输出频率为2kHz的方波，应工作在方式3。计数初值N0=定时时间/时钟周期=1MHz/ 2kHz=500 。 （2）通道1产生宽度为480s的单脉冲，应工作在方式1 ,时间常数N1= 480s / （1/ 1MHz ）=480 。 （3）通道2用硬件方式触发，输出单脉冲，应工作在方式5，时间常数N2=26。,；通道0初始化程序 MOV DX，316H ；控制口地址 MOV AL，00110111B ；通道0

29、控制字，先读写低字节， ；后高字节，方式3，BCD码计数 OUT DX, AL ；写人方式字 MOV DX，310H ；通道0口地址 MOV AL, 00H ；低字节 OUT DX, AL ；先写人低字节 MOV AL, 05H ；高字节 OUT DX, AL ；后写人高字节,通道0输出频率为2kHz的方波，应工作在 方式3。时间常数N0=1MHz/ 2kHz=500 。 口地址为310H316H。,；通道1初始化程序 MOV DX，316H MOV AL, 01110011B ；通道1方式字，先读写低字节， ；后高字节，方式1，BCD码计数 OUT DX, AL MOV DX，312H ；通

30、道1口地址福 MOV AL, 80H ；低字节 OUT DX, AL MOV AL, 04H ；高字节 OUT DX，AL,通道1产生宽度为480s的单脉冲，应工 作在方式1 ,时间常数 N1= 480s / （1/ 1MHz ）=480 。 口地址为310H316H。,；通道2初始化程序 MOV DX，316H MOV AL，10011011B ；通道2控制字，只读写低字节， ；方式5，BCD码计数 OUT DX，AL MOV DX, 314H ；通道2口地址 MOV AL, 26H ；低字节 OUT DX , AL ；只写人低字节,通道2用硬件方式触发，输出单脉冲， 应工作在方式5，时间常

31、数N2=26。 口地址为310H316H。,2、 控制LED的点亮或熄灭 8253的计数和定时功能，可以应用到自动控制、智能仪器仪表、科学实验、交通管理等场合。 例：用8253控制一个LED发光二极管间隔10s闪烁一次。时钟信号频率为2MHz。,计数初值N=202106=4107,超过了8253一个通道的 最大计数值65536 ？,解：设计使用通道0、通道1 级连方式实现。通道0工作于方式2（或方式3 ），则从OUT0端可得到序列负脉冲（或方波），作为通道1的时钟脉冲 ， OUT0的周期取为2.5ms（频率为400Hz），则通道0的计数初值N0=2MHz/400Hz=5000。 把OUT0信号

32、连到CLK1输人端，并使通道1工作于方式3，为了使OUT1输出周期为20s（频率为0.05Hz）的方波，则通道1的时间常数N1=20s/2.5ms（或= 400Hz / 0.05Hz）=8000。 计数值为N=N1N2 通道1的输出OUT1与LED相连， 高电平时点亮LED，低电平时 熄灭LED。,8253的数据线与CPU的高8位数据线D15D8相连。 8253的A1A0连接CPU的A2A1， 所以端口地址应为连续奇地址。 设为：81H、83H、85H、87H,初始化程序如下： MOV AL，00110101B ；通道0控制字，先读写低字节，后高字节， ； 方式2，BCD计数 OUT 87H，AL MOV AL, 00H ；计数初值低字节 OUT 81H，AL MOV AL, 50H ；计数初值高字节 OU