微机原理课_8253.ppt

1、第八章 可编程定时/计数器8253,1)掌握8253的基本功能 2)掌握8253的6种工作方式的特点和用法 3)掌握8253的硬软件设计方法,1)掌握8253的6种工作方式的特点和用法 2)掌握8253的硬软件设计方法,本章学习的知识点:,本章学习的难点:,8.1 概述,在微机系统中,要求对外部信号进行计数或要求对时间进行精确定时-计数/定时器. 计数由外部脉冲信号提供,当达到设定的计数值时,输出一个电平信号,告知外部设备已经计满。定时时间基准由8086内部时钟源提供，经定时钟分频后得到所需的时间信号，当定时时间到后也输出一个电平信号,告知外部设备定时时间到。,1、应用场合,利用CPU每执行一

2、条指令都需要几个固定的指令周期的原理，因此执行一个程序段就需要一定的时间，运用软件编程的方式，通过改变指令执行的循环次数就可以控制定时时间，由于它占用了CPU，因而降低了CPU的利用率。,2、定时与计数的三种方式,1) 软件定时：,例: MOV CX,1000H DEALY: MOV BX,1000H LOOP DEALY,由硬件和软件相结合, 可以有多种定时和计数工作方式供选用，可应用与各中不同型号的计算机系统。,利用专门的定时电路实现精确定时。不受控制,无法修改。如555电路。,2) 硬件定时：,3) 通用可编程接口芯片定时：,8253是Intel公司生产的可编程计数/定时器芯片。8253

3、的操作对所在系统没有特殊要求，其通用性强，适用于各种微处理器组成的系统。它有3个独立的16位减1计数器，每个计数器有6种工作方式，能进行二进制或二-十进制计数或定时操作，计数速率可达2 MHz，所有的输入/输出都与TTL电平兼容。,3、可编程定时/计数器8253, 以均匀分布的时间间隔中断分时操作系统， 以便切换程序。 向I/O设备输出精确的定时信号， 该信号的周期由程序控制。 用作可编程波特率或速率发生器。 检测外部事件发生的频率或周期。 统计外部某一事件发生的次数。 在定时或计数达到编程规定的值之后， 产生输出信号，向CPU申请中断。,可编程定时/计数器的主要用途有：,8253的引脚配置,

4、8.2 8253定时计数器的引脚功能,1、8253的引脚功能:,1）与CPU的接口信号 （1）D0-D7：数据线,CPU与8253之间传送数据,控制和信息。 （2）CS: 片选信号.接地址译码电路. （3）WR RD 读写控制 （4）A0 A1 地址选择线, 用于对8253的四个端口的读写.(三个计数/定时口,一个控制口),（1）CLK0CLK2:时钟/脉冲输入端 （2）OUT0OUT2 :定时/计数到, 输出相应的电平 （3）GATE0GATE2 :门控信号，用于启动/停止定时或计数工作的控制，也是两个或两个以上串联的定时/计数输入端。该信号有效时定时/计数器才开始工作。,2）与外部设备的接

5、口信号,8.3 8253定时计数器内部结构,8253的结构框图,1、8253的内部结构功能分析,八位双向三态，用于暂时存放数据，存放的数据有： （1)初时化编程时向8253写入的控制字 （2)向某一通道写入的计数值。 （3)从向某一通道读计数值。,1）数据总线缓冲器,注意：CPU用输入/输出指令对8253进行读/写操作的所有信息都是通过这8条总线传送的。,（1）接受CPU的RD、WR、CS 、A0、A1 信号，经组合产生对某一端口的操作。 （2）当片选信号有效， 即CS =0时，读/写逻辑才能工作。该控制逻辑根据读/写命令及送来的地址信息，决定三个计数器和控制字寄存器中哪一个工作，并控制内部总

6、线上数据传送的方向。,2）读/写控制逻辑,接受CPU的控制字，只能写，不能读，根据控制字决定每个通道的工作方式。,3）控制字寄存器,(1) 计数/定时器0、1、2是3 个16位减1计数器，它们互相独立， 内部结构和功能相同。,4）三个计数/定时器的特点,(2)每个计数器有3根信号线，它们是时钟输入CLK、门控输入GATE和输出OUT。,(3)计数/定时器从CLK端接收时钟脉冲或事件计数脉冲，在脉冲下降沿按照二进制或十进制从预置的初值开始进行减1计数。当计数值减到零时，从OUT端送出一个信号。,(4)计数器在开始计数和计数过程中，都要受到门控信号GATE的控制， GATE =1可以计数， GAT

7、E =0，停止计数。,1、有一个16位的预置计数初值寄存器,每个计数/定时器（通道）有：,2、有一个16位的减1计数寄存器，初值为计数初值寄存器的值。当输入端CLK输入一个计数脉冲后，减1计数寄存器的内容减1，当减到0时，输出端OUT输出相应的电平，表示计数结束。,3、当前计数输出寄存器：16位寄存器，供CPU读出当前的计数值。当前计数输出寄存器相当于减1计数寄存器的状态寄存器，它随减1寄存器的内容变化，但由于减1计数寄存器是CPU不能直接读数据的，只能读当前计数输出寄存器的值。,5) 三个独立端口的特性,1）三个计数器的GATE都是高电平有效 2）最高计数频率2MHZ 3）有6种工作方式 4

8、）计数范围 065535或0000H-FFFFH,6) 8253的寻址及连接,8253占用4个接口地址,地址由CS、A0、A1来确定。地址线A1A0编码与8253内部寄存器的对应关系：,1）D7D6：计数器选择位。这两位表示这个控制字是对哪一个计数器设置的。 00：计数器0；01：计数器1；10：计数器2；11：非法选择。,83 8253的编程控制字格式,2）D5D4：数据读/写格式选择位。CPU在对计数器写入初值和读取它们的当前值时，有几种不同的格式，由这两位来决定。 00：将计数器当前值锁存于输出锁存器中，以便读出； 01：只读/写计数器的低8位，写入时高8位自动设置为0； 10：只读/写

9、计数器的高8位，写入时低8位自动设置为0； 11：对16位计数器进行两次读/写操作，低字节在前，高字节在后， 两次操作的地址相同。,8253的每个计数通道有6种不同的工作，工作方式由这3位决定。 000方式0；001方式1；x10方式2 x11方式3；100方式4；101方式5。,8253的每个计数器有两种数制二进制和十进制，由这一位决定选择哪一种。D0=0表示采用二进制计数，写入的初值范围为0000HFFFFH，其中0000H是最大值，代表65536； D=1表示采用十进制计数， 写入的初值范围为00009999，其中0000是最大值，代表10000。,3）D3D2D1：计数器工作方式选择位

10、,4）D0：数制选择,8253初始化编程要求,1、8253三个端口有各自独立的地址，控制字分别对各端口的工作方式进行设置。,2、对某一个端口设置初值时，先设置控制字,3、设置初值时，要符合D5、D4的规定，分别输入计数值。（16位计数值要用两条指令写入计数值）,4、锁存（D5D4=00）的目的是：在CPU读取计数值前先用锁存命令锁存减1计数器的当前值，否则得不到正确的结果，CPU取走数据后，锁存功能自动失锁,5、编程顺序：先写入控制字到控制寄存器，然后写入计数初值到所确定的计数器端口！,当对8253的计数器进行读操作时,可以读出计数值,具体实现方法有如下两种:,使计数器停止计数时,先写入控制字

11、,规定好RL1和RL0(控制字的D5D4位)的状态也就是规定读一个字节还是读两个字节。,在计数过程中读计数值。这时读出当前的计数值并不影响计数器的工作。为做到这一点,首先写入8253一个特定的控制字:XX00XXXX。这是控制字的一种形式。,对8253的计数器进行读操作时,应注意：,8.4 8253工作方式与时序,1）写入控制字时所有的控制逻辑电路复位，输出端OUT进入初始化状态。工作方式不同，输出电平不同。,1、六种工作方式均遵循的以下几条原则：,2）初值写入后，需经过一个时钟周期减1计数器才开始工作，时钟脉冲的下降沿使计数器减1计数（GATE必须为高时）。如果初值为0，则为最大值（6553

12、6:二进制或为10000:十进制）。,3）对门控信号GATE的采样是在计数脉冲的上升沿进行，所以有电平触发和边沿触发两种方式,4）8253在上电后必须先对其初始化设置,本节以下各例均设8253各端口地址40H43H。 A口=40H， B口=41H，C口=42H， 控制口=43H,2、8253的工作方式,写入方式0控制字后，OUT立即变成低电平。当写入计数初值N后，若GATE为高电平，计数器开始计数。,1）方式0计数结束后输出由低变高,工作过程:,在计数过程中， OUT端一直维持为低，直到计数为0（结束）时，OUT端变为高，(可以设置为向CPU发出中断请求)。,在计数过程中，若GATE变为低电平

13、，暂时停止计数,OUT不变,直到GATE变为高电平后继续接着计数,到计数为0（结束）时，OUT端变为高。(可以设置为向CPU发出中断请求)。,8253用作计数时， 一般都工作在方式0。,方式0的时序图,（设计数初值为3),特点: 计数器只计一遍数。当计数到0时，并不恢复计数初值， 不开始重新计数，输出端OUT由低变高且一直保持为高。只有当写入一个新的计数初值后，OUT才变低，开始新的计数。,方式0的时序图,（设计数初值为3),特点：在计数过程中可改变计数值。如果计数器为8位，在写入新的8位计数值后，计数器将按新的计数值重新开始计数。 如果计数器为16位， 在写入第一个字节后，计数器停止计数，在

14、写入第二个字节后， 计数器按照新的数值开始计数。,方式0的时序图,（设计数初值为3),特点 ：在计数过程中，可由门控信号GATE控制暂停。当GATE=0时， 计数器暂停计数；当GATE变为1后，就接着计数。,方式0的时序图,（设计数初值为3),特点： 方式0的OUT信号在计数到0时由低变高，可作为中断请求信号。 但由于在8253内部没有中断控制电路，通常接8259中断控制器。,例：设8253计数器通道0工作于方式0，用8位二进制计数，其计数值为50，十进制，初始化程序如下： MOV AL，00010001B ；设置控制字 OUT 43H，AL ；写入控制字寄存器 MOV AL，50 ；设置计数

15、初值 OUT 40H，AL ；写入计数初值寄存器 其计数值为5000，十进制，初始化程序如下： MOV AL，00110001B ；设置控制字 OUT 43H，AL ；写入控制字寄存器 MOV AX,5000 ；写入计数初值寄存器 OUT 40H，AL ；设置计数初值低8位 MOV AL，AH ； OUT 40H，AL ；设置计数初值高8位 注意：计数方式为十进制，但送数据时，计算机要把十进制数转换成十六进制数！,(2) 方式1可程控的单脉冲 工作过程：写入控制字后，OUT输出高电平， 此时并不开始计数。写入计数初值后当门控信号GATE变为高电平时(边沿触发!)，启动计数，OUT输出变低。在整

16、个计数过程中，OUT都维持为低，直到计数到0时，输出变为高。因此，输出为一单脉冲，其低电平维持时间由装入的计数初值来决定。,方式1的时序图,方式1的特点 ： 当计数到0后，计数器可再次由外部启动(GATE信号跳变一次)， 按原计数初值重新开始计数，输出单脉冲，而不需要再次送一个计数初值。,方式1的特点： 计数过程中门控信号再次被触发，计数器按计数初值寄存器的值重新开始计数。,方式1的特点： 计数过程中改变计数初值不影响本次计数过程。若门控信号再次被触发，则计数器才按新的计数值计数。, 方式0设置计数初值后立即计数；方式1设置计数初值后不立即计数，直到有外部触发信号后才开始计数。,比较方式0和方

17、式1， 有以下几点不同：, 方式0在计数过程中能用门控信号暂停计数； 方式1在计数过程中若有门控脉冲时不停止计数，而是使计数过程重新开始。, 方式0在计数过程中改变计数初值时，原计数过程停止，立即按新的计数初值开始计数；方式1在计数过程中当改变计数初值时，现行计数不受影响，新计数初值在GATE出现跳变后才以新的初值开始计数。,比较方式0和方式1， 有以下几点不同：, 方式0在一次计数结束后，必须重新设置计数初值才能再次计数，即计数初值只能使用一次；方式1的计数初值在一次计数过程完成后继续有效。,例：设计数器通道1工作于方式1，按二进制计数，计数初值为40H，它的初始化程序为： MOVAL，01

18、010010B ；工作方式控制字 OUT 43H，AL MOVAL，40H；送计数初值 OUT 41H，AL ；注意计数初值送到该通道 计数初值为1234H，它的初始化程序为： MOVAL，01110010B ；工作方式控制字 OUT 43H，AL MOVAL，34H；送计数初值 OUT 41H，AL ；注意顺序 MOVAL，12H；送计数初值 OUT 41H，AL,写入控制字后，计数器输出端为高电平。写入计数初值后，只要GATE为高电平(电平触发)计数器立即对CLK端的输入脉冲计数。,(3) 方式2分频器,工作过程:,在计数过程中输出端始终保持为高，直到计数器减为1时，输出变低。经过一个CL

19、K周期，输出恢复为高，同时按照原计数初值重新开始计数。如果计数值为N，则在CLK端每输入N-1个脉冲后，OUT就输出一个脉冲。因此，这种方式可以作为分频器或用于产生实时时钟中断。,方式2的时序图,方式2的特点： 不用重新设置计数初值，计数到0后自动装入初值,计数器能够连续工作， 输出固定频率的脉冲。,方式2的特点： 计数过程可由门控信号GATE控制。当GATE为0时， 暂停计数。当GATE变为1后，下一个CLK脉冲使计数器恢复初值，重新开始计数。,方式2的特点 ： 在计数过程中可以改变计数初值，这对正在进行的计数过程没有影响。但当计数到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

20、数值计数。所以对方式2改变计数初值时，在下一次计数有效。,例：设8253计数器0工作于方式2，按二进制计数，计数初值为0304H。 MOVAL，00110100B；先读/写低8位；再读写高8位，方式2，二进制。 OUT43H，AL MOV AL，04H ；送计数值低字节 OUT 40H，AL MOV AL，03H ；如只有低8位，不要这两条指令 OUT 40H，AL ；送计数值高字节,工作过程：写入控制字后，输出为高电平。GATE为高电平时(电平触发),在写入计数初值后就开始计数，输出保持为高。当计数到一半计数初值时，输出变为低，直至计数到0，输出又变为高，重新开始计数。,方式3的时序图,(4

21、) 方式3方波发生器,方式3的特点 ： 当计数初值N为偶数时，输出端的高低电平持续时间相等，各为N/2个CLK脉冲周期；当计数初值N为奇数时，输出端的高电平持续时间比低电平持续时间多一个脉冲周期，即高电平持续（N+1）/2个脉冲周期。低电平持续（N-1）/2个脉冲周期。,方式3的特点 ： GATE=1，允许计数；GATE=0，停止计数。当GATE变高以后，在下一个CLK脉冲来到时，计数器将重新装入初始值，开始计数。在这种情况下通过门控信号使计数器实现同步， 称为硬件同步。,方式3的特点 ： 如果GATE信号一直为高电平，在写入控制字和计数值后，将在下一个CLK脉冲来到时装入计数初值并开始计数，

22、这种情况称为软件同步。,方式3的特点 ： 在计数期间写入一个新的计数初值，如果在输出信号半周之后没有收到GATE脉冲，则要到现行输出结束后才按新的计数初值开始计数。,方式3的特点 ： 在写入新计数初值之后在现行输出半周结束之前GATE=0，计数器停止工作,当GATE=1后,将在下一个CLK脉冲来到时立即装入新的计数初值并开始计数。,例：设8253计数器2工作在方式3，按十进制计数，计数初值为4，则它的初始化程序如下： MOV AL，10010111B；计数器2，只读/写低8位，工作方式3，十进制 OUT 43H，AL；控制字送控制字寄存器 MOV AL，4；送计数初值 OUT 42H，AL 计

23、数初值为1234，则它的初始化程序如下： MOV AL，10110111B ；计数器2，只读/写低8位，工作方式3，十进制 OUT 43H，AL；控制字送控制字寄存器 MOV AL，34；送计数初值低8位 MOV AX，1234 ；用此指令可以自动的转换为16进制 OUT 42H，AL MOV AL，AH；送计数初值高8位 OUT 42H，AL,写入控制字后，输出端OUT变为高电平， 以此作为初始电平。 当写入计数初值后开始计数，称为软件触发(前提条件是GATE为高电平)。,(5) 方式4软件触发的选通信号发生器,工作过程:,当计数到0后，输出变低， 经过一个CLK周期，输出又变高，计数器停止

24、计数。这种方式计数也是一次性的，只有在输入新的计数值后，才开始新的计数过程。若设置的计数初值为N，则在写入了计数初值后经过N个CLK脉冲，输出一个负脉冲。 一般将此负脉冲作为选通信号。,方式4的特点 ： 当GATE=1时，允许计数；当GATE=0时，禁止计数。所以，要做到软件触发，GATE应保持为1。在计数过程中如果GATE变为低，则停止计数，当GATE再变为高时，重新开始计数。,方式 4 的特点 ： 在计数过程中，若改变计数初值，则停止计数,在下一个CLK的下降沿按新的计数初值开始计数。这称为软件再触发。16位数,在设置第一个字节后停止计数,在设置第二个字节后开始计数.,例：设8253计数器

25、1工作于方式4，按二进制计数，计数初值为3，则初始化程序为： MOVAL，01011000B；设置控制字寄存器 OUT43H，AL；送控制字 MOVAL，3；置计数初值 OUT41H，AL；送计数初值 计数初值为1234H，则初始化程序为： MOVAL， 01111000B ；设置控制字寄存器 OUT43H，AL；送控制字 MOVAL，34H；置计数初值低8位 OUT41H，AL；送计数初值 MOVAL，12H；置计数初值高8位 OUT41H，AL；送计数初值,工作过程:,(6) 方式5硬件触发的选通信号发生器,写入控制字后，输出变为高电平,写入计数初值后，计数器并不立即开始计数，而是要由门控

26、脉冲的上升沿来启动计数，称为硬件触发。当计数到0时，输出变低，又经过一个CLK脉，输出恢复为高。这样在输出端得到一个负脉冲选通信号。计数器停止计数后要等到下次门控脉冲触发，才能再进行计数。,方式5的特点 ： 若设置计数初值为N，则在门控脉冲触发后，经过N个CLK脉冲，才输出一个CLK周期的负脉冲。,方式5的特点 ： 在计数过程中，若GATE端又出现一个脉冲进行触发，则使计数器重新开始计数，但对输出状态没有影响。,方式5的特点 ： 若在计数过程中改变计数值，只要没有门控信号的触发， 就不影响本次计数过程。,方式5的特点 ： 若在计数过程中改变计数值，若有新的门控信号的触发，则按新的计数初值计数。

27、,方式5和方式4都产生选通脉冲 这两种方式的区别在于：,1）方式4每次要靠软件设置计数初值后才能计数（软件触发）。,2）方式5的计数初值只需设置一次，但是每次计数要靠门控信号的触发（硬件触发）。,3）方式4软件更改计数初值后立即起作用， 方式5软件更改计数初值后要有新的门控信号的触发才能起作用。,例：设8253的通道1工作于方式5，按二进制计数，计数初值为4000H，则它的初始化程序段为： MOV AL，01101010B；通道1，只读写高字节， OUT 43H，AL ；方式5，二进制计数。 MOV AL，40H ；低8位自动补0 OUT 41H，AL ；送计数初值 或先送低8位，后送高8位

28、MOV AL，01111011B；通道1，先读写低字节， OUT 43H，AL ；后读写高字节，方式5，十进制数。 MOV AL，00H ；低8位为0 OUT 41H，AL ； MOV AL，40H ；高8位40， OUT 41H，AL ；送计数初值,3、六种工作方式的比较,1、方式0、4是由软件触发（写入计数值）启动计数，无自动装入计数初值的功能，除非再写入初值。GATE高时，减1计数器减1， GATE低时，减1计数器停止计数。 区别：方式0输出为低电平，计数结束输出高电平并一直保持。 方式4输入输出为高电平，计数结束时输出一个时钟周期的负脉冲，然后又保持高电平。,2、方式1、5是硬件触发（

29、GATE上升沿）启动计数，写入初值后并不马上计数，必须在GATE的上升沿触发后才开始计数。 区别：方式1输出N*TCLK的负脉冲。 方式5结束后输出一个TCLK的负脉冲。,3、方式2、3都具有自动装入计数值的能力，都是分频器，但方式2输出N-1占空比的波形，方式5则输出方波。,8253的写操作包括写控制字和写计数初值两项内容。 具体要求是：,4、8253的读/写操作, 各计数器的控制字都写到同一地址单元， 而各计数初值写到各自的地址单元中。, 对于每个计数器，必须先写控制字，后写计数初值。 因为后者的格式是由前者决定的。, 写入的计数初值必须符合控制字决定的格式。 16位数据应先写低8位，再写

30、高8位。 当给多于一个的计数器写入控制字和计数初值时，其顺序无要求，只要遵循上述要求即可。,8253的读操作所得到的是当前计数值， 通常用于实时检测、实时显示和数据处理。在进行读操作时需要注意以下几点：, 读操作是通过访问对应于各计数器的地址单元来实现的。, 每个计数器的读操作必须按照控制字确定的格式。 如果是16位计数，读操作要进行两次，先读低8位，后读高8位。, 当计数器为16位时，为了避免在两次读出过程中计数值的变化，要求先将计数值锁存。 锁存计数值的常用方法是使用计数器锁存命令： 控制字的D7D6两位为所要锁存的计数器号， D5D4两位置为00。8253的每个计数器都有一个输出锁存器（

31、16位），平时它的值跟随计数值而变化。当向计数器写入锁存命令后，现行计数值被锁存（如不锁存计数器值如正在跳变，读出的值不确定）。这样CPU读取的就是锁存器中的值。 当CPU读取了计数值或对计数器重新编程以后，锁存状态被解除，输出锁存器的值又随计数值变化。,读计数器的值时，控制字的D7D6两位为所要锁存的计数器号， D5D4两位置为00，其它位不用考虑。,读计数值的程序设计： MOV AL，40 ；通道1锁存，16位数据 OUT 43H，AL； IN AL，41H ；读通道1，低8位 MOV CL，AL ；存在CL中 IN AL ，41H ；读通道1，高8位 MOV CH，AL ；存在CH中 注意：读入数据的程序设计过程，先要锁存，然后才开始读入。,8.5 8253设计举例,8253与CPU的外部接口电路图,例1、设计用8253完成如下要求：,1、有一计数器，当计够1000个数时通知外部设备。 2、对输入为10KHZ的时钟信号分频，输出为1KHZ的方波。 3、对输入为10KHZ的时钟信号分频，输出为10HZ，但不为方波。,各端口的分配及其设置：,1、要求1可设置为方式0，端口0，计数