第三節(jié)可編程計數(shù)

1、第三節(jié)可編程計數(shù)定時控制器82538253具有3個獨立的計數(shù)通道，采用減1計數(shù)方式。在門控信號有效時，每輸入1個計數(shù)脈沖，通道作1次計數(shù)操作。當計數(shù)脈沖是已知周期的時鐘信號時，計數(shù)就成為定時。一、8253內(nèi)部結(jié)構(gòu)8253芯片有24條引腳，封裝在雙列直插式陶瓷管殼內(nèi)。1.數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器與系統(tǒng)總線連接，8位雙向，與CPU交換信息的通道。這是8253與CPU之間的數(shù)據(jù)接口，它由8位雙向三態(tài)緩沖存儲器構(gòu)成，是CPU與8253之間交換信息的必經(jīng)之路。2.讀寫控制讀寫控制分別連接系統(tǒng)的IOR#和IOW#， 由CPU控制著訪問8253的內(nèi)部通道。接收CPU送入的讀寫控制信號， 并完成對芯片內(nèi)部

2、各功能部件的控制功能， 因此， 它實際上是8253芯片內(nèi)部的控制器。A1A0：端口選擇信號，由CPU輸入。8253內(nèi)部有3個獨立的通道和一個控制字寄存器， 它們構(gòu)成8253芯片的4個端口，CPU可對3個通道進行讀寫操作3對控制字寄存器進行寫操作。 這4個端口地址由最低2位地址碼A1A0來選擇。如表所示。3.通道選擇(1) CS#片選信號，由CPU輸入，低電平有效，通常由端口地址的高位地址譯碼形成。(2) RD#、WR#讀寫控制命令，由CPU輸入， 低電平有效。RD#效時，CPU讀取由A1A0所選定的通道內(nèi)計數(shù)器的內(nèi)容。WR#有效時，CPU將計數(shù)值寫入各個通道的計數(shù)器中， 或者是將方式控制字寫入

3、控制字寄存器中。CPU對8253的讀寫操作如表所示。4.計數(shù)通道02每個計數(shù)通道內(nèi)含1個16位的初值寄存器、減1計數(shù)器和1個16位的（輸出）鎖存器。8253內(nèi)部包含3個功能完全相同的通道，每個通道內(nèi)部設有一個16位計數(shù)器，可進行二進制或十進制（BCD碼）計數(shù)。采用二進制計數(shù)時， 最大計數(shù)值是FFFFH， 采用BCD碼計數(shù)時。 最大計數(shù)值是9999。與此計數(shù)器相對應， 每個通道內(nèi)設有一個16位計數(shù)值鎖存器。必要時可用來鎖存計數(shù)值。當某通道用作計數(shù)器時，應將要求計數(shù)的次數(shù)預置到該通道的計數(shù)器中、被計數(shù)的事件應以脈沖方式從CLK端輸入， 每輸入一個計數(shù)脈沖，計數(shù)器內(nèi)容減“1”，待計數(shù)值計到“0”。

4、OUT端將有輸出。表示計數(shù)次數(shù)到。當某個通道用作定時器時。 由CLK輸入一定頻率的時鐘脈沖。根據(jù)要求定時的時間長短確定所需的計數(shù)值。并預置到計數(shù)器中，每輸入一個時鐘脈沖，計數(shù)器內(nèi)容減“1”， 待計數(shù)值計到“0”。OUT將有輸出，表示定時時間到。允許從CLK輸入的時鐘頻在12MHz范圍內(nèi)。因此，任一通道作計數(shù)器用或作定時器用，其內(nèi)部操作完全相同，區(qū)別僅在于前者是由計數(shù)脈沖進行減“1”計數(shù)。 而后者是內(nèi)時鐘脈沖進行減“1”計數(shù)。作計數(shù)器時， 要求計數(shù)的次數(shù)可直接作為計數(shù)器的初值預置到減“1”計數(shù)器中。作定時器時， 計數(shù)器的初值即定時系數(shù)應根據(jù)要求定時的時間進行如下運算才能得到：定時系數(shù)需要定時的時

5、間時鐘脈沖周期設置通道：向方式控制字寄存器端口寫入方式選擇控制字，用于確定要設置的通道及工作方式；計數(shù)/定時：向通道寫入計數(shù)值，啟動計數(shù)操作；讀取當前的計數(shù)值：向指定通道讀取當前計數(shù)器值時，8253將計數(shù)器值存入鎖存器，從鎖存器向外提供當前的計數(shù)器值，計數(shù)器則繼續(xù)作計數(shù)操作。計數(shù)到：當計數(shù)器減1為0時，通過引腳OUTi向外輸出“到”的脈沖信號。計數(shù)初值輸入存放在初值寄存器中，計數(shù)開始或重裝入時被復制到計數(shù)器中。 鎖存器在非鎖存狀態(tài)，其值隨計數(shù)器的變化而變化；一旦鎖存了計數(shù)器的當前值，直到鎖存器值被讀取后才能解除鎖存狀態(tài)。5.方式選擇控制字二、8253的通道工作方式8253中各通道可有6種可供選

6、擇的工作方式， 以完成定時、計數(shù)或脈沖發(fā)生器等多種功能。8253的各種工作方式如下：1.方式0：計數(shù)結(jié)束則中斷工作方式0被稱為計數(shù)結(jié)束中斷方式，它的定時波形如圖所示。當任一通道被定義為工作方式0時， OUTi輸出為低電平；若門控信號GATE為高電平，當CPU利用輸出指令向該通道寫入計數(shù)值WR#有效時，OUTi仍保持低電平，然后計數(shù)器開始減“1”計數(shù)， 直到計數(shù)值為“0”，此刻OUTi將輸出由低電平向高電平跳變，可用它向CPU發(fā)出中斷請求，OUTi端輸出的高電平一直維持到下次再寫入計數(shù)值為止。在工作方式0情況下，門控信號GATE用來控制減“1”計數(shù)操作是否進行。當GATE=1時，允許減“1”計數(shù)

7、；GATE=0時，禁止減“1”計數(shù)； 計數(shù)值將保持GATE有效時的數(shù)值不變， 待GATE重新有效后，減“1”計數(shù)繼續(xù)進行。顯然，利用工作方式0既可完成計數(shù)功能， 也可完成定時功能。當用作計數(shù)器時，應將要求計數(shù)的次數(shù)預置到計數(shù)器中，將要求計數(shù)的事件以脈沖方式從CLKi端輸入， 由它對計數(shù)器進行減“1”計數(shù)，直到計數(shù)值為0，此刻OUTi輸出正跳變， 表示計數(shù)次數(shù)到。當用作定時器時，應把根據(jù)要求定時的時間和CLKi的周期計算出定時系數(shù)，預置到計數(shù)器中。從CLKi，輸入的應是一定頻率的時鐘脈沖，由它對計數(shù)器進行減“1”計數(shù)， 定時時間從寫入計數(shù)值開始，到計數(shù)值計到“0”為止，這時OUTi輸出正跳變，表

8、示定時時間到。有一點需要說明，任一通道工作在方式0情況下， 計數(shù)器初值一次有效，經(jīng)過一次計數(shù)或定時后如果需要繼續(xù)完成計數(shù)或定時功能，必須重新寫入計數(shù)器的初值。2.方式1：單脈沖發(fā)生器工作方式1被稱作可編程單脈沖發(fā)生器，其定義波形如圖。進入這種工作方式， CPU裝入計數(shù)值n后OUTi輸出高電平， 不管此時的GATE輸入是高電平還是低電平， 都不開始減“1”計數(shù)，必須等到GATE由低電平向高電平跳變形成一個上升沿后，計數(shù)過程才會開始。與此同時，OUTi輸出由高電平向低電平跳變，形成了輸出單脈沖的前沿，待計數(shù)值計到“0”， OUTi輸出由低電平向高電平跳變，形成輸出單脈沖的后沿， 因此，由方式l所能

9、輸出單脈沖的寬度為CLKi周期的n倍。如果在減“1”計數(shù)過程中， GATE由高電平跳變?yōu)榈碗姾?，這并不影響計數(shù)過程，仍繼續(xù)計數(shù)；但若重新遇到GATE的上升沿，則從初值開始重新計數(shù)， 其效果會使輸出的單脈沖加寬，如教材圖9-22(b)中的第2個單脈沖。這種工作方式下，計數(shù)值也是一次有效，每輸入一次計數(shù)值，只產(chǎn)生一個負極性單脈沖。3.方式2：速率波發(fā)生器工作方式2被稱作速率波發(fā)生器，其定時波形如圖所示。進入這種工作方式， OUTi輸出高電平，裝入計數(shù)值n后如果GATE為高電平，則立即開始計數(shù)，OUTi保持為高電平不變； 待計數(shù)值減到“1”和“0”之間， OUTi將輸出寬度為一個CLKi周期的負脈沖

10、，計數(shù)值為“0”時，自動重新裝入計數(shù)初值n，實現(xiàn)循環(huán)計數(shù)，OUTi將輸出一定頻率的負脈沖序列， 其脈沖寬度固定為一個CLKi周期， 重復周期為CLKi周期的n倍。如果在減“1”計數(shù)過程中，GATE變?yōu)闊o效（輸入0電平），則暫停減“1”計數(shù)，待GATE恢復有效后，從初值n開始重新計數(shù)。這樣會改變輸出脈沖的速率。如果在操作過程中要求改變輸出脈沖的速率，CPU可在任何時候，重新寫人新的計數(shù)值， 它不會影響正在進行的減“1”計數(shù)過程，而是從下一個計數(shù)操作用期開始按新的計數(shù)值改變輸出脈沖的速率。4.方式3：方波發(fā)生器工作方式3被稱作方波發(fā)生器，其定時波型如圖所示。任一通道工作在方式3， 只在計數(shù)值n為偶

11、數(shù)，則可輸出重復周期為n、占空比為1：1的方波。進入工作方式3，OUTi輸出低電平， 裝入計數(shù)值后，OUTi立即跳變?yōu)楦唠娖?。如果當GATE為高電平， 則立即開始減“1”計數(shù)，OUTi保持為高電平，若n為偶數(shù)，則當計數(shù)值減到n/2時，OUTi跳變?yōu)榈碗娖?，一直保持到計?shù)值為“0”，系統(tǒng)才自動重新置入計數(shù)值n，實現(xiàn)循環(huán)計數(shù)。這時OUTi端輸出的周期為n×CLKi周期，占空比為1:1的方波序列； 若n為奇數(shù)， 則OUTi端輸出周期為n×CLKi周期，占空比為(n+1)/2)/(n-1)/2)的近似方波序列。如果在操作過程中， GATE變?yōu)闊o效，則暫停減“1”計數(shù)過程，直到GAT

12、E再次有效，重新從初值n開始減“l(fā)”計數(shù)。如果要求改變輸出方波的速率， 則CPU可在任何時候重新裝入新的計數(shù)初值n，并從下一個計數(shù)操作周期開始改變輸出方波的速率。5.方式4：軟件觸發(fā)方式計數(shù)工作方式4被稱作軟件觸發(fā)方式，其定時波形如圖所示。進入工作方式4，OUTi輸出高電平。 裝入計數(shù)值n后， 如果GATE為高電平，則立即開始減“1”計數(shù)，直到計數(shù)值減到“0”為止，OUTi輸出寬度為一個CLKi周期的負脈沖。由軟件裝入的計數(shù)值只有一次有效，如果要繼續(xù)操作， 必須重新置入計數(shù)初值n。如果在操作的過程中，GATE變?yōu)闊o效，則停止減“1”計數(shù)， 到GATE再次有效時，重新從初值開始減“1”計數(shù)。顯然

13、，利用這種工作方式可以完成定時功能，定時時間從裝入計數(shù)值n開始，則OUTi輸出負脈沖（表示定時時間到），其定時時間n×CLK周期。 這種工作方式也可完成計數(shù)功能，它要求計數(shù)的事件以脈沖的方式從CLKi輸入，將計數(shù)次數(shù)作為計數(shù)初值裝入后，由CLKi端輸入的計數(shù)脈沖進行減“1”計數(shù)，直到計數(shù)值為“0”，由OUTt端輸出負脈沖（表示計數(shù)次數(shù)到）。 當然也可利用OUTj向CFU發(fā)出中斷請求。 因此工作方式4與工作方式0很相似，只是方式0在OUTi端輸出正階躍信號、方式4在OUTi端輸出負脈沖信號。6.方式5：硬件觸發(fā)方式計數(shù)工作方式5被稱為硬件觸發(fā)方式，其定時波形如圖所示。進入工作方式5，

14、OUTi輸出高電平， 硬件觸發(fā)信號由GATE端引入。 因此，開始時GATE應輸入為0， 裝入計數(shù)初值n后，減“1”計數(shù)并不工作，一定要等到硬件觸發(fā)信號由GATE端引入一個正階躍信號，減“1”計數(shù)才會開始，待計數(shù)值計到“0”， OUTi將輸出負脈沖，其寬度固定為一個CLKi周期，表示定時時間到或計數(shù)次數(shù)到。這種工作方式下，當計數(shù)值計到“0”后， 系統(tǒng)將自動重新裝入計數(shù)值n，但并不開始計數(shù)， 一定要等到由GATE端引入的正跳沿，才會開始進行減“1”計數(shù)， 因此這是一種完全由GATE端引入的觸發(fā)信號控制下的計數(shù)或定時功能。如果由CLKi輸入的是一定頻率的時鐘脈沖，那么可完成定時功能，定時時間從GAT

15、E上升沿開始，到OUTi端輸出負脈沖結(jié)束。如果從CLKi端輸入的是要求計數(shù)的事件，則可完成計數(shù)功能，計數(shù)過程從GATE上升沿開始，到OUTi輸出負脈沖結(jié)束。GATE可由外部電路或控制現(xiàn)場產(chǎn)生，故硬件觸發(fā)方式由此而得名。如果需要改變計數(shù)初值， CPU可在任何時候用輸出指令裝入新的計數(shù)初值m，它將不影響正在進行的操作過程， 而是到下一個計數(shù)操作周期才會按新的計數(shù)值進行操作。從上述各工作方式可看出，GATE作為各通道的門控信號，對于各種不同的工作方式，它所起的作用各不相同。在8253的應用中，必須正確使用GATE信號，才能保證各通道的正常操作。7.讀取計數(shù)器的當前值直接讀計數(shù)器：輸出鎖存器在非鎖存狀

16、態(tài)會跟隨計數(shù)器計數(shù)的變化而變化，直接讀計數(shù)器是從鎖存器得到計數(shù)器的當前值。但由于計數(shù)器處于工作狀態(tài)，讀出值不一定能穩(wěn)定。先鎖存再讀?。和ㄟ^方式選擇控制字對指定通道(SC1、SC0)的計數(shù)值鎖入鎖存器(RL1RL0=00)， 鎖存器一旦鎖存了當前計數(shù)值，就不再隨計數(shù)器變化直到被讀取。讀計數(shù)器通道（有鎖存器）。三、8253應有舉例例1：設fCLK=1MHz，端口地址40H46H，40H為0通道，42H為1通道，用0通道產(chǎn)生500Hz的方波。計數(shù)初值N=fCLK/fOUT=1000000/500=2000=7D0H初始化編程：選二進制計數(shù)、方式3、先寫低后寫高，方式控制字為：00110110B；初始化編程：MOVAL，00110110B OUT46H，ALMOVAL，0D0HOUT40H，ALMOVAL，07HOUT40H，AL例2：設fCLK=1MHz，端口地址40H46H，40H為0通道，42H為2通道，用2通道產(chǎn)生周期1秒的負脈沖信號。計數(shù)初值N=fCLK/fOUT=1000000/1>65536，因此需用2個通道。用0通對fCLK進行分頻產(chǎn)生低頻方波信號（設產(chǎn)生500Hz=1F4H)， 作為2通道的時鐘。初始化編程：MOVAL，00110110B；設置0通道為方波發(fā)生器