可編程定時器計數(shù)器8253及其應(yīng)用

可編程準時器計數(shù)器8253及其應(yīng)用合用標準文案第八章可編程準時器/計數(shù)器8253及其應(yīng)用【回顧】可編程芯片的看法，端口的看法?！颈局v重點】準時與計數(shù)的基本看法及其意義，準時/計數(shù)器芯片Intel8253的性能歸納，內(nèi)、外面結(jié)構(gòu)及其與CPU的連接。準時與計數(shù)1．準時與計數(shù)在微機系統(tǒng)或智能化儀器儀表的工作過程中，經(jīng)常需要使系統(tǒng)處于準時工作狀態(tài)，也許對外面過程進行計數(shù)。準時或計數(shù)的工作實質(zhì)均表現(xiàn)為對脈沖信號的計數(shù)，若是計數(shù)的對象是標準的內(nèi)部時鐘信號，由于其周期恒定，故計數(shù)值就恒定地對應(yīng)于必定的時間，這一過程即為準時，若是計數(shù)的對象是與外面過程相對應(yīng)的脈沖信號（周期能夠不相等），則此時即為計數(shù)。2．準時與計數(shù)的實現(xiàn)方法硬件法特意設(shè)計一套電路用以實現(xiàn)準時與計數(shù)，特點是需要開銷必定硬設(shè)備，而且當電路制成今后，準市價及計數(shù)范圍不能夠改變。軟件法利用一段延時子程序來實現(xiàn)準時操作，特點，無需太多的硬設(shè)備，控制比較方便，但在準時時期，CPU不能夠從事其余工作，降低了機器的利用率。軟、硬件結(jié)合法即設(shè)計一種特意的擁有可編程特點的芯片，來控擬準時和計數(shù)的操作，而這些芯片，擁有中斷控制能力，準時、計數(shù)到時能產(chǎn)生中斷央求信號，所以準時時期不影響CPU的正常工作。準時/計數(shù)器芯片Intel8253Intel8253是8086微機系統(tǒng)常用的準時/計數(shù)器芯片，它擁有準時與計數(shù)兩大功能。一、8253的一般性能歸納1．每個8253芯片有3個獨立的16位計數(shù)器通道；2．每個計數(shù)器通道都能夠依照二進制或二—十進制(BCD碼)計數(shù)；3．每個計數(shù)器的計數(shù)速率能夠高達2MHz；4．每個通道有6種工作方式，能夠由程序設(shè)定和改變；5．所有的輸入、輸出電平都與TTL兼容。二、8253內(nèi)部結(jié)構(gòu)8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8-1所示，它主要包括以下幾個主要部分：優(yōu)秀文檔1/12可編程準時器計數(shù)器8253及其應(yīng)用合用標準文案圖8-18253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1．數(shù)據(jù)總線緩沖器實現(xiàn)8253與CPU數(shù)據(jù)總線連接的8位雙向三態(tài)緩沖器，用以傳達CPU向8253的控制信息、數(shù)據(jù)信息以及CPU從8253讀取的狀態(tài)信息，包括某時辰的實時計數(shù)值。2．讀/寫控制邏輯控制8253的片選及對內(nèi)部相關(guān)存放器的讀/寫操作，它接收CPU發(fā)來的地址信號以實現(xiàn)片選、內(nèi)部通道選擇以及對讀/寫操作進行控制。3．控制字存放器在8253的初始化編程時，由CPU寫入控制字，以決定通道的工作方式，此存放器只能寫入，不能夠讀出。4．計數(shù)通道0#、1#、2#：這是三個獨立的，結(jié)構(gòu)相同的計數(shù)器/準時器通道，每一個通道包括一個16位的計數(shù)存放器，用以存放計數(shù)初始值，一個16位的減法計數(shù)器和一個16位的鎖存器，鎖存器在計數(shù)器工作的過程中，隨從計數(shù)值的變化，在接收到CPU發(fā)來的讀計數(shù)值命令時，用以鎖存計數(shù)值，供CPU讀取，讀取達成今后，輸出鎖存器又隨從減1計數(shù)器變化。三、8253的外面引腳8253芯片是擁有24個引腳的雙列直插式集成電路芯片，其引腳分布如圖8－2所示。8253芯片的24個引腳分為兩組，一組面向CPU，另一組面向外面設(shè)備，各個引腳及其所傳達信號的情況，介紹以下：1．D7~D0：雙向、三態(tài)數(shù)據(jù)線引腳，與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線連接，傳達控制、數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息。2．RD：來自于CPU的讀控制信號輸入引腳，低電平有效。3．WR：來自于CPU的寫控制信號輸入引腳，低電平有效。4．CS：芯片選擇信號輸入引腳，低電平有效。優(yōu)秀文檔2/12可編程準時器計數(shù)器8253及其應(yīng)用合用標準文案圖8-28253的引腳5．A1、A0：地址信號輸入引腳，用以選擇8253芯片的通道及控制字存放器。

A0、A1的狀態(tài)與8253端口地址的對應(yīng)關(guān)系以下表所示。A1A0000＃通道011＃通道102＃通道11控制端口6．VCC及GND：+5V電源及接地引腳7．CLKi：i=0,1,2,第i個通道的計數(shù)脈沖輸入引腳，8253規(guī)定，加在CLK引腳的輸入時鐘信號的頻率不得高于，即時鐘周期不能夠小于380ns。8．GATEi：i=0,1,2,第i個通道的門控信號輸入引腳，門控信號的作用與通道的工作方式相關(guān)。9．OUTi：i=0,1,2,第i個通道的準時/計數(shù)到信號輸出引腳，輸出信號的形式由通道的工作方式確定，此輸出信號可用于觸發(fā)其余電路工作，或作為向CPU發(fā)出的中斷央求信號。四、8253的控制字8253有一個8位的控制字存放器，其格式以下：圖8-38253的控制字其中：優(yōu)秀文檔3/12可編程準時器計數(shù)器8253及其應(yīng)用合用標準文案D0：數(shù)制選擇控制。為1時，表示采用BCD碼進行準時/計數(shù)；否則，采用二進制進行準時/計數(shù)。D3~D1：工作方式選擇控制。000，0；001，1；X10，2；X11，3；100，4；101，5；D5、D4：讀寫格式。00，計數(shù)鎖存命令；01，讀/寫高8位命令；10，讀/寫低8位命令；11，先讀/寫低8位，再讀寫高8位命令。D7、D6：通道選擇控制。000通道；01，1通道；10，2通道；11，非法1．8253的初始化編程要使用8253，必定第一進行初始化編程，初始化編程包括設(shè)置通道控制字和送通道計數(shù)初值兩個方面，控制字寫入8253的控制字存放器，而初始值則寫入相應(yīng)通道的計數(shù)存放器中。初始化編程包括以下步驟：寫入通道控制字，規(guī)定通道的工作方式(2)寫入計數(shù)值，若規(guī)定只寫低8位，則高8位自動置0，若規(guī)定只寫高8位，則低8位自動置0。若為16位計數(shù)值則分兩次寫入，先寫低8位，后寫高8位。D0：用于確定計數(shù)數(shù)制，0，二進制；1，BCD碼【例1】設(shè)8253的端口地址為：04H～0AH，要使計數(shù)器1工作在方式0，僅用8位二進制計數(shù)，計數(shù)值為128，進行初始化編程?？刂谱譃椋?1010000B=50H初始化程序：MOVAL，50HOUT0AH，ALMOVAL，80HOUT06H，AL【例2】設(shè)8253的端口地址為：F8H～FEH，若用通道0工作在方式1，按二——十進制計數(shù)，計數(shù)值為5080H，進行初始化編程。控制字為：00110011B=33H初始化程序：MOVAL，33HOUT0FEH，ALMOVAL，80HOUT0F8H，ALMOVAL，50HOUT0F8H，AL【例3】設(shè)8253的端口地址為：04H～0AH，若用通道2工作在方式2，按二進制計數(shù)，計數(shù)值為02F0H，進行初始化編程?？刂谱譃椋?0110100B=0B4H初始化程序：MOVAL，0B4HOUT0AH，ALMOVAL，0F0HOUT08H，ALMOVAL，02H優(yōu)秀文檔4/12可編程準時器計數(shù)器8253及其應(yīng)用合用標準文案OUT08H，AL2．讀取8253通道中的計數(shù)值8253可用控制命令來讀取相應(yīng)通道的計數(shù)值，由于計數(shù)值是16位的，而讀取的瞬市價，要分兩次讀取，所以在讀取計數(shù)值從前，要用鎖存命令，將相應(yīng)通道的計數(shù)值鎖存在鎖存器中，今后分兩次讀入，先讀低字節(jié)，后讀高字節(jié)。當控制字中，D5、D4=00時，控制字的作用是將相應(yīng)通道的計數(shù)值鎖存的命令，鎖存計數(shù)值在讀取達成今后，自動解鎖。如要讀通道1的16位計數(shù)器，編程以下：地址F8H～FEH。MOVAL，40H；OUT0FEH，AL；鎖存計數(shù)值INAL，0FAHMOVCL，AL；低八位INAL，0FAH；MOVCH，AL；高八位五、8253在系統(tǒng)中的典型連接8253在系統(tǒng)中的連接如圖8-4所示。Intel8086圖8-4Intel8253在系統(tǒng)中的連接六、8253的工作方式8253共有6種工作方式，各方式下的工作狀態(tài)是不一樣樣的，輸出的波形也不一樣樣，其中比較靈便的是門控信號的作用。由此組成了8253豐富的工作方式、波形，下面我們逐個介紹：1．幾條基根源則(1)控制字寫入計數(shù)器時，所有的控制邏輯電路立刻復(fù)位，輸出端OUT進入初始狀態(tài)。初始狀態(tài)對不一樣樣的模式來說不用然相同。計數(shù)初始值寫入今后，要經(jīng)過一個時鐘周期上升沿和一個下降沿，計數(shù)執(zhí)行部件才可以開始進行計數(shù)操作，由于第一個下降沿將計數(shù)存放器的內(nèi)容送減1計數(shù)器。平時，在每個時鐘脈沖CLK的上升沿，采樣門控信號GATE。不一樣樣的工作方式下，門控信號的觸發(fā)方式是有詳盡規(guī)定的，即也許是電平觸發(fā)，也許是邊沿觸發(fā)，在有的模式中，兩種觸發(fā)方式都是同意的。其中0、2、3、4是電平觸發(fā)方式，1、2、3、5是上升沿觸發(fā)。(4)在時鐘脈沖的下降沿，計數(shù)器作減1計數(shù)，0是計數(shù)器所能容納的最大初始值。二進制優(yōu)秀文檔5/12可編程準時器計數(shù)器8253及其應(yīng)用合用標準文案164相當于2，用BCD數(shù)，相當于10方式0的波形如8-5所示，當控制字寫入控制字存放器后，出OUT就低，當數(shù)寫入數(shù)器后開始數(shù)，在整個數(shù)程中，OUT保持低，當數(shù)到0后，OUT高；GATE的高低平控制數(shù)程可否行。圖8-5方式0波形從波形中不看出，工作方式0有以下特點：①數(shù)器只一遍，當數(shù)到0，不重新開始數(shù)保持高，直到入一新的數(shù)，OUT才低，開始新的數(shù)；②數(shù)是在寫數(shù)命令后一個入脈沖，才裝入數(shù)器的，下一個脈沖開始數(shù)，所以，若是置數(shù)器初N，出OUT在N＋1個脈沖后才能高；③在數(shù)程中，可由GATE信號控制停。當GATE＝0，停數(shù)；當GATE＝1，數(shù)；④在數(shù)程中能夠改數(shù)，且種改是立刻有效的，分成兩種情況：若是8位數(shù)，寫入新后的下一個脈沖按新數(shù)；若是16位數(shù)，在寫入第一個字后，停止數(shù)，寫入第二個字后的下一個脈沖按新數(shù)。3．方式1—可程的硬件觸拍脈沖方式1的波形如8-6所示，CPU向8253寫入控制字后OUT高，并保持，寫入數(shù)后其實不立刻數(shù)，只有當外界GATE信號啟后（一個正脈沖）的下一個脈沖才開始數(shù)，OUT低，數(shù)到0后，OUT才高，此再來一個GATE正脈沖，數(shù)器又開始重新數(shù)，出OUT再次低，?，所以出一拍脈沖。圖8-6方式1波形從波形不看出：方式1有以下特點：①出OUT的度數(shù)初的脈沖；②出受控信號GATE的控制，分三種情況：數(shù)到0后，再來GATE脈沖，重新開始數(shù)，OUT低；在數(shù)程中來GATE脈沖，從下一CLK脈沖開始重新數(shù)，OUT保持低；優(yōu)秀文檔6/12可編程準時器計數(shù)器8253及其應(yīng)用合用標準文案改數(shù)后，只有當GATE脈沖啟后，才按新數(shù)，否原數(shù)程不受影響，仍行，即新的改是從下一個GATE開始的。③數(shù)是多次有效的，每來一個GATE脈沖，就自裝入數(shù)開始從數(shù)，所以在初始化，數(shù)寫入一次即可。4、方式2—速率生器方式2的波形如8-7所示，在種方式下，CPU出控制字后，出OUT就高，寫入數(shù)后的下一個CLK脈沖開始數(shù)，數(shù)到1后，出OUT低，一個CLK今后，OUT恢復(fù)高，數(shù)器重新開始數(shù)，?，所以在種方式下，只需寫入一次數(shù)，就能工作，出相同隔的脈沖（前提：GATE保持高），即周期性地出，方式2下，8253有以下使用特點：①通道能夠工作；②GATE能夠控制數(shù)程，當GATE低停數(shù)，恢復(fù)高后重新從初；（注意：方式與方式0不一樣樣，方式0是數(shù)）③重新置新的數(shù)即在數(shù)程中改數(shù)，新的數(shù)是下次有效的，同方式1。圖8-7方式2波形5．方式3—方波速率生器方式3的波形如8-8所示，種方式下的出與方式2都是周期性的，不一樣樣的是周期不一樣樣，CPU寫入控制字后，出OUT高，寫入數(shù)后開始數(shù)，不一樣樣的是減2數(shù)，當數(shù)到一多半，出低，重新裝入數(shù)行減2數(shù)，當數(shù)到0，出高，裝入數(shù)行減2數(shù)，循不但。在方式3下，8253有以下使用特點：數(shù)偶數(shù)優(yōu)秀文檔7/12可編程準時器計數(shù)器8253及其應(yīng)用合用標準文案計數(shù)值為奇數(shù)圖8-8方式3時計數(shù)器的工作波形①通道能夠連續(xù)工作；②關(guān)于計數(shù)值的奇偶，若為偶數(shù)，則輸出標準方波，高低電平各為N/2個；若為奇數(shù)，則在裝入計數(shù)值后的下一個CLK使其裝入，今后減1計數(shù)，（N＋1）/2，OUT改變狀態(tài)，再減至0，OUT又改變狀態(tài)，重新裝入計數(shù)值循環(huán)此過程，所以，在這種情況下，輸出有（N＋1）/2個CLK個高電平，（N－1）/2個CLK個低電平；③GATE信號能使計數(shù)過程重新開始，當GATE＝0時，停止計數(shù)，當GATE變高后，計數(shù)器重新裝入初值開始計數(shù)，特別是當GATE＝0時，若OUT此時為低，則立刻變高，其余動作同上；④在計數(shù)時期改變計數(shù)值不影響現(xiàn)行的計數(shù)過程，一般情況下，新的計數(shù)值是在現(xiàn)行半周結(jié)束后才裝入計數(shù)器。但若中間遇到有GATE脈沖，則在此脈沖后即裝入新值開始計數(shù)。6．方式4—軟件觸發(fā)的選通信號發(fā)生器方式4的波形如圖8-9所示，在這種方式下，也是當CPU寫入控制字后，OUT立刻變高，寫入計數(shù)值開始計數(shù)，當計數(shù)到0后，OUT變低，經(jīng)過一個CLK脈沖后，OUT變高，這種計數(shù)是一次性的（與方式0有相似之處），只有當寫入新的計數(shù)值后才開始下一次計數(shù)。圖8-9方式4波形方式4下，8253有以下使用特點：①當計數(shù)值為N時，則間隔N＋1個CLK脈沖輸出一個負脈沖（計數(shù)一次有效）；②GATE＝0時，禁止計數(shù)，GATE＝1時，恢復(fù)連續(xù)計數(shù)；③在計數(shù)過程中重新裝入新的計數(shù)值，則該值是立刻有效的（若為16位計數(shù)值，則裝入第一個字節(jié)時停止計數(shù)，裝入第二個字節(jié)后開始按新值計數(shù)）。7．方式5—硬件觸發(fā)的選通信號發(fā)生器方式5的波形如圖8-10所示，在這種方式下，當控制字寫入后，OUT立刻變高，寫入計數(shù)值后其實不立刻開始計數(shù)，而是由GATE的上升沿觸發(fā)啟動計數(shù)的，當計數(shù)到0時，輸出變低，經(jīng)過一個CLK今后，輸出恢復(fù)為高，計數(shù)停止，若再有GATE脈沖來，則重新裝入計數(shù)值開始計數(shù)，上述過程重復(fù)。方式5下，8253有以下使用特點：優(yōu)秀文檔8/12可編程準時器計數(shù)器8253及其應(yīng)用合用標準文案①在這種方式下，若設(shè)置的計數(shù)值是脈沖；

N，則在GATE脈沖后，經(jīng)過（N＋1）個CLK才一個負②若在計數(shù)過程中又來一個GATE脈沖，則重新裝入初值開始計數(shù)，輸出不變，即計數(shù)值多次有效；③若在計數(shù)過程中更正計數(shù)值，則該計數(shù)值在下一個GATE脈沖后裝入開始按此值計數(shù)。圖8-10方式5波形盡管8253有6種工作模式，但是從輸出端來看，仍不外乎為計數(shù)和準時兩種工作方式。作為計數(shù)器時，8253在GATE的控制下，進行減1計數(shù)，減到終值時，輸出一個信號。作為準時器工作時，8253在門控信號GATE控制下，進行減1計數(shù)。減到終值時，又自動裝入初始值，重新作減1計數(shù)，于是輸出端會不斷地產(chǎn)生時鐘周期整數(shù)倍的準時時間間隔。8．8253的工作方式小結(jié)下面，我們對8253的6種工作模式的特點，作一番比較和總結(jié)。(1)方式2、4、5的輸出波形是相同的，都是寬度為一個CLK周期的負脈沖，但方式2連續(xù)工作，方式4由軟件觸發(fā)啟動，方式5由硬件觸發(fā)啟動。方式5與方式1工作過程相同，但輸出波形不一樣樣，方1輸出的是寬度為N個CLK脈(2)式?jīng)_的低電平有效的脈沖（計數(shù)過程中輸出為低），而方式5輸出的為寬度為一個CLK脈沖的負脈沖（計數(shù)過程中輸出為高）。輸出端OUT的初始狀態(tài)，方式0在寫入方式字后輸出為低，其余方式，寫入控制字后，輸出均變未能高。(4)任一種方式，均是在寫入計數(shù)初值今后，才能開始計數(shù)，方式0、2、3、4都是在寫入計數(shù)初值今后，開始計數(shù)的，而方式1和方式5需要外面觸發(fā)啟動，才開始計數(shù)。6種工作方式中，只有方式2和方式3是連續(xù)計數(shù)，其余方式都是一次計數(shù)，要連續(xù)工作需要重新啟動，方式0、4由軟件啟動，方式1、5由硬件啟動。門控信號的作用；經(jīng)過門控信號GATE，能夠干預(yù)8253某一通道的計數(shù)過程，在不一樣樣的工作方式下，門控信號起作用的方式也不一樣樣樣，其中0、2、3、4是電平起作用，1、2、3、5是上升沿起作用，方式2、3對電平上升沿都能夠起作用。在計數(shù)過程中改變計數(shù)值，它們的作用有所不一樣樣。(8)計數(shù)到0后計數(shù)器的狀態(tài)，方式0、1、4、5連續(xù)倒計數(shù)，變?yōu)镕F、FE。。。。。。，而方式2、3、，則自動裝入計數(shù)初值連續(xù)計數(shù)。七、8253的編程應(yīng)用【例4】在IBMPC/XT中，8253作為準時計數(shù)器電路，它的三個通道的作用分別為：計數(shù)器0編程為方式3，GATE0固定為高電平，OUT0作為中斷央求信號接至8259A中斷控制器的第0級IRQ0。這個準時中斷（約55ms）用于報時時鐘的時間基準。計數(shù)器1編程為方式2，GATE1固定為高電平，OUT1的輸出經(jīng)過一個D觸發(fā)器后作為8237A－5DMA控制器通道0的DMA央求DREQ0，用于準時（約15us）啟動刷新動向RAM，這優(yōu)秀文檔9/12可編程準時器計數(shù)器8253及其應(yīng)用合用標準文案樣在2ms內(nèi)能夠有132次刷新，大于128次（128次是系統(tǒng)的最低要求）。計數(shù)器2編程為方式3，1KHZ的方波輸出，經(jīng)過濾波，去除高頻重量后送揚聲器，GATE2是8255的PB0，OUT輸出經(jīng)一與門控制，控制信號為8255的PB1，這樣利用PB0、PB1同時為高的時間來控制發(fā)長音還是發(fā)短音。準時時間TN準時時間N＝T

時鐘頻率F為，T=1/F8253－5的地址為040H～043H，ROM－BIOS對8253－5的編程以下：計數(shù)器0用于準時中斷。MOVAL，00110110B；00110110――二進制OUT43H，ALMOVAL，0；計數(shù)初值為0000，即為216OUT40H，ALOUT40H，AL；準時為：840ns21655ms，即頻率為――每秒產(chǎn)生次時鐘中斷（CLK周期為：1/1.19M）計數(shù)器1用于準時DMA央求。MOVAL，01010100B；01010100――二進制OUT43H，ALMOVAL，12H；計數(shù)初值為18D，準時：840ns1815sOUT41H，AL計數(shù)器2用于產(chǎn)生1KHZ的方波送至揚聲器發(fā)聲，聲響子程序為BEEP，入口地址為FFA08H。BEEPPROCNEARMOVAL，10110110B；10110110——二進制OUT43H，ALMOVAX，0533H；計數(shù)初值為1331OUT42H，ALMOVAL，AHOUT42H，ALINAL，61H；取8255B端口MOVAH，AL；存在AHORAL，03H；使PB1PB011OUT61H，AL；輸出至82255的B端口，使揚聲器發(fā)聲SUBCX，CX；循環(huán)計數(shù)G7：LOOPG7MOVBH，0DECBX；BL的值為控制長短聲，BL＝6（長），BL＝1（短）JNZG7MOVAL，AH；恢復(fù)8255B端口值，停止發(fā)聲OUT61H，ALRET優(yōu)秀文檔10/12可編程準時器計數(shù)器8253及其應(yīng)用合用標準文案BEEPENDP【例5】CPU8086，用8253的CH0（通道0），每隔2ms出一個脈沖，CLK2MHZ，達成件。剖析：常數(shù)的算：已知率F及定t，求數(shù)初N：1NtNtFF用方式2，常數(shù)：N210321064103控制字：00110100——二制端口地址：CH0――00H；控制端口——06H初始化程：MOVAL，34H；00110100BOUT06H，ALMOV