清華大學(xué)馮博琴微機原理第7章定時計數(shù)器8253Final

第7章定時計數(shù)器8253第一節(jié)8253的結(jié)構(gòu)和引腳在計算機系統(tǒng)中經(jīng)常用到定時信號，如動態(tài)存儲器刷新，系統(tǒng)時鐘，掃描等，一般定時信號可以由兩種方法獲得。1)軟件定時延時子程序，利用循環(huán)，通過循環(huán)次數(shù)及循環(huán)體內(nèi)的指令周期數(shù)來計算定時時間。優(yōu)點：節(jié)省硬件，實施方便缺點：占用cpu時間，降低cpu效率2)硬件定時增加硬件開銷換取cpu的時間。硬件計時的方法：定時/計數(shù)器的核心是一個自動加1或減1的計數(shù)器11111111例：計數(shù)器為8位，設(shè)初值為1111111111111110111111011111110011111011000000100000000100000000經(jīng)過255個輸入脈沖后，計數(shù)器值減到0，產(chǎn)生一個輸出信號，表示計數(shù)結(jié)束。外部輸入的脈沖的周期是已知的，可以通過設(shè)置初值的方式?jīng)Q定定時的時間，即計數(shù)器輸出的時間；外部輸入脈沖的周期是隨機的，對外部時鐘計數(shù)，將計數(shù)器的初值設(shè)為0，停止計數(shù)后查看計數(shù)器的計數(shù)值。開啟停止計數(shù)器：設(shè)置好初值后，用軟件或硬件開啟計數(shù)器進行減1計數(shù)，減為0后，輸出一個信號。定時器：設(shè)置好初值后，用軟件或硬件開啟計數(shù)器進行減1計數(shù)，減為0或1后，輸出一個信號，然后又自動重裝計數(shù)器的初值，繼續(xù)重復(fù)輸出，形成周期信號。從定時/計數(shù)器的內(nèi)部而言，這兩種方式?jīng)]有本質(zhì)的區(qū)別。1)概述8253具有3個獨立的16位的計數(shù)通道，使用單一的+5v電源，是一個24個引腳的雙列直插式器件(1)有3個獨立的16位計數(shù)器通道；(2)每個計數(shù)器都可以按照二進制或十進制計數(shù)；(3)每個計數(shù)器的計數(shù)速率可高達2mhz；(4)每個通道有6種工作方式，可由程序設(shè)置和改變(5)所有的輸入輸出都與ttl兼容。2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)每個計數(shù)器內(nèi)部有：8位控制寄存器：控制計數(shù)器的工作方式；16位計數(shù)初值寄存器：裝計數(shù)初值；計數(shù)執(zhí)行部件：執(zhí)行減1操作；輸出鎖存器：需要讀取當前計數(shù)值時，將當前執(zhí)行計數(shù)器中的值鎖存進該存儲器后讀取。對其寫入控制字對其寫入計數(shù)初值讀取了解當前狀態(tài)每個計數(shù)器通過3個引腳與外界聯(lián)系：clk：時鐘輸入；gate：門控輸入；out：輸出數(shù)據(jù)總線緩沖器：與cpu數(shù)據(jù)總線連接的8位雙向三態(tài)緩沖器。cpu向8253發(fā)布的命令及輸入輸出的數(shù)據(jù)都是通過這8條數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)摹?1)cpu向8253寫入的控制字；(2)cpu向?qū)?yīng)的計數(shù)器寫入的初值；(3)cpu讀取對應(yīng)計數(shù)器的當前計數(shù)值。讀/寫邏輯寄存器：片選控制芯片是否工作；讀寫控制信號表明當前8253進行何種操作；a0，a1選擇對哪一個計數(shù)器進行操作。控制字寄存器：在初始化編程時，可分別設(shè)置3個計數(shù)器的工作方式等。計數(shù)器0-2：3個獨立的計數(shù)通道，可分別按不同的工作方式工作。每個通道對輸入脈沖clk按二進制或十進制進行減1計數(shù)，減到0時，輸出端輸出一信號。若clk為已知周期的時鐘脈沖，則通過設(shè)置計數(shù)器初值可以實現(xiàn)精確定時，可以由軟件或硬件(gate)來開啟或停止計數(shù)。這些由工作方式?jīng)Q定。計數(shù)器的初值必須在開始計數(shù)之前，由cpu用輸出指令預(yù)置，在計數(shù)的過程中，cpu隨時可用輸入指令讀取當前計數(shù)值，這一操作對計數(shù)過程沒有影響。3)8253的引腳分析：一般的可編程器件都有數(shù)據(jù)線、片選線(口地址)，讀寫信號線，電源及與特定功能相關(guān)的信號線(時鐘、門控、輸出)。a1，a0信號線做什么用？3個計數(shù)器相互獨立，3個計數(shù)初值寄存器，輸入的初值都不一樣。用一個片選信號不能區(qū)分3個空間，所以要用a1，a0配合片選信號對3個獨立的空間進行區(qū)分。a1a0相對于內(nèi)部尋址00計數(shù)器001計數(shù)器110計數(shù)器211控制寄存器(存儲3個計數(shù)器的工作方式)a1a0寄存器選擇和操作8253端口的選擇01000寫入計數(shù)器001001寫入計數(shù)器101010寫入計數(shù)器201011寫入控制寄存器00100讀計數(shù)器000101讀計數(shù)器100110讀計數(shù)器200111無操作1××××芯片禁止011××無操作第二節(jié)8253的工作方式1)8253控制字計數(shù)器n每個獨立的計數(shù)器都有一個控制寄存器，存放該計數(shù)器的工作方式，讀寫格式等信息。但這3個控制寄存器共用一個地址，即a1a0=11，芯片怎樣區(qū)分計算機是給哪個計數(shù)器控制器下達的命令呢？d7d6d5d4d3d2d1d0計數(shù)器00讀寫格式工作方式數(shù)制計數(shù)器001計數(shù)器110計數(shù)器211無效控制字寄存器同一地址a1a0=11d7d6d5d4d3d2d1d0計數(shù)器00讀寫格式工作方式數(shù)制計數(shù)器001計數(shù)器110計數(shù)器211無效當?shù)刂愤x中cs為0且a1a0=11時，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)即是向控制字寄存器中寫入的指令，具體是向哪個計數(shù)器中的控制寄存器中發(fā)的指令，要看該指令的前兩位是什么數(shù)值。計數(shù)器0地址40h,計數(shù)器1地址41h，計數(shù)器2地址42h，控制器地址43h。40ha7a6a5a4a3a2a1a001000000要使用某個計數(shù)器，首先要先設(shè)置其對應(yīng)的控制器，確定工作方式，然后再輸入這個計數(shù)器的計數(shù)初值。00××××××00××××××00××××××00××××××00××××××當向43h地址中寫數(shù)據(jù)時out43h,00××××××b;設(shè)置計數(shù)器0控制器01××××××01××××××01××××××01××××××01××××××01××××××out43h,01××××××b;設(shè)置計數(shù)器1控制器out43h,10××××××b;設(shè)置計數(shù)器2控制器10××××××d7d6d5d4d3d2d1d0計數(shù)器n讀/寫格式工作方式數(shù)制d5d4說明00計數(shù)器鎖存命令,將當前計數(shù)值送入鎖存器01只讀/寫低8位,高8位自動寫010只讀/寫高8位,低8位自動寫011先讀/寫低8位,后讀/寫高8位d7d6d5d4d3d2d1d0計數(shù)器n讀/寫格式工作方式數(shù)制d3d2d1說明000方式0001方式1×10方式2×11方式3100方式4101方式5一般將×設(shè)置為0d0說明0二進制方式減1計數(shù)1十進制方式減1計數(shù)000000001111111111111110……0001000000001111……000000001001100110011000……0001000000001001……二進制十進制(bcd碼)8253的地址為04h~07h，計數(shù)器1工作在方式1，計數(shù)初值為800，計數(shù)器2工作在方式3，初值為23h，編寫程序。a7a6a5a4a3a2a1a000000100d7d6d5d4d3d2d1d0計數(shù)器n讀/寫格式工作方式數(shù)制計1：01100011計2：10010110計1：01100011計2：100101108253的地址為04h~07h，計數(shù)器1工作在方式1，計數(shù)初值為800，計數(shù)器2工作在方式3，初值為23h，編寫程序。moval,63hout07h,almoval,96hout07h,almoval,08hout05h,almoval,23hout06h,al;寫入計1控制字;寫入計2控制字;向計1寫入計數(shù)初值;向計2寫入計數(shù)初值;寫入高8位，低8為默認為02)8253的工作方式基本規(guī)則：控制字寫入計數(shù)器時，所有的控制邏輯電路立即復(fù)位，輸出端out進入初始狀態(tài)(高電平或低電平)；初始值寫入后，要經(jīng)過一個時鐘上升沿和下降沿，計數(shù)執(zhí)行部件才開始計數(shù)；通常，在時鐘clk的上升沿，門控gate被采樣，門控的觸發(fā)方式為邊沿或電平，邊沿觸發(fā)脈寬可用很窄，且高低電平均可(計數(shù)器內(nèi)部有個邊沿觸發(fā)器,隨時檢測),電平觸發(fā)則必須在下一個時鐘上升沿前保持高電平；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，二進制時是216，十進制時是104。(1)方式0：計數(shù)結(jié)束中斷特點：計數(shù)過程由軟件啟動，每設(shè)置一次初值，只啟動一次計數(shù)過程；寫入控制字后，out初態(tài)為低，在計數(shù)過程中一直保持為低電平，當計數(shù)器減到0時，out立即變成高電平。門控gate為1，正常計數(shù)，門控為0，計數(shù)暫停，其計數(shù)值保持不變，再為1，接著前次繼續(xù)計數(shù)；計數(shù)過程中，改變初值立即有效，即重新寫入初值時停止計數(shù)，當寫完初值后，在clk的下降沿處，開始以新的計數(shù)初值計數(shù)。gate門控為1時，方式0的波形。門控gate對out的影響。計數(shù)暫停，保持不變改變初值對方式0的影響立即有效(2)方式1：硬件可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)方式特點：計數(shù)器只能由門控脈沖gate的上升沿啟動，即計數(shù)器只能由硬件啟動，不能用軟件啟動；寫入控制字后，out初態(tài)為高電平，gate啟動后，獲得n個clk寬度的低電平，計數(shù)到零后，可再次由外部觸發(fā)啟動，不用再次送入一個計數(shù)初值；在out輸出為低期間，若gate出現(xiàn)上升沿,計數(shù)器從clk的下降沿開始重新計數(shù),out低電平的寬度變長；計數(shù)輸出期間，改變計數(shù)初值不影響本次計數(shù)，只有在gate信號后才重新開始以新的計數(shù)初值計數(shù)，即計數(shù)值是下次有效的。門控觸發(fā)初態(tài)為高開始計數(shù)后輸出n個clk寬度的低電平重新啟動門控gate對輸出的影響：不用重裝初值，上升沿啟動又開始新的計數(shù)。重裝初值對輸出的影響：不影響本次計數(shù)，在下次gate上升沿時有效。計數(shù)值是下次有效的。(3)方式2：周期性負脈沖輸出特點：計數(shù)器既可用軟件啟動，又可用硬件啟動；寫入控制字后，out初態(tài)為高電平，裝入初值后開始計數(shù)(軟件啟動)，計數(shù)到1后，輸出一個clk的低電平，接著又從n開始重復(fù)計數(shù)，輸出n-1個高電平，1個低電平的周期信號；在out為高期間，若gate為0，停止計數(shù),直到gate出現(xiàn)上升沿,計數(shù)器重新開始計數(shù)輸出(硬件啟動)；在out為高期間，改變計數(shù)初值，對正在進行的計數(shù)過程沒有影響，當輸出一個周期的clk脈沖后則按新的計數(shù)值開始計數(shù)。改變計數(shù)是下次有效的。方式2：不用重裝初值，輸出周期信號，n－1高電平，1個低電平。gate對輸出的影響：為低停止計數(shù)，為高后又重新開始輸出周期信號。重裝初值對輸出的影響：不影響本次計數(shù)，在輸出本次clk脈沖后按新的計數(shù)值開始計數(shù)。計數(shù)值是下次有效的。(4)方式3：周期性方波輸出特點：與方式2類似，輸出信號為方波，周期為n個clk。若初值n為偶數(shù)，輸出n/2個clk周期高電平,n/2個clk周期低電平;若n為奇數(shù),(n+1)/2個高電平，(n-1)/2個低電平。gate為0停止計數(shù)，gate上升沿重新啟動計數(shù)周期；重新寫入初值，本次out不受影響，下一周期按新值輸出。計數(shù)值下次有效。n=4,方波方式3：不用重裝初值，輸出周期信號，n為偶數(shù)，n/2高電平，n/2個低電平。n為奇數(shù)，(n+1)/2個高電平，(n-1)/2個低電平。gate對輸出的影響：為低輸出變高，停止計數(shù)，為高后又重新開始輸出周期信號。重裝初值對輸出的影響：不影響本次計數(shù)，在輸出本次半個周期后按新的計數(shù)值開始計數(shù)。計數(shù)值是下次有效的。(5)方式4：單次負脈沖輸出(軟件觸發(fā))特點：與方式0類似，特點2，3不一樣計數(shù)過程由軟件啟動，每設(shè)置一次初值，只啟動一次計數(shù)過程；寫入控制字后，out初態(tài)為高，在計數(shù)過程中一直保持為高電平，當計數(shù)器減到0時，輸出為一個周期的clk低電平，輸出接著變成高電平并一直維持。門控gate為1，正常計數(shù)，門控為0，計數(shù)停止，再為1，重新從計數(shù)初值開始計數(shù)；計數(shù)過程中，改變初值立即有效，即重新寫入初值時停止計數(shù)，當寫完初值后，在clk的下降沿處，開始以新的計數(shù)初值計數(shù)。方式4：寫入控制字后，out初態(tài)為高，在計數(shù)過程中一直保持為高電平，當計數(shù)器減到0時，輸出為一個周期的clk低電平，輸出接著變成高電平并一直維持。gate對輸出的影響：gate為低，計數(shù)停止，為高后，重新開始計數(shù)。重裝初值對輸出的影響：改變初值立即有效。(6)方式5：單次負脈沖輸出(硬件觸發(fā))特點：與方式1類似，只是輸出電平不同計數(shù)器只能由門控脈沖gate的上升沿啟動，即計數(shù)器只能由硬件啟動，不能用軟件啟動；寫入控制字后，out初態(tài)為高電平，gate啟動后，開始減1計數(shù)，計數(shù)到零后，out出現(xiàn)一個clk周期的負脈沖，又變?yōu)楦唠娖?，可以再次由外部觸發(fā)啟動，不用再次送入一個計數(shù)初值；在計數(shù)中，若gate出現(xiàn)上升沿,則計數(shù)器重新觸發(fā)，即在下一個時鐘周期開始計數(shù)；計數(shù)輸出期間，改變計數(shù)初值不影響本次計數(shù)，只有在gate信號后才重新開始以新的計數(shù)初值計數(shù)，即計數(shù)值是下次有效的。門控觸發(fā)開始計數(shù)后輸出1個clk寬度的低電平重新啟動門控gate對輸出的影響：不用重裝初值，上升沿啟動又開始新的計數(shù)。重裝初值對輸出的影響：不影響本次計數(shù)，在輸出本次clk脈沖后按新的計數(shù)值開始計數(shù)。計數(shù)值是下次有效的。重裝重裝下次有效總結(jié)：在6種方式中，只有方式0，在寫入控制字后out為低，其余都是out為高做初態(tài)；方式1與方式5，在寫入計數(shù)值后，需gate的上升沿才開始計數(shù)；方式2與方式3是定時方式(周期信號)，其它為計數(shù)方式(一次計數(shù)結(jié)束)；計數(shù)器減到0后并不是停止不動，在計數(shù)方式中，計數(shù)器都從最大計數(shù)值(ffffh,9999h)繼續(xù)減1計數(shù)，定時方式(方式2與方式3)為重裝計數(shù)初值。第三節(jié)8253應(yīng)用舉例初始化編程的具體步驟為：1.

寫入計數(shù)器的控制字，規(guī)定其工作方式2.

寫入計數(shù)初值。若規(guī)定只寫低8位，則寫入的為計數(shù)值的低8位，高8位自動置0；若規(guī)定只寫高8位，則寫入的是計數(shù)值的高8位，低8位自動置0；若規(guī)定寫16位計數(shù)值，則分兩次寫入，先寫的是低8位，后寫的是高8位。

例1：某微機系統(tǒng)中8253的端口地址為40h~43h，要求計數(shù)器0工作在方式0，計數(shù)初值為ffh，按二進制計數(shù)；計數(shù)器1工作在方式2，計數(shù)初值為1000，按bcd碼計數(shù)。試寫出初始化程序段。

1．按要求找出所用計數(shù)器的控制字計數(shù)器0的控制字（10h）

選計數(shù)器0只寫低8位

選工作方式0二進制計數(shù)計數(shù)器1的控制字（65h）

選計數(shù)器1只寫高8位選工作方式2bcd計數(shù)

例1：0110010100010000例1：2．初始化程序段moval，10h；寫通道0控制字out43h，almoval，0ffh；寫通道0計數(shù)初值out40h，almoval，65h；寫通道1控制字out43h，almoval，10h；寫通道1計數(shù)初值out41h，al例2：

設(shè)8253端口地址為fff0h~fff3h，要求計數(shù)器2工作在方式5，二進制計數(shù)，初值為f03fh。試按上述要求完成8253的初始化。1．控制字（0bah）

選計數(shù)器2寫低8位

選工作方式5