第11章可編程定時器計數器

第11章可編程定時器/計數器11.1概述11.2可編程定時/計數器825311.1概述實現定時方法主要有三種：軟件定時、不可編程的硬件定時、可編程硬件定時。定時或計數的工作實質均體現為對脈沖信號的計數。如果計數的對象是標準的內部時鐘信號，由于其周期恒定，故計數值就恒定地對應于一定的時間，這一過程即為定時。如果計數的對象是與外部過程相對應的脈沖信號（周期可以不相等），則此時即為計數。11.2可編程定時/計數器825311.2.1

8253的主要性能11.2.2

8253的內部結構及外部引腳11.2.3

8253的工作方式及波形 11.2.4

8253的編程 11.2.5

8253的應用 一、8253的主要性能主要性能：1.3個16位（每個可分為兩個8位）減法計數器/通道；2.2種計數制式：二進制計數或BCD碼計數；3.最大計數值為65536；4.6種不同的方式工作。5.計數速率高達2MHZ。二、8253的外部引腳D0～D7:數據線。CS#：片選信號，低電平有效。

RD#：讀控制信號，低電平有效。WR#：寫控制信號，低電平有效。A0、A1:地址線，用于選擇3個計數器中的一個及選擇控制字寄存器。二、8253的外部引腳（續(xù)）OUT0～2：計數器0#、1#、2#的輸出端。GATE0～2：計數器0#、1#、2#的門控制脈沖輸入端，由外部設備送入門控脈沖。CLK0～2：計數器0#、1#、2#的時鐘輸入端。三、8253的內部結構三、8253的內部結構（續(xù)）8253的內部結構:3個結構相同的16位計數器；

1個8位控制字寄存器。計數器內部結構：計數初值寄存器CR；計數執(zhí)行部件CE；輸出鎖存器OL；都是16位寄存器，也可作8位寄存器使用。計數器內部結構計數器工作過程通過程序給計數初值寄存器CR送入初始值；初始值被送入計數執(zhí)行部件CE進行減1計數；輸出鎖存器OL用來鎖存CE的內容，可由CPU進行讀出操作。

8253內部的3個計數器和1個控制字寄存器，可通過地址線A0、A1，讀寫控制線RD#、WR#與片選CS#進行尋址，并實現相應的操作。8253讀寫控制邏輯表四、8253的工作方式方式0-中斷信號發(fā)生器方式1-可編程單穩(wěn)負脈沖信號發(fā)生器方式2-分頻器方式3-方波信號發(fā)生器方式4-軟件觸發(fā)的選通脈沖信號發(fā)生器方式5-硬件觸發(fā)的選通脈沖信號發(fā)生器方式0-中斷信號發(fā)生器寫控制字：設定工作方式后，OUT端變?yōu)榈碗娖?寫初值：8位/16位（分2次）初值;開始計數：計數值裝入執(zhí)行部件，每個CLK下降沿，減1計數;計數結束：減到0時，計數過程結束，OUT端變?yōu)楦唠娖?。此輸出信號可作為計數結束的中斷請求信號；GATE作為計數控制信號：計數過程中，GATE=1：允許計數；GATE=0：暫停計數；重新計數：計數過程中，可隨時寫入新的計數值；如果初值為8位，則寫完初值后，按新的初值重新開始計數；如果新的初值為16位，則寫入第一個字節(jié)時，立即中止計數，寫入第二個字節(jié)后，按新的初值重新開始計數；計數結束后，OUT端保持高電平，直至賦新的初值。方式0時序波形圖（一）方式0時序波形圖（二）寫入8253的計數初值只是寫入了CR，之后到來的第一個CLK輸入脈沖（由低電平變高，再由高變低）才將初值送到CE減1計數器。從第二個CLK信號的下降沿才真正開始減1計數。方式1-可編程單穩(wěn)負脈沖信號發(fā)生器寫控制字：設定工作方式后，OUT端變?yōu)楦唠娖剑粚懗踔担?位/16位（分2次）初值;開始計數：GATE上升沿控制計數開始。GATE上升沿的下一個時鐘周期OUT變?yōu)榈碗娖?，每個CLK下降沿，減1計數;計數結束：減到0時，計數過程結束，OUT端變?yōu)楦唠娖健４朔绞娇梢暂敵鲆粋€寬度（計數初值*Tclk）可調的單拍負脈沖，可作為設備的選通信號。重設初值：計數過程中，重新寫入初值，對當前計數過程不會產生影響；重新觸發(fā)：計數過程中，GATE上升沿的下一個時鐘脈沖計數器將從初始值重新作減1計數，此時OUT端低電平保持不變，從而加寬了輸出的負脈沖寬度。重新計數：計數結束后，GATE上升沿控制新一輪計數。方式1時序波形圖（一）

方式1時序波形圖（二）

方式2-分頻器寫控制字：設定工作方式后，OUT端變?yōu)楦唠娖?；寫初值?位/16位（分2次）初值;開始計數：計數值裝入執(zhí)行部件，每個CLK下降沿減1計數;計數結束：當計數器減到1時，OUT端輸出將變?yōu)榈碗娖?；再經過一個時鐘周期，計數值減到0后，OUT又恢復為高電平。在此方式下，計數器具有自動裝入計數初值的功能，即計數器的計數過程會自動重復工作。從而產生一個n分頻（n是寫入計數器的初值）的連續(xù)的不對稱的脈沖信號，可以作為脈沖信號發(fā)生器。重設初值：計數過程中重新寫入初值不影響當前計數過程；計數過程控制：GATE＝1：允許計數；GATE＝0：停止計數，并強迫OUT輸出高電平；GATE上升沿：下一個時鐘周期，計數器恢復初值重新開始作減1計數。方式2時序波形圖方式3-方波信號發(fā)生器

方式3與方式2類似，不同的是輸出的波形為方波或者為近似對稱的矩形波。

當計數值n為偶數：每當計數值減到n/2時，OUT端由高電平變?yōu)榈碗娖?，并一直保持計數?，一旦計數為0時OUT端又由低變高并重新給計數器裝入初值。

當計數值n為奇數：輸出分頻波高電平寬度為（n+1）/2計數脈沖周期，低電平寬度為（n-1）/2計數脈沖周期。方式3時序波形圖（一）

方式3時序波形圖（二）

方式4-軟件觸發(fā)的選通脈沖信號發(fā)生器寫控制字：設定工作方式后，OUT端變?yōu)楦唠娖剑粚懗踔担?位/16位（分2次）初值;開始計數：計數值裝入執(zhí)行部件，每個CLK下降沿減1計數;計數結束：減到0時，輸出寬度為1個Tclk的負脈沖。該負脈沖可以作為選通信號。計數過程控制：GATE＝1允許計數；GATE＝0停止計數;重設初值：該方式是一次有效，即不重新寫入計數值，就只產生一個選通脈沖。如果在計數時又寫入新的計數值，則在下一個時鐘周期時將把此計數值寫入計數器執(zhí)行部件，使計數器按此新的計數值重新計數。方式4時序波形圖（一）

方式4時序波形圖（二）

方式5-硬件觸發(fā)的選通脈沖信號發(fā)生器

此方式與方式4類似，不同的是：方式4靠軟件觸發(fā)，而方式5是利用引腳GATE來觸發(fā)。

GATE上升沿觸發(fā)：下一時鐘周期，計數器開始作減1計數。任何時刻，當GATE觸發(fā)脈沖上升沿到來時，將把計數初值重新送入計數器，然后重新開始計數過程。五、8253的編程寫入方式控制字寫入計數值讀取計數值8253的編程—寫入方式控制字8253的編程—寫入計數值

若規(guī)定只寫低8位，則只寫1次，且寫入的為計數初值的低8位，高8位自動為0。若規(guī)定只寫高8位，則只寫1次，且寫入的為計數初值的高8位，低8位自動為0。若規(guī)定寫兩次，則先寫入的為計數初值的低8位，再寫入的為計數初值的高8位。

選擇二進制時計數值范圍：0000H～FFFFH0000H是最大值，代表65536

選擇十進制（BCD碼）計數值范圍：0000～99990000代表最大值100001、當采用8位二進制計數時:

在8253初始化編程的傳送指令“MOVAL,n”中，n可以寫成任何進制數（二進制、十進制或十六進制）的形式。2、當采用16位二進制計數時:

方法一：先把計算得到的十進制計數初值n轉換成十六進制數（即16位二進制），然后分兩次寫入8253的指定端口。方法二：先把該十進制計數初值n直接傳送給AX，然后分兩次寫入8253指定端口，即：

MOVAX,nOUTPORT,AL ；先寫低8位（PORT為端口號）

MOVAL,AHOUTPORT,AL ；后寫高8位8253的編程—寫入計數值注意事項3、當采用十進制（BCD碼）計數時：

例如n=50，則應按如下方式寫入：

MOVAL,50HOUTPORT,AL

如果n=1250，則需分兩次寫入，即：

MOVAL,50HOUTPORT,AL；先寫低8位

MOVAL,12HOUTPORT,AL；后寫高8位也可按如下方法兩次寫入：

MOVAX,1250HOUTPORT,AL；先寫低8位

MOVAL,AHOUTPORT,AL；后寫高8位將十進制計數初值n加上后綴H,以便在相應的傳送指令執(zhí)行后能夠在AL(或AX)中得到十進制數n的BCD碼表示形式。8253的編程—寫入計數值注意事項（續(xù)）【例11.1】已知8253的端口地址為40H～43H，用8253的計數器0，每隔2ms輸出一個負脈沖，設CLK0為2MHz，完成軟件設計。

解:

1、計算計數初值N：

8253的編程舉例2、確定控制字：根據題意，選擇計數器0，工作方式2。（1）二進制計數，計數初值為4000（0FA0H），既寫高字節(jié)，又寫低字節(jié)。控制字為：00110100B=34H（2）BCD碼計數，計數初值為4000H，低字節(jié)為0，可只寫高字節(jié)?？刂谱譃椋?0100101B=25H3、確定各端口地址計數器0，計數器1，計數器2，控制端口的地址分別為40H、41H、42H和43H。

8253的編程舉例（續(xù)１）4、程序：（1）采用二進制計數： MOVAL，34H ；控制字 OUT43H，AL ；寫到控制端口

MOVAX，4000；把4000自動分離出低8位和高8位 OUT40H，AL ；先送低8位到計數器0

MOVAL，AH ；把高8位給AL

OUT40H，AL ；再送高8位到計數器0（2）采用BCD碼計數： MOVAL，25H ；控制字 OUT43H，AL ；寫到控制端口

MOVAL，40H ；只需寫高字節(jié)，低字節(jié)自動為0 OUT40H，AL ；寫高8位到計數器08253的編程舉例（續(xù)２）8253的編程—讀取計數值

對8位數據線，讀取16位計數值需分兩次。計數在不斷進行，應該將當前計數值先行鎖存，然后讀取。

【例11.2】設某系統(tǒng)中8253的端口地址為0B0～0B3H，讀取計數器1當前的計數值（設計數值為16位），并存入BX寄存器的程序如下：

解： MOVAL，01000000B ；發(fā)鎖存命令 OUT0B3H，AL ；寫入控制端口 INAL，0B1H ；讀低8位 MOVBL，AL ；存入BL中 INAL，0B1H ；讀高8位 MOVBH，AL ；存入BH中六、8253的應用

在IBMPC/XT機中，8253是CPU外圍支持電路之一，為系統(tǒng)電子鐘提供時間基準，為動態(tài)RAM刷新提供定時信號以及作為揚聲器的聲源等功能。

CLK0～CLK2由8284時鐘發(fā)生器輸出的外部時鐘PCLK（2.38MHz）經過2分頻獲得,其頻率為1.19MHz。

8253的3個計數器端口地址為：40H、41H、42H；控制寄存器端口地址為43H。PC機中的8253為系統(tǒng)電子鐘提供時間基準，即向系統(tǒng)日歷時鐘提供定時中斷。其輸出端OUT0作為系統(tǒng)的中斷源接到中斷控制器8259A的中斷請求端IRQ0。選用方式3工作，以產生周期性的方波信號。為此，對計數器0編程時應設置的控制字為36H。計數器初值預置為0（即最大值65536）,因此OUT0輸出方波的時鐘頻率為：1.19MHz/65536=18.21Hz。每間隔55ms產生一次0級中斷（每秒出現18.2次）。GATE0接+5V，允許計數。PC機中的8253—計數器0

為動態(tài)RAM刷新提供定時信號，即向DMA控制器定時發(fā)動態(tài)存儲器刷新請求。選用方式2工作，相當于一個分頻器?？刂谱譃?4H.

計數器初始值為18。OUT1輸出的分頻脈沖頻率為：1.19MHz/18=66.1KHz。相當于周期為15.1μs。這樣，計數器1每隔15.1μs經由U21產生一個動態(tài)RAM刷新的請求信號DRQ0，以完成對動態(tài)RAM的刷新。

GATE1接+5V，允許計數。

PC機中的8253—計數器1系統(tǒng)揚聲器的聲源，其輸出信號送往揚聲器。根據OUT2端輸出信號的頻率來控制揚聲器的音調。揚聲器發(fā)聲的長短取決于OUT2信號延續(xù)時間的長短，通過門控信號GATE2控制。GATE2是在并行接口芯片8255A的PB0的。

方式3工作，控制字為B6H。

初值置533H（即1331）。OUT2輸出方波頻率為：1.19MHz/1331＝894Hz。PC機中的8253—計數器28253的3個計數器的預置程序如下：PR０：MOVAL，36H ；選擇計數器0，寫雙字節(jié)計數值， ；方式3，二進制計數

OUT43H，AL ；寫控制字

MOVAL，0 ；預置計數值65536 OUT40H，AL ；先送低字節(jié)計數值

OUT40H，AL ；后送高字節(jié)計數值PR1： MOVAL，54H ；選擇計數器1，讀/寫低字節(jié)計數 ；值，方式2，二進制計數

OUT43H，AL MOVAL，12H ；預置計數器初值18 OUT41H，ALPR2： MOVAL，0B6H ；選擇計數器2，讀/寫雙字節(jié)計數 ；值，方式3，二進制計數

OUT43H，AL MOVAX，533H ；送分頻數1331 OUT42H，AL ；先送低字節(jié)

MOVAL，AH OUT42H，AL ；后送高字節(jié)【例11.3】某8086系統(tǒng)中有一片8253芯片，端口地址為500H、502H、504H、506H，各通道均接6MHz的時鐘信號，要求在計數器0輸出一個最大寬度的負脈沖，計數器1輸出一個方波信號，周期為10s，計數器2輸出一個定時中斷信號，定時時間為0.2ms，寫出其初始化程序。

8253的應用舉例１

分析：計數器0、1、2的地址分別為500H、502H、504H，控制端口的地址為506H。計數器0工作在方式1，必須采用二進制，計數器值為0（65536）。

計數器1工作在方式3，計數值為

60，只寫低字節(jié)，采用二進制或BCD碼計數都可以。

計數器2工作在方式0，計數值為1200，采用二進制或BCD碼計數都可以。8253的應用舉例１（續(xù)一）計數器0：MOVDX，506HMOVAL，00110010BOUTDX，ALMOVDX，500HMOVAL，0OUTDX，ALOUTDX，AL計數器2：MOVDX，506HMOVAL，10110000BOUTDX，ALMOVDX，504HMOVAX，1200OUTDX，ALMOVAL，AHOUTDX，AL計數器1：MOVDX，506HMOVAL，01010111BOUTDX，ALMOVDX，502HMOVAL，60HOUTDX，AL8253的應用舉例１（續(xù)二）【例11.4】某8088系統(tǒng)中有一片8253芯片，端口地址為150H～153H，計數器0的輸出作為計數器1的計數脈沖，利用計數器1控制發(fā)光二極管，使發(fā)光二極管持續(xù)閃爍，亮2秒，滅2秒，利用其計數器2完成對外部事件計數，計滿200次向CPU發(fā)出中斷申請，試編寫8253的初始化程序，硬件電路如圖11.12所示。8253的應用舉例２計數器0：計數初值N=2MHz/1KHz=2000，設采用二進制計數，操作類型為11(2000=07D0H，高低字節(jié)都不為0)，方波為方式3。

初始化程序如下：

MOVAL，00110110B ；通道0的控制字MOVDX，153H ；控制端口的地址OUTDX，AL ；寫控制字到控制端口MOVAX，2000；讓計數初值2000自動分離出高低字節(jié)MOVDX，150H ；通道0