《微型計算機技術》第七章 可編程定時器／計數(shù)器

2023/3/101微型計算機技術WeixinɡJisuɑnjiJishu

（第3版）

2023/3/102

第7章

可編程定時器／計數(shù)器2023/3/103可編程定時器／計數(shù)器7.1可編程定時器/計數(shù)器的典型結(jié)構(gòu)和基本工作原理7.2可編程定時器/計數(shù)器8253-52023/3/1047.1可編程定時器/計數(shù)器的典型結(jié)構(gòu)和基本工作原理

2023/3/105可編程定時器/計數(shù)器的典型結(jié)構(gòu)和基本工作原理

16位計數(shù)初值寄存器CR用來存放計數(shù)初值，可通過程序來設定。

計數(shù)執(zhí)行單元CE是一個16位減1計數(shù)器，它的初值便是計數(shù)初值寄存器的內(nèi)容，它只對CLK脈沖計數(shù)，一旦計數(shù)器被啟動后，每出現(xiàn)一CLK脈沖，計數(shù)執(zhí)行單元中的計數(shù)值減1，當減為零時，通過OUT輸出指示信號，表明計數(shù)執(zhí)行單元已為零。2023/3/106可編程定時器/計數(shù)器的典型結(jié)構(gòu)和基本工作原理

當CLK是一個周期性時鐘信號時，計數(shù)器為定時器功能；當CLK是一個非周期性事件計數(shù)信號時，此時呈計數(shù)器功能。

2023/3/107可編程定時器/計數(shù)器的典型結(jié)構(gòu)和基本工作原理

計數(shù)輸出鎖存器OL通常跟隨計數(shù)執(zhí)行單元的內(nèi)容而變化，當接收到CPU發(fā)來的鎖存命令時，就鎖存當前的計數(shù)值而不跟隨計數(shù)執(zhí)行單元變化，直到CPU從中讀取鎖存值后，才恢復到跟隨計數(shù)執(zhí)行單元變化的狀態(tài)。

GATE是控制輸入端，它有多種控制作用，如允許/禁止計數(shù)、啟動/停止計數(shù)。

2023/3/1087.2可編程定時器/計數(shù)器8253-57.2.18253-5的結(jié)構(gòu)和功能7.2.28253-5的工作方式7.2.38253-5的初始化7.2.48253-5的應用舉例2023/3/109

可編程定時器/計數(shù)器

8253-5（PIT）

在微機應用系統(tǒng)中，一種是要求一些外部實時時鐘，以實現(xiàn)延時控制或定時；另一種是要求能對外部事件計數(shù)的計數(shù)器。

8253-5PIT（ProgrammableIntervalTimer）就是一種可編程定時器/計數(shù)器芯片，又稱為“可編程間隔定時器”。2023/3/1010８２５３-５的引腳排列和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2023/3/1011

7.2.18253-5的結(jié)構(gòu)和功能

8253-5具有三個獨立的16位計數(shù)器，它可用程序設置成多種工作方式，按十進制或二進制計數(shù)，最高計數(shù)速率可達2.6MHz。

2023/3/1012三條信號線

① 計數(shù)輸入CLK—用于輸入定時基準脈沖或計數(shù)脈沖； ② 輸出信號OUT—以相應的電平指示計數(shù)的完成，或輸出脈沖波形； ③ 選通輸入（門控輸入）GATE—用于啟動或禁止計數(shù)器的操作，以使計數(shù)器和計測對象同步2023/3/1013三個寄存器①控制寄存器—初始化時，將控制字寄存器中對應的內(nèi)容寫入該寄存器；②計數(shù)初值寄存器—初始化時寫入該計數(shù)器的初始值；③減法計數(shù)寄存器—計數(shù)初值由計數(shù)初值寄存器送入減法計數(shù)寄存器，當計數(shù)輸入端輸入一個計數(shù)脈沖時，減法計數(shù)寄存器內(nèi)容減1，當減到零時，輸出端輸出相應信號表示計數(shù)結(jié)束。

2023/3/1014控制字寄存器

控制字寄存器(又稱工作方式寄存器）是只寫寄存器，它接受寫入的控制字,根據(jù)最高二位代碼,將后六位內(nèi)容寫入對應通道的控制寄存器。

三個控制寄存器控制對應通道計數(shù)器的工作。

8253-5的三個通道計數(shù)器是

獨立的16位減法計數(shù)器。2023/3/10157.2.28253-5的工作方式

在任何一種方式下，都必須先向8253寫入控制字，控制字還起復位作用，它使OUT端變?yōu)楣ぷ鞣绞街幸?guī)定的狀態(tài)和對計數(shù)初值寄存器CR清零；然后再寫入計數(shù)初值到CR中，其最大值為0000H。

2023/3/10161.方式0方式0—計數(shù)結(jié)束中斷方式（InterruptonTetminalCount）

方式0是典型的事件計數(shù)用法，CLK端作為事件計數(shù)輸入信號，當計數(shù)執(zhí)行單元CE為零時，OUT端變?yōu)楦唠娖?，它可作為中斷請求信號?方式0的時序波形見圖。2023/3/1017方式0的特點和應用（1）計數(shù)過程由軟件啟動。（2）GATE的作用是開放計數(shù)或禁止計數(shù)。（3）OUT端由低變高表示計數(shù)過程結(jié)束。2023/3/10182.方式1方式1—

硬件可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)方式（HardwareRetriggerableOne-Shot） 計數(shù)器相當于一個可編程的單穩(wěn)態(tài)電路，觸發(fā)輸入為GATE信號，由GATE的上升沿觸發(fā)計數(shù)器工作。2023/3/1019方式1的特點和應用（1）計數(shù)器的啟動只能由門控脈沖的上升沿產(chǎn)生，即只能用硬件啟動。（2）OUT輸出為一個單穩(wěn)態(tài)負脈沖，其脈寬為計數(shù)初值個CLK時鐘脈沖的周期之和。（3）在形成單穩(wěn)態(tài)脈沖過程中，可以重觸發(fā)。（4）在微機實時控制系統(tǒng)中常用作監(jiān)視時鐘（WatchdogTimer）。2023/3/10203.方式2方式2—速率發(fā)生器（RateGenenator） 方式2能產(chǎn)生周期性的定時信號，稱為速率發(fā)生器，又稱為N分頻方式和周期性定時器方式。 方式2的時序波形見圖。2023/3/1021方式2的特點和應用（1）CR內(nèi)容能自動地、重復地裝入到CE中，OUT端上就能連續(xù)地輸出周期性分頻信號。（2）既可軟件啟動，又可硬件啟動。（3）改變計數(shù)初值，即可獲得不同速率的OUT輸出信號。（4）負脈沖寬度均為一個CLK脈沖的周期。（5）主要應用作為分頻器和時基信號。2023/3/10224.方式3方式3—方波方式（SquareWareMode） 方式3的操作方式除OUT輸出方波之外，和方式2相似。方波的重復周期是計數(shù)初值個CLK脈沖周期之和。方式3的時序波形見圖。2023/3/1023方式3的特點和應用（1）方式3的計數(shù)過程是CE內(nèi)容減2。（2）軟件啟動和硬件啟動兩種。（3）改變計數(shù)初值，OUT端將輸出不同頻率。（4）主要應用作為方波發(fā)生器和波特率發(fā)生器。2023/3/10245.方式4

方式4—軟件觸發(fā)選通方式（SoftwareTriggeredstrobe）與方式0比較，主要區(qū)別是OUT端輸出的波形不同，在方式0中是計數(shù)器為0時輸出一個高電平，但在方式4中是輸出一個CLK脈沖周期寬度的負脈沖。其次是計數(shù)期間的輸出極性相反，方式0是低電平輸出，方式4是高電平輸出。

2023/3/10256.方式5

方式5—硬件觸發(fā)選通方式（HardwareTriggeredStrobe） 方式5和方式1有些相似。CE到零時OUT端產(chǎn)生寬度為1個CLK脈沖周期的負脈沖選通輸出信號。2023/3/1026６種工作方式的時序波形圖2023/3/10277.2.38253-5的初始化1.寫入方式控制字 三個通道用的控制字端口地址是相同的，三個控制字寫入后卻存入通道對應的寄存器中。2.寫入計數(shù)初始值3.讀計數(shù)值 在動態(tài)讀計數(shù)值時可以有兩種方法：（1）以普通對計數(shù)器端口讀的方法取得當前計數(shù)值。（2）鎖存計數(shù)器的當前計數(shù)值。選通信號GATE的功能2023/3/10282023/3/1029用8253-5監(jiān)視一個生產(chǎn)流水線2023/3/1030用8253-5監(jiān)視一個生產(chǎn)流水線工件從光源與光敏電阻之間通過時，在晶體管的發(fā)射極上會產(chǎn)生一個脈沖，此脈沖作為8253—5通道0計數(shù)器的計數(shù)輸入CLK0，當通道0計數(shù)滿50后，由OUT0輸出負脈沖，經(jīng)反相后作為8259A的一個中斷請求信號，在中斷服務程序中，啟動8253—5通道1計數(shù)器工作，由OUT1連續(xù)輸出2000Hz的方波，持續(xù)5秒鐘后停止輸出。2023/3/1031用8253-5監(jiān)視一個生產(chǎn)流水線主程序為：

MOVAL，15H;通道初始化

OUT43H，AL; MOVAL，50H;計數(shù)初值

OUT40H，AL STI ;開中斷

LOP：HLT ;等待中斷

JMPLOP中斷服務程序為：

MOVAL，01H；通道1的GATE1置1，啟動計數(shù)

OUT80H，AL2023/3/1032用8253-5監(jiān)視一個生產(chǎn)流水線

MOVAL，77H；通道1初始化

OUT43H，AL MOVAL，50H；計數(shù)初值

OUT41H，AL MOVAL，12H OUT41H，AL CALLDL5S ;延時5秒

MOVAL，00H

；通道1的GATE1置0，停止計數(shù)

OUT80H，AL IRET2023/3/10332.在PC機中的應用2023/3/1034在PC機中的應用1.工作原理分析⑴計數(shù)器0用來產(chǎn)生實時日時鐘信號，工作于方式3，計數(shù)初值為0，采用二進制計數(shù)方式，輸出端OUT0作為中斷請求信號IRQ0

。⑵計數(shù)器1用來產(chǎn)生動態(tài)存儲器刷新操作的定時控制信號。它工作于方式2，計數(shù)初值為18，OUT1端輸出一個負脈沖序列，其脈沖周期約為18÷1.1931816MHz＝15.08（μs）。2023/3/1035在PC機中的應用⑶計數(shù)器2用于為系統(tǒng)中的揚聲器發(fā)聲時提供一個約為900Hz的方波信號。它也工作于方式3，計數(shù)初值為0533H（1331），GATE2接入一個來自系統(tǒng)板上8255A的PB0，作為揚聲器發(fā)聲時間的控制信號。2023/3/1036在PC機中的應用2.8253的初始化程序段⑴對計數(shù)器0的初始化程序：

MOV AL，00110110B;寫入計數(shù)器0的控制

;CW=00110110B表示選擇計數(shù)器0、；雙字節(jié)寫、方式3和二進制計數(shù)

OUT 43H，AL MOV AL，0 ；計數(shù)初值為65536，先寫入低8位字節(jié)到CRL，

;后寫入高8位字節(jié)到CRH

OUT 40H，AL OUT 40H，AL2023/3/1037在PC機中的應用⑵對計數(shù)器1的初始化程序：MOVAL,01010100B；寫入計數(shù)器1的控制字

;CW=01010100B;表示選擇計數(shù)器1的控制寄存器，；只寫入低位字節(jié)，方式2和

;二進制計數(shù)

OUT 43H，AL MOV AL，18;計數(shù)初值寫入CRL中

OUT 41H，AL2023/3/1038在PC機中的應用⑶對計數(shù)器2的初始化程序：MOVAL，10110110B ；寫入計數(shù)器2的控制字，

;CW=10110110B表示選擇計數(shù)器2

；的控制寄存器，雙字節(jié)寫、方式3和二進制計數(shù)

OUT 43H，AL MOVAX，0533H；計數(shù)初值0533H依次寫入CR中

OUT42H，AL MOVAL，AH OUT42H，ALIN AL，61H；完成對8255APB0=PB1=1的設置，控制揚聲器發(fā)聲，；8255APB口的端口地址為061H

MOVAH，AL OR AL，03H OUT 61H，AL2023/3/10393.8253在實時控制系統(tǒng)中的應用

將8253的兩個計數(shù)器串聯(lián)起來，使其中的一個計數(shù)器作為定時器，當分頻器使用，將其OUT輸出信號作為另一個計數(shù)器的CLK脈沖信號；而另一計數(shù)器只起計數(shù)作用，其OUT輸出端作為中斷請求信號。2023/3/1040用8253組成的采樣周期發(fā)生器2023/3/1041在實時控制系統(tǒng)中的應用MOVDX，233H；寫入計數(shù)器0的控制字

MOVAL，00010100BOUTDX，ALMOVAL，230H；計數(shù)初值寫入CRL，并啟動計數(shù)器

MOVAL，00HOUTDX，ALMOVDX，233H；

寫入計數(shù)器1的控制字

MOVAL，01110110BOUTDX，ALMOVDX，231H；寫入計數(shù)初值到CR，并啟動計數(shù)器12023/3/1042在實時控制系統(tǒng)中的應用MOVAL，BYTEPTRTIMEOUTDX，ALMOVAL，BYTEPTRTIME+1OUTDX，ALMOVDI，28H；存中斷處理程序首地址偏移量到中斷向量表 MOVAX，OFFSETRTIMECLDSTOSWMOVAX，SEGRTIME

；存中斷處理程序首地址的段基值到中斷向量表STOSW…… …2023/3/1043

4.三個計數(shù)通道組合應用2023/3/10443個計數(shù)通道組合應用三個計數(shù)通道分別設置為：通道0—方式2，計數(shù)初值為1000；通道1—方式1，計數(shù)初值為500；通道2—方式3，計數(shù)初值為2000。外接時鐘為2.5MHz。試畫出三個通道的CLK、GATE及