微機(jī)可編程記數(shù)定時器接口

微機(jī)可編程記數(shù)定時器接口1第一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二可編程定時／計數(shù)器接口芯片8253功能:

定時和脈沖信號的處理與接口是完全有別于并行信號的，其特點(diǎn)是信號形式簡單但需要連續(xù)檢測，下面介紹的INTEL8253可編程定時／計數(shù)器就是可以實(shí)現(xiàn)所要求這方面功能。8253內(nèi)部有3個獨(dú)立的16位定時／計數(shù)器通道。計數(shù)器可按照二進(jìn)制或十進(jìn)制計數(shù)，計數(shù)和定時范圍可在1—65535之間改變，每個通道有6種工作方式，計數(shù)頻率可高達(dá)2MHz以上。2第二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二8253的管腳分配

通道管腳數(shù)據(jù)線通道選擇控制線3第三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二8253的編程:

8253只有一個控制字，8253的一個方式控制字只決定一個計數(shù)通道的工作模式。8253的控制字格式如圖所示。共分為4部分，通道選擇、計數(shù)器讀/寫方式、工作方式和計數(shù)碼的選擇。4第四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二D7、D6：選擇計數(shù)器，11為非法；D5、D4：控制計數(shù)器讀/寫的字節(jié)及讀寫高低字節(jié)的順序；00-鎖存命令；01-只讀/寫一個低字節(jié)；10-只讀/寫一個高字節(jié)；讀/寫2個字節(jié)，先低后高；D3、D2、D1：選擇計數(shù)器的工作方式，自方式0至方式5；D0：計數(shù)器碼制，0-二進(jìn)制，1-二十進(jìn)制。5第五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二編程結(jié)構(gòu)—程序員的觀點(diǎn)計數(shù)器(3個)——包括控制寄存器——存放控制命令字（只寫）占用4個地址—3個計數(shù)器，1個控制寄存器16位初值寄存器16位計數(shù)寄存器（減法計數(shù)器）6第六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二定時/計數(shù)的工作過程1.設(shè)置8253的工作方式2.設(shè)置計數(shù)初值到初值寄存器3.第一個CLK信號使初值寄存器的內(nèi)容置入計數(shù)寄存器4.以后每來一個CLK信號，計數(shù)寄存器減15.減到0時，OUT端輸出一特殊波形的信號注：以上計數(shù)過程中還受到GATE信號的控制7第七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二計數(shù)啟動方式軟件啟動過程硬件啟動過程GATE端保持為高電平寫入計數(shù)初值后的第2個CLK脈沖的下降沿開始計數(shù)GATE端有一個上升沿對應(yīng)CLK脈沖的下降沿開始計數(shù)程序指令啟動————軟件啟動外部電路信號啟動——硬件啟動8第八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二五、工作方式方式0——計數(shù)結(jié)束中斷方式1——可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器方式2——頻率發(fā)生器方式3——方波發(fā)生器方式4——軟件觸發(fā)選通方式5——硬件觸發(fā)選通9第九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二工作方式方式0軟件啟動，不自動重復(fù)計數(shù)。裝入初值后OUT端變低電平，計數(shù)結(jié)束OUT輸出高電平。(計數(shù)結(jié)束中斷)10第十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二1、方式0——計數(shù)結(jié)束中斷方式工作方式0有如下特點(diǎn)：a、門控信號GATE必須為1，計數(shù)器才能計數(shù)；b、計數(shù)時通道輸出端OUT一直為0；c、通道計數(shù)器計數(shù)到0后，OUT由0到1，同時計數(shù)器停止工作。11第十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二方式1

硬件啟動（GATE上升沿觸發(fā)），不自動重復(fù)計數(shù)。裝入初值后OUT端變高電平，計數(shù)開始OUT端變?yōu)榈碗娖剑嫈?shù)結(jié)束后又變高。(單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器)方式112第十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二2、方式1——可編程序的單個負(fù)脈沖

（單穩(wěn)）方式1工作過程如下：a、門控信號GATE是觸發(fā)信號，上升沿有效。即開始計數(shù)是由GATE的上升沿觸發(fā)的；b、

觸發(fā)后，通道計數(shù)器開始計數(shù)，輸出端OUT由高變低；c、

計數(shù)器計數(shù)到0，OUT再由低變高。方式113第十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二方式2軟、硬件啟動，自動重復(fù)計數(shù)。裝入初值后OUT端變高電平，計數(shù)到最后一個CLK時OUT輸出負(fù)脈沖，并連續(xù)重復(fù)此過程。GATE=1允許計數(shù)；=0后停止計數(shù)?；謴?fù)=1后，按原定的計數(shù)值重新開始計數(shù)。(頻率發(fā)生器)方式2-頻率發(fā)生器14第十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二3、方式2——頻率發(fā)生器（自動裝入時間常數(shù)的N分頻器）方式2的特點(diǎn)如下：a、

GATE門為1，計數(shù)器才能工作，對CLK端上的脈沖進(jìn)行計數(shù)；b、

當(dāng)計數(shù)器“減”計數(shù)到1時，OUT由高變低，再經(jīng)過一個CLK周期，即計數(shù)器計數(shù)到0時，輸出端OUT又跳變?yōu)楦?。方?輸出周期性負(fù)脈沖信號，其寬度固定為一個CLK周期；c、

當(dāng)計數(shù)器的值減為0時，自動重新裝入計數(shù)初值，實(shí)現(xiàn)循環(huán)計數(shù)。15第十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二16第十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二工作方式3

方式3軟、硬件啟動，自動重復(fù)計數(shù)。裝入初值后OUT端變高電平，然后OUT連續(xù)輸出對稱方波：(方波發(fā)生器)前N/2或（N+1）/2個CLK，OUT為高，后N/2或（N-1）/2個CLK，OUT為低。17第十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二4、方式3——方波發(fā)生器

方式2雖然可以作分頻電路，但其輸出是窄脈沖，如果是方波，就只有選方式318第十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二方式4方式4軟件啟動，不自動重復(fù)計數(shù)。裝入初值后輸出端變高電平，計數(shù)結(jié)束輸出一個CLK寬度的負(fù)脈沖(軟件觸發(fā)選通)19第十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二5、方式4——軟件觸發(fā)方式方式4在工作過程中有以下特點(diǎn)：a、

門控信號GATE為高電平，計數(shù)器開始減1計數(shù)，OUT維持高電平；b、

當(dāng)計數(shù)器減到0，輸出端OUT變低，再經(jīng)過一個CLK輸入時鐘周期，OUT輸出又變高。方式420第二十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二方式4——軟件觸發(fā)方式21第二十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二方式5

方式5

硬件啟動，不自動重復(fù)計數(shù)。OUT端波形與方式4相同(硬件觸發(fā)選通)22第二十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二6、方式5——硬件觸發(fā)方式這種工作方式同方式4很相似，當(dāng)控制字寫入控制寄存器后，輸出端OUT變高。同方式4不同的一點(diǎn)是當(dāng)計數(shù)值寫入通道計數(shù)器后，通道并未被觸發(fā)，也就是計數(shù)器并不立即開始計數(shù)。只有當(dāng)GATE信號的上升沿觸發(fā)通道后，通道計數(shù)器才開始計數(shù)。23第二十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二方式5——硬件觸發(fā)方式24第二十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二各種工作方式特點(diǎn)方式0（計數(shù)結(jié)束中斷）計數(shù)過程中，GATE端應(yīng)保持高電平。每寫入一次初值計數(shù)一個周期，然后停止計數(shù)。OUT端輸出是一個約(N+1)TCLK寬度的負(fù)脈沖。計數(shù)過程中可隨時修改初值重新開始計數(shù)。方式1（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）門控信號GATE端的跳變觸發(fā)計數(shù)，可重復(fù)觸發(fā)。若下一次GATE上升沿提前到達(dá)，則OUT端負(fù)脈沖拉寬為兩次計數(shù)過程之和。計數(shù)過程中寫入新初值不影響本次計數(shù)。25第二十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二各種工作方式特點(diǎn)方式2（頻率發(fā)生器）GATE為計數(shù)的控制信號：GATE變低計數(shù)停止，再變高時的下一個CLK下降沿，從初值開始重新計數(shù)。每個計數(shù)周期結(jié)束時（減到1時），OUT端輸出一個TCLK寬度的負(fù)脈沖。計數(shù)過程自動重復(fù)進(jìn)行。計數(shù)過程中修改初值不影響本輪計數(shù)過程。方式3（方波發(fā)生器）OUT輸出方波，前半周期為高，后半周期為低。計數(shù)過程中修改初值不影響本半輪計數(shù)過程。其余的與方式2類似。26第二十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二各種工作方式特點(diǎn)方式4（軟件觸發(fā)選通）計數(shù)過程中，GATE端應(yīng)保持高電平。每寫入一次初值，計數(shù)一個周期，然后停止計數(shù)。每個計數(shù)周期結(jié)束時（減到0時），OUT端輸出一個TCLK寬度的負(fù)脈沖。計數(shù)過程中修改初值不影響本輪計數(shù)過程。方式5（硬件觸發(fā)選通）寫入初值時，GATE端應(yīng)保持低電平。GATE每出現(xiàn)一次正脈沖，計數(shù)一個周期，然后停止計數(shù)。每個計數(shù)周期結(jié)束時（減到0時），OUT端輸出一個TCLK寬度的負(fù)脈沖。計數(shù)過程中修改初值不影響本輪計數(shù)過程。27第二十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二8253的工作方式小結(jié)8253的六種工作方式可歸為兩類，一個是充當(dāng)頻率發(fā)生器，另一類主要是作計數(shù)器來使用。下面我們就從這個角度來討論總結(jié)OUT和GATE門的作用。

28第二十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二與頻率發(fā)生器有關(guān)的工作方式

8253有兩種方式與頻率發(fā)生器有關(guān)，即方式2和發(fā)生3，對OUT端，方式2提供給用戶的是負(fù)脈沖，方式3提供給用戶的是方波。在這個兩種方式下，GATE信號要始終保持為高。29第二十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二與計數(shù)器有關(guān)的工作方式

有方式0、1和方式4、5。啟動方式有兩種：一種是CPU把時間常數(shù)寫入相應(yīng)通道后，計數(shù)器就開始工作，可稱之為軟件啟動方式。在這種啟動方式下，GATE要始終保持為高電平，所以方式0和方式4可以稱為軟件啟動方式。另一種是硬件啟動計數(shù)器，即CPU把時間常數(shù)寫入計數(shù)器后，即使GATE為高電平，計數(shù)器并不工作。只有GATE發(fā)生跳變，其上升沿啟動計數(shù)器工作，所以方式1和方式5就可以稱為硬件啟動方式。計數(shù)器溢出時，OUT有兩種輸出形式，要么是電平，要么是負(fù)脈沖。前者有方式0方式1，后者有方式4和方式5。

30第三十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二8253應(yīng)用舉例例1：現(xiàn)有一個高精密晶體振蕩電路，輸出信號是脈沖波，頻率為1MHz。要求利用8253做一個秒信號發(fā)生器，其輸出接一發(fā)光二極管，以0.5秒點(diǎn)亮，0.5秒熄滅的方式閃爍指示。設(shè)8253的通道地址為80H～86H（偶地址）31第三十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二解：1、時間常數(shù)計算

這個例子要求用8253作一個分頻電路，而且其輸出應(yīng)該是方波，否則發(fā)光二極管不可能等間隔閃爍指示。頻率為1MHz信號的周期為1微妙，而1Hz信號的周期為1秒，所以分頻系數(shù)N可按下式進(jìn)行計算：32第三十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二

由于8253一個通道最大的計數(shù)值是65536，所以對于N＝1000000這樣的大數(shù)，一個通道是不可能完成上述分頻要求的。由于即取兩個計數(shù)器，采用級聯(lián)方式。2、電路33第三十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二

3、工作方式選擇由于通道1要輸出方波信號推動發(fā)光二極管，所以通道1應(yīng)選工作方式3。對于通道0，只要能起分頻作用就行，對輸出波形不做要求，所以方式2和方式3都可以選用。

這樣對于通道0，我們?nèi)」ぷ鞣绞?，BCD計數(shù)；對于通道1，我們?nèi)」ぷ鞣绞?，二進(jìn)制計數(shù)（當(dāng)然也可選BCD計數(shù)）34第三十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二4、程序 moval,00110101b ；通道0控制字 out86h,al moval,00 ；通道0初始計數(shù)值 out80h,al moval,10h out80h,al moval,01110110b ；通道1控制字 out86h,almoval,0e0h ；通道1初始計數(shù)值，03E8H=1000BCD out82h,al moval,03h out82h,al35第三十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二例2：計件系統(tǒng)。計件系統(tǒng)的功能就是記錄脈沖的個數(shù)。

一個脈沖代表一個事件，比如交通道路檢測系統(tǒng)中通過檢測點(diǎn)的車輛，工業(yè)控制系統(tǒng)中流水線上已加工好的工件。要求在計件過程中，PC機(jī)可以顯示當(dāng)前計數(shù)器的內(nèi)容，當(dāng)完成10000個工件記錄后，系統(tǒng)發(fā)出1KHz信號推動喇叭發(fā)音通知用戶。36第三十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二解：1、電路:需要兩個通道，一個作為計數(shù)，選用通道0。另一個產(chǎn)生1KHz信號，選用通道1。工作原理如下，傳感器電路把物理事件轉(zhuǎn)換為脈沖信號輸入到通道0計數(shù)，當(dāng)記錄10000個事件后，通道0計數(shù)器溢出，GATE端輸出高電平，這時通道1開始工作，產(chǎn)生1KHz信號推動喇叭發(fā)音。37第三十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期二2、工作方式選擇對于通道1，由