第11章-定時計數(shù)器8253綜述課件

教學內(nèi)容8253的編程結(jié)構(gòu)及工作原理

8253與CPU的連接

8253的初始化

8253的工作方式應用舉例在微型計算機系統(tǒng)中，常需要用到定時功能。所謂定時（計數(shù)）就是通過硬件或軟件的方法產(chǎn)生一個時間基準，以此來實現(xiàn)對系統(tǒng)的定時或延時控制。

定時與計數(shù)

計數(shù)：記錄事件產(chǎn)生的次數(shù)。在計算機中，其實質(zhì)是記錄脈沖個數(shù)。計數(shù)對象脈沖不一定要求是周期信號。

定時：在預定時間產(chǎn)生的有關信號。在計算機中，定時是通過累計計時單元獲得，即定時的本質(zhì)就是計數(shù)，且定時所計脈沖是標準的周期脈沖。11.1定時功能的實現(xiàn)方法1.軟件定時

軟件定時：由于執(zhí)行每條指令都需要時間，則執(zhí)行一個程序段就需要一個固定的時間，通過適當?shù)靥暨x指令和安排循環(huán)次數(shù)來實現(xiàn)軟件的定時。這種方法由于要完全占用CPU的時間，因而降低了CPU的利用率。優(yōu)點：不需要外加硬件電路。缺點：可移植性差，定時時間越長，CPU的開銷越大，而且不能響應中斷，否則定時就不準確了。2.硬件定時硬件定時—由硬件電路來實現(xiàn)的定時 優(yōu)點—減輕CPU的負擔，使得在定時期間CPU能做其它工作。不可編程的硬件定時—555時基電路它采用固定的電路，如可以采用小規(guī)模集成電路555，外接電阻和電容構(gòu)成單穩(wěn)延時電路。這樣的定時電路簡單，而且通過改變電阻和電容，可以使定時在一定的范圍內(nèi)調(diào)整。缺點：不易修改定時參數(shù)，時間長了會老化。11.1定時功能的實現(xiàn)方法可編程硬件定時—8253定時/計數(shù)器

這是目前在控制系統(tǒng)中廣泛使用的方法，它通過編程來控制電路的定時值及定時范圍，功能強，使用靈活。在計算機系統(tǒng)中，象定時中斷、定時檢測、定時掃描等等都是用可編程定時器來完成定時控制的。優(yōu)點：定時參數(shù)和工作方式又可由軟件來控制，定時過程不需要CPU干預。11.1定時功能的實現(xiàn)方法61.定時定義：提供時間基準。分類：內(nèi)部定時、外部定時。2.計數(shù)定時與計數(shù)本質(zhì)上是一致的。計數(shù)的信號隨機，定時的信號具有穩(wěn)定和準確的周期性。11.2可編程計數(shù)/定時器的工作原理73)計數(shù)器/定時器的用處：①作為中斷信號②輸出精確的定時信號③作為波特率發(fā)生器④實現(xiàn)延遲8計數(shù)器/定時器的基本原理圖12349說明：1）一般結(jié)構(gòu)中包含4個寄存器，其中控制/狀態(tài)寄存器共用一個端口地址，初始值/計數(shù)輸出寄存器共用另一個端口地址。2）計數(shù)輸出寄存器放當前計數(shù)值，計數(shù)執(zhí)行部件數(shù)值不能直接讀出；103）狀態(tài)寄存器用于CPU查詢狀態(tài)用；4）3個引腳信號：CLK——時鐘輸入、GATE——門控信號（模式不同則不同）、OUT——中斷請求或設備啟動或特殊波形信號11.28253定時計數(shù)器3個獨立的16位計數(shù)器通道每個計數(shù)器有6種工作方式按二進制或十進制（BCD碼）計數(shù)12

（1）8253的編程結(jié)構(gòu)1.

數(shù)據(jù)總線緩沖器：數(shù)據(jù)總線緩沖器是一個三態(tài)，雙向8位寄存器，用于將8253與系統(tǒng)總線D0-D7相連。基本功能：向8253寫入確定8253工作方式的命令；向計數(shù)寄存器裝入初值；讀出計數(shù)器的初值或當前值。一、8253的編程結(jié)構(gòu)2.讀/寫邏輯讀/寫邏輯由CPU發(fā)來的讀、寫信號和地址信號，選擇讀出或?qū)懭爰拇嫫?，并且確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颍菏亲x出還是寫入。3.控制字寄存器控制字寄存器接受CPU送來的控制字。這個控制字用來選擇計數(shù)器及相應的工作方式?？刂谱旨拇嫫髦荒軐懭?，不能讀出。一、8253的編程結(jié)構(gòu)4.計數(shù)器（定時是對標準脈沖計數(shù)）8253有三個獨立的計數(shù)通道每個通道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同，均有16位的計數(shù)單元CE（減1計數(shù)器，不可讀寫）16位初值寄存器CR（只寫）16位輸出鎖存器OL組成（只讀）控制單元—控制該計數(shù)器的工作方式

一、8253的編程結(jié)構(gòu)計數(shù)器結(jié)構(gòu)示意圖預置寄存器GATECLKOUT減1計數(shù)器輸出鎖存器計數(shù)初值寄存器（16位）：用于存放計數(shù)初值在計數(shù)器計數(shù)過程中保持不變。

計數(shù)單元（16位）：用于進行減1計數(shù)操作，每來一個時鐘脈沖，它就作減1運算，直至將計數(shù)初值減為零。當前計數(shù)值鎖存器（16位）：用于鎖存減1計數(shù)器的內(nèi)容，以供讀出和查詢。一、8253的編程結(jié)構(gòu)8253的引腳圖二、8253與CPU的連接8253GATE0OUT0CLK05V8088CPU2KHzD0~78253與8位CPU的連接譯碼地址M/IOCSWRRDA0A1A0A1WRRD二、8253與CPU的連接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)8253的I/O地址01000010010101001011001

00001

01001

10功能對計數(shù)器0設置計數(shù)初值CSRDA1A0WR對計數(shù)器1設置計數(shù)初值對計數(shù)器2設置計數(shù)初值設置控制字從計數(shù)器0讀出計數(shù)值從計數(shù)器1讀出計數(shù)值從計數(shù)器2讀出計數(shù)值8253加電后的工作方式不確定8253必須初始化編程，才能正常工作寫入控制字控制字寫入控制端口寫入計數(shù)初值初值寫入相應的計數(shù)器三、8253的初始化計數(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=118253控制字格式

SC1SC0RW1RW0M2M1M0BCD1--計數(shù)值為BCD碼格式0--計數(shù)值為二進制格式M2M1M0模式選擇

000模式0001模式1/10模式2/11模式3100模式4101模式500----選計數(shù)器001----選計數(shù)器110----選計數(shù)器211----無意義三、8253的初始化00----對計數(shù)器進行鎖存01----只讀/寫低8位字節(jié)10----只讀/寫高8位字節(jié)11----先讀/寫低8位字節(jié),

再讀/寫高8位字節(jié).選擇二進制時計數(shù)值范圍：0000H～FFFFH0000H是最大值，代表65536選擇十進制（BCD碼）計數(shù)值范圍：0000～99990000代表最大值10000計數(shù)初值:N=CLK的頻率fc

定時的時間t例：設8253:fc=1MHZ，最大計數(shù)初值N=65536

一個定時器最大定時時間：Tmax=N/fc=65536/106=0.065536s8253初值計算例:使2號定時器,工作在方式3,計數(shù)初值=533h,二進制計數(shù).試寫出8253初始化程序段.8253端口地址:40H,41H,42H,43HMOVAL,10110110B;2號定時器,方式3OUT43H,ALMOVAX,0533HOUT42H,AL;2號數(shù)據(jù)口MOVAL,AHOUT42H,AL三、8253的初始化設置控制字；確定計數(shù)初值例:使0號定時器,工作在方式3,計數(shù)初值N=1000,二進制計數(shù).試寫出8253初始化程序段.8253端口地址:40H,41H,42H,43HMOVAL,10110110B;2號定時器,方式3OUT43H,ALMOVAX,1000OUT40H,AL;0號數(shù)據(jù)口MOVAL,AHOUT40H,AL讀取計數(shù)值對8位數(shù)據(jù)線，讀取16位計數(shù)值需分兩次計數(shù)在不斷進行，應該將當前計數(shù)值先行鎖存，然后讀?。合蚩刂谱諭/O地址：給8253寫入鎖存命令從計數(shù)器I/O地址：讀取鎖存的計數(shù)值讀取計數(shù)值，要注意讀寫格式和計數(shù)數(shù)制

例：要求讀出并檢查1號計數(shù)器的當前計數(shù)值是否是全“1”（假定計數(shù)值只有低8位），其程序段為

MOVDX,307H；命令口L：MOVAL，01000000B

；1號計數(shù)器的鎖存命令

OUTDX，AL；寫入命令寄存器

MOVDX，305H；1號計數(shù)器數(shù)據(jù)口

INAL，DX；讀計數(shù)器的當前計數(shù)值

CMPAL，0FFH；比較

JNEL；非全“1”，再讀

HLT；是全“1”，暫停

讀取計數(shù)值31

（1）8253的編程結(jié)構(gòu)8253控制字格式

SC1SC0RW1RW0M2M1M0BCD1--計數(shù)值為BCD碼格式0--計數(shù)值為二進制格式M2M1M0模式選擇

000模式0001模式1/10模式2/11模式3100模式4101模式500----選計數(shù)器001----選計數(shù)器110----選計數(shù)器211----無意義三、8253的初始化00----對計數(shù)器進行鎖存01----只讀/寫低8位字節(jié)10----只讀/寫高8位字節(jié)11----先讀/寫低8位字節(jié),

再讀/寫高8位字節(jié).四、8253的工作方式8253有6種工作方式，由方式控制字確定熟悉每種工作方式的特點才能根據(jù)實際應用問題，選擇正確的工作方式每種工作方式的過程類似：⑴設定工作方式⑵設定計數(shù)初值⑶硬件啟動⑷計數(shù)初值進入減1計數(shù)器⑸每輸入一個時鐘計數(shù)器減1的計數(shù)過程⑹計數(shù)過程結(jié)束基本規(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的影響立即有效方式0計數(shù)結(jié)束中斷①②⑤④⑥GATEOUTCLK

031244方式0WR①設定工作方式②設定計數(shù)初值④計數(shù)值送入計數(shù)器⑤計數(shù)過程⑥計數(shù)結(jié)束(2)方式1：硬件可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)方式(可編程單脈沖)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。方式1可編程單穩(wěn)脈沖①②⑤④⑥①設定工作方式②設定計數(shù)初值③③硬件啟動④計數(shù)值送入計數(shù)器⑤計數(shù)過程⑥計數(shù)結(jié)束GATEOUTCLK

031244方式1WR(3)方式2：周期性負脈沖輸出（速率發(fā)生器）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。重裝重裝下次有效方式2頻率發(fā)生器（分頻器）03124GATEOUTCLK

4方式2031240312403124WR方式3方波發(fā)生器03124GATEOUTCLK

4方式3031240312403124WR方式4軟件觸發(fā)選通信號GATEOUTCLK031244方式42233310WR方式5硬件觸發(fā)選通信號GATEOUTCLK031244方式522333110WR各種工作方式的輸出波形方式0方式1方式2方式3方式4方式50N0N0N0/N110NN/2

N/20/N0N01N01N01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，先寫的必是低8位，后寫的必是高8位。

五、8253應用舉例例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1000H，按BCD碼計數(shù)。試寫出初始化程序段。

解：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：

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：

選計數(shù)器1只寫高8位

選工作方式2BCD計數(shù)

0

0

0

1

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

例1：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，AL