9定時計數(shù)器8253應用設計

第9章

定時/計數(shù)器8253應用設計

可編程定時/計數(shù)器8253的原理結(jié)構(gòu)圖

8253的原理結(jié)構(gòu)及工作原理8253有三個獨立的計數(shù)通道（也稱計數(shù)器）：計數(shù)器0、計數(shù)器1、計數(shù)器2。引腳名功能連接去向數(shù)據(jù)總線（雙向）CPU片選信號譯碼電路讀信號CPU寫信號CPU端口地址CPU3個計數(shù)通道的時鐘（計數(shù)脈沖）外部3個計數(shù)通道的控制信號外部3個計數(shù)通道的輸出信號外部Vcc電源（+5V）/GND地/8253引腳定義

8253的引腳功能及特點單個計數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

每個計數(shù)通道主要包含四個部件：計數(shù)寄存器CR（ConutRegister,16位）、計數(shù)工作單元CE（CountingElement,16位）、輸出鎖存器OL（OutputLatch,16位）、控制字寄存器（ControlWordRegister，8位）。8253的原理結(jié)構(gòu)及工作原理每個計數(shù)器相關的引腳有三個，兩個輸入引腳CLK和GATE，一個輸出引腳OUT。8253的原理結(jié)構(gòu)及工作原理CLK：時鐘輸入引腳，這是定時和計數(shù)的基準脈沖，計數(shù)或定時的基本單位就是CLK脈沖，通常以脈沖個數(shù)作為計數(shù)值或脈沖周期作為定時標準。GATE門控信號，高電平有效。該信號為高電平，則進行正常的減法計數(shù)，低電平而停止計數(shù)。OUT計數(shù)器輸出信號，當定時結(jié)束或計數(shù)結(jié)束，在該引腳產(chǎn)生一個控制信號。定時/計數(shù)器8253占用4個端口地址：

尋址

00 計數(shù)通道0 01 計數(shù)通道1 10 計數(shù)通道2 11 控制字寄存器8253的原理結(jié)構(gòu)及工作原理

為說明方便，將這四個地址分別用COUNTA、COUNTB、COUNTC和COUNTD表示。

通過計數(shù)通道的端口地址可以訪問通道中的CR、OL，當對通道進行寫操作時，實際上表示將計數(shù)初值（即時常數(shù)）寫入CR；當對通道進行讀操作時，表示將從OL中讀取計數(shù)值。定時/計數(shù)器8253一共有6種工作方式，由控制字寄存器的內(nèi)容來設定。方式控制字如下所示：8253的控制字控制字中的位D7D6來確定計數(shù)通道： 含義

00 計數(shù)通道001 計數(shù)通道110 計數(shù)通道211 保留8253的控制字D5D4用于設定計數(shù)通道的讀寫規(guī)則： 含義00 計數(shù)通道的鎖存命令，即將當前CE的內(nèi)容鎖存到OL01 只讀寫CR或OL的低8位10 只讀寫CR或OL的高8位11 先讀寫CR或OL的低8位，再讀寫高8位方式控制字的位用于設定計數(shù)通道的工作方式： 含義

000方式0001 方式1×10 方式2×11 方式3100 方式4101 方式58253的控制字方式控制字的最低位D0（即BCD位）用于指定讀寫數(shù)據(jù)的格式，當BCD=0時，表示讀寫數(shù)據(jù)為二進制數(shù)，當BCD=1時，表示讀寫數(shù)據(jù)為兩位十進制數(shù)。

CLK脈沖:是指CLK信號從上升沿到下降沿的時間計數(shù)器：與計數(shù)通道的含義一致時常數(shù)：是指通過指令寫入到計數(shù)器的值，可以理解成計數(shù)器的初值幾個基本概念

最大時常數(shù):由于8253是減法計數(shù)，因此這兩種計數(shù)的最大初始值為0000.對于二進制減法計數(shù)，0000H實際表示10000H(65536)，而BCD碼計數(shù)的0000表示

10000。8253的工作方式

1．方式0——

計數(shù)達到終值時中斷

功能：方式0可以實現(xiàn)設定一個確定的時間t0，當?shù)竭_時間t0時，需要進行某種操作。在方式0下，當寫入方式控制字后，相應的OUT端輸出變?yōu)榈碗娖?，直到計?shù)器達到0時變?yōu)楦唠娖?，表示達到了定時的時間。GATE=1情況下方式0計數(shù)過程利用GATE信號加長OUT端的低電平寬度

利用寫入新的時常數(shù)加長OUT端的低電平寬度方式0的特點：在向8253置方式字或置時常數(shù)時,OUT輸出變成低電平；置入時常數(shù)后，下一個CLK脈沖，使CR內(nèi)容(初值)置入計數(shù)單元，之后每一個CLK脈沖都完成一次減一計數(shù)；當計數(shù)至0時,OUT由低變高,并繼續(xù)計數(shù),從0到0FFFFH；正常情況下，即GATE=1，對計數(shù)器置入時常數(shù)N后，要經(jīng)過N＋1個時鐘周期才能使OUT輸出高電平；在計數(shù)過程中，如GATE變?yōu)榈碗娖?這時只是暫停計數(shù)，等待GATE信號變?yōu)楦唠娖胶?，計?shù)器繼續(xù)“減1”計數(shù)。例題，向8253的＝11B的地址寫入00110000B，則表示計數(shù)器0設置成方式0，并且采用16位時常數(shù)，假設時常數(shù)為1500，則計數(shù)器0的初始化程序段如下：MOVDX,COUNTD ；寫入8253的方式控制字MOVAL,00110000BOUTDX,ALMOVDX,COUNTA ；計數(shù)器0置入時常數(shù)MOVAX,1500OUTDX,ALXCHGAL,AH;或MOVAL,AHOUTDX,AL2．方式2——

分頻脈沖形成功能：方式2類似于N分頻器，利用這種方式可以產(chǎn)生周期信號。GATE＝1時，將計數(shù)器設置成方式2后，OUT端輸出高電平；向CR置入時常數(shù)N后，下一個CLK脈沖將時常數(shù)從CR讀入CE，并開始“減1”計數(shù)；當計數(shù)到0001H時,OUT端變?yōu)榈碗娖?經(jīng)過一個CLK脈沖，OUT端再次變?yōu)楦唠娖?產(chǎn)生一個時鐘周期的負脈沖;與此同時，重新將時常數(shù)從CR讀入CE，并繼續(xù)計數(shù).這樣就產(chǎn)生周期的分頻信號。GATE＝1時方式2的計數(shù)過程當時常數(shù)為N時，則OUT產(chǎn)生的信號為計數(shù)時鐘的N分頻，高電平為（N－1）個計數(shù)時鐘周期，低電平為1個計數(shù)時鐘周期。當GATE為低電平時，計數(shù)器暫停計數(shù)，GATE端的上升沿使計數(shù)器重新讀入時常數(shù)。GATE信號的作用效果計數(shù)過程中寫入新的時常數(shù)，它只能在下一次分頻脈沖后起作用方式2的特點：在置方式2的控制字后，OUT端變?yōu)楦唠娖?；在置入時常數(shù)后，下一個CLK脈沖期間，將時常數(shù)從CR讀入CE，并開始“減1”計數(shù)；當CE計數(shù)到01時，在OUT端輸出一個負脈沖，并重新讀入時常數(shù)進行計數(shù)；正常情況下，當計數(shù)通道的時常數(shù)為N時，OUT產(chǎn)生的信號為計數(shù)時鐘的N分頻；

例如，向8253的＝11B的地址寫入10010100B，則表示計數(shù)器2設置成方式2，并且采用低8位時常數(shù)，假設時常數(shù)為13，則計數(shù)器2的初始化程序段如下：MOVDX,COUNTD ；寫入8253的方式控制字MOVAL,10010100BOUTDX,ALMOVDX,COUNTC ；計數(shù)器2置入時常數(shù)MOVAL,13OUTDX,AL這樣在OUT2端就產(chǎn)生了CLK2的13分頻信號3．方式3——

方波信號形成功能：方式3類似于方式2，只是在OUT上產(chǎn)生對稱的或近似對稱的方波。GATE＝1時，將計數(shù)器設置成方式3后，OUT端輸出高電平；向CR置入時常數(shù)N（設N為偶數(shù)）后，下一個CLK脈沖將時常數(shù)從CR讀入CE，并開始“減2”計數(shù);

當計數(shù)到0時，OUT端變?yōu)榈碗娖?；重新將時常數(shù)從CR讀入CE，并進行“減2”計數(shù)，當計數(shù)到0時，OUT端再次變?yōu)楦唠娖?，產(chǎn)生一個時鐘周期的方波信號;

重復這一過程，可以產(chǎn)生周期的對稱方波信號。

當設定的時常數(shù)N為奇數(shù)時，在將時常數(shù)從CR讀入CE時會自動減1，使CE中的初步變成N－1（偶數(shù)），OUT端輸出高電平，并開始“減2”計數(shù);

當計數(shù)到0時，再經(jīng)過1個CLK后使OUT端變成低電平；重新將時常數(shù)從CR讀入CE，并進行“減2”計數(shù)，當計數(shù)到0時，OUT端再次變?yōu)楦唠娖?，產(chǎn)生一個時鐘周期的方波信號，重復這一過程，可以產(chǎn)生周期的近似對稱的方波信號。GATE＝1時方式3的計數(shù)過程(時常數(shù)為偶數(shù))GATE＝1時方式3的計數(shù)過程(時常數(shù)為奇數(shù))當GATE為低電平時，計數(shù)器暫停計數(shù)，GATE端的上升沿使計數(shù)器重新讀入時常數(shù)。GATE信號的作用效果方式3的特點：在置方式3的控制字后，OUT端變?yōu)楦唠娖?；在置入偶?shù)的時常數(shù)后，OUT端產(chǎn)生一個周期的對稱方波信號；在置入奇數(shù)的時常數(shù)后，產(chǎn)生一個周期的近似對稱方波信號,高電平占(N+1)/2個計數(shù)時鐘周期,低電平占(N-1)/2個計數(shù)時鐘周期；正常情況下，當計數(shù)通道的時常數(shù)為N時，OUT產(chǎn)生的信號為計數(shù)時鐘的N分頻方波信號；8253的計數(shù)值的讀取在任何時刻都可以讀取某個計數(shù)器的當前計數(shù)值，分兩步實現(xiàn)：輸出計數(shù)器鎖存命令，將方式控制字中=00B，這樣可以將相應計數(shù)通道中的當前計數(shù)值鎖存到OL鎖存器，而CE會繼續(xù)計數(shù)；用IN指令讀取OL內(nèi)容。例如，要讀取計數(shù)器1中的計數(shù)值，其程序如下：MOVDX,COUNTD MOVAL,01000000BOUTDX,ALMOVDX,COUNTBINAL,DX；從OL讀取低位字節(jié)

XCHGAH,ALINAL,DX；從OL讀取高位字節(jié)

XCHGAH,AL這時，AX的內(nèi)容就是計數(shù)器1的當前計數(shù)值8253初始化編程1.一般原則對8253初始化編程分兩步，首先寫控制字，然后寫入對應通道的計數(shù)初值。至于先寫哪個通道，則由用戶任意選擇。每一個通道的控制字都必須寫入控制寄存器(AlA0=11)，初值必須寫入相應計數(shù)器對應的端口。2.計數(shù)初值的計算假設已知8253相應通道的CLK端接入的時鐘頻率為f，周期記為t=1／f，要求產(chǎn)生的周期性信號頻率為F(周期為T)或定時時間為T，則所需計數(shù)初值n為

n=T/t=f/F=T*f[例1]已知8253口地址為158H～15BH，其A1和A0與相應地址線相連，要求計數(shù)器0工作在方式0，計數(shù)初值為1000，二進制計數(shù)；計數(shù)器1工作在方式1，計數(shù)初值為86，BCD碼計數(shù)；計數(shù)器2的OUT端產(chǎn)生最大寬度的方波，寫出8253的初始化程序。計數(shù)器0的控制字：00110000B=30H初值：1000(超過256，用16位計數(shù))

計數(shù)器1的控制字：01010011B=53H初值：86(小于256，用低字節(jié)計數(shù))

計數(shù)器2的控制字：10110110B=B6H初值：0000(最大方波) MOVAL，30H；計數(shù)器0控制字

MOVDX，15BH；控制寄存器端口

OUTDX，AL；寫計數(shù)器0控制字

MOVAX，1000；計數(shù)器0初值

MOVDX，158H；計數(shù)器0端口

OUTDX，AL；寫計數(shù)器0計數(shù)初值低字節(jié)

MOVAL，AH OUTDX，AL；寫計數(shù)器0計數(shù)初值高字節(jié)

MOVAL，53H；計數(shù)器1控制字

MOVDX，15BH；控制寄存器端口

OUTDX，AL；寫計數(shù)器1控制字

MOVAL，86H；十進制計數(shù)，所以寫成十六進制的形式

MOVDX，159H；計數(shù)器1端口

OUTDX，AL；寫計數(shù)器1計數(shù)初值

MOVAL，0B6H；計數(shù)器2控制字

MOVDX，15BH；控制寄存器端口

OUTDX，AL；寫計數(shù)器2控制字

MOVAL，0；計數(shù)器2初值

MOVDX，15AH；計數(shù)器2端口

OUTDX，AL；寫計數(shù)器2計數(shù)初值低字節(jié)

OUTDX，AL；寫計數(shù)器2計數(shù)初值高字節(jié)[例2]某應用系統(tǒng)中，系統(tǒng)提供一個頻率為10KHZ的時鐘信號，要求每隔10ms向CPU提出中斷申請，試完成8253的初始化編程。

（1）選擇工作方式由于系統(tǒng)每隔10ms完成一次申請，則可選用方式2來實現(xiàn)。（2）確定計數(shù)初值已知fCLK0=10KHZ