課件 CH8 可編程計(jì)數(shù)器定時(shí)器8253及應(yīng)用

第8章可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253及應(yīng)用8.18253工作原理

一、8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳信號(hào)二、8253的初始化編程三、8253的工作方式

四、8253與系統(tǒng)的連接8.28253的應(yīng)用舉例

一、8253定時(shí)功能舉例二、8253計(jì)數(shù)功能舉例教材第8章內(nèi)容8.18253工作原理計(jì)算機(jī)中，經(jīng)常用到定時(shí)功能，如：系統(tǒng)時(shí)間、日歷、動(dòng)態(tài)RAM刷新、定時(shí)檢測(cè)參數(shù)等都需要定時(shí)信號(hào)。實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能主要有三種方法：

1、軟件定時(shí)2、不可編程的硬件定時(shí)3、可編程的硬件定時(shí)軟件定時(shí)（也稱軟件延時(shí)）定時(shí)時(shí)間由軟件編程（循環(huán)執(zhí)行某段程序）來控制。方法簡單、費(fèi)用低；但CPU的利用率低。不可編程的硬件定時(shí)定時(shí)時(shí)間由不可編程器件和外圍電路控制，通過改變電路參數(shù)，可在一定的范圍內(nèi)改變定時(shí)時(shí)間，定時(shí)精度不高。如：555芯片?？删幊痰挠布〞r(shí)定時(shí)時(shí)間和范圍是通過軟件對(duì)可編程器件進(jìn)行編程控制，晶振產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)作為時(shí)間基準(zhǔn)，定時(shí)精確。與CPU并行工作，應(yīng)用比較廣泛，如8253、8254。三種定時(shí)方法Intel8253是一種可編程的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器芯片。8253內(nèi)部具有3個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器通道，通過對(duì)它進(jìn)行編程，每個(gè)計(jì)數(shù)器通道均有6種工作方式，并且都可以按2進(jìn)制或10進(jìn)制兩種格式進(jìn)行計(jì)數(shù)，最高計(jì)數(shù)頻率達(dá)到2MHz。8253還可用作可編程方波頻率發(fā)生器、分頻器、程控單脈沖發(fā)生器等。8253綜述一、8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳信號(hào)（P233）1、數(shù)據(jù)總線緩沖器一個(gè)8位雙向的三態(tài)緩沖器，作為8253和系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線之間的接口。實(shí)現(xiàn)CPU與8253之間信息的傳送。傳送信息包括：進(jìn)行初始化編程時(shí)的控制字向某一計(jì)數(shù)器通道寫入的計(jì)數(shù)初值從某一計(jì)數(shù)器通道讀出的當(dāng)前計(jì)數(shù)值各部分功能簡介2、讀/寫控制邏輯接收系統(tǒng)送來的地址和讀寫信號(hào)，組合后形成控制信號(hào)，對(duì)各部分操作進(jìn)行控制。各部分功能簡介3、計(jì)數(shù)器0～28253內(nèi)部包含3個(gè)完全相同且獨(dú)立的計(jì)數(shù)器通道每個(gè)通道的內(nèi)部構(gòu)成：一個(gè)8位的控制字寄存器一個(gè)16位的計(jì)數(shù)初值寄存器（CR）一個(gè)16位計(jì)數(shù)器執(zhí)行部件(CE)16位的輸出鎖存器(OL)每個(gè)通道的外部引腳：CLK、GATE、OUT工作原理：設(shè)置工作方式、預(yù)置初值、減1計(jì)數(shù)兩種功能：計(jì)數(shù)、定時(shí)各部分功能簡介CS計(jì)數(shù)器0#

VCC控制寄存器GNDCRHCRL計(jì)數(shù)初值寄存器（CR）GATE0CLK0CEHCEL計(jì)數(shù)執(zhí)行單元（CE）OUT0OLHOLL輸出鎖存器（OL）

GATE1計(jì)數(shù)器1#CLK1

OUT1

GATE2計(jì)數(shù)器2#CLK2OUT2D0~D7地址譯碼地址線A1A0RDWR計(jì)數(shù)器工作原理寫控制字到控制寄存器（CW）設(shè)置工作方式寫計(jì)數(shù)初值到計(jì)數(shù)寄存器（CR）將CR中的值送入計(jì)數(shù)執(zhí)行單元CECE開始減1計(jì)數(shù)直到計(jì)數(shù)值為0GATE為有效信號(hào)，來個(gè)脈沖則開始減1計(jì)數(shù)4、控制字寄存器（P308）CPU用輸出指令向它寫入控制字，設(shè)置8253工作方式控制字格式：各部分功能簡介000方式0001方式1X

10

方式2X

11

方式3100方式4101方式5選擇計(jì)數(shù)器00選擇計(jì)數(shù)器0的控制寄存器01選擇計(jì)數(shù)器1的控制寄存器10

選擇計(jì)數(shù)器2的控制寄存器11

非法值SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCD00將計(jì)數(shù)執(zhí)行器CE中的數(shù)據(jù)鎖存到輸出鎖存器OL中01只讀/寫計(jì)數(shù)器的低8位10只讀/寫計(jì)數(shù)器的高8位11進(jìn)行兩次讀/寫操作（先低8位，后高8位）讀寫格式0：二進(jìn)制計(jì)數(shù)1：十進(jìn)制計(jì)數(shù)8253的初始化編程按順序分兩步完成：先寫入控制字；再寫計(jì)數(shù)初值1、寫入控制字由OUT指令向控制字寄存器寫入，用來選定計(jì)數(shù)器通道、規(guī)定該計(jì)數(shù)器的工作方式和計(jì)數(shù)方式。“寫入控制字”具有復(fù)位作用，使輸出端OUT變?yōu)橹付ǖ某跏紶顟B(tài)，并使計(jì)數(shù)器清0。二、8253的初始化編程2、寫入計(jì)數(shù)初值由OUT指令向某計(jì)數(shù)器送一個(gè)計(jì)數(shù)初值，可以是8/16位數(shù)據(jù)。若是8位數(shù)，一條OUT指令即可完成初值的設(shè)置；若是16位數(shù)，必須用兩條OUT指令來完成，且先送低8位數(shù)據(jù)，后送高8位數(shù)據(jù)。【注意】若計(jì)數(shù)初值為0時(shí)，要分成兩次寫入：

在二進(jìn)制計(jì)數(shù)方式時(shí)，0表示65536；BCD計(jì)數(shù)方式時(shí)，0表示10000。②

三個(gè)計(jì)數(shù)器初始化沒有先后順序?！纠?/p>

某微機(jī)系統(tǒng)中，8253的3個(gè)計(jì)數(shù)器端口地址分別為3F0H、3F2H和3F4H，控制端口地址為3F6H，若要求8253的通道0工作于方式3，計(jì)數(shù)初值N=1234，BCD方式計(jì)數(shù)，編寫初始化程序。初始化編程舉例初始化程序段如下：

MOVAL,00110111B MOVDX,3F6HOUTDX,ALMOVAL,34H；低8位MOVDX,3F0HOUTDX,ALMOVAL,12H；高8位OUTDX,AL門控信號(hào)GATE的控制功能（P310）1、方式0——計(jì)數(shù)結(jié)束中斷方式時(shí)序圖三、8253的工作方式8253方式0CW=10HCLKGATEOUTWRCR=66543210CRCE工作過程：寫入控制字，OUT立即變?yōu)榈?；寫初值到?jì)數(shù)寄存器（CR），若GATE為高電平，下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿將初值裝入計(jì)數(shù)執(zhí)行部件(CE)，才開始減1計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)期間，OUT一直為低；當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)束（計(jì)數(shù)值為0），OUT變?yōu)楦?，并一直保持到重新裝入初值或設(shè)置新的工作方式。用途：方式0常用來實(shí)現(xiàn)定時(shí)和對(duì)外部事件計(jì)數(shù)，利用OUT由低到高的變化發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)。8253方式0兩種特殊情況：8253方式01CW=10HCLKGATEOUT1

0WRCR=44322210CRCE0101（1）GATE門控信號(hào)的改變兩種特殊情況：8253方式0CW=10HCLKGATEOUTWRCR=33213210CRCECR=3CRCE（2）中途改變計(jì)數(shù)初值2、方式1——可編程單穩(wěn)態(tài)輸出方式時(shí)序圖8253方式1CRCE12CW=12HCLKGATEOUTWRCR=330CRCE工作過程寫入控制字，OUT立即變?yōu)楦?，并保持不變。寫?jì)數(shù)初值N，只有當(dāng)GATE形成一個(gè)上升沿時(shí)，才在下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿，將n裝入實(shí)際計(jì)數(shù)器，同時(shí)OUT由高變?yōu)榈?，開始減1計(jì)數(shù)（再來一個(gè)脈沖）。計(jì)數(shù)期間，OUT一直為低；當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)束（計(jì)數(shù)值為0），OUT變?yōu)楦?。用途：輸出?fù)脈沖OUT端輸出負(fù)脈沖的寬度=時(shí)鐘脈沖寬度×計(jì)數(shù)值N。8253方式1注意：在計(jì)數(shù)過程中，GATE為高、低和下降沿，均不影響計(jì)數(shù)；但若又來一上升沿，則將計(jì)數(shù)初值重新裝入實(shí)際計(jì)數(shù)器，重新開始計(jì)數(shù)，使OUT端的負(fù)脈沖變長；8253方式13、方式2——比率發(fā)生器時(shí)序圖8253方式2CR

CECR

CECW=14HCLKGATEOUTWRCR=3321032103CRCE21工作過程寫控制字，OUT為高。寫計(jì)數(shù)初值，若GATE為高電平，則在下一個(gè)時(shí)鐘脈沖下降沿，將計(jì)數(shù)初值裝入CE，開始減1計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)值減為1時(shí)，OUT由高變低，減為0時(shí)，OUT又變?yōu)楦?，即OUT輸出一個(gè)時(shí)鐘周期的負(fù)脈沖；同時(shí)，自動(dòng)將計(jì)數(shù)初值裝入計(jì)數(shù)執(zhí)行部件，開始新一輪的計(jì)數(shù)過程。用途：分頻器若計(jì)數(shù)器的初值為n，則OUT引腳產(chǎn)生的波形頻率為時(shí)鐘脈沖頻率的n分之一。8253方式2注意：（1）任何時(shí)候都可重新寫入新的計(jì)數(shù)初值，但只有當(dāng)原計(jì)數(shù)值減為0時(shí)，才按新寫入的計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)；（2）計(jì)數(shù)過程中，GATE變低時(shí)，禁止計(jì)數(shù)，且OUT變?yōu)楦?；?dāng)GATE再產(chǎn)生上升沿時(shí)，在下一個(gè)時(shí)鐘脈沖下降沿，重新將計(jì)數(shù)初值裝入實(shí)際計(jì)數(shù)器，開始減1計(jì)數(shù)。8253方式24、方式3——方波發(fā)生器時(shí)序圖8253方式3CR

CECW=16HCLKGATEOUTWRCR=44242424CRCE24計(jì)數(shù)初值為偶數(shù)時(shí)的波形CR

CECR

CECR

CE8253方式32CRCECW=16HCLKGATEOUTWRCR=554255425計(jì)數(shù)初值為奇數(shù)時(shí)的波形CR

CECR

CECR

CE5、方式4——軟件觸發(fā)選通時(shí)序圖8253方式4CR

CECW=18HCLKGATEOUTWRCR=22102100CRCECR=26、方式5——硬件觸發(fā)選通時(shí)序圖8253方式5CRCECRCE12CW=1AHCLKGATEOUTWRCR=3303332CRCE7、各種工作方式特點(diǎn)小結(jié)（P314）方式0：寫入控制字后，OUT即變低，計(jì)數(shù)結(jié)束后，OUT由低變高；方式1~5：寫入控制字后，OUT均變高。方式0、1和4：計(jì)數(shù)初值裝進(jìn)計(jì)數(shù)器后，僅計(jì)數(shù)一次；方式2、3和5：計(jì)數(shù)值為0后，自動(dòng)將計(jì)數(shù)初值裝進(jìn)實(shí)際計(jì)數(shù)器。啟動(dòng)方式：方式0、4為軟件啟動(dòng)；方式1、5為硬件啟動(dòng)；方式2、3為軟件、硬件均可啟動(dòng)。門控信號(hào)GATE的控制功能（P310）四、8253與系統(tǒng)的連接應(yīng)用步驟：與系統(tǒng)連接設(shè)置工作方式置計(jì)數(shù)初值兩種功能：定時(shí)功能應(yīng)用計(jì)數(shù)功能應(yīng)用8.28253的應(yīng)用舉例軟件程序設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)【例1】用8253產(chǎn)生各種定時(shí)波形。（P315）在某個(gè)以8086為CPU的系統(tǒng)中使用了一塊8253芯片，通道的基地址為310H，所用的時(shí)鐘脈沖頻率為1MHz。要求3個(gè)計(jì)數(shù)通道分別完成以下功能：（1）通道0工作于方式3，輸出頻率為2kHz的方波；（2）通道1產(chǎn)生寬度為480us的單脈沖；（3）通道2用硬件方式觸發(fā)，輸出單脈沖，時(shí)間常數(shù)（計(jì)數(shù)初值）為26。一、8253定時(shí)功能舉例分析：8253端口地址因8253基地址為310H，所以通道0~3、控制端口地址分別為310H，312H，314，316H。各地址線電平要求如下：控制3160110100011231400101000111312010010001103100000100011A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9通道地址AA0A1BCG2BG2AG1硬件電路設(shè)計(jì)CBAG2BG2AG11MHz方波74LS1388086D7~D0

A9A8M/IORDWRA7A6A5A4A3A0A2A1Y4CSCLK08253D7~D0

RDWRA1A0CLK1CLK2GATE0OUT0GATE1OUT1GATE2OUT22kHz方波+5V負(fù)脈沖480us寬單脈沖工作方式選擇及初值計(jì)算

通道0工作于方式3，計(jì)數(shù)初值為N0=1MHz/2kHz=500。通道1工作在方式1，計(jì)數(shù)初值為N1=480μs/1μs=480。通道2工作在方式5，計(jì)數(shù)初值為N2=26。1）通道0初始化程序

MOVDX，316H

；控制口地址

MOVAL，00110111B

；通道0控制字

OUTDX，ALMOVDX，310H

；通道0地址

MOVAL，00H

；先寫低字節(jié)

OUTDX，ALMOVAL，05H

；后寫高字節(jié)

OUTDX，AL初始化程序2）通道1初始化程序

MOVDX，316H

；控制口地址

MOVAL，01110011B

；通道1控制字OUTDX，ALMOVDX，312H

；通道1口地址

MOVAL，80H

；先寫低字節(jié)

OUTDX，ALMOVAL，04H

；后寫高字節(jié)OUTDX，AL初始化程序3）通道2初始化程序MOVDX，316HMOVAL，10011011B；通道2控制字OUTDX，ALMOVDX，314H；通道2地址MOVAL，26H；只寫入低字節(jié)OUTDX，AL初始化程序【例2】利用8253控制LED的點(diǎn)亮或熄滅。（P317）要求：循環(huán)點(diǎn)亮10秒鐘后再讓它熄滅10秒鐘（周期為20秒），設(shè)計(jì)接口電路并編程實(shí)現(xiàn)。這里8253的各端口地址為81H，83H，85H和87H，時(shí)鐘信號(hào)頻率為2MHz。

分析：總體思路對(duì)8253編程，輸出周期為20秒的方波信號(hào)，就能使LED交替亮滅。時(shí)間常數(shù)計(jì)算輸出頻率：（1/20）Hz時(shí)間常數(shù)：2M/(1/20)=40M一個(gè)通道的計(jì)數(shù)初值最多為65536，所以采用多通道級(jí)聯(lián)的方法實(shí)現(xiàn)。讓通道0和通道1都工作在方式3，通道1的CLK端接通道0的OUT。只要滿足兩個(gè)計(jì)數(shù)初值的乘積為N0*N1=40M即可，所以通道0的計(jì)數(shù)初值若為：5000；則通道1的則為：8000。硬件電路設(shè)計(jì)

這種設(shè)計(jì)加上適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電路后，便可以用在簡單的交通燈控制和燈塔等場(chǎng)合。8253的初始化程序

MOVAL，00110111B

；通道0方式3

BCD計(jì)數(shù)

OUT87H，ALMOVAL，00HOUT81H，ALMOVAL，50HOUT81H，ALMOVAL，01110111B；通道1方式3

BCD計(jì)數(shù)OUT87H，ALMOVAL，00HOUT83H，ALMOVAL，80HOUT83H，AL【例3】利用8253設(shè)計(jì)接口電路，對(duì)某工程生產(chǎn)線上的產(chǎn)品的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每500個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行一次統(tǒng)計(jì)。（P318）硬件電路設(shè)計(jì)二、8253計(jì)數(shù)功能舉例A9~A0

M/IOA2A1RDWRI/O譯碼LED+5V產(chǎn)品+5VRDWRCS8253A1A0CLK1GATE1OUT1D7~D0

去8259的IR074LS14D7~D0光電晶體管工作原理無產(chǎn)品通過時(shí)，光電晶體管導(dǎo)通，集電極為低電平，經(jīng)74LS14整形后送到CLK1端；有產(chǎn)品通過時(shí)，光電晶體管截止，集電極為高，整形后送到CLK1端；產(chǎn)品通過之后又變?yōu)榈?。每通過一個(gè)產(chǎn)品CLK1端得到一個(gè)正脈沖信號(hào)，利用8253對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，即可得到產(chǎn)品的個(gè)數(shù)。這種計(jì)數(shù)方案也可以用于其它場(chǎng)合，如：統(tǒng)計(jì)在高速公路上行駛的車輛數(shù)，進(jìn)入工廠的人數(shù)等。編程思路選擇計(jì)數(shù)器1工作在方式0，二進(jìn)制計(jì)數(shù)。選取計(jì)數(shù)初值n＝499，則經(jīng)過500個(gè)脈沖OUT1端輸出一個(gè)正跳變。向CPU發(fā)出一次中斷請(qǐng)求（或作為CPU查詢的狀態(tài)信號(hào)），表示計(jì)滿500個(gè)，在程序中使產(chǎn)品總數(shù)加上500。同時(shí)由程序?qū)⒂?jì)數(shù)初值499再裝入計(jì)數(shù)器1，繼續(xù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。8253的初始化程序假設(shè)8253的4個(gè)端口地址：F0H,F2H,F4H和F6H，則初始化程序?yàn)椋ㄅcP319對(duì)比）:MOVAL，01110000BOUT0F6H