第1页电气工程学院6.4 可编编程定时时/计计数器8254及其应应用 l为什么需要定时/计数器在自动化流水线中在测控系统中在智能化仪器仪表中两项基本工作计数定时l关于定时定时软件定时硬件定时不可编程芯片定时（如555定时器）可编编程芯片（如8254定时时器）l定时器工作原理漏水模型如8254装水模型如80C51第2页电气工程学院6.4.1 8254定时时器/计计数器 （1）8254的外部引脚和内部结结构 *A1 A0 选择片内各端口（3个通道和一个控制寄存器）0 0 0 1 1 0 1 1 通道0 通道1 通道2 控制寄存器第3页电气工程学院 8254与CPU连连接示例 RD WRCSA1 A0D0: D7CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2地址 译码器A9: A2A1 A0IOR IOW控制寄存器8254 DB 片选片内端口选择A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 20CH 选选中通道0 20DH 选选中通道1 20EH 选选中通道2 20FH 选选中控制寄存器 设当A9A2的地址信息为：1 0 0 0 0 0 1 1 译码器输出有效信号第4页电气工程学院基本计计数工作原理： 减法计数器 计数工作单元 CE代表外部事件 发生的计数脉冲减法计数器 计数工作单元CE频率精确的时钟脉冲串根据不同的工作方式， OUT输出不同的信号CLK 基本定时时工作原理： CLK 计计数初值值N（定时系数） OUT OUT 定时时系数要求定时时的时间时间 / 时钟时钟 脉冲周期 定时时的本质质还还是计计数，计计数的对对象必须须是频频率精确的脉冲串。如果时钟时钟 脉 冲的周期是1s ，要求定时时1ms，则计则计 数1000次即可，即：定时时系数为为1000； （对对秒计计数60次就是1分钟钟） 计计数初值值N 注意！ 工作原理 第5页电气工程学院在计计数工作方式下：计计数初值值写入CR；CE为为0时时表明计计数达到规规定值值。 在定时时工作方式下：定时时系数写入CR；CE为为0时时表明定时时间时时间 到。 16计数初值寄存器 CR16位计数工作单元 CEOUT16输出锁存器 OL用户编程写入外部控制外部事件脉冲 时钟脉冲计数结束时 OUT输出信号开始计数时 CR装入CE 随CLK一次减1内部总线总线 GATE CLK CLK：计数或定时脉冲输入引脚 GATE：门控引脚：允许/禁止计数；启动/终止计数 OUT：输输出引脚： 计数通道的内部结构CRH CRLOLH OLL不同的工作方式下有不同的输出第6页电气工程学院（2）8254的工作方式8254的基本计计数工作方式和基本定时时工作方式是基础础，在这这两种基本方 式下，可以演绎绎出6种工作方式。 注意 每一种方式下：*定时或计数的启动方式*GATE的控制作用*OUT引脚上的输出波形每一种方式分为基本功能和工作特点两部分，细节很多。我们通过波形图， 介绍概要。 因为各种方式主要是通过OUT引脚表现出来，请关注OUT。1） 方式0 计数结束中断 典型的事件计数（基本计数工作方式） 基本功能：完成计数，OUT输出高电平 工作特点：*写入控制字后，OUT的初始电平为低*计数到0时，OUT送出高电平直到写入了新的计数初值。*通常用OUT的低高变化来产生中断请求或查询信号。*软件启动，不具备重复性，再次写入初值，开始新一轮计数*写入计计数初值值到CR后，第一个计计数脉冲的作用是把计计数初值值装入CE。所以 当计计数初值值=4时时，实际实际 上当CLK输输入5个计计数脉冲后 OUT才为为1。 第7页电气工程学院*GATE=0，暂停计数；GATE=1，继续计数 *计计数过过程中可以写入新的计计数初值值，从写入后的下一个脉冲开始，以新 的初值进值进 行计计数 下图中用波形表达了3种情况：*1 GATE=1，完整的一轮计数*2 计数过程中，GATE=0，暂停计数*3 计计数过过程中，重新写入计计数初值值的计计数情况 第8页电气工程学院2）方式1 硬件可触发单稳基本功能：计计数器相当于一个可编编程的单稳态单稳态 触发发器。可用此方式来产产生 由程序控制脉冲宽宽度的负单负单 脉冲，该该脉冲的宽宽度（低电电平持续时间续时间 ）由计计数初值值N确定。 工作特点：*输入控制字后，OUT 以高电平为初始电平*以GATE的上升边为起点，一个CLK 脉冲后，OUT为低，计数完成后 OUT又回到高电平，产生一个负的单脉冲。相当于单稳电路从稳态（高）到暂稳态（低）又回到稳态*该单脉冲的宽度（低电平继续时间）是CLK周期的N倍*可重复触发发。GATE的上升边边启动动新一轮轮工作。 图中用波形表达了3种情况： *1 正常的一次单稳动作全过程。 *2 N=3，表明暂稳态为3个CLK时间；在暂稳态过程中，再次触发，再进行一次3个CLK周期的暂稳态。 *3 改变计变计 数初值值N=4，由于没有GATE启动动新一轮动轮动 作，本次仍然完成3个 CLK暂稳态过暂稳态过 程。当GATE上升边边到来后，N=4的单稳单稳 操作才开始。 第9页电气工程学院3）方式2 分频器（N分频方式，频率发生器） 基本功能：输出频率固定的脉冲（控制输出信号的高/低电平的比例。） 工作特点：*控制字写入后，OUT以高电平为初始电平。计数器减到1时，OUT输出一个宽度 为一个CLK的负脉冲。*OUT输出的脉冲串，以N1个CLK 脉冲为高电平，以一个CLK脉冲为低电平。实际上，OUT输出的脉冲频率为CLK脉冲的N分频。*GATE 门门控：为为高，计计数器工作；为为低，暂暂停工作。 第10页电气工程学院该波形图叙述了3种情况： *1 GATE=1，OUT持续输出分频脉冲串（高电平为N-1，低电平为1） *2 分频过程中，GATE=0，暂停工作,OUT变为高电平；=1，继续工作,重新计数 *3 GATE=1，工作过过程中改写N，CE要把本次的计计数初值值减到0，才开始新一轮轮 分频频工作。 第11页电气工程学院4）方式3 方波发生器 基本功能：基本上与方式2相同，只是OUT输出的是完全对称方波或基本对称的连续方波。 工作特点：若N为偶数，则输出脉冲的高、低电平持续时间相同；若为奇，则高电平持续时间为（N+1）/ 2，低电平持续时间为（N-1）/ 2。3种情况： *1 GATE=1，偶数，OUT输出对称方波 *2 GATE=1，奇数，OUT输出不对称方波（高电平多一个CLK时间） *3 GATE=0，暂暂停工作；GATE=1，从初值值开始工作 第12页电气工程学院 5）方式4 软件触发选通基本功能：单脉冲发生器，以装入计数初值来启动计数器开始工作。工作特点：*无重装初值功能*装入控制字后，OUT的初始电平仍为高。*装入计数初值后，计数器开始倒数计数，到0后OUT输出一个负脉冲（宽度为 一 个CLK）， 然后又恢复为高电平，直到装入下一个计数初值来启动新一轮计数。*通常用它来作为为负选负选 通信号 3种情况： *1 GATE=1，正常软件启动计数过程 *2 GATE在计数过程中的作用：=0，禁止计数；恢复1，重新计数 *3 计数过程中，改写初值对计数过程的影响第13页电气工程学院6） 方式5 硬件触发的选通信号发生器基本功能：以外部GATE信号来启动计数器开始工作，OUT输出宽度为一个CLK的负脉冲。工作特点：*装入控制字后，OUT的初始电平为高。*装入计数初值后，必须等GATE引脚输入一个上升边后，计数器才开始倒数 计数，到0后OUT输出一个负脉冲，宽度为一个CLK脉冲通常用它来作为负选通 信号， 然后又恢复为高电平，直到装入下一个计数初值来启动新一轮计数。第14页电气工程学院 工作方式小结1）门控信号的影响 高电平允许，当GATE=0，即使出现CLK， 也不计数方式0，2，3，4 上升沿允许（上升沿触发）方式1，5 2）OUT信号的状态 写入方式字后， OUT的状态 计数过程中， OUT的状态 计数终了， OUT的状态 3）计数操作可否重复 不可重复方式0，4 自动重复方式2，3 条件重复方式1，5第15页电气工程学院（3）8254编程 *8254有3个通道，即3个定时器/计数器单元, 选择哪个通道？ *每一个定时器/计数器又有6种工作方式，如何确定工作方式？ *每一种方式下又必须写入计数初值，怎么送？*在某些情况下需要读读出计计数器的余值值或计计数器的状态态，怎么读读？ 借助于用“0”“1”组成的“字”，把用户的意图告诉给8254这些字是我们使用8254的基础*方式控制字设设置计计数器工作方式 第16页电气工程学院*命令字和状态字两个命令字：计数器锁存命令字和读回命令字*1计数器锁存命令字功能：把当前计计数工作单单元CE的内容锁锁存到输输出锁锁存器OL中，供CPU读读出CE 的 余值值（如：预预先设设置计计数初值值=N，一段时间时间 后，锁锁存，读读剩余值值n，在 这这段时间时间 内的计计数值值X=N-n） SC1，SC0：选择将要锁存哪一个通道的CE（11无意义） D5、D4 ：特征值值（标识标识 ），必须为须为 00。 XXXX00S C 0S C 1D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0*2读回命令字功能：把指定通道的CE当前值锁存到OL，或把状态寄存器内容锁存到状态锁存 器SL，以供CPU读出。锁存命令字一次只能锁存一个通道（计数器）读读回命令字能同时规时规 定锁锁存几个通道。 0C N 0C N 1C N 2STAT USCO UNT11=1 通道2=1 通道1=1 通道0第17页电气工程学院控制字 锁存命令字 读回命令字无标识标识 00标识11 0同一地址入口D7 D6 必须为11，D0必须为0 这是特征值（标识）。D5：COUNT=0，锁存选中的所有计数器D4：STATUS=0，锁锁存选选中的所有状态态寄存器 *状态字功能：供用户查看8254某一通道的状态：计数值、工作方式、OUT引脚的当前状态、BCD/二进制计数方式、读/写操作状态态字格式 B C DM 0M 1M 2R W 0R W 1NUL L COU NTO U TD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0D7：OUT引脚状态态。 = 0，OUT=0；=1，OUT=1 D6：无效计数。= 0，计数初值已装入计数工作单元CE，计数值有效= 1，计计数初值值未装入计计数工作单单元CE，无效计计数 D5.D0 与方式控制字的对应对应 位一致。 第18页电气工程学院例:要读通道0的状态和余值,设8254的地址为20CH、 20DH、20EH、20FH读回命令的用法标识位写读回命令字: 1 1 0 0 1 0 0 0C8H锁存余值锁存状态锁存通道0MOV DX,20FH MOV AL,0C8H OUT DX,AL MOV DX,20CH IN AL,DX MOV BL,AL IN AL,DX MOV CL,AL