1,微型计算机原理及其应用 第九章：可编程的定时器/计数器8253,济南大学自动化与电气工程学院,2,第九章：可编程的定时器/计数器8253,定时器/计数器概述 可编程的定时器/计数器8253,3,第九章：可编程的定时器/计数器8253,定时器/计数器概述 可编程的定时器/计数器8253,4,第九章：可编程的定时器/计数器8253定时器/计数器概述,定时器/计数器概述 在微机系统或智能化仪器仪表的工作过程中，经常需要使系统处于定时工作状态，或者对外部过程进行计数。定时或计数的工作实质均体现为对脉冲信号的计数，如果计数的对象是标准的内部时钟信号，由于其周期恒定，故计数值就恒定地对应于一定的时间，这一过程即为定时，如果计数的对象是与外部过程相对应的脉冲信号(周期可以不相等)，则此时即为计数。,5,第九章：可编程的定时器/计数器8253定时器/计数器概述,定时和计数的实现方法 软件法：利用一段延时子程序来实现定时操作，特点，无需太多的硬设备，控制比较方便，但在定时期间，CPU不能从事其它工作，降低了机器的利用率。 硬件法：专门设计一套电路用以实现定时与计数，特点是需要花费一定硬设备，而且当电路制成之后，定时值及计数范围不能改变。 软、硬件结合法：即设计一种专门的具有可编程特性的芯片，来控制定时和计数的操作，而这些芯片，具有中断控制能力，定时、计数到时能产生中断请求信号，因而定时期间不影响CPU的正常工作。,6,第九章：可编程的定时器/计数器8253定时器/计数器概述,可编程定时器/计数器基本工作原理 CPU可访问的寄存器：控制 寄存器、CR、OL； CPU不可访问的寄存器：CE CR：16位，存放计数初值， 可通过程序来设定。 控制逻辑：根据外部送来的 控制命令，输出相应信号。,7,第九章：可编程的定时器/计数器8253定时器/计数器概述,可编程定时器/计数器基本工作原理 CE：16位减1计数器，它的 初值便是计数初值寄存器 的内容，它只对CLK脉冲计 数。一旦计数器被启动后， 每出现一个CLK脉冲，计数 执行单元中的计数值减1， 当减为零时，通道OUT输出 指示信号，表明CE已为零。,8,第九章：可编程的定时器/计数器8253定时器/计数器概述,可编程定时器/计数器基本工作原理 OL：通常跟随计数CE的内容 而变化，当接收到CPU发来的 锁存命令时，就锁定当前的 计数值而不跟随CE变化，直 到CPU从中读取锁存值后，才 恢复到跟随CE变化的状态， 从而避免了CPU直接读CE时干 扰计数工作的可能。 控制寄存器：存放CPU送来 的控制字，用来控制计数器 /定时器的工作方式，就是控 制CLK脉冲和GATE门控信号适 当配合来产生OUT端的输出信 号的形状。,9,第九章：可编程的定时器/计数器8253定时器/计数器概述,可编程定时器/计数器基本工作原理 GATE：控制输入端，它有多 种控制作用，如允许/禁止 计数、启动/停止计数等。 CLK：脉冲信号，减1计数的 触发。 OUT：输出信号，计数/定时 完成时，用一定电平或脉冲 表示。,10,第九章：可编程的定时器/计数器8253,定时器/计数器概述 可编程的定时器/计数器8253,11,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,可编程定时器/计数器8253 Intel8253是8086微机系统常用的定时/计数器芯片，它具有定时与计数两大功能。 每个8253芯片有3个独立的16位计数器通道； 每个计数器通道都可以按照二进制或二十进制(BCD码)计数； 每个计数器的计数速率可以高达2MHz； 每个通道有6种工作方式，可以由程序设定和改变； 所有的输入、输出电平都与TTL兼容。,12,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的内部结构,13,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的内部结构 数据总线缓冲器：从总线接收或发送数据，写入控制字，读取计数值的通道。 读写逻辑：接受来自总线的各种控制信号，产生内部控制命令。 控制字寄存器(只写)：8位，存放CPU送来的控制字。 计数器(02)：3个16位的定时/计数器。3套相同且相互独立的结构，每套内部有4个寄存器。 控制寄存器：8位，存放各自的控制字，初始化时写入控制字寄存器的内容。 计数初值寄存器：16位，存放计数初值，初始化时写入。 减1计数寄存器：16位减1计数器，计数初值由预置寄存器送来，每输入一个计数脉冲，减1，减到0时输出计数结束信号。 输出锁存器：当接收到CPU读命令时，锁存当前计数值不跟随计数器变化。,14,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的引脚功能,15,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的引脚功能 (1)与系统总线连接的引脚 D7D0：数据线，双 向三态，接数据总线； CS#：片选输入，有效 时选中芯片，接译码器； RD#：读出计数值，接 CB的读信号； WR#：写入命令或初值， 接CB的写信号； A1，A0：地址输入，接 AB的任两位，用于选择 内部四个端口之一。,16,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的引脚功能,17,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的引脚功能 (2)与计数通道连接的引脚的主要引线 CLKn：时钟脉冲，输入， 计数器的定时基准，用于 输入定时基准脉冲或计数 脉冲。 GATEn：门控信号，输入， 控制计数器的启停。 OUTn：计数器输出信号， 当计数器完成计数时，输出 相应信号。不同工作方式下 产生不同波形。（n = 02）,18,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的引脚功能,19,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253计数器的启动方式 软件启动： CPU对指定计数器编程后自动启动计数，写入计数初值后的第1个CLK脉冲的下降沿开始计数 要求GATE保持高电平(GATE为低禁止计数)。 硬件启动： CPU对指定计数器编程后并不马上开始计数，而是在门控信号GATE的上升沿触发下，才开始计数。,20,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的工作方式 方式0计数结束中断 方式1硬件可重触发的单稳态 方式2速率发生器 方式3方波发生器 方式4软件触发选通 方式5硬件触发选通,21,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的工作方式方式0 计数结束中断：典型的事件计数用法。软件启动，不自动重复计数。装入初值后OUT端变低电平，计数结束OUT输出高电平。（可作为中断请求信号）,22,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的工作方式方式0 计数过程由软件启动，可以用写入计数初值的时刻来控制启动计数器的时刻。 GATE起开放/禁止计数作用，计数过程中，应保持高电平。 每写入一次初值计数一个周期，然后停止计数。 OUT端输出是一个约(N+1)TCLK宽度的单个负脉冲。OUT变为高电平时，可作为中断请求信号。 计数过程中可随时修改初值重新开始计数。,23,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的工作方式方式1 硬件可触发单稳态方式：硬件启动，不自动重复计数。装入初值后OUT端变高电平，计数开始OUT端变为低电平，计数结束后又变高。,24,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的工作方式方式1 门控信号GATE端的上跳变触发计数，可重复触发。 OUT输出可看作单稳态负脉冲，若下一次GATE上升沿提前到达，则OUT端负脉冲拉宽为两次计数过程之和。 计数过程中写入新初值不影响本次计数。 可通过改变计数初值来产生不同输出宽度的负脉冲。,25,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的工作方式方式2 速率发生器： OUT产生周期性定时信号。软、硬件启动，自动重复计数。装入初值后OUT端变高电平，计数到最后一个CLK时OUT输出负脉冲，并连续重复此过程。,26,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的工作方式方式2 GATE为计数的控制信号：GATE变低计数停止，再变高时的下一个CLK下降沿，从初值开始重新计数。 每个计数周期结束时（减到1时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。OUT端输出信号频率是CLK频率的1/N，因此又叫N分频方式。 计数过程自动重复进行。 计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。 改变计数初值，即可获得不同频率的OUT输出脉冲，这就是频率发生器名称的由来。,27,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的工作方式方式3 方波发生器：OUT输出方波。软、硬件启动，自动重复计数。装入初值后OUT端变高电平，然后OUT连续输出对称方波： 前 N/2或（N+1）/2 个CLK，OUT为高， 后N/2或（N-1）/2 个CLK， OUT为低。,28,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的工作方式方式3 OUT输出方波，前半周期为高，后半周期为低。 计数过程中修改初值不影响本半轮计数过程。 其余的与方式2 类似。,29,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的工作方式方式4 软件触发选通：软件启动，不自动重复计数。装入初值后输出端变高电平，计数结束输出一个CLK宽度的负脉冲。,30,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的工作方式方式4 计数过程中，GATE端应保持高电平。（GATE为低禁止计数）。 每写入一次初值，计数一个周期，然后停止计数。 每个计数周期结束时（减到0时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。 计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。 方式4与方式0的区别： 方式0：OUT负脉冲宽度为N+1个CLK周期； 方式4：OUT的输出需N+1个CLK周期后变低，负脉冲宽度 为1个CLK周期。,31,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的工作方式方式5 硬件触发选通：硬件启动，不自动重复计数。OUT端波形和方式4一样。,32,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的工作方式方式5 写入初值时，GATE端应保持低电平。 GATE每出现一次正跳变，计数一个周期，然后停止计数。 每个计数周期结束时（减到0时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。 计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。 方式5与方式1的区别： 方式1：OUT负脉冲宽度为N个CLK周期； 方式5：OUT的输出需N个CLK周期后变低，负脉冲宽度为1个CLK周期。,33,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的工作方式,34,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,选通信号GATE的功能,35,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的初始化 方式控制字：用于确定各计数器的工作方式。每个计数器都必须初始化一次。,36,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的初始化 写入方式控制字：按方式控制字格式编制控制字，写入8253控制口（地址值最大的）。3个计数器使用同一个控制口，3个控制字写入后存放在各自的控制寄存器中。 写入计数初值：按控制字中D5、D4的规定写入计数初值。控制字中D0位的值决定计数初值的进制。,37,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的初始化,写入顺序： 可按计数器分别写入控制字和初值。 也可先写所有计数器控制字，再写入它们的初值。,38,第九章：可编程的定时器/计数器82538253,8253的初始化,置计数初值： MOV DX，388H；CNT0 MOV AX，2000；CR0 OUT DX，AL