1第八章第八章第八章第八章 可可可可编编程定程定程定程定时时/ /计计数器数器数器数器信息科学技术学院电子工程系信息科学技术学院电子工程系信息科学技术学院电子工程系信息科学技术学院电子工程系微机系统与接口微机系统与接口2可可编程定程定时计数器接口芯片数器接口芯片8253功能功能: 定定时和脉冲信号的和脉冲信号的处理与接口是完全有理与接口是完全有别于于并行信号的，其特点是信号形式并行信号的，其特点是信号形式简单但需要但需要连续检测，下面介，下面介绍的的INTEL8253可可编程定程定时计数器就是可以数器就是可以实现所要求所要求这方面功能。方面功能。8253内部有内部有3个独立的个独立的16位定位定时计数器通道。数器通道。计数器可按照二数器可按照二进制或十制或十进制制计数，数，计数和定数和定时范范围可在可在165535之之间改改变，每个通道有，每个通道有6种种工作方式，工作方式，计数数频率可高达率可高达2MHz以上。以上。38253的管脚分配的管脚分配 通道管脚数据线通道选择控制线4 8253的的编程程: : 8253只有一个控制字，8253的一个方式控制字只决定一个计数通道的工作模式。8253的控制字格式如图所示。共分为4部分，通道选择、计数器读/写方式、工作方式和计数码的选择。5nD7、D6：选择计数器，11为非法；nD5、D4：控制计数器读/写的字节及读写高低字节的顺序； 00-锁存命令；01-只读/写一个低字节； 10-只读/写一个高字节；读/写2个字节，先低后高；nD3、D2、D1：选择计数器的工作方式，自方式0至方式5；nD0：计数器码制，0-二进制，1-二十进制。6编程程结构构程序程序员的的观点点n计数器(3个)包括n控制寄存器 存放控制命令字（只写）n占用4个地址 3个计数器，1个控制寄存器16位初位初值寄存器寄存器16位位计数寄存器数寄存器（减法（减法计数器）数器）7定定时/计数的工作数的工作过程程 1. 设置置8253的工作方式的工作方式 2. 设置置计数初数初值到初到初值寄存器寄存器 3. 第一个第一个CLK信号使初信号使初值寄存器的内容置入寄存器的内容置入计数寄存器数寄存器 4. 以后每来一个以后每来一个CLK信号，信号，计数寄存器减数寄存器减1 5. 减到减到0时，OUT端端输出一特殊波形的信号出一特殊波形的信号注：以上注：以上计数数过程中程中还受到受到GATE信号的控制信号的控制8计数启数启动方式方式软件启动过程硬件启动过程GATE端保持端保持为高高电平平写入写入计数初数初值后的第后的第2个个CLK脉冲的下降沿开始脉冲的下降沿开始计数数GATE端有一个上升沿端有一个上升沿对应CLK脉冲的下降沿开始脉冲的下降沿开始计数数程序指令启程序指令启动软件启件启动外部外部电路信号启路信号启动硬件启硬件启动9五、工作方式五、工作方式n方式0计数结束中断n方式1可重复触发的单稳态触发器n方式2频率发生器n方式3方波发生器n方式4软件触发选通n方式5硬件触发选通10工作方式工作方式方式0软件启件启动，不自不自动重复重复计数。数。装入初装入初值后后OUT端端变低低电平，平，计数数结束束OUT输出高出高电平。平。( (计计数数数数结结束中断束中断束中断束中断) )111、方式、方式0计数结束中断方式计数结束中断方式 工作方式工作方式0有如下特点：有如下特点：a、门控信号控信号GATE必必须为1，计数器才能数器才能计数；数；b、计数数时通道通道输出端出端OUT一直一直为0；c、通通道道计数数器器计数数到到0后后，OUT由由0到到1，同同时计数数器器停停止工作。止工作。12方式1 硬件启硬件启动（GATE上升沿触上升沿触发），），不自不自动重复重复计数。数。装入初装入初值后后OUT端端变高高电平，平，计数开始数开始OUT端端变为低低电平，平，计数数结束后又束后又变高。高。( (单稳态单稳态触触触触发发器器器器) )方式方式1132 2、方式、方式1 1可编程序的单个负脉冲可编程序的单个负脉冲 （单稳）方式方式1 1工作工作过程如下：程如下：a a、门控控信信号号GATEGATE是是触触发信信号号，上上升升沿沿有有效效。即即开开始始计数数是是由由GATEGATE的上升沿触的上升沿触发的；的；b b、触触发后，通道后，通道计数器开始数器开始计数，数，输出端出端OUTOUT由高由高变低；低；c c、 计数器数器计数到数到0 0，OUTOUT再由低再由低变高。高。方式方式114方式方式2软、硬件启、硬件启动，自自动重复重复计数数。装入初装入初值后后OUT端端变高高电平，平，计数到数到最后一个最后一个CLK时OUT输出出负脉冲，并脉冲，并连续重复此重复此过程。程。GATE=1允允许计数；数；=0后停止后停止计数。数。恢复恢复=1后，按原定的后，按原定的计数数值重新开始重新开始计数。数。( (频频率率率率发发生器生器生器生器) )方式方式2-频率率发生器生器15 3 3 、方式、方式2 2频率发生器频率发生器 （自（自动装入装入时间常数的常数的N分分频器）器）方式方式2的特点如下：的特点如下：a、 GATE门为1，计数数器器才才能能工工作作，对CLK端端上的脉冲上的脉冲进行行计数；数；b、 当当计数数器器“减减”计数数到到1时，OUT由由高高变低低，再再经过一一个个CLK周周期期，即即计数数器器计数数到到0时，输出出端端OUT又又跳跳变为高高。方方式式2输出出周周期期性性负脉冲信号，其脉冲信号，其宽度固定度固定为一个一个CLK周期；周期；c、 当当计数数器器的的值减减为0时，自自动重重新新装装入入计数数初初值，实现循循环计数。数。1617工作方式工作方式3 方式方式3软、硬件启、硬件启动，自自动重复重复计数数。装入初装入初值后后OUT端端变高高电平，平，然后然后OUT连续输出出对称方波：称方波：( (方波方波方波方波发发生器生器生器生器) )前前前前 N/2N/2或（或（或（或（N+1N+1）/2 /2 个个个个CLKCLK，OUTOUT为为高，高，高，高，后后后后N/2N/2或（或（或（或（N-1N-1）/2 /2 个个个个CLKCLK， OUTOUT为为低。低。低。低。184 4、方式、方式3 3方波发生器方波发生器 方式方式2 2虽然可以作分然可以作分频电路，但其路，但其输出出是窄脉冲，如果是方波，就只有是窄脉冲，如果是方波，就只有选方式方式3 3 19方式方式4方式4软件启件启动，不自，不自动重复重复计数。数。装入初装入初值后后输出端出端变高高电平，平，计数数结束束输出一个出一个CLK宽度的度的负脉冲脉冲( (软软件触件触件触件触发选发选通通通通) )205 5、方式、方式4 4软件触发方式软件触发方式方式方式4在工作在工作过程中有以下特点：程中有以下特点：a、 门控控信信号号GATE为高高电平平，计数数器器开开始始减减1计数数，OUT维持高持高电平；平；b、 当当计数数器器减减到到0，输出出端端OUT变低低，再再经过一一个个CLK输入入时钟周期，周期，OUT输出又出又变高。高。方式方式421方式方式4软件触发方式软件触发方式22方式方式5 方式5 硬件启硬件启动，不自，不自动重复重复计数。数。OUT端波形与方式端波形与方式4相同相同( (硬件触硬件触硬件触硬件触发选发选通通通通) )23 6 6、方式、方式5 5硬件触发方式硬件触发方式 这种工作方式同方式种工作方式同方式4 4很相似，当控制字很相似，当控制字写入控制寄存器后，写入控制寄存器后，输出端出端OUTOUT变高。同方高。同方式式4 4不同的一点是当不同的一点是当计数数值写入通道写入通道计数器数器后，通道并未被触后，通道并未被触发，也就是，也就是计数器并不立数器并不立即开始即开始计数。只有当数。只有当GATEGATE信号的上升沿触信号的上升沿触发通道后，通道通道后，通道计数器才开始数器才开始计数。数。 24方式方式5 5硬件触硬件触发方式方式25各种工作方式特点各种工作方式特点n方式方式0（计数数结束中断）束中断）l计数过程中，GATE端应保持高电平。l每写入一次初值计数一个周期，然后停止计数。lOUT端输出是一个约(N+1)TCLK宽度的负脉冲。l计数过程中可随时修改初值重新开始计数。n方式1（单稳态触发器）l门控信号GATE端的跳变触发计数，可重复触发。l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。l计数过程中写入新初值不影响本次计数。26各种工作方式特点各种工作方式特点n方式2（频率发生器）lGATE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。l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。l计数过程自动重复进行。l计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。n方式3（方波发生器）lOUT输出方波，前半周期为高，后半周期为低。l计数过程中修改初值不影响本半轮计数过程。l其余的与方式2 类似。27各种工作方式特点各种工作方式特点n方式4（软件触发选通）l计数过程中，GATE端应保持高电平。l每写入一次初值，计数一个周期，然后停止计数。l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。l计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。n方式5（硬件触发选通）l写入初值时，GATE端应保持低电平。lGATE每出现一次正脉冲，计数一个周期，然后停止计数。l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。l计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。288253的工作方式小的工作方式小结n 8253 8253的六种工作方式可的六种工作方式可归为两两类，一，一个是充当个是充当频率率发生器，另一生器，另一类主要是作主要是作计数器来使用。下面我数器来使用。下面我们就从就从这个角度个角度来来讨论总结OUTOUT和和GATEGATE门的作用。的作用。 29 与频率发生器有关的工作方式与频率发生器有关的工作方式n82538253有两种方式与有两种方式与频率率发生器有关，即方式生器有关，即方式2 2和和发生生3 3，对OUTOUT端，方式端，方式2 2提供提供给用用户的是的是负脉冲，方式脉冲，方式3 3提供提供给用用户的是方波。在的是方波。在这个两个两种方式下，种方式下，GATEGATE信号要始信号要始终保持保持为高。高。30与计数器有关的工作方式与计数器有关的工作方式 有方式有方式0 0、1 1和方式和方式4 4、5 5。启。启动方式有两种：方式有两种：n一种是一种是CPUCPU把把时间常数写入相常数写入相应通道后，通道后，计数器数器就开始工作，可称之就开始工作，可称之为软件启件启动方式。在方式。在这种启种启动方式下，方式下，GATEGATE要始要始终保持保持为高高电平，所以方式平，所以方式0 0和方式和方式4 4可以称可以称为软件启件启动方式。方式。n另一种是硬件启另一种是硬件启动计数器，即数器，即CPUCPU把把时间常数写常数写入入计数器后，即使数器后，即使GATEGATE为高高电平，平，计数器并不工数器并不工作。只有作。只有GATEGATE发生跳生跳变，其上升沿启，其上升沿启动计数器工数器工作，所以方式作，所以方式1 1和方式和方式5 5就可以称就可以称为硬件启硬件启动方式。方式。计数器溢出数器溢出时，OUTOUT有两种有两种输出形式，要么是出形式，要么是电平，要么是平，要么是负脉冲。前者有方式脉冲。前者有方式0 0方式方式1 1，后者有，后者有方式方式4 4和方式和方式5 5。31 8253应用用举例例 例例1 1：现有一个高精密晶体振有一个高精密晶体振荡电路，路，输出信号是脉冲波，出信号是脉冲波，频率率为1MHz1MHz。要求。要求利用利用82538253做一个秒信号做一个秒信号发生器，其生器，其输出出接一接一发光二极管，以光二极管，以0.50.5秒点亮，秒点亮，0.50.5秒秒熄熄灭的方式的方式闪烁指示。指示。设82538253的通道地的通道地址址为80H80H86H86H（偶地址）（偶地址）32解：解：1 1、时间常数常数计算算 这个例子要求用个例子要求用82538253作一个分作一个分频电路，而路，而且其且其输出出应该是方波，否是方波，否则发光二极管不可光二极管不可能等能等间隔隔闪烁指示。指示。频率率为1MHz1MHz信号的周期信号的周期为1 1微妙，而微妙，而1Hz1Hz信号的周期信号的周期为1 1秒，所以分秒，所以分频系数系数N N可按下式可按下式进行行计算：算： 33 由于由于82538253一个通道最大的一个通道最大的计数数值是是6553665536，所以，所以对于于N N10000001000000这样的大数，一个通道是不可能完的大数，一个通道是不可能完成上述分成上述分频要求的。由于要求的。由于 即取两个即取两个计数器，采用数器，采用级联方式。方式。 2 2、电路路34 3、工作方式、工作方式选择 由于通道由于通道1 1要要输出方波信号推出方波信号推动发光二极光二极管，所以通道管，所以通道1 1应选工作方式工作方式3 3。对于通道于通道0 0，只要能起分，只要能起分频作用就行，作用就行，对输出波形不出波形不做要求，所以方式做要求，所以方式2 2和方式和方式3 3都可以都可以选用。用。这样对于通道于通道0 0，我，我们取工作方式取工作方式2 2，BCDBCD计数；数；对于通道于通道1 1，我，我们取工作方式取工作方式3 3，二，二进制制计数（当然也可数（当然也可选BCDBCD计数）数） 35 4、程序、程序mov al,00110101b；通道；通道0控制字控制字out 86h,almov al,00；通道；通道0初始初始计数数值out 80h,almov al,10hout 80h,almov al,01110110b；通道；通道1控制字控制字out 86h,al mov al,0e0h； 通通 道道 1初初 始始 计 数数 值 ，03E8H=1000BCDout 82h,almov al,03hout 82h,al36例例2：计件系件系统。计件系件系统的功能就是的功能就是记录脉冲的个数。脉冲的个数。 一个脉冲代表一个事件，比如交通道路一个脉冲代表一个事件，比如交通道路检测系系统中通中通过检测点的点的车辆，工，工业控制系控制系统中流中流水水线上已加工好的工件。要求在上已加工好的工件。要求在计件件过程中，程中，PCPC机可以机可以显示当前示当前计数器的内容，当完成数器的内容，当完成1000010000个工件个工件记录后，系后，系统发出出1KHz1KHz信号推信号推动喇叭喇叭发音通知用音通知用户。37 解：解：1 1、电路路: : 需要两个通道，一个作需要两个通道，一个作为计数，数，选用通道用通道0。另。另一个一个产生生1KHz信号，信号，选用通道用通道1。工作原理如下，工作原理如下，传感器感器电路把物理事件路把物理事件转换为脉冲信号脉冲信号输入到通道入到通道0 0计数，当数，当记录1000010000个事件后，通道个事件后，通道0 0计数器溢出，数器溢出，GATEGATE端端输出高出高电平，平，这时通道通道1 1开始工作，开始工作，产生生1KHz1KHz信号推信号推动喇叭喇叭发音音。38 2 2、工作方式、工作方式选择 对于通道于通道1 1，由于要，由于要产生生1KHz信号，故信号，故选用工用工作方作方 式式3。对于通道于通道0，要求初始，要求初始计数数值写入写入计数通道后，数通道后，计数器就可以工作，数器就可以工作，则通道通道0的启的启动方式方式应是是软件件启启动。另外由于要求。另外由于要求计数溢出后数溢出后产生一个信号来启生一个信号来启动一个事件，即喇叭一个事件，即喇叭发音，故可音，故可选的工作方式的工作方式为方方式式0和方式和方式4，对于于图所示方案，通道所示方案，通道1的的GATE信信号由通道号由通道0的的OUT信号信号产生，生，这个个OUT信号信号应该是是电平型的，所以通道平型的，所以通道0应选用方式用方式0。 393、时间常数常数 N010004、程序、程序