第9章定时计数器.ppt

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1、9.1 定时/计数的基本概念9.2 8253的工作原理9.3 8253的应用举例,第9章 可编程定时/计数器8253及其应用,所谓定时（计数）就是通过硬件或软件的方法产生一个时间基准，以此来实现对系统的定时或延时控制。实现定时或延时有三种主要方法：软件定时纯硬件定时可编程的硬件定时器/计数器,9.1 定时/计数的基本概念,1.软件定时方法：由于执行每条指令都需要时间，故可循环执行某一段指令产生延迟时间。特点：这种方法由于要完全占用CPU的时间，因而降低了CPU的利用率，但硬件开销少，使用灵活。,例：某一LED灯控系统，要求控制LED灯亮0.5s后熄灭。选择软件定时法，控制程序段如下：,SUBC

2、X,CXMOV AL,01H;灯亮控制码OUTPORT,AL；PORT为端口地址L:LOOP L；循环216次，约0.5秒MOVAL,00H；灯灭控制码OUTPORT,AL,LOOP指令执行占17个时钟周期，设时钟=2MHz,时钟周期=0.5us,0.5us*17*216=0.5s。,2.纯硬件定时方法：采用固定的电路，如可以采用小规模集成电路555，外接电阻和电容构成单稳延时电路。特点：定时电路简单，而且通过改变电阻和电容，可以使定时在一定的范围内调整。但使用不灵活。,3.可编程硬件定时器/计数器 是目前在控制系统中广泛使用的方法，它通过编程来控制电路的定时值及定时范围。在计算机系统中，象定

3、时中断、定时检测、定时扫描等等都是用可编程定时器来完成定时控制的。特点：功能强，使用灵活，定时时间精确（由软件设置），提高CPU的利用率。,Intel 系列的8253、8254就是常用的可编程定时/计数器。8253的主要性能：*具有3个独立的16位计数器通道；*每个计数器均可按二进制或二十进制计数；*每个计数器的计数速率高达2MHz（8254为10MHZ）；*每个通道有6种工作方式，可由程序设置和改变；*所有的输入输出都与TTL兼容。可用在多种场合，如方波发生器、分频器、实时时钟、事件计数等方面。,一、8253的内部结构和引脚信号内部结构 数据总线缓冲器 它与CPU的数据总线相连，是8位双向三

4、态缓冲器。CPU通过这个缓冲器对8253进行读/写操作。读/写控制逻辑 有CS、RD、WR、A0、A1信号。控制字寄存器 只能写入,初始化时由CPU写入控制字来设置计数器的工作方式。计数器 3个独立的结构相同的16位减法器，可作定时/计数器使用；计数器可按二进制/BCD方式减法计数，从预置值减到零时，OUT端输出一信号。,9.2 Intel8253的工作原理,图9.1 Intel 8253的内部结构,图9.2 Intel 8253的外部引脚图,外部引脚,GATE：门控信号，当GATE为低电平时，禁止计数器工作；GATE为高电平时，才允许计数器工作。CLK：计数脉冲输入。OUT：脉冲输出。当计数

5、到“0”时，从OUT端输出信号，输出信号的波形取决于工作方式。CS、RD、WR、A0、A1共同结合，用于对8253进行端口操作，如表9-1所示。,表9-1 8253的端口选择,图9.3 8253的控制字,二、8253的控制字,SC1、SC0：这两位决定这个控制字是哪一个计数器的控制字。RL1、RL0：设置数据读/写格式。在读取计数值时，可令RL1、RL0=00，先将写控制字时的计数值锁存，然后再读取。M2、M1、M0：设置每个计数器的工作方式。BCD：用于选择每个计数器的计数制。在二进制计数时，计数初值的范围是0000HFFFFH，其中0000H是最大值，代表65536。在BCD码计数时，计数

6、初值的范围中0000 9999H，其中，0000是最大值，代表10000。,Intel 8253的每个计数器都有6种工作方式。6种方式的主要区别是：输出的波形不同，计数过程中GATE信号对计数操作的影响不同，启动计数器的触发方式不同等。1.方式0计数结束中断方式 该方式的波形如图9.4所示，这种方式的特点是：,三、8253的工作方式,*CW写入，OUT=0；*写入时常，通道开始计数；*计数到零，OUT=1；,*计数器只计数一遍；*OUT是N+1个CLK后变高；*计数过程中，GATE=0，计数暂停；*计数过程中可改变计数值；*可用OUT信号作为中断请求。,图9.4 方式0波形图,方式0计数过程中

7、改变计数初值,方式0特点：写入控制字后，OUT输出端变为低电平。当写入计数初值后，计数器开始减1计数（相当于软件触发启动）。直到计数到0时，OUT输出变为高电平。期间共记录n+1个脉冲，即:Tout n TCLK（该方式作定时用时不够准确）但此信号可用于向CPU发出中断请求。计数器只计数一遍。当计数到0时，不恢复计数初值，不开始重新计数，且输出一直保持为高电平。只有在写入新的计数值时，OUT才变低，并开始新的计数。,GATE是门控信号，GATE=1时允许计数，GATE=0时，禁止计数。在计数过程中，如果GATE=0则计数暂停，当GATE=1后接着计数。在计数过程中可改变计数值。,*写入控制字O

8、UT=1，写入常数不计数；*GATE上升沿启动计数，OUT=0，硬件触发；*计数到，OUT=1。,*单拍脉冲宽度为N；*由GATE重新启动；*计数中，可重新启动；*计数中，可改变计数值，再次启动时有效。,图9.5 方式1的波形图,2.方式1可编程单稳态输出方式,方式1特点：写入控制字后，输出OUT将保持为高电平，计数由GATE上升沿触发启动（相当于硬件触发启动）。GATE启动之后，OUT变为低电平，当计数到0时，OUT输出高电平，从而在OUT端输出一个负脉冲，负脉冲的宽度为n个(计数初值)CLK的脉冲宽度。Tout=n TCLK（定时准确）当计数到0后，不用送计数值，可再次由GATE脉冲启动,

9、输出同样宽度的负的单脉冲。,在计数过程中，可改变计数初值，此时计数过程不受影响。如果再次触发启动，则计数器将按新输入的计数值计数。在计数未到0时，如果GATE再次启动，则计数初值将重新装入计数器，并重新开始计数。,图9.6 方式2波形图,*写入控制字OUT=1；*写入常数立即对CLK计数；*计数到1，OUT=0；*一个CLK周期后，OUT=1，重新计数。,*通道连续工作不需重置时间常数；*计数过程中，GATE=0，计数暂停，GATE变高后重新计数；*计数过程中可改变计数值；新的计数值在下一次有效。,3.方式2比率发生器（分频器）,方式2的特点是：写入控制字后，输出将变为高电平。写入计数值后，计

10、数立即开始。在计数过程中输出始终为高电平，直至计数器减到1时，输出将变为低电平。经过一个CLK周期，输出恢复为高，且计数器开始重新计数。因此，它能够连续工作，输出固定频率的脉冲。如果计数值为N，则每输入N个CLK脉冲，输出一个脉冲。因此，相当于对输入脉冲的N分频。通过对N赋不同的初值，即可在输出端得到所需的频率，起到频率发生器的作用。,计数过程可由门控脉冲控制。GATE=1允许计数，当GATE=0时，暂停计数；当GATE变高自动恢复计数初值，重新开始计数。在计数过程中可以改变计数值，这对正在进行的计数过程没有影响。但在计数到1时输出变低，经过一个CLK周期后输出又变高，计数器将按新的计数值计数

11、。,方式3的波形如图9.7所示。它的特点是：输出为周期性的方波。若计数值为N，则输出方波的周期是N个CLK脉冲的宽度。,图9.7 方式3波形,4.方式3 方波发生器,与方式2的区别在于：输出为周期是N个CLK脉冲的方波。若计数值为偶数，则输出对称方波。每个CLK使计数值减2，计到0，OUT改变状态，重装计数值开始新的计数。如果计数值为奇数，则前(N+1)/2个CLK脉冲期间输出为高电平，后(N-1)/2个CLK脉冲期间输出为低电平。GATE信号能使计数过程重新开始。GATE=1允许计数，GATE=0禁止计数。停止后OUT将立即变高开，当GATE再次变高以后，计数器将重新装入计数初值，重新开始计

12、数。,方式4的波形如图9.8所示，这种方式的特点是：写入控制字后，输出为高电平。写入计数值后立即开始计数（相当于软件触发启动），当计数到0后，输出一个时钟周期的负脉冲，计数器停止计数。只有在输入新的计数值后，才能开始新的计数。当GATE=1时，允许计数，而GATE=0，禁止计数。GATE信号不影响输出。在计数过程中，如果改变计数值，则按新计数值重新开始计数。如果计数值是16位，则在设置第一字节时停止计数，在设置第二字节后，按新计数值中开始计数。,5.方式4软件触发选通,图9.8 方式4波形,方式5的波形如图9.9所示，这种方式的特点是：写入控制字后，输出为高电平。在设置了计数值后，计数器并不立

13、即开始计数，而是由门控脉冲的上升沿触发启动。当计数到0时，输出一个CLK周期的负脉冲，并停止计数。当门控脉冲再次触发时才能再计数。在计数过程中如果再次用门控脉冲触发，则使计数器重新开始计数，此时输出还保持为高电平，直到计数为0，才输出负脉冲。如果在计数过程中改变计数值，只要没有门控信号的触发，不影响计数过程。当有新的门控脉冲的触发时，不管是否计数到0，都按新的计数值计数。,6.方式5硬件触发选通,图9.9 方式5波形,1.输出端OUT的初始状态 只有方式0是在写入控制字后输出为低，其它均为高；,2.计数值的设置 任一种方式，只有在写入计数值后才能开始计数，方式0、2、3、4在写入计数值后，计数

14、自动开始，方式1、5需外部触发，才开始计数。方式0、1、4初始化后仅有效一次。方式2、3、5会在计数器减为0时，自动将初值再装入。,四、8253工作方式小结,6种方式各有特点，适用于不同的应用场合。方式0，1相似，方式2，3相似，方式4，5相似。,计数值N与输出波形的关系,3.门控信号的作用：GATE输入总是在CLK输入时钟的上升沿被采样。在方式0，2，3，4中，GATE输入是电平起作用。在方式1，2，3，5中 GATE输入是上升沿起作用的。,8253的初始化编程步骤 接通电源时8253处于未定义状态，必须首先对其进行初始化，初始化步骤（分别对每个计数器进行）：写控制字。写计数初值，如果计数值

15、是16位的，则先写低8位再写高8位。,9.3 8253的应用举例,*对3个通道的编程没有先后顺序的规定，只要符合先写入控制字，后写入计数初值的规定即可。,例：设一个8253在某系统中的端口地址40H43H，如果要将计数器0设置为工作方式3，计数初值为3060H,采用二进制计数法，则初始化方法如下：MOVAL，36H；设置控制字00110110（计数器0，方式3，写两个字节，二进制计数）OUT43H，AL；写入控制寄存器MOVAX,3060H；设置计数值OUT40H,AL；写低8位至计数器0MOVAL,AHOUT40H,AL；写高8位至计数器0,例1：某8253端口地址为F8HFBH，欲用通道0

16、以方式1，按BCD计数，计数值为5080。,1.确定通道控制字；2.计数值的低8位为80；3.计数值的高8位为50。,初始化程序为：MOV AL，33HOUT 0FBH，ALMOV AL，80HOUT 0F8H，ALMOV AL，50HOUT 0F8H，AL,在计数过程中，8253读计数器现行值的方法：（将计数值存入内部锁存器）,MOV AL，03H；计数器0的锁存命令OUT 0FBH，AL；写入控制寄存器IN AL，0F8H；读低8位MOV CL，AL；存入CL中IN AL，0F8H；读高8位MOV CH，AL；存入CH中,8253的应用举例,例2：用8253产生各种定时波形。,要求：（1）

17、通道0输出频率为2KHz的方波；（2）通道1产生宽度为1ms的负脉冲；（3）通道2以硬件方式触发，输出单脉冲时间常数为26。,已知：8253基地址为310H，3通道所用时钟脉冲频率为1MHz。,分析：通道0工作于方式3，控制端GATE0接+5V，时间常数N0=1MHz/2KHz=500；通道1工作于方式1，由控制端GATE1的正跳变触发，OUT1的宽度为时常，单次触发，时间常数N1=1ms/0.001ms=1000；通道2工作于方式5，由控制端GATE2的正跳变触发，可连续触发，时间常数N2=26。,；通道0初始化程序MOV DX，316HMOV AL，00110111BOUT DX，ALMO

18、V DX，310H MOV AL，00HOUT DX，ALMOV AL，05HOUT DX，AL,；通道1初始化程序MOV DX，316HMOV AL，01110011BOUT DX，ALMOV DX，312H MOV AL，00HOUT DX，ALMOV AL，10HOUT DX，AL,；通道2初始化程序MOV DX，316HMOV AL，10011011BOUT DX，ALMOV DX，314H MOV AL，26HOUT DX，AL,例3：8253控制LED。要求：LED点亮10秒，熄灭10秒。,分析：8253的地址线与CPU高8位数据线D8D15相连，8253的各端口的地址为81H、8

19、3H、85H、87H。OUT1输出占空比为1:1的方波，周期20秒。8253端口1工作在方式3。,时钟频率为2MHz时，16位计数通道的最大定时时间为：0.5s65536=32.768ms,分频系数：2MHz/0.05Hz=40,000,000级连：通道0输出400Hz脉冲（时常5000），通道1输出0.05Hz方波（时常8000）。,；通道0初始化程序MOV AL，00110101BOUT 87H，ALMOV AL，00HOUT 81H，ALMOV AL，50HOUT 81H，AL,；通道1初始化程序MOV AL，01110111BOUT 87H，ALMOV AL，00HOUT 83H，AL

20、MOV AL，80HOUT 83H，AL,因单通道最大分频系数为65536，所以需用几个通道级连的方法来解决这个问题。通道0：CLK0：接2MHz时钟信号，方式2，N0=5000；通道1：CLK1：接OUT0，方式3，N1=8000；,例4：用8253设计一个自动计数系统（计数500向CPU提出中断申请）。,8253端口地址：F0H，F2H，F4H，F6H，,8253工作方式：计数器1工作于方式0，按BCD计数，先读写低字节，后读写高字节。,；通道1初始化程序MOV AL，01110001BOUT 0F6H，ALMOV AL，99HOUT 0F2H，ALMOV AL，04HOUT 0F2H，A

21、L,；方法2读通道1计数值程序MOV AL，01000000BOUT 0F6H，ALIN AL，0F2HMOV AH，ALIN AL，0F2HXCHG AH，AL,当前计数值的读取（1）利用GATE控制信号，使计数器停止计数。故干扰了计数过程，需要硬件电路配合。（2）利用计数器锁存命令锁存现行计数值，就可从相应的计数器通道中读取计数值。,8253在IBM PC/XT机的应用 在IBM PC/XT机中，8253主要提供系统时钟中断、动态RAM的刷新定时及喇叭发声控制等功能。8253的初始化是在计算机启动时由BIOS完成的。从8284时钟发生器来的频率2.386364MHZ经二分频后作为8253三

22、个计数器的时钟输入，8253在IBM-PC/XT中的端口地址为40H43H，这三个计数器在系统中的初始化程序如下：,8253在IBM-PC/XT机的应用的示意图,计数器0用于定时中断（约55ms）OUT0(f=1.19318MHz/65536=18.2Hz的方波)经系统板上的IRQ0送到8259的IR0,使计算机每秒钟产生18.2次的中断（即每隔55ms申请一次），CPU可以此作为时间基准。如计65536次中断就为1小时。MOVAL,36H；计数器0，方式3，写两个字节，二进制计数OUT43H,AL；控制字送控制字寄存器MOVAL,0；计数值为最大值OUT40H,AL；写低8位OUT40H,A

23、L；写高8位,计数器1用于定时（15s）DMA请求 8253通道1和8237通道0构成刷新电路，8253通道1每隔15us请求一次DMA读操作。f=1/15us=66666.67Hz,故分频系数=1193180Hz/66666.67Hz=18(即初值)MOVAL,54H；计数器1，方式2，只写低8位，二进制计数OUT43,ALMOVAL,12H；初值为18OUT41H,AL,计数器2用于产生约900HZ的方波送至扬声器MOVAL,B6H；计数器2，方式3，写两字节，二进制计数OUT43,ALMOVAX,0533H；计数初值为533HOUT42H,AL；写低8位MOVAL,AHOUT42H,AL

24、；写高8位,写出定时器8253和中断控制器8259A的端口地址。计算8253通道0的时间常数写出8253计数通道0的方式控制字和初始化程序段。CPU在响应8259A的中断后，CPU何时从何处得到中断矢量号？得到的中断向量号是多少？CPU在响应中断后从哪几个内存单元取出中断服务程序的入口地址,Intel8254是Intel 8253的改进型，它们在操作方式及引脚排列上完全相同。相比8253，8254主要改进的内容是：1.计数频率高 8254的计数频率可由直流至6MHz，8254-2可高达10MHz。而8253最高只能达到2.6MHz。,9.4 Intel 8254简介,2.有读回命令(写入至控制

25、字寄存器)如果控制字寄存器D7=1，D6=1，D0=0，即为8254的读回命令，其格式如图9.12所示。这个命令可以使三个计数器的计数值一次锁存，而在8253则需要写入三个命令。,图9.12 8254的读回命令,另外，在8254中每个计数器都有一个状态字，当要读取时，也可由读回命令进行锁存。其状态字的格式如图9.13所示。,图9.13 8254的状态字格式,M,2,M,1,M,0,BCD,RW,0,RW,1,OUTPUT,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,0：OUT引脚是低电平,1：OUT引脚是高电平,0：计数值有效,1：无效计数值,其中，D0D5与方式控制字对应位的意义相同。即为写入此计数器的控制字的相应部分。D7表示OUT引脚的输出状态。D6表示计数初值是否已装入减1计数器，D6=0表示已经装入，可以读取计数器。,