计数器与定时器教学课件PPT.ppt

微机原理及接口 教学课件,第9章 定时计数控制器,本章主要内容 8253 的引脚和 6 种工作方式 8253 的编程 8253 在ibm pc系列机上的应用,定时器和计数器,定时控制在微机系统中极为重要 定时器由数字电路中的计数电路构成，通过记录高精度晶振脉冲信号的个数，输出准确的时间间隔 计数电路如果记录外设提供的具有一定随机性的脉冲信号时，它主要反映脉冲的个数（进而获知外设的某种状态），常又称为计数器,定时功能的实现方法,用软件实现延时利用微处理器执行一个延时程序段实现 用硬件实现定时 采用不可编程器件如分频器、单稳电路、简易定时电路； 采用可编程器件采用可编程的定时/计数芯片和软件硬件结合的办法构成灵活的定时电路，可在不同的时间段内采用不同的定时策略。,9.1 8253/8254定时计数器,3个独立的计数器通道，每个计数通道16位，可进行： 定时对引脚上输入的周期性时钟信号进行计数 计数对引脚上输入的非周期性脉冲信号进行计数 每个计数器有 6 种工作方式 可按二进制或十进制（bcd码）进行计数 每个计数器的计数速率可高达2mhz（8254-2计数频率可达到10mhz ）。,8254是8253的改进型二者差别很小,一、8253的内部结构和引脚,引脚,d7d0：8位、双向、三态数据线，直接和系统数据总线相连。读/写16位数据则分两次进行。 cs：片选信号，低电平有效。 rd，wr：读信号，写信号，低电平时有效。 a1，a0：8253端口选择线。0010分别选择计数器02，11选择控制端口。 clk0clk2：分别是计数器02计数脉冲输入端，决定计数的速率。 gate0gate2：分别是计数器02门控输入端，作为对计数允许/禁止的控制 。 out0out2：分别是计数器02的输出端，反映计数器的计数状态 。,8253/8254的i/o地址,功 能,对计数器0设置计数初值,-cs,-rd,a1,a0,-wr,对计数器1设置计数初值,对计数器2设置计数初值,设置控制字,从计数器0读出计数值,从计数器1读出计数值,从计数器2读出计数值,计数器（通道）内部结构示意图,预置寄存器,gate,clk,out,减1计数器,输出锁存器,计数器工作描述,预置寄存器用于存放计数初值，注意： 可采用二进制或十进制（bcd码） 计数初值为0时，计数值最大（65536/10000） 计数初值为1时，计数值最小（1/1） 减法计数器clk引脚每收到一个脉冲，减法计数器将减1。注意，预置寄存器中的预置值不会改变。 输出锁存器用于锁定当前的计数值，这样cpu在读取时，该值将不再变化,计数器的3个引脚,clk（时钟）输入，在计数过程中，此引脚上每输入1个时钟信号（下降沿），计数器的计数值将减1 gate（门控）输入，控制计数器工作： 开启/关闭计数高电平时允许计数通道工作 触发/重触发上升沿产生触发或重触发 out（计数器输出）输出，根据设置工作方式的不同， out引脚可输出单个或连续的波形信号。一般是在计数过程结束时（计数值归0），out引脚信号发生变化。,二、 8253/8254的工作方式,方式0 计数结束中断 方式1 可编程单稳 方式2 连续负脉冲发生器 方式3 连续方波发生器 方式4 软件触发选通 方式5 硬件触发选通,1、方式0： 计数结束中断,gate,out,clk,0,3,1,2,4,写入4,写入方式0,-wr,gate：开关作用,方式0 计数结束中断,在这种方式下，当控制字cw（control word）写入控制字寄存器，则使out输出端变低，此时计数器没有赋予初值，也没开始计数。 要开始计数，gate信号必须为高电平，并在写入计数初值后，通道开始计数，在计数过程中 out线一直维持为低，直到计数到“0”时。out输出变高。,2、方式1： 可编程单稳脉冲,gate,out,clk,0,3,1,2,4,写入4,写入方式1,-wr,gate：触发作用,方式1 可编程单稳脉冲,在这种方式下，当cpu写控制字之后（的上升沿），输出将保持为高（若原为低，则由低变高）。当cpu写完计数值后，计数器并不开始计数，直到外部门控脉冲gate启动之后的下一个输入clk脉冲的下降沿开始计数，输出out变低。因整个计数过程中，out都维持为低，直到计数到0，输出变为高，因此，输出为一个单拍脉冲。若外部再次触发启动，则可以再产生一个单拍脉冲。,3、方式2： 频率发生器（分频器）,0,3,1,2,4,gate,out,clk,写入 4,写入 方式2,0,3,1,2,4,0,3,1,2,4,0,3,1,2,4,-wr,gate：开关作用,方式2 频率发生器（分频器）,在这种方式下，当cpu输出控制字后，输出将为高。在写入计数值后，计数器将立即自动对输入时钟clk计数。在计数过程中输出始终保持为高，直至计数器减到1时，输出将变低，经过一个clk周期，输出恢复为高，且计数器开始重新计数。,4、方式3 ： 方波发生器,0,3,1,2,4,gate,out,clk,写入 4,写入 方式3,0,3,1,2,4,0,3,1,2,4,0,3,1,2,4,-wr,gate：开关作用 初值n为偶数：n/2脉冲数输出高， n/2脉冲数输出低 初值n为奇数：(n+1)/2脉冲数输出高， (n-1)/2脉冲数输出低,方式4 软件触发选通信号,gate,out,clk,0,3,1,2,4,写入 4,写入 方式4,2,3,写入 3,1,0,-wr,gate：开关作用,5、方式4： 软件触发选通信号,在这种方式下，当写入控制字后，输出为高（原为高则保持为高，原为低则变为高）。当写入计数值后立即开始计数（相当于软件启动），当计数到0后，输出变低，经过一个输入时钟周期，输出又变高，计数器停止计数。这种方式计数也是一次性的，只有在输入新的计数值后，才能开始新的计数,方式5 硬件触发选通信号,gate,out,clk,0,3,1,2,4,写入 4,写入 方式5,2,2,3,3,写入 3,1,1,0,-wr,gate：触发作用,重触发：装计数值,触发,6、方式5： 硬件触发选通信号,在这种方式下，设置了控制字后，输出为高。在设置了计数值后，计数器并不立即开始计数，而是由门控脉冲的上升沿触发启动。当计数到0时，输出变低，经过一个clk脉冲，输出恢复为高，停止计数。要等到下次门控脉冲的触发才能再计数,各种工作方式的输出波形,方式 0,方式 1,方式 2,方式 3,方式 4,方式 5,0,n,0,n,0,n,0/n,1,1,0,n,n/2,n/2,0/n,0,n,0 1,n,0 1,n,0 1,6种工作方式共同点,写入计数初值之后，并不马上开始计数，只有检测到gate信号有效，经过一个clk周期，把计数初值送到减1计数寄存器，才开始作减1操作。 out端随着工作方式的不同和当前计数状态的不同，一定有电平输出变化，而且输出变化均发生在clk的下降沿。out的输出波形在写控制字之前为未定态，在写了控制字之后到计数之前为计数初态，再之后有计数态、暂停态、结束态等。 对于给定的工作方式，门控信号gate的触发条件是有具体规定的，或电平触发，或边沿触发，或两者均可,门控信号gate的性能,6种工作方式不同点(1),方式0和方式4都是由软件触发(写入计数初值)启动计数，无自动重装入计数初值能力，除非再写初值。门控信号gate高电平时，减1计数器减1；低电平时，减1计数器停止计数。它们的区别是：方式0在计数过程中out输出为低电平，计数结束时变为高电平，并一直保持；方式4在计数过程中out输出为高电平，计数结束时输出一个宽度为一个tclk的负脉冲，以后又保持高电平。,6种工作方式不同点(2),方式1和方式5均是硬件触发(gate上升沿)启动计数。写入初值之后，在门控信号gate的上升沿触发下，初值写入减1计数寄存器，开始计数，并且gate只在上升沿起作用。它们的区别是：方式1在计数过程中out输出一个宽度为计数初值乘以tclk的单相负脉冲；方式5是在计数结束后out输出一个宽度为一个tclk的负脉冲。,6种工作方式不同点(3),方式2和方式3的共同点是具有自动重装入计数初值的能力，都是频率发生器(分频器)。它们的区别是：方式2输出占空比为(n-1):1的矩形波信号，而方式3输出方波（或近似方波）信号。,9.2 8253/8254的编程,8253加电后的工作方式不确定，必须经初始化编程后，才能正常工作 初始化编程： 先写入控制字 再写入计数初值 工作后，可随时读取计数值： 一般先将计数值锁存在通道内的锁存器中 然后可分两次读取16位的计数值 8254 新增的读回命令,1 写入方式控制字,控制字写入控制字i/o地址（a1a011）,00 计数器0 01 计数器1 10 计数器2 11 非法,00 计数器锁存命令 01 只读写低字节 10 只读写高字节 11 先读写低字节 后读写高字节,000 方式0 001 方式1 010 方式2 011 方式3 100 方式4 101 方式5,0 二进制 1 十进制,2 写入计数初值,选择二进制时 计数范围：1h10000h 初值写入0时计数最大（65536/10000h） 选择十进制（bcd码）时 计数范围：110000 初值写入0时计数最大（10000）,计数值写入计数器各自的 i/o地址,3 读取计数值,对8位数据线，读取16位的计数值，需要分两次进行 由于计数在不断进行，故应将当前计数值先行锁存，然后再读取： 向控制字i/o地址写入锁存命令 从计数器i/o地址读取被锁存的计数值 3 种读取方式： 只读低8位 只读高8位 先低后高,读取计数值时要注意格式和数制,例1: 8253的初始化,例：要求计数器0工作于方式3，输出方波的重复频率为2khz，计数脉冲输入为2.5mhz，采用bcd码计数，试写出初始化程序段。,计算计数初值： tc= 2.5mhz/ 2khz=1250 方式字为：0011 0111b=37h （计数器0，写16位，方式3，bcd计数） 设端口地址为：80h、81h、82h、83h。,；写入方式控制字 mov al，37h out 83h，al ；写入计数初始值低8位 mov al，50h out 80，al ；写入计数初始值高8位 mov al，12h out 80h，al,例2: 定时器,计数器0定时10ms，clk时钟200khz，请初始化,分析：clk200k，t5us，所以n10ms/5us2000,mov al，00110001b ；写入方式控制字 mov dx,307h out dx，al mov al，0h ；写入计数初始值低8位 mov dx,304h out dx，al mov al，20h ；写入计数初始值高8位 out dx，al,9.3 8253的应用,例3:用8253-5监视一个生产流水线,:设计要求及设计方案,使用8253-5监视一个生产流水线，每通过50个工件，扬声器响5秒钟，频率2000hz。 用8253-5的通道0设定为计数方式计数，计数满50后，由out0输出一个负脉冲，经反向后作为8259a的中断请求信号，在中断服务程序中，启动8253-5通道1工作，有通道1连续输出频率为2000hz的方波信号，持续5秒后结束。 通道0工作于方式2，通道1工作于方式3，通道1的门控信号gate1由8255a的pa0控制。,:控制字设置,通道0计数器工作于方式2，采用bcd计数，因计数初值为50，采用rl1rl0=01（读/写计数器的低8位），则工作方式字为00010101=15h。 通道1计数器工作于方式3，clk1接2.5mhz时钟，要求产生1000hz的方波，则计数初值应为2.5106/2000=1250，采用rl1rl0=11 （先读计数器的低8位，再读计数器的高8位）。则工作方式字为01110111=77h。 设通道0的地址为40h，通道1的地址为41h，控制口地址为43h，8255a的口地址为80-83h。,:主程序,mov al，15h；通道0初始化，方式2 out 43h，al mov al，50h；置计数初值 out 40h，al sti ；开中断 lpo：hlt ；等待中断 jmp lop,: 中断服务程序,mov al，01h ；通道1的gate1置1，启动计数 out 80h，al ; 认为8255已经初始化，向8255 ；端口送数，使pa0为“1” mov al，77h ；通道1初始化，方式3 out 43h，al mov al，50h ；置计数初值低8位 out 41h，al mov al，12h ；置计数初值高8位 out 41h，al call dl5s ；延时5秒，dl5s为5秒延时程序 mov al，00h ；通道1的gate1置0，停止计数 out 80h，al ；复位8255端口，使pa0为“0” iret,例4: 为a/d转换提供采样启动信号,8253,启动转换,时钟源,频率 f,+5v,求计数值,cnt0,cnt1,cnt2,a0 a1,a1 a2,i/o地址 200h207h,-cs,ch0的输出频率： f/cnt0 ch0的门控端：ch2/ch1级联后控制， 采样持续时间： (cnt1*cnt2)/f,注意地址连接,方式2 连续 负脉冲,方式1 单稳,方式3 方波,采样频率 f/cnt0,方波,启动,例5: 三个计