第10章 计数器／定时器与模拟量转换

1、第第1010章章 计数器计数器/ /定时器与模拟量转换定时器与模拟量转换教学内容教学内容 10.1 可编程计数器/定时器 10.1.1 可编程计数器/定时器的基本工作原理 10.1.2 8253的内部结构及引脚 10.1.3 8253的控制字 10.1.4 端口C的状态字 10.1.5 8253的应用举例教学目标教学目标 1掌握接口芯片8253功能特点，理解其使用方法。重点内容重点内容 1 8253的基本工作原理和内部结构及引脚。 2 8253的控制字 3 8253的工作方式。 4 8253的应用举例。难点内容难点内容 8253的工作方式。学时数学时数 4学时10.1 10.1 可编程计数器可

2、编程计数器/ /定时器定时器 实现定时计数功能的常用方法可归纳为以下三种： （1）软件定时 （2）纯硬件定时 （3）可编程定时器10.1.1 10.1.1 可编程计数器定时器的基本工作原理可编程计数器定时器的基本工作原理 1. 1. 基本功能基本功能 以8253芯片为例来说明其基本功能，大致可概括为以下五点： 1）3个计数器：每个8253芯片上有3个独立的16位计数通道。 2）210MHz的计数频率：每个计数器的计数频率范围为0 2MHz，其改进型82542的计数频率范围为010MHz。 3）2种数制计数：每个计数器都可以按照二进制或十进制计数。 4）6种工作方式：每个计数通道都有6种工作方式

3、，可由程序设置或改变。 5）与TTL兼容：所有输入/输出引脚都与TTL兼容。 2. 2. 基本工作原理基本工作原理 8253工作时首先设置好计数初值，然后每当有一个计数脉冲到来时，计数单元减1，减到0后，8253输出一个响应信号。如果输入的计数脉冲的频率恒定，一定数量的计数脉冲就对应一定的间隔时间，这样就成为一个定时器。 1）控制寄存器 控制寄存器是从数据总线缓冲器中接收控制字，以确定计数器的操作方式。 2）初始值寄存器 用来存放计数器所需要的初始值。 3）计数输出寄存器 用来存放计数器中的内容，可由CPU读出。 4）状态寄存器 提供计数器定时器当前所处的状态，这些状态有利于了解计数器定时器某

4、时刻的内部情况。 5）计数器 计数器实际是一个具有减“1”功能的减法器。 计数器的三个重要信号： OUT信号：计数到0后的输出。 CLK信号：计数脉冲输入。 定时器所能实现的定时时间取决于计数脉冲的频率和计数器的初值，即： 定时时间时钟脉冲周期*预置的计数初值 GATE信号：门控输入信号。10.1.2 825310.1.2 8253的内部结构及引脚的内部结构及引脚 （1）数据总线缓冲器 （2）读/写逻辑电路 各控制信号及作用如下： A1和A0：端口选择信号。 ：读信号，低电平有效。 ：写信号，低电平有效。 ：片选信号，低电平有效。 RDWRCS (3) 计数器 每个通道有一个16位的初始值寄存

5、器（CR）、一个16位的计数执行部件（CE）和一个16位的输出锁存器（OL）。CPU通过输出指令将计数初始值存到CR中，用输入指令读OL中的内容，8253工作时首先从CR中将初始值装入到CE中，然后在CE中进行减1计数。 (4)控制寄存器 8253的控制寄存器是只写不读的，三个通道共用一个控制寄存器。10.1.3 825310.1.3 8253的控制字的控制字 1.计数方式的设定 8253有两种计数方式：二进制计数和BCD码计数。选择数制采用控制字的D0位来设定。 2.工作方式的设定 8253有6种工作方式：方式0方式5。 3.读写格式的设定 8253有4种写入计数初值格式或读计数值格式的设定

6、，选择读写格式采用控制字的D5、D4位来设定。00是将计数器的当前值锁存到输出寄存器，使CPU可以分两次来读取当前计数值；01是仅将该计数器作为8位使用；10是作为16位计数器使用，但只读、写其高8位，将低8位忽略不计；11是作为16位计数器使用，先读、写其低8位，再读、写其高8位。 4.计数器通道的选择 用D7和D6来选择本次控制字的使用对象。10.1.4 825310.1.4 8253的工作方式的工作方式 1.方式0计数结束中断方式 控制字将计数器设置为方式0后OUT变为低电平，写入计数初值后的下一个CLK的下降沿启动计数，其后每个CLK的下降沿计数值减1，减到0后OUT变为高电平。 计数

7、结束中断方式的特点： （1）OUT信号 控制字写入后，OUT变低电平，直到计数器减到0时才变为高电平。OUT输出可以作为计数结束的中断信号。 （2）GATE信号 计数器受GATE信号控制，当GATE0时，停止计数器的计数操作；当GATE1时，计数器继续计数。 （3）初始值 使用8位计数器和使用16位计数器忽略低8位时，只写入一次计数初值；使用完全16位计数器时，须分两次写入计数初值的高、低8位。 每次装入初始值后计数器只计数一遍。 计数过程中可重新装入计数初值。在写入新的计数初值后计数器立即按新的计数初值开始重新计数。 若设置初值为N，输出信号OUT是在N+1个CLK脉冲后才变高的。 2.方式

8、1可编程单稳触发器 可编程单稳触发器方式的特点： （1）OUT信号 控制字写入后，OUT变高电平，CPU写入计数初始值后，计数器并不计数，直到GATE信号上升沿后的下一个CLK下降沿OUT变为低电平。 计数器减到0时，OUT输出才变为高电平。 （2）GATE信号 GATE信号在方式1中起触发信号作用。CPU写入计数值后，计数器必须由GATE信号触发才开始计数。允许GATE信号多次触发，计数过程中，外部可用GATE脉冲进行再触发。 （3）初始值 计数过程中，CPU可改写初始值，但计数过程不受影响，计数将按原来的初始值减到0，在GATE信号再次触发后，才会按新的初始值重新开始计数。 3.方式2分频

9、器 分频器方式的特点： （1）OUT信号 OUT信号是输入时钟按照计数值N次分频后的一个连续脉冲。此方式可以作为一个脉冲速率发生器或用于产生实时时钟中断。 （2）GATE信号 计数器的初始值写入后，只有当GATE引脚为高电平时，计数器才开始递减计数。GATE端每一次由低到高的跳变触发，都将引起一次重新从CR向CE的装入操作。 （3）初始值 计数过程中，CPU可改写初始值，但当前计数过程不受影响，计数将按原来的初始值减到0，OUT输出一个负脉冲，计数器装入新的初始值后重新开始计数。 4.方式3方波发生器 方波发生器方式的特点： （1）OUT信号 方式3的OUT信号与方式2的工作类似，输出均为周期

10、性的，但方式3的输出为方波。 （2）GATE信号 方式3的GATE信号与方式2的作用相同。 （3）初始值 当初始值为偶数时，输出方波的占空比一定为50（N2）。 当初始值为奇数时，输出方波的高电平占（N1）2个输入时钟周期，低电平占（N1）2个输入时钟周期。 计数过程中，CPU可改写初始值，但当前计数周期不受影响，在下一个计数周期就按新的初始值重新开始计数。 5.方式4软件触发选通 软件触发选通方式必须注意以下几点： （1）OUT信号 控制字写入后，OUT变高电平。CPU写入计数初始值后，当GATE信号为高电平时开始计数，直到计数器减到0时，OUT输出一个输入时钟宽度的低电平，然后OUT恢复高

11、电平。 （2）GATE信号 当GATE1时，计数器正常工作，当GATE0时，计数器停止减1操作。 （3）初始值 计数过程中，CPU可以更改计数初始值，并从新初始值开始计数。 6.方式5硬件触发选通 硬件触发选通方式的特点： （1）OUT信号 控制字写入后，OUT变高电平，CPU写入计数初始值后，计数器并不立即开始计数，必须由GATE的上升沿触发启动计数。当计数到0时，输出OUT变低电平，经过一个CLK脉冲后，OUT恢复为高，并停止计数。 （2）GATE信号 计数过程是由GATE的上升沿“触发” 启动计数的。在计数过程中又有GATE上升沿时，则计数器重新从初始值开始计数，但对于输出OUT的状态没

12、有影响。 （3）初始值 计数过程中，CPU可以更改计数初始值，在没有GATE信号触发的情况下，不影响计数过程。当计数减到0后，若此时有新的GATE信号触发，则按新的计数值重新开始计数。 7. 8253各工作方式之间的异同点 （1）各工作方式的共同点 1）当控制字写入计数器时，所有的控制逻辑电路立即复位，输出端OUT进入初始状态：高电平或者低电平。 2）初始值写入后，要经过一个时钟上升沿和一个下降沿，计数执行部件才开始工作。 3）在时钟脉冲CLK的上升沿时，门控信号GATE才被采样。 （2）各工作方式的不同点 1）软件触发启动计数 方式0和方式4为软件启动计数，没有自动重新装入计数初值功能。方式

13、0在计数过程中保持低电平，计数结束时变成高电平。方式4在计数的前一个CLK周期输出一个负脉冲。 2）硬件触发启动计数 方式1和方式5为硬件启动计数，在写入计数初值后还要等待GATE的上升沿才能启动计数。 3）自动装入计数初值 方式2和方式3具有自动重新装入计数初值的功能。 4）门控信号GATE的控制作用 10.1.5 825310.1.5 8253的应用举例的应用举例 设8253的端口地址为40H43H。系统提供的时钟位2MHz，要求产生一个频率为2kHz的信号，其中每个周期中高电平的时间为475uS。请编写8253的初始化程序。 解 要产生一个频率为2kHz的信号，即周期为500uS，高电平

14、时间为475uS的周期信号，可采用通道0的方式2实现， 其计数通道的输入时钟周期应为500-475=25uS。 再用通道1单独产生周期为为25uS的方波作为通道0的输入时钟， 系统提供的时钟周期为T=0.5uS， 作为通道1的输入时钟。 因此通道1计数初值=25/0.5=50，采用方式3实现。把OUT1连接到CLK0，而通道0工作在方式2，计数初值=500/25=20。初始化程序如下。 具体的程序段如下： MOV AL，00010100B OUT 43H，AL ;计数器0，使用低8位，方式2，二进制 MOV AL，20 OUT 40H，AL ;置计数器0初值20 MOV AL，01010110

15、B OUT 43H，AL ;计数器1，使用低8位，方式3，二进制 MOV AX，50 OUT 43H，AL ;置计数器1初值5010.2 10.2 数数/ /模转换模转换 计算机内部只能使用数字量，而工业生产中常见的电压、电流、压力等都是模拟量，因此需要进行转换。10.2.1 10.2.1 概述概述 1.数模（D/A）转换原理 要点：T型电阻网络仅使用2种阻值的电阻；运算放大器的正端接地，负端位虚地；用计算机端口的某一位控制Sx；VOUT输出值与Sx成正比。 )V161DV81DV41DV21D(REF0REF1REF2REF330iii4REFD22V1n0iiinREFOUTD22VV30

16、iiOUTOUTRIRIV 当T型电阻网络的支路位n时，输出电压 。即输出电压的绝对值正比于数字量Di。 2.D/A转换器的主要性能指标 （1）分辨率 分辨率是指D/A转换器能分辨的最小电压增量。一般来说转换器的位数越多，分辨率也越高。因此，也常用D/A转换器的位数来表示分辨率，如8位、10位、12位等。 （2）转换精度 转换精度是指D/A转换器实际输出电压与理论值之间的误差。通常采用数字量的最低有效位LSB作为衡量单位，记作1LSB、 1/2LSB、1/4LSB等。 （3）建立时间 建立时间是指D/A转换器满刻度变化时，输出达到满刻度值 1/2LSB并稳定时所需时间，约即纳秒至几微秒。 （4

17、）线性误差 相邻两个数字量之间的差应为1LSB，即线性的。在满量程范围内，偏离此理想线性的最大值称为线性误差。 （5）温度系数 在规定范围内，温度每变化1引起的增益、线性度、零点偏移等参数的变化量。10.2.2 D/A10.2.2 D/A转换芯片转换芯片 DAC0832。 1.内部结构和引脚 2.工作方式 DAC0832内部有2级锁存器，可构成3种工作方式。 （1）直通方式 当 、 、 和 引脚直接接数字地，ILE引脚为高电平时，芯片工作于直通方式，即不使用锁存器缓冲。 （2）单缓冲方式 使用ILE、 、 进行控制， 、 接地，即DAC寄存器直通，仅使用输入寄存器缓冲。 使用 、 进行控制，I

18、LE接高电平， 、 接地，即输入寄存器直通，仅使用DAC寄存器缓冲。 、 、 、 和ILE都参与控制，使DAC寄存器和输入寄存器同时打开和锁存。CS1WRXFER2WRCS1WRXFER2WRCS1WRXFER2WRCS1WRXFER2WR （3）双缓冲工作方式 CPU先将数字量锁存到输入寄存器，再使输入寄存器的数字量进入DAC寄存器，获得D/A输出。 这种方式仅用于要求多个D/A输出同时有效的场合。10.2.3 D/A10.2.3 D/A转换器的应用转换器的应用 1.D/A转换器与微处理器的连接原则 （1）数字量的输入 三种工作方式中，直通方式要求数字量能够持续；缓冲方式则要求数字量在总线上稳定后，相关选通端有效。 （2）输出电路 DAC0832内部没有运算放大器，须外接。有单极性和双极性方式。 2.DAC0832的应用实例 通过编程获得19V的三角波。 使用单缓冲方式。输出为010V。MOV AL,19HL1:OUT