可编程定时-计数控制器

1、第第9章章 可编程定时可编程定时/计数控制器计数控制器教学重点教学重点 8253的内部结构及其计时的内部结构及其计时/定时的定时的6种工作方式，对种工作方式，对8253进行初始化编程和读回当前计数值。进行初始化编程和读回当前计数值。 知识目标：知识目标： 1了解定时了解定时/计数的基本概念计数的基本概念 2掌握掌握8253的结构和特点的结构和特点 3掌握掌握8253的工作方式的工作方式 4了解了解8254 重点：重点： 8253的内部结构的内部结构;6种工作方式。种工作方式。 9.1 定时定时/计数的基本概念计数的基本概念定时与计数的作用：定时与计数的作用：举例：举例：如何定时？如何定时？ 为

2、获得稳定准确的定时，必须有稳定准确的时间基准。定为获得稳定准确的定时，必须有稳定准确的时间基准。定时的本质是计数，把若干小片的时间单元累加起来，就获时的本质是计数，把若干小片的时间单元累加起来，就获得一段时间。得一段时间。定时的方法定时的方法1. 软件定时方法软件定时方法2. 硬件定时方法硬件定时方法软件定时：软件定时：利用利用CPU执行指令执行指令需要若干指令周期的原理，运需要若干指令周期的原理，运用软件编程，循环执行一段程用软件编程，循环执行一段程序产生延时，配合简单输出接序产生延时，配合简单输出接口向外送出定时控制信号。口向外送出定时控制信号。优点：优点：硬件简单，只需要编制硬件简单，只

3、需要编制相应的延时程序。相应的延时程序。缺点：缺点：增加增加CPU的时间开销，的时间开销，浪费浪费CPU的资源。的资源。硬件定时：硬件定时：专用的多谐专用的多谐振荡器件或单稳器件。振荡器件或单稳器件。优点：优点：缺点：缺点：使用不方便。使用不方便。当前采用技术：当前采用技术：可编程可编程通用定时器通用定时器/计数器芯片。计数器芯片。9.2 可编程定时可编程定时/计数器计数器Intel 8253 10.2.1 8253的内部结构的内部结构10.2.2 8253的内部引脚的内部引脚10.2.3 8253的控制字的控制字10.2.4 8253的工作方式的工作方式本节本节 主讲内容主讲内容10.2.5

4、 8253应用举例应用举例9.2 可编程定时可编程定时/计数器计数器Intel 8253Intel 8253：3个独立个独立16位计数器通道；位计数器通道；6种工作方式；按二进制计数种工作方式；按二进制计数或或BCD码计数；码计数；2.6MHz；单；单+5V电源，电源，24条引脚双列条引脚双列直插式封装；输入输出引脚都与直插式封装；输入输出引脚都与TTL兼容。兼容。作为可编程的方波频率发生器、分频器、实时时钟、事作为可编程的方波频率发生器、分频器、实时时钟、事件计数器和单脉冲发生器等。件计数器和单脉冲发生器等。9.2.1 Intel 8253的内部结构的内部结构8位双向三态缓冲器。对位双向三态

5、缓冲器。对8253进行读计数器当前计进行读计数器当前计数值和写计数初值及设置数值和写计数初值及设置8253的工作方式。的工作方式。只能写入而不能读出。只能写入而不能读出。A1A0=11B时，时，访问控制字寄存器，接收控制字，由控访问控制字寄存器，接收控制字，由控制字的制字的D7D6决定控制字写入哪个计数器决定控制字写入哪个计数器的控制寄存器，由控制字，决定计数器的控制寄存器，由控制字，决定计数器通道的工作方式、选择计数器是按二进通道的工作方式、选择计数器是按二进制或制或BCD码计数、选择每个计数器初值码计数、选择每个计数器初值的写入顺序。的写入顺序。计数器计数器0、计数器、计数器1、计、计数器

6、数器2完全独立、结构相完全独立、结构相同，同，16位可预置的减法位可预置的减法计数器构成。计数器构成。9.2.1 Intel 8253的内部结构的内部结构计数通道结构计数通道结构CPU不能直接访不能直接访问问CE；CPU随随时可以用输入指时可以用输入指令，将计数器的令，将计数器的当前值从输出锁当前值从输出锁存器存器OL中读出中读出9.2.1 Intel 8253的内部结构的内部结构8253内部控制电路，从系统控制内部控制电路，从系统控制线上接收输入信号，转变成线上接收输入信号，转变成8253内部操作的各种控制信号。内部操作的各种控制信号。9.2.2 8253的外部引脚的外部引脚1. 与定时计数

7、电路相连接的引脚与定时计数电路相连接的引脚CE对对CLK输入脉冲输入脉冲进行计数；系统时钟进行计数；系统时钟脉冲、分频、其它脉脉冲、分频、其它脉冲源提供；均匀、连冲源提供；均匀、连续、周期精确；不均续、周期精确；不均匀、不断续、周期不匀、不断续、周期不定的。定的。注意：注意：8253作作分频器分频器，工作于，工作于定时器方式定时器方式：CLK输入是连续输入是连续的、周期精确的时钟脉冲，的、周期精确的时钟脉冲，OUT输出必定是频率降低的、输出必定是频率降低的、周期精确的时钟脉冲。周期精确的时钟脉冲。8253作作计数器计数器：CLK输入只是脉冲的数量，不是脉冲输入只是脉冲的数量，不是脉冲的时间间隔

8、，的时间间隔，CLK可以输入周期不定的脉冲，也可以输可以输入周期不定的脉冲，也可以输入周期确定的脉冲。当计数到预置的初值后，从入周期确定的脉冲。当计数到预置的初值后，从OUT端端输出一个脉冲。输出一个脉冲。CLK的脉冲周期不定，的脉冲周期不定，OUT输出的脉冲输出的脉冲周期也不确定。周期也不确定。8253的基本工作方式：对外部输入到的基本工作方式：对外部输入到CLK引脚上的脉冲引脚上的脉冲进行计数。定时方式还是计数方式，取决于输入脉冲的进行计数。定时方式还是计数方式，取决于输入脉冲的性质和用户的需要。性质和用户的需要。9.2.2 8253的外部引脚的外部引脚9.2.2 8253的外部引脚的外部

9、引脚1. 与定时计数电路相连接的引脚与定时计数电路相连接的引脚减减1计数到零计数到零/定时时定时时间到的脉冲输出；当间到的脉冲输出；当计数器减计数器减1计数到零计数到零时，有电平或脉冲信时，有电平或脉冲信号输出；取决于工作号输出；取决于工作方式，它可以是电平、方式，它可以是电平、脉冲或方波等。脉冲或方波等。9.2.2 8253的外部引脚的外部引脚1. 与定时计数电路相连接的引脚与定时计数电路相连接的引脚外部控制计数器工作；外部控制计数器工作；作用取决于作用取决于8253的工的工作方式：作方式：当为低电平当为低电平时，禁止通道的计数时，禁止通道的计数单元计数、由低电平单元计数、由低电平向高电平变

10、跳过程中向高电平变跳过程中会触发一次新的计数。会触发一次新的计数。9.2.2 8253的外部引脚的外部引脚 地址信号地址信号 数据信号数据信号 控制信号控制信号面向系统的面向系统的引脚信号按引脚信号按照其传输信照其传输信息的种类不息的种类不同同2. 与系统相连接引脚与系统相连接引脚9.2.2 8253的外部引脚的外部引脚2. 与系统相连接引脚与系统相连接引脚内部口地址的选内部口地址的选择，输入。择，输入。8253内部共有内部共有4个端口：个端口：A口，口，B口，口，C口口和控制口；和控制口；9.2.2 8253的外部引脚的外部引脚2. 与系统相连接引脚与系统相连接引脚片选，输入，用片选，输入，

11、用来决定芯片是否来决定芯片是否被选中，由地址被选中，由地址总线高位经译码总线高位经译码电路产生电路产生表表10-1 8253A端口地址分配表端口地址分配表 A1 A0操 作数据传送方式0 0 1 0 00 0 1 0 10 0 1 1 00 1 0 0 00 1 0 0 10 1 0 1 00 1 0 1 10 0 1 1 11 读读0计数器计数器读读1计数器计数器读读2计数器计数器写写0计数器计数器写写1计数器计数器写写2计数器计数器写控制口写控制口8253无操作无操作未选中未选中0计数器计数器OL 数据总线数据总线1计数器计数器OL 数据总线数据总线2计数器计数器OL 数据总线数据总线数据

12、总线数据数据总线数据 0计数器计数器CR数据总线数据数据总线数据 1计数器计数器CR数据总线数据数据总线数据 2计数器计数器CR数据总线数据数据总线数据 控制口控制口数据总线高阻状态数据总线高阻状态数据总线高阻状态数据总线高阻状态9.2.2 8253的外部引脚的外部引脚CSRDWR9.2.2 8253的外部引脚的外部引脚8位，双向，位，双向，三态，用来三态，用来与系统数据与系统数据总线相连总线相连读信号，输入，控读信号，输入，控制制8253将数据或将数据或状态信息送给状态信息送给CPU写信号，输入，控写信号，输入，控制制CPU将数据或控将数据或控制信息送到制信息送到82532. 与系统相连接引

13、脚与系统相连接引脚9.2.3 8253的控制字的控制字4个功能段：个功能段：9.2.4 8253的工作方式的工作方式6种种工作方式：工作方式： 方式方式0方式方式5区别：区别： OUT输出的波形不同；输出的波形不同； 计数过程中计数过程中GATE信号对计数操作的影响不同；信号对计数操作的影响不同； 启动计数器的触发方式不同启动计数器的触发方式不同1方式方式0计数结束时中断方式计数结束时中断方式（Interrupt on Terminal Count）方式0波形图CW：8253控制字；控制字；LSB：低：低8位计数值；位计数值；MSB：高：高8位计数值位计数值GATE=1初值初值N，OUT在写入

14、在写入命令执行后，第命令执行后，第N+1个个CLK脉冲之后，变脉冲之后，变为高电平为高电平1方式方式0计数结束时中断方式计数结束时中断方式（Interrupt on Terminal Count）1方式方式0计数结束时中断方式计数结束时中断方式（Interrupt on Terminal Count）(b)方式0GATE作用1方式方式0计数结束时中断方式计数结束时中断方式（Interrupt on Terminal Count）2方式方式1可编程单稳态触发器可编程单稳态触发器（Programmable Oneshort）方式1波形图由外部门控信由外部门控信号号GATE上升上升沿触发，使输沿触发

15、，使输出端变为低电出端变为低电平，产生一个平，产生一个单拍负脉冲信单拍负脉冲信号，脉冲宽度号，脉冲宽度由计数值决定。由计数值决定。2方式方式1可编程单稳态触发器可编程单稳态触发器（Programmable Oneshort）2方式方式1可编程单稳态触发器可编程单稳态触发器（Programmable Oneshort）2方式方式1可编程单稳态触发器可编程单稳态触发器（Programmable Oneshort）3方式方式2速率发生器、分频器速率发生器、分频器（Rate Generator）N分频计数器分频计数器3方式方式2速率发生器、分频器速率发生器、分频器（Rate Generator）3方式

16、方式2速率发生器、分频器速率发生器、分频器（Rate Generator）4方式方式3方波发生器方波发生器（Square Wave Generator）对称方波（偶数）对称方波（偶数）;近似对称方波（奇数）近似对称方波（奇数）4方式方式3方波发生器方波发生器（Square Wave Generator）4方式方式3方波发生器方波发生器（Square Wave Generator）4方式方式3方波发生器方波发生器（Square Wave Generator）5方式方式4软件触发选通方式软件触发选通方式（Software Triggered Strobe）5方式方式4软件触发选通方式软件触发选通方

17、式（Software Triggered Strobe）5方式方式4软件触发选通方式软件触发选通方式（Software Triggered Strobe）6方式方式5硬件触发选通方式硬件触发选通方式（Hardware Triggered Strobe）硬件触发计数方式，即门控信号硬件触发计数方式，即门控信号GATE上升沿触发计数。上升沿触发计数。6方式方式5硬件触发选通方式硬件触发选通方式（Hardware Triggered Strobe）6方式方式5硬件触发选通方式硬件触发选通方式（Hardware Triggered Strobe）7工作方式小结工作方式小结（1）方式方式0在写入控制字后

18、在写入控制字后OUT变为变为低电平，其它低电平，其它5种方式种方式在写入控制字后在写入控制字后OUT输出输出高电平高电平.（2）预置值）预置值N与输出波形的关系与输出波形的关系:方式初值N与波形的关系0写入初值写入初值N后，经后，经N+1个个CLK输出变为高电平输出变为高电平1输出一个宽度为输出一个宽度为N个个CLK的负脉冲的负脉冲2每每N个个CLK脉冲，输出一个宽度为脉冲，输出一个宽度为CLK周期的负脉冲周期的负脉冲3方波输出，周期为方波输出，周期为N个个CLK周期，周期，N为奇数时高电平比低电平多一个为奇数时高电平比低电平多一个CLK周周期期4写入初值写入初值N后，计数结束后输出一个宽度为

19、后，计数结束后输出一个宽度为CLK周期的负脉冲周期的负脉冲5写入初值写入初值N后，由门控触发，计数结束后输出一个宽度为后，由门控触发，计数结束后输出一个宽度为CLK周期的负脉冲周期的负脉冲7工作方式小结工作方式小结（3）方式方式2，4，5相同之处相同之处：计数到终点，输出宽度为：计数到终点，输出宽度为1个个CLK周期的低电平脉冲。周期的低电平脉冲。 不同点为：不同点为：方式方式2为自动启动为自动启动，重复计数、，重复计数、输出低电平脉冲；输出低电平脉冲；方式方式4也为自动启动，也为自动启动，仅仅输出一个低电平脉输出一个低电平脉冲冲；方式方式5需等待需等待GATE上升沿的到来才开始计数，只上升沿

20、的到来才开始计数，只输出一输出一个低电平脉冲个低电平脉冲。（4）方式方式2，3相同之处：输出周期性信号，每当计数到终点，相同之处：输出周期性信号，每当计数到终点，初始化时预置的初值都会被自动重新装入初始化时预置的初值都会被自动重新装入(减减1计数器计数器)。7工作方式小结工作方式小结门控信号门控信号GATE在不同工作方式下的作用在不同工作方式下的作用方式方式GATEGATE引脚输入状态所起的作用引脚输入状态所起的作用输出波形输出波形高电平高电平低电平低电平下降沿下降沿上升沿上升沿0 0允许允许禁止禁止暂停暂停继续继续计数过程中为低计数过程中为低, ,计数值减为计数值减为0 0时时, ,变高变高

21、 ( (单单次次) )1 1不影响不影响不影响不影响不影响不影响开始或重新开始或重新开始开始宽度为宽度为n n个个CLKCLK的低电平（单次）的低电平（单次）2 2允许允许禁止禁止停止停止重新开始重新开始周期为周期为n n个个CLKCLK，宽度，宽度1 1个个CLKCLK的负脉冲（重复）的负脉冲（重复）3 3允许允许禁止禁止停止停止重新开始重新开始周期为周期为n n个个CLKCLK的方波（重复）的方波（重复）4 4允许允许禁止禁止停止停止重新开始重新开始减为减为0 0时输出宽度为时输出宽度为1 1个个CLKCLK的负脉冲的负脉冲( (单次单次) )5 5不影响不影响不影响不影响不影响不影响开始

22、或重新开始或重新开始开始减为减为0 0时输出宽度为时输出宽度为1 1个个CLKCLK的负脉冲的负脉冲( (单次单次) )9.2.5 8253的应用举例的应用举例1. 8253的初始化的初始化两种方法：两种方法：（1）对每个计数器分别进行初始化，先写控制字，后写对每个计数器分别进行初始化，先写控制字，后写计数值。计数值。如果计数值是如果计数值是16位的，则先写低位的，则先写低8位（位（LSB）再写高再写高8位（位（MSB）。）。（2）先写所有计数器的方式控制字，再写各个计数器的先写所有计数器的方式控制字，再写各个计数器的计数值。计数值。如果计数值是如果计数值是16位的，则先写低位的，则先写低8位

23、再写高位再写高8位。位。9.2.5 8253的应用举例的应用举例例：假设一个例：假设一个8253在某系统中的端口地址在某系统中的端口地址40H43H，如果，如果要将计数器要将计数器0设置为工作方式设置为工作方式3，计数初值为，计数初值为3060H，采用，采用二进制计数法二进制计数法.MOV AL， 36H；计数器；计数器0，方式，方式3，计数值，计数值16位，位， ； 二进制计数二进制计数OUT 43H，AL ；写入控制寄存器；写入控制寄存器MOV AX， 3060H；设置计数值；设置计数值OUT 40H，AL；写低；写低8位至计数器位至计数器0MOV AL,AHOUT 40H,AL；写高；写

24、高8位至计数器位至计数器09.2.5 8253的应用举例的应用举例2. 8253的读操作的读操作原因及过程（注意原因及过程（注意16位）：位）：两种方法：两种方法：（1）读之前先停止计数）读之前先停止计数 在读之前用在读之前用GATE信号，控制计数器暂停计数，或由外部信号，控制计数器暂停计数，或由外部逻辑禁止所要读的计数通道的逻辑禁止所要读的计数通道的CLK脉冲输入。脉冲输入。 原因：原因：计数值计数值16位，位，CPU要执行两次读入指令，还要把读要执行两次读入指令，还要把读入的数存入寄存器或存储单元中。入的数存入寄存器或存储单元中。 两次读入有时间间隔。两次读入有时间间隔。（2）读之前先送计

25、数器锁存命令）读之前先送计数器锁存命令（1）读之前先停止计数）读之前先停止计数例：读计数器例：读计数器0。这种读入要求软件和硬件配合，即先使。这种读入要求软件和硬件配合，即先使GATE为低电平，禁止计数器计数，再执行如下读入程序段为低电平，禁止计数器计数，再执行如下读入程序段（端口地址（端口地址40H43H）：）：INAL， 40H ；读入计数器；读入计数器0的的OL低低8位位MOV BL， ALIN AL， 40H ；读入计数器；读入计数器0的的OL高高8位位MOV BH， AL9.2.5 8253的应用举例的应用举例9.2.5 8253的应用举例的应用举例 RL1、RL0为为00的一种特殊

26、形式，的一种特殊形式，写入的端口地址写入的端口地址是控制字地址。是控制字地址。SC1、SC0编码，编码，决定所要锁存的决定所要锁存的计数器。锁存命计数器。锁存命令的低令的低4位无效，位无效，可以为可以为0000B。假设要读计数器假设要读计数器2的计数值：的计数值：MOV AL，80H；计数器计数器2锁存命令锁存命令OUT 43H，AL ；写入计数器写入计数器2控制寄存控制寄存 器器IN AL，42H；读计数器读计数器2输出锁存器输出锁存器 OL低低8位位MOV BL，ALIN AL，42H；读计数器读计数器2输出锁存器输出锁存器 OL高高8位位M0V BH，AL（2）读之前先送计数器锁存命令）读之前先送计数器锁存命令（2）读之前先送计数器锁存命令）读之前先送计数器锁存命令必须先有一次送锁存命令的写操必须先有一次送锁存命令的写操作，然后才能进行读操作。作，然后才能进行读操作。当执行完当执行完OUT指令后，计数值指令后，计数值被锁存在被锁存在OL内。内。当没有接到锁存命令之前，在计当没有接到锁