微机原理讲义（9）定时计数

1、PAGE 第九章 计数器和定时器概述在计算机系统中经常要用到定时信号，可用硬件和软件两种方法来获得。延时子程序是常用的软件方法，当延长数比较大时，常常将延时子程序设计为循环程序。软件延时优点是节省硬件，缺点是CPU一直被占用降低效率。如用硬件延时可用555等定时器芯片，可编程则用定时器计数器82538254等。方法是根据需要的定时时间，用指令对定时器设定定时常数,并用指令启动定时器,于是开始计数,定时到产生输出,突出的优点是不占用CPU的时间.9.1可编程计数器定时器的工作原理计数器与定时器的主要差别:作为计数器,减”1”到0后,输出一个信号便结束;作为定时器时,则不断产生信号.具体说,C/T

2、有如下用处:多任务分时系统中用来作为中断信号实现程序的切换.可以往IO设备输出精确的定时信号.作为一个可编程的波特率发生器.实现时间延迟.图9.0是典型的计数器定时器原理图大方框中有:4个寄存器(初始值寄存器,计数输出寄存器,控制寄存器和状态寄存器),它们都可被CPU访问.输入信号中有一个时钟(CLK),它决定了计数速率.还有一个门脉冲(GATE),它是由设备送来的,作为对时钟的控制信号.计数到达”0”时,输出端OUT有信号,可作中断请求信号,也有用来启动一个外设的输入输出操作.任何时候都可将计数器的值传输到计数输出寄存器中而被读出,读出过程不会干扰计数,因而计数输出寄存器起到了一个缓冲作用.

3、计数到达”0”时,一方面会在输出引腿OUT上输出一个信号,另一方面还会在状态寄存器的对应位上反映出来.既可请求中断,也可供软件查询.控制寄存器可用来控制工作模式,即门脉冲和时钟脉冲怎样配合产生输出模式:门脉冲控制时钟输入,门脉冲到来时,时钟有效.门脉冲结束时,时钟无效.用门脉冲来重新启动计数.用门脉冲停止计数,原来在计数,门脉冲一来,停止计数,OUT为高电平.单一计数,与门脉冲没有关系(但须有效电平),计数到0,输出停止.循环计数,计数到0,输出信号,又从初值寄存器获得初值,开始新的计数过程. 计数初值时钟频率TT为时间片的长度.9.2可编程计数器定时器82538253的结构和工作原理编程结构

4、Intel8253是NMOS工艺制成的可编程计数器定时器,最高计数速率为2.6MHz， 图9.1是8253的编程结构图8253内部有3个计数器，分别为计数器0，1，2，相互独立工作。每个计数器内有一个计数初值寄存器CR、计数执行部件CE、输出锁存OL它们都是16位寄存器，但也可作为8位寄存器用。CPU可以通过输入输出指令访问8253内部寄存器。8253的工作原理图9.3是8253的工作原理图图9.4给出了8253的引腿图计数器0，计数器1，计数器2每个计数器包含一个16位的初值寄存器，计数执行部件和一个锁存器。各计数器的外部输入输出信号如下：计数器0：CLK0计数器0的时钟输入。 GATE0计

5、数器0的门脉冲控制输入。 OUT0计数器0的输出。计数器1、计数器2（略）总线数据缓冲器（3方面功能）。（通过它）往计数器设置计数初值。从计数器读取计数值。往控制寄存器设置控制字读写逻辑电路A1、A0用来对3个计数器以及控制寄存器进行寻址RD、WR、CS含义明了。控制寄存器A1A011时，选中控制寄存器，可写入控制字。表9.5 8253输入信号与各功能的对应关系上表两点说明：除了表中7种信号组合外，其它组合下，数据总线为高阻状态。A1A0=11时，第一次写入的一定是控制字，此后写入的作为锁存命令。2. 8253控制寄存器的格式图 8253的控制寄存器的格式BCD位：1计数值为BCD码格式，0为

6、二进制格式M2、M1、M0为模式选择，共6中模式（05）RW1、RW0：读写指示位00对计数器进行锁存操作，以便读出。01只读写低8位字节10只读写高8位字节11先读写低8位字节，再读写高8位字节SC1、SC0：用来选择计数器00计数器0 01计数器1 10计数器2 11无意义3. 8253的编程命令因为8253的控制寄存器和3个计数器分别具有独立的编程地址，并且控制器本身的内容又确定了所控制的寄存器序号，所以编程没有太多严格的顺序规定。遵守下列两条即可：对计数器设置初值前必须先写控制字初值设置时，要符合控制字中的格式规定(即只写高位还是只写低位等)。编程命令有两类，读出命令和写入命令：读出命

7、令读出命令用来读取计数器当前的值。写入命令（有3个）设置控制命令字:用来选择计数器设定工作模式和计数格式.设置初始值:用来给出计数初值(8位或16位),16位要用两条输出指令.锁存命令: 配合读出命令,读计数值时,先要将计数值在输出锁存器中锁住.4. 8253的工作模式(共6种),共同原则如下:控制字写入计数器时,所有控制逻辑电路立即复位,输出端OUT进入初始态初始值写入后，要经过一个时钟上升沿和一个下降沿，执行部件开始计数通常门控信号在时钟CLK的上升沿被采样，门控信号触发方式有边沿和电平触发两种。模式0、4电平触发；模式1、5上升沿触发，2、3均可。 表7.2是经过归纳的各工作模式下受门控

8、信号影响的情况CLK的下降沿计数器作减1计数。0是计数器能容纳的最大初始值。6种模式逐一介绍如下：模式0计数结束产生中断8253作计数器用时一般工作在模式0，特点如下：控制字写入后OUT起始电平为低电平,保持到计数达0,转高电平直到写入新计数值控制字和计数初值写入后必须等下一个CLK,初值才送执行部件门控GATE=1并获计数初值开始计数,此时GATE0则停止计数,但门控不影响OUT电平,所以计数时如有一段时间GATE=0, OUT低电平相应延长.计数过程中又有新计数值输入,下一个CLK起按新计数值计数.2字节初值如在GATE=0时写入初值,当GATE=1时计数开始,N个CLK后转高电平图9.4

9、模式0的时序图模式1可重复触发的单稳态触发器写入控制字后OUT起始低电平，GATE上升沿到来时下一CLK起OUT变低，直到计数到0计数到0，OUT转高，直到下一次触发后第1个CLK来前。如果计数初值为N，输出OUT产生持续N个CLK的负脉冲。模式1可以重复触发,一个负脉冲结束后,又来一个门控上升沿,重复上述过程如在输出脉冲期间又来一个门控上升沿,则从下一CLK起又从初值减1延长如在输出脉冲期间又写入新计数值,当前输出不受影响,除非又来一个门控信号,触发后按新计数初值减1计数.图9.5模式1的时序图模式2分频器控制写入OUT高起始,计数值入下一CLK减1计数,减到”1”,OUT变低电平完成一次计

10、数后输出OUT又为高电平,开始一个新的计数过程,周而复始对于初值N,输出周期为N的信号,N-1高电平,1低电平门控GATE=1 时计数进行,=0停止计数.如在输出脉冲期间GATE0,OUT仍将高电平,但下一CLK重新计数用门控信号来硬件同步.在计数器写入控制字和初值后,如果GATE一直高电平下一CLK开始计数经过N-1个CLK,OUT变低,这种通过写入初值同步为软件同步.如计数期间写入新计数值,GATE一直处于高电平,OUT不受影响,但下一输出周期中按新计数值计数在计数到1之前,如写入新计数值,GATE又出现上升沿,下一CLK按新计数图9.6模式2分频器的时序图模式3方波发生器模式3和模式2类

11、似,但输出为方波或者基本对称的矩形波控制字输入后OUT高起始电平,写入计数值下一CLK开始计数,计到一半,OUT变低,直到计数终值又变高,产生周期N的输出信号N为偶数,对称方波,N为奇数时,高电平(N+1)/2,低电平(N1)/2GATE=1计数进行，0计数停止.OUT低时GATE变低OUT立即变高计数停止.在GATE又变高后,下一CLK开始重新计数.硬件同步.如果门控GATE一直高电平,写入控制和计数值后下一CLK软件同步正在计数时写入新计数值不影响当前周期,但若又受门控上升沿下一CLK按新值计数.图9.7是模式3的时序图模式4软件触发的选通信号发生器控制字写入后OUT高起始,计数值写入后一

12、个CLK开始计数,减到0时OUT变低,维持1个CLK后,又变恒高,此负脉冲可作选通信号.计数初值到计数初值寄存器后,下一CLK开始计数,N个CLK后出1个负脉冲GATE=1进行计数,=0停止计数,输出维持当时电平,只有减为0时才有负脉冲如计数时又写入新计数值,下一CLK(双字节从第2字节后)软件同步模式4时主要靠写入初值,来触发计数器,产生负脉冲软件触发选通信号图9.8模式4软件触发选通脉冲发生器模式5硬件触发的选通信号发生器控制字写入后OUT高起始,计数值写入后必须有门控上升沿到来,才在下一CLK开始计数,计数到0时,输出宽度为1个CLK的负脉冲:硬件触发选通脉冲如计数初值为N,遇到门控上升

13、沿再过1个CLK,计数到N后输出负脉冲.如果计数过程中,GATE又来上升沿,再过1个CLK,重获计数初值减到0止如在计数中写入新值,但无触发脉冲,当前输出周期不受影响,再受触发时,按新初值计数.如在计数过程中写入新值,本周期结束前又受触发,则下一CLK图9.9是模式5的时序图可见模式5和模式4很相似，4用软件触发，5用硬件触发。各工况两点注意：时钟周期和输出周期的区别,输出周期是OUT的输出波形.8253的输出波形都是在时钟周期下降沿时产生电平的变化尽管8253有6种工作模式,从输出端看,仍不外乎计数器 定时器.8253应用举例例子,用8253级联定时图9.10 8253级联定时应用要求825

14、3的OUT1发光二极管，亮1秒，熄灭1秒； OUT2发光二极管，亮2秒，熄灭2秒8253各通道地址为：FFE9HFFEFH,试编程。计数器0的CLK0来自2MHz经D触发器转化为T触发器2分频，OUT0作为计数器1、2的时钟,CLK1、CLK2初始化程序段：通道0的控制字为：00 11 010 1B=35H通道1的控制字为：01 11 011 1B=77H通道2的控制字为：10 11 011 1B=0B7H地址分别为：0FFE9H0FFEFH各通道计数初值分别为：通道0计数初值(BCD码)：2000通道1计数初值(BCD码)：1000通道2计数初值(BCD码)：2000 程序段如下：MOV D

15、X,0FFEFHMOV AL,35HOUT DX,AL ;写通道0的控制字MOV AL,77HOUT DX,AL ;写通道1的控制字MOV AL,0B7HOUT DX,AL ;写通道2的控制字MOV DX,0FFE9HMOV AL,00OUT DX,AL ;写通道0的计数初值低8位MOV AL,20HOUT DX,AL ;写通道0的计数初值高8位MOV DX,0FFEBHMOV AL,00OUT DX,AL ;写通道1的计数初值低8位MOV AL,10HOUT DX,AL ;写通道1的计数初值高8位MOV DX,0FFEDHMOV AL,00OUT DX,AL ; 写通道2的计数初值低8位MO

16、V AL,10HOUT DX,AL ;写通道2的计数初值高8位1用8254测量外部频率计数器0 方式0；计数器1 方式1；计数器2 方式0计数器2的GATE2恒为高电平，一旦写入控制字OUT2即为初始低电平，写入计数初值后开始计数，OUT2保持低电平直到计数到0，转为高电平，不再变化。OUT2作为GATE1，计数器1被GATE1高电平触发后，输出单稳态负脉冲，此脉冲经过反相器变正脉冲后后作为GATE0。计数器0写入计数初值后，等待GATE0成为高电平，GATE0高电平期间计数器0计数，GATE0降为低电平后停止计数，停止计数后读取计数器0的计数值，频率可求。例2用8253进行外部事件计数，要求

17、：用计数器0外部事件计数，计满350向CPU发中断请求利用计数器1产生频率为1kHz的正弦波利用计数器2产生宽度为0.5ms的单稳态脉冲从图上看出，端口地址为18H1EH,外部事件CLK0输入计数器0工作在方式0，计满350从OUT0发中断请求计数器1输入时钟2MHz，方式3，产生1kHz方波计数初值为：1ms/0.5s=2000，有源滤波后成正弦波计数器2方式1，初值为500s0.5s1000 BCD码计数器0的计数初值为350，地址为18H计数器1地址为1AH；计数器2地址为1CH;控制口1EH;初始化程序如下：MOV AL,31HOUT 1EH,AL;写计数器0控制字MOV AL,50HOUT 18H,AL;写计数器0计数初值低8位MOV AL,03HOUT 18H,AL;写计数器0计数初值高8位MOV AL,77HOUT 1EH,AL;写计数器1控制字MOV AL,