计数器定时器课件

1、第8章 计数器/定时器计数器与定时器概述可编程计数器/定时器8253 定时器/计数器8253内部结构 8253的引脚功能 8253的控制字 8253的工作方式 8253编程举例 8253应用举例第1页，共36页。8.1 计数器与定时器概述1. 计数功能对事件的个数进行计数。正计数：关心记录事件的次数。倒计数：关心预先设定事件次数发生完的时刻。可由硬件计数器实现，事件作为计数器的时钟，此时事件的出现频率不一定一成不变。第2页，共36页。2.定时功能取得给定的时间间隔。延时：某事件发生后间隔一定时间的时刻。时标：给定时间间隔的连续脉冲。可由硬件计数器来实现，一定频率的信号作为计数器的时钟，如果只计

2、数到就终止，即为延时。如果连续不断的计数即可输出时标。第3页，共36页。3. 计数器/定时器的用途计数功能作为计数个数到中断信号。记录外部特定事件发生的个数。定时功能作为周期性定时中断信号。用于分时性操作系统。用作系统时钟基准。作为一个可编程波特率发生器。用于异步串行通讯。作为I/O设备输出定时信号。实现外设与CPU的同步。节约CPU的时间延时。作为音源。第4页，共36页。8.2 可编程计数器/定时器82538.2.1可编程计数器/定时器工作原理1、计数功能设置计数初值，按减1或加1计数，减到0或加到溢出时输出一个信号，标志预置的计数值到。此时输入的计数脉冲的间隔不一定是固定的。计数功能关心的

3、是计数脉冲的个数，而非脉冲的时间间隔。2、定时功能设定时常数（计数初值），对输入的周期性脉冲进行减1或加1计数，计数为0时输出定时到脉冲，若连续计数便可按定时常数输出时钟周期整数倍的定时间隔信号。定时功能关心的是计数初值的写入时间与脉冲输出的时间间隔，要求输入的脉冲具有固定的频率。第5页，共36页。8.2.2 定时器/计数器8253内部结构Intel 8253是具有三个通道的16位定时器/计数器，可由软件设定6种工作方式。8253内部有三个独立的计数器通道：计数器0、1、2，结构完全相同。每个通道有6种工作方式，由控制寄存器选择。控制寄存器为8位，计数初值计数器CR16位，计数执行部件CE16

4、位，计数输出锁存器OL16位。计数执行部件为16位的减法计数器，但16位寄存器都可用于8位，便于与8位数据总线相连。每个通道可对外部输入CLK进行二进制或十进制减1计数。计数由引脚GATE控制。计数器归0时由OUT引脚输出信号。第6页，共36页。8253的内部结构D7D0缓冲器RDWRA0A1CS读写控制逻辑数据控制寄存器计数器0CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2计数器1计数器28253内部结构第7页，共36页。8253内部每个计数器通道的结构图8位控制寄存器高8位 低8位高8位 低8位高8位 低8位计数器1 计数器2计数初值寄存器(CR)计数执行部

5、件(CE)计数输出锁存器 (OL)CLK0GATE0OUT0D7D0RDWRCSA1A0计数器0第8页，共36页。8.2.3 8253的引脚功能8253具有24个引脚，各引脚功能如下：D7D0 数据总线，双向三态，可直接与计算机系统数据总线相连。RD 读信号，输入，低电平有效，若有效则CPU从8253内部读取数据.WR 写信号，输入，低电平有效，若有效则CPU将数据写入8253内部寄存器。CS 片选信号，输入，低电平有效，与计算机连接时分配有效地址。A1 A0 内部计数器选择信号。 8253内部有三个计数通道，使用4个端口地址。第9页，共36页。8253引脚功能CLK0、CLK1、CLK2 通

6、道0、通道1和通道2的计数时钟输入端，下降沿使通道减1。GATE0、GATE1、GATE2 门控制，输入，高电平有效或上升沿有效，有效时才允许计数器对输入时钟进行计数。OUT0、OUT1、OUT2 通道输出信号，当计数器计数到“0”时由此引脚输出一信号。0 1 0 0 00 1 0 0 10 1 0 1 00 1 0 1 10 0 1 0 00 0 1 0 10 0 1 1 0功 能对计数器0设置计数初值CSRDWRA1A0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读出计数值第10页，共36页。8.2.4 8253的控制字及工作方式

7、 1. 8253控制字控制字必须写入控制口，说明如下：SC1 SC0 计数器通道选择0 0 通道00 1 通道11 0 通道21 1 非法D0SC1D7SC0BCDRW1RW0M2M1M0第11页，共36页。8253控制字RW1 RW0 计数器读写选择 0 0 计数器锁存0 1 只读写低8位1 0 只读写高8位1 1 先低8位，再高8位M2 M1 M0 计数器工作方式选择0 0 0 方式00 0 1 方式1x 1 0 方式2x 1 1 方式31 0 0 方式41 0 1 方式5BCD 计数器计数模式选择 0 二进制计数器1 BCD码计数器第12页，共36页。2. 8253 编程命令因各计数器有

8、自己的端口地址，所以没有太多顺序要求，但必须遵守两条规定：设置计数初值前必须先写控制字设置计数初值时要与控制字中的D5 D4位规定的读写指示一致。命令字共4个：写控制字命令设置计数初值（时间常数）命令读出命令，读出当前计数值锁存命令，配合读出命令，先锁住，再读出。第13页，共36页。3. 8253工作方式模式0 计数结束产生中断控制字写入后OUT即变为低电平，当计数器为0时，输出OUT变为高电平，并停止现行操作。计数初值写入后在下一个CLK下降沿才送入计数器，因此OUT要在CPU写入计数初值后经N+1个CLK之后才变高。当GATE变为低电平时计数停止，再变为高电平时计数继续进行。若计数过程中重

9、新送入初值，则按新值重新计数。CLKOUT43210FF方式0时序图CWN=4WR第14页，共36页。模式1 可重新触发单稳态触发器写入控制字后OUT变为高电平，GATE上升沿后，下一个CLK的下降沿使得OUT为低电平并开始计数，回零时OUT变为高电平。GATE再来一次上升沿后会再次使OUT变为低电平，计数器以初值重新计数。再次给通道写入时间常数，不影响现行操作过程，GATE再次触发后才按新的时间常数操作。方式1时序图OUT3210CLKCWN=3WRFFFE32GATE第15页，共36页。模式2 分频器写入控制字后OUT为高电平，输入时间常数后，下一时钟开始计数，减到1时输出变为低电平，经过

10、一个CLK输出变为高电平，计数重新开始。GATE=1计数进行，GATE=0计数停止，且下一个CLK下降沿计数器重新赋初值，GATE变为高电平，计数重新开始。计数期间送入新值，GATE若维持高电平，本周期继续进行，下一个周期按新值计数操作。在计数计到1之前，若写入新值，而GATE又出现上升沿，则在下一个CLK下降沿，以新值重新计数。方式2时序图OUT321CLKCWN=3WRGATE321321第16页，共36页。模式3 方波发生器写入控制字后OUT为高电平, 输入时间常数后，下一时钟开始计数，计到一半时输出变为低电平，计到终值时变为高电平，并开始下一次计数过程。若N为偶数，高低电平持续时间相等

11、；若为奇数，则高电平持续时间为（N+1）/2，低电平持续时间为（N-1）/2。GATE=1计数进行，GATE=0计数停止，OUT立即为高，计数器重新赋初值，GATE变高，在下一个CLK下降沿计数重新开始。计数期间送入新值，本周期继续进行，下一个周期按新值计数。OUT321方式3时序图CLKCWN=4WR32GATE441第17页，共36页。模式4 软件触发选通信号发生器 计数器主要是靠写入初始值这个软件操作来触发计数器工作的，每次通过写入新的初始值使计数器重新开始工作。OUT平时为高电平，计数到0时，输出OUT 变低，一个时钟周期后又变高。即只有在计数到0时，才输出负脉冲作为选通信号。GATE

12、=1允许计数，GATE=0禁止计数，GATE不影响OUT电平输出。计数期间送入新的时间常数，则下一个时钟按新值重新计数。OUT321方式4时序图CLKCWN=3WRGATE0FFFEFDFC第18页，共36页。模式5硬件触发选通信号发生器 写入控制字后OUT变为高电平，输入时间常数后由GATE上升沿启动计数。计数为0时输出一个时钟的负脉冲，并停止现行操作。计数过程中，若GATE又来一个上升沿，则下一个时钟计数器重新赋值计数。计数过程中写入时间常数，当前周期不受影响，只有下一个 GATE上升沿才启动新值计数。OUT3210方式5时序图CLKCWN=3WRFFFE32GATE10第19页，共36页

13、。8.2.5 8253编程举例使用8253时，必须首先进行初始化编程，其步骤为：先向控制口写入控制字；再向每个通道端口地址写入计数初值：若规定只写低8位，则高8位自动置0；若规定只写高8位，则低8位自动置0；若规定写16位，则先写低8位，再写高8位。最大计数初值0：二进制： 216 =65536BCD码： 104 =10000第20页，共36页。例1： 8253计数器工作于模式3，计数器初值15，时钟脉冲频率为2MHz，确定OUT端输出方波的特性。解：TCLK=1/2 s =500ns计数器初值15为奇数，输出分频波高电平宽度： TCLK(N+1)/2=4s输出分频波低电平宽度： TCLK(N

14、-1)/2=3.5s第21页，共36页。例2：设8253的口地址为40H 43H，如要求8253的通道1工作于方式3，按BCD码计数，计数值为十进制6000；通道2工作于方式2，按二进制计数，计数初值为390，试编程初始化8253。MOVAL，67H ；控制字01,10,011,1 通道1，只装高8位，方式1，BCD码OUT43H，AL ；送通道1控制字MOV AL，60H ；计数初值为6000，只装高8位，低8位自动赋0 OUT41H，AL MOV AL，0B4H；10，11，010，0 通道2，16位，方式2，二进制OUT 43H，AL；送通道2控制字MOV AX， 390；OUT 42H

15、，AL；先写计数初值低8位MOV AL，AH；OUT 42H，AL；后写计数初值高8位第22页，共36页。8253的读操作方法及编程举例为了对计数器的计数值进行显示或实时处理，常需要读取计数通道的当前计数值，它是由CPU访问每个通道的计数值锁存器OL实现的。读当前计数值的端口地址和写入计数初值的端口地址是相同的。读操作必须严格按控制字D5 D4位确定的格式进行：如果是8位计数，则 只 需 读一次；若是16位计数，则同一端口地址要读两次，第一次读入低8位计数值，第二次读入高8位计数值。8253有以下两种读当前计数值的方法 第23页，共36页。读之前先停止计数：可以在读之前用GATE信号控制计数器

16、暂停计数，或由外部逻辑禁止所要读入的计数通道的CLK脉冲输入。如果不先停止计数，那么，分先后两次读入的高低字节的值可能不属于同一个16位计数值，所以最好先从外部禁止计数，然后执行类似如下程序读入（设8253的端口地址为E0H E3H）： IN AL，0E0H；读入通道0的低8位 MOV BL，AL IN AL，0E0H ；读入通道0的高8位 MOV BH，AL ；读入的16位计数值存入BX中。第24页，共36页。读之前先送计数值锁存命令：计数值锁存命令是控制字的一种特殊形式，需写入控制寄存器的端口地址。锁存命令的D7 D6位的编码决定所要锁存的计数通道，锁存命令的D5 D4必须为“00”（锁存

17、命令标志）。锁存命令的低4位可以是全“0”。因此，三个计数器的锁存命令分别为：通道0是00H，通道1是40H，通道2是80H。例如，要读取通道2的计数值，程序如下：MOV AL，80H； 10 00 0000B向通道2 发锁存命令OUT 0E3H，AL；锁存命令写入控制寄存器（锁住通道2的计数值） IN AL，0E2H；读通道2的OL的低8位MOVBL，ALIN AL，0E2H；读通道2的OL的高8位MOV BH，AL 第25页，共36页。8.2.6 IBM PC/XT中的8253应用举例D7D0D7D0RDWRA1A0CSIORIOWA13A15A14A10A12A1174LS3074LS0

18、4A9+5VA8A7A6A5+5VCBA74LS138Y2G2AG2BG18253A1A0GATE0GATE1GATE2OUT0OUT1OUT2CLK0CLK1CLK2PB1（8255）+5VPB0（8255）IRQ0（8259）刷新电路CPCLKDQQ74LS175驱动器8253的接口电路第26页，共36页。8253与8088计算机连接说明A15A8 0 0端口0 00 11 01 1控制口A7 A6 A5A4 A3A2A1地址040HA00 1 0X X X通道0通道1通道2041H042H043H8253三个通道的时钟由PCLK经D触发器二分频得到，频率为：2.38636/2=1.193

19、1816MHz8253数据线D7D0接系统数据总线的低8位。8253的A1和A0分别接系统的A1和A0由74LS138，74LS30和74LS04译码选中8253第27页，共36页。通道0定时OUT0接8259A的IR0，通道1刷新动态存储器，通道2控制扬声器发声。通道0：为系统电子钟提供基准时间和软驱马达定时。计数器0为模式3（方波发生器）GATE0固定高电平，OUT0作为中断请求接8259A中断控制器的IRQ0，OUT0输出时钟频率为1.19MHz/216 =18.2Hz，即每秒产生18.2次输出信号，输出一个定时脉冲，产生一个中断请求（周期约55ms），计时软件据此计时。控制字为36H。

20、通道1：作为DRAM刷新的定时信号。工作于模式2，计数值为12H=18（1.19MHZ/18分频 ），每隔15.12S产生一次刷新请求，此信号送到DMA 8237A-5的通道0，作为DMA请求信号。由8237A-5执行DMA操作完成DRAM一行的刷新。通道2：输出信号接扬声器，工作于模式3（方波发生器），初值为533H，方波频率为1.19MHz/1331=894Hz第28页，共36页。BIOS对8253的初始化程序 通道0：MOV AL，36H ；控制字：00110110通道0，16位，方式3，二进制OUT 43H，AL ；写入控制寄存器MOV AL， 0；初值为0000H，计数65536次（

21、最大）OUT 40H，AL；写入CR0的低8位计数值OUT 40H，AL；写入CR0的高8位计数值计数器0工作于方波发生器方式，对CLK（1.1931816MHz）进行65536分频。时钟周期Tc=1/1.19103 840ns计数器0的输出端OUT0接8259的IR0，每次归0产生一次中断请求，中断类型码由BIOS设置为8。OUT0端输出周期为T0=840ns6553655ms，即每隔55ms定时时间发出一次中断请求。通道0的时间间隔是计算机系统时钟基础。OUT0端输出方波频率f0=1/T0 18.2 ，即每秒钟来18.2次中断。第29页，共36页。通道1：MOV AL，54H ；控制字01

22、010100 通道1，低8位，方式2，二进制OUT43H，AL ；写入控制寄存器MOVAL，12H ；初值为18OUT41H，AL ；写入计数值低8位，高8位自动为0，通道1给DMA控制器提供时钟，用于定时（约15s）向DMA请求DRAM刷新，计数初值为12H。OUT1输出周期为：T1=840ns1815.12s，于是，2ms内可有132次刷新，大于IBM-PC/XT要求的DRAM刷新在2ms内应有128次的规定。OUT1输出频率为f1=1/T1=66.1KHz的连续负脉冲。第30页，共36页。通道2：MOV AL，0B6H ；控制字10110110 通道2，16位，方式3，二进制计数OUT

23、43H，AL ；写入控制寄存器MOV AX，533H ；初值为533HOUT 42H，AL ；写入计数值低8位MOV AL，AH ；OUT 42H，AL ；写入计数值高8位。IN AL，62H ；读入8255的B口数据MOV AH，AL ；保护B口原值OR AL，03H ；置1 PB1和PB0OUT 62H，AL ；输出通道2：控制字为B6H，计数初值为533H=1331 。OUT2输出方波周期T2840ns13311.12ms，频率f2=1/T2=894Hz，894Hz的方波送至扬声器，驱动扬声器发声。扬声器发声还受8255的PB0和PB1控制。第31页，共36页。8253应用举例例：由82

24、53的计数器0定时55ms 控制扬声器变调发声，响5.5秒后停止。说明8253计数器0的OUT0接8259A的IR0，由BIOS初始化，中断类型码为08H，并在完全嵌套方式下工作。8253计数器0由BIOS设置为模式3，定时时间为55ms。扬声器由8253的计数器2控制发声频率，发声允许由8255的PB0和PB1控制。第32页，共36页。DOS功能调用25H号子功能为设置中断向量。入口参数AH=25H，AL=中断类型码DS:DX 中断服务程序入口地址返回参数：无DOS功能调用35H号子功能为取中断向量入口参数AH=35H，AL=中断类型码返回参数ES:BX 中断服务程序入口地址中断服务程序为INT_08H保护现场和恢复现场；中断返回前要开中断并发EOI；中断返回IRET。每次定时器0中断使扬声器的发声频率的分频常数增加100，并使计数变量count增1。主程序查询count到100后停止扬声器发声，恢复中断向量，程序退出。第33页，共36页。8253应用程序data segmentold_int08h dd ? count dw 0 constant dw 60 state db ?data endsst_seg segment stack db 25