可编程定时器计数器8253及其应用

可编程准时器计数器8253及其应用合用标准文案第八章可编程准时器/计数器8253及其应用【回顾】可编程芯片的看法，端口的看法。【本讲重点】准时与计数的基本看法及其意义，准时/计数器芯片Intel8253的性能归纳，内、外面结构及其与CPU的连接。准时与计数1．准时与计数在微机系统或智能化仪器仪表的工作过程中，经常需要使系统处于准时工作状态，也许对外面过程进行计数。准时或计数的工作实质均表现为对脉冲信号的计数，若是计数的对象是标准的内部时钟信号，由于其周期恒定，故计数值就恒定地对应于必定的时间，这一过程即为准时，若是计数的对象是与外面过程相对应的脉冲信号（周期能够不相等），则此时即为计数。2．准时与计数的实现方法硬件法特意设计一套电路用以实现准时与计数，特点是需要开销必定硬设备，而且当电路制成今后，准市价及计数范围不能够改变。软件法利用一段延时子程序来实现准时操作，特点，无需太多的硬设备，控制比较方便，但在准时时期，CPU不能够从事其余工作，降低了机器的利用率。软、硬件结合法即设计一种特意的拥有可编程特点的芯片，来控拟准时和计数的操作，而这些芯片，拥有中断控制能力，准时、计数到时能产生中断央求信号，所以准时时期不影响CPU的正常工作。准时/计数器芯片Intel8253Intel8253是8086微机系统常用的准时/计数器芯片，它拥有准时与计数两大功能。一、8253的一般性能归纳1．每个8253芯片有3个独立的16位计数器通道；2．每个计数器通道都能够依照二进制或二—十进制(BCD码)计数；3．每个计数器的计数速率能够高达2MHz；4．每个通道有6种工作方式，能够由程序设定和改变；5．所有的输入、输出电平都与TTL兼容。二、8253内部结构8253的内部结构如图8-1所示，它主要包括以下几个主要部分：优秀文档1/12可编程准时器计数器8253及其应用合用标准文案图8-18253的内部结构1．数据总线缓冲器实现8253与CPU数据总线连接的8位双向三态缓冲器，用以传达CPU向8253的控制信息、数据信息以及CPU从8253读取的状态信息，包括某时辰的实时计数值。2．读/写控制逻辑控制8253的片选及对内部相关存放器的读/写操作，它接收CPU发来的地址信号以实现片选、内部通道选择以及对读/写操作进行控制。3．控制字存放器在8253的初始化编程时，由CPU写入控制字，以决定通道的工作方式，此存放器只能写入，不能够读出。4．计数通道0#、1#、2#：这是三个独立的，结构相同的计数器/准时器通道，每一个通道包括一个16位的计数存放器，用以存放计数初始值，一个16位的减法计数器和一个16位的锁存器，锁存器在计数器工作的过程中，随从计数值的变化，在接收到CPU发来的读计数值命令时，用以锁存计数值，供CPU读取，读取达成今后，输出锁存器又随从减1计数器变化。三、8253的外面引脚8253芯片是拥有24个引脚的双列直插式集成电路芯片，其引脚分布如图8－2所示。8253芯片的24个引脚分为两组，一组面向CPU，另一组面向外面设备，各个引脚及其所传达信号的情况，介绍以下：1．D7~D0：双向、三态数据线引脚，与系统的数据线连接，传达控制、数据及状态信息。2．RD：来自于CPU的读控制信号输入引脚，低电平有效。3．WR：来自于CPU的写控制信号输入引脚，低电平有效。4．CS：芯片选择信号输入引脚，低电平有效。优秀文档2/12可编程准时器计数器8253及其应用合用标准文案图8-28253的引脚5．A1、A0：地址信号输入引脚，用以选择8253芯片的通道及控制字存放器。

A0、A1的状态与8253端口地址的对应关系以下表所示。A1A0000＃通道011＃通道102＃通道11控制端口6．VCC及GND：+5V电源及接地引脚7．CLKi：i=0,1,2,第i个通道的计数脉冲输入引脚，8253规定，加在CLK引脚的输入时钟信号的频率不得高于，即时钟周期不能够小于380ns。8．GATEi：i=0,1,2,第i个通道的门控信号输入引脚，门控信号的作用与通道的工作方式相关。9．OUTi：i=0,1,2,第i个通道的准时/计数到信号输出引脚，输出信号的形式由通道的工作方式确定，此输出信号可用于触发其余电路工作，或作为向CPU发出的中断央求信号。四、8253的控制字8253有一个8位的控制字存放器，其格式以下：图8-38253的控制字其中：优秀文档3/12可编程准时器计数器8253及其应用合用标准文案D0：数制选择控制。为1时，表示采用BCD码进行准时/计数；否则，采用二进制进行准时/计数。D3~D1：工作方式选择控制。000，0；001，1；X10，2；X11，3；100，4；101，5；D5、D4：读写格式。00，计数锁存命令；01，读/写高8位命令；10，读/写低8位命令；11，先读/写低8位，再读写高8位命令。D7、D6：通道选择控制。000通道；01，1通道；10，2通道；11，非法1．8253的初始化编程要使用8253，必定第一进行初始化编程，初始化编程包括设置通道控制字和送通道计数初值两个方面，控制字写入8253的控制字存放器，而初始值则写入相应通道的计数存放器中。初始化编程包括以下步骤：写入通道控制字，规定通道的工作方式(2)写入计数值，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。若为16位计数值则分两次写入，先写低8位，后写高8位。D0：用于确定计数数制，0，二进制；1，BCD码【例1】设8253的端口地址为：04H～0AH，要使计数器1工作在方式0，仅用8位二进制计数，计数值为128，进行初始化编程。控制字为：01010000B=50H初始化程序：MOVAL，50HOUT0AH，ALMOVAL，80HOUT06H，AL【例2】设8253的端口地址为：F8H～FEH，若用通道0工作在方式1，按二——十进制计数，计数值为5080H，进行初始化编程。控制字为：00110011B=33H初始化程序：MOVAL，33HOUT0FEH，ALMOVAL，80HOUT0F8H，ALMOVAL，50HOUT0F8H，AL【例3】设8253的端口地址为：04H～0AH，若用通道2工作在方式2，按二进制计数，计数值为02F0H，进行初始化编程。控制字为：10110100B=0B4H初始化程序：MOVAL，0B4HOUT0AH，ALMOVAL，0F0HOUT08H，ALMOVAL，02H优秀文档4/12可编程准时器计数器8253及其应用合用标准文案OUT08H，AL2．读取8253通道中的计数值8253可用控制命令来读取相应通道的计数值，由于计数值是16位的，而读取的瞬市价，要分两次读取，所以在读取计数值从前，要用锁存命令，将相应通道的计数值锁存在锁存器中，今后分两次读入，先读低字节，后读高字节。当控制字中，D5、D4=00时，控制字的作用是将相应通道的计数值锁存的命令，锁存计数值在读取达成今后，自动解锁。如要读通道1的16位计数器，编程以下：地址F8H～FEH。MOVAL，40H；OUT0FEH，AL；锁存计数值INAL，0FAHMOVCL，AL；低八位INAL，0FAH；MOVCH，AL；高八位五、8253在系统中的典型连接8253在系统中的连接如图8-4所示。Intel8086图8-4Intel8253在系统中的连接六、8253的工作方式8253共有6种工作方式，各方式下的工作状态是不一样样的，输出的波形也不一样样，其中比较灵便的是门控信号的作用。由此组成了8253丰富的工作方式、波形，下面我们逐个介绍：1．几条基根源则(1)控制字写入计数器时，所有的控制逻辑电路立刻复位，输出端OUT进入初始状态。初始状态对不一样样的模式来说不用然相同。计数初始值写入今后，要经过一个时钟周期上升沿和一个下降沿，计数执行部件才可以开始进行计数操作，由于第一个下降沿将计数存放器的内容送减1计数器。平时，在每个时钟脉冲CLK的上升沿，采样门控信号GATE。不一样样的工作方式下，门控信号的触发方式是有详尽规定的，即也许是电平触发，也许是边沿触发，在有的模式中，两种触发方式都是同意的。其中0、2、3、4是电平触发方式，1、2、3、5是上升沿触发。(4)在时钟脉冲的下降沿，计数器作减1计数，0是计数器所能容纳的最大初始值。二进制优秀文档5/12可编程准时器计数器8253及其应用合用标准文案164相当于2，用BCD数，相当于10方式0的波形如8-5所示，当控制字写入控制字存放器后，出OUT就低，当数写入数器后开始数，在整个数程中，OUT保持低，当数到0后，OUT高；GATE的高低平控制数程可否行。图8-5方式0波形从波形中不看出，工作方式0有以下特点：①数器只一遍，当数到0，不重新开始数保持高，直到入一新的数，OUT才低，开始新的数；②数是在写数命令后一个入脉冲，才装入数器的，下一个脉冲开始数，所以，若是置数器初N，出OUT在N＋1个脉冲后才能高；③在数程中，可由GATE信号控制停。当GATE＝0，停数；当GATE＝1，数；④在数程中能够改数，且种改是立刻有效的，分成两种情况：若是8位数，写入新后的下一个脉冲按新数；若是16位数，在写入第一个字后，停止数，写入第二个字后的下一个脉冲按新数。3．方式1—可程的硬件触拍脉冲方式1的波形如8-6所示，CPU向8253写入控制字后OUT高，并保持，写入数后其实不立刻数，只有当外界GATE信号启后（一个正脉冲）的下一个脉冲才开始数，OUT低，数到0后，OUT才高，此再来一个GATE正脉冲，数器又开始重新数，出OUT再次低，?，所以出一拍脉冲。图8-6方式1波形从波形不看出：方式1有以下特点：①出OUT的度数初的脉冲；②出受控信号GATE的控制，分三种情况：数到0后，再来GATE脉冲，重新开始数，OUT低；在数程中来GATE脉冲，从下一CLK脉冲开始重新数，OUT保持低；优秀文档6/12可编程准时器计数器8253及其应用合用标准文案改数后，只有当GATE脉冲启后，才按新数，否原数程不受影响，仍行，即新的改是从下一个GATE开始的。③数是多次有效的，每来一个GATE脉冲，就自装入数开始从数，所以在初始化，数写入一次即可。4、方式2—速率生器方式2的波形如8-7所示，在种方式下，CPU出控制字后，出OUT就高，写入数后的下一个CLK脉冲开始数，数到1后，出OUT低，一个CLK今后，OUT恢复高，数器重新开始数，?，所以在种方式下，只需写入一次数，就能工作，出相同隔的脉冲（前提：GATE保持高），即周期性地出，方式2下，8253有以下使用特点：①通道能够工作；②GATE能够控制数程，当GATE低停数，恢复高后重新从初；（注意：方式与方式0不一样样，方式0是数）③重新置新的数即在数程中改数，新的数是下次有效的，同方式1。图8-7方式2波形5．方式3—方波速率生器方式3的波形如8-8所示，种方式下的出与方式2都是周期性的，不一样样的是周期不一样样，CPU写入控制字后，出OUT高，写入数后开始数，不一样样的是减2数，当数到一多半，出低，重新装入数行减2数，当数到0，出高，装入数行减2数，循不但。在方式3下，8253有以下使用特点：数偶数优秀文档7/12可编程准时器计数器8253及其应用合用标准文案计数值为奇数图8-8方式3时计数器的工作波形①通道能够连续工作；②关于计数值的奇偶，若为偶数，则输出标准方波，高低电平各为N/2个；若为奇数，则在装入计数值后的下一个CLK使其装入，今后减1计数，（N＋1）/2，OUT改变状态，再减至0，OUT又改变状态，重新装入计数值循环此过程，所以，在这种情况下，输出有（N＋1）/2个CLK个高电平，（N－1）/2个CLK个低电平；③GATE信号能使计数过程重新开始，当GATE＝0时，停止计数，当GATE变高后，计数器重新装入初值开始计数，特别是当GATE＝0时，若OUT此时为低，则立刻变高，其余动作同上；④在计数时期改变计数值不影响现行的计数过程，一般情况下，新的计数值是在现行半周结束后才装入计数器。但若中间遇到有GATE脉冲，则在此脉冲后即装入新值开始计数。6．方式4—软件触发的选通信号发生器方式4的波形如图8-9所示，在这种方式下，也是当CPU写入控制字后，OUT立刻变高，写入计数值开始计数，当计数到0后，OUT变低，经过一个CLK脉冲后，OUT变高，这种计数是一次性的（与方式0有相似之处），只有当写入新的计数值后才开始下一次计数。图8-9方式4波形方式4下，8253有以下使用特点：①当计数值为N时，则间隔N＋1个CLK脉冲输出一个负脉冲（计数一次有效）；②GATE＝0时，禁止计数，GATE＝1时，恢复连续计数；③在计数过程中重新装入新的计数值，则该值是立刻有效的（若为16位计数值，则装入第一个字节时停止计数，装入第二个字节后开始按新值计数）。7．方式5—硬件触发的选通信号发生器方式5的波形如图8-10所示，在这种方式下，当控制字写入后，OUT立刻变高，写入计数值后其实不立刻开始计数，而是由GATE的上升沿触发启动计数的，当计数到0时，输出变低，经过一个CLK今后，输出恢复为高，计数停止，若再有GATE脉冲来，则重新装入计数值开始计数，上述过程重复。方式5下，8253有以下使用特点：优秀文档8/12可编程准时器计数器8253及其应用合用标准文案①在这种方式下，若设置的计数值是脉冲；

N，则在GATE脉冲后，经过（N＋1）个CLK才一个负②若在计数过程中又来一个GATE脉冲，则重新装入初值开始计数，输出不变，即计数值多次有效；③若在计数过程中更正计数值，则该计数值在下一个GATE脉冲后装入开始按此值计数。图8-10方式5波形尽管8253有6种工作模式，但是从输出端来看，仍不外乎为计数和准时两种工作方式。作为计数器时，8253在GATE的控制下，进行减1计数，减到终值时，输出一个信号。作为准时器工作时，8253在门控信号GATE控制下，进行减1计数。减到终值时，又自动装入初始值，重新作减1计数，于是输出端会不断地产生时钟周期整数倍的准时时间间隔。8．8253的工作方式小结下面，我们对8253的6种工作模式的特点，作一番比较和总结。(1)方式2、4、5的输出波形是相同的，都是宽度为一个CLK周期的负脉冲，但方式2连续工作，方式4由软件触发启动，方式5由硬件触发启动。方式5与方式1工作过程相同，但输出波形不一样样，方1输出的是宽度为N个CLK脉(2)式冲的低电平有效的脉冲（计数过程中输出为低），而方式5输出的为宽度为一个CLK脉冲的负脉冲（计数过程中输出为高）。输出端OUT的初始状态，方式0在写入方式字后输出为低，其余方式，写入控制字后，输出均变未能高。(4)任一种方式，均是在写入计数初值今后，才能开始计数，方式0、2、3、4都是在写入计数初值今后，开始计数的，而方式1和方式5需要外面触发启动，才开始计数。6种工作方式中，只有方式2和方式3是连续计数，其余方式都是一次计数，要连续工作需要重新启动，方式0、4由软件启动，方式1、5由硬件启动。门控信号的作用；经过门控信号GATE，能够干预8253某一通道的计数过程，在不一样样的工作方式下，门控信号起作用的方式也不一样样样，其中0、2、3、4是电平起作用，1、2、3、5是上升沿起作用，方式2、3对电平上升沿都能够起作用。在计数过程中改变计数值，它们的作用有所不一样样。(8)计数到0后计数器的状态，方式0、1、4、5连续倒计数，变为FF、FE。。。。。。，而方式2、3、，则自动装入计数初值连续计数。七、8253的编程应用【例4】在IBMPC/XT中，8253作为准时计数器电路，它的三个通道的作用分别为：计数器0编程为方式3，GATE0固定为高电平，OUT0作为中断央求信号接至8259A中断控制器的第0级IRQ0。这个准时中断（约55ms）用于报时时钟的时间基准。计数器1编程为方式2，GATE1固定为高电平，OUT1的输出经过一个D触发器后作为8237A－5DMA控制器通道0的DMA央求DREQ0，用于准时（约15us）启动刷新动向RAM，这优秀文档9/12可编程准时器计数器8253及其应用合用标准文案样在2ms内能够有132次刷新，大于128次（128次是系统的最低要求）。计数器2编程为方式3，1KHZ的方波输出，经过滤波，去除高频重量后送扬声器，GATE2是8255的PB0，OUT输出经一与门控制，控制信号为8255的PB1，这样利用PB0、PB1同时为高的时间来控制发长音还是发短音。准时时间TN准时时间N＝T

时钟频率F为，T=1/F8253－5的地址为040H～043H，ROM－BIOS对8253－5的编程以下：计数器0用于准时中断。MOVAL，00110110B；00110110――二进制OUT43H，ALMOVAL，0；计数初值为0000，即为216OUT40H，ALOUT40H，AL；准时为：840ns21655ms，即频率为――每秒产生次时钟中断（CLK周期为：1/1.19M）计数器1用于准时DMA央求。MOVAL，01010100B；01010100――二进制OUT43H，ALMOVAL，12H；计数初值为18D，准时：840ns1815sOUT41H，AL计数器2用于产生1KHZ的方波送至扬声器发声，声响子程序为BEEP，入口地址为FFA08H。BEEPPROCNEARMOVAL，10110110B；10110110——二进制OUT43H，ALMOVAX，0533H；计数初值为1331OUT42H，ALMOVAL，AHOUT42H，ALINAL，61H；取8255B端口MOVAH，AL；存在AHORAL，03H；使PB1PB011OUT61H，AL；输出至82255的B端口，使扬声器发声SUBCX，CX；循环计数G7：LOOPG7MOVBH，0DECBX；BL的值为控制长短声，BL＝6（长），BL＝1（短）JNZG7MOVAL，AH；恢复8255B端口值，停止发声OUT61H，ALRET优秀文档10/12可编程准时器计数器8253及其应用合用标准文案BEEPENDP【例5】CPU8086，用8253的CH0（通道0），每隔2ms出一个脉冲，CLK2MHZ，达成件。剖析：常数的算：已知率F及定t，求数初N：1NtNtFF用方式2，常数：N210321064103控制字：00110100——二制端口地址：CH0――00H；控制端口——06H初始化程：MOVAL，34H；00110100BOUT06H，ALMOV