定时计数技术

定时计数技术第一页，共五十五页，2022年，8月28日(1)定时与计数定时计算机系统是通过定时器、按照一定的节奏(时间间隔)来进行工作的。如：系统的日历时钟、存储器的动态刷新、应用系统的定时中断、定时查询与检测等。计数生产线上产品的计数，如药片、饮料等。

5.1定时/计数基本概念

2定时和计数实质上都是计数。定时是通过记录高精度晶振的脉冲个数，输出准确的时间间隔。第二页，共五十五页，2022年，8月28日微机系统中常需定时信号为处理器或外设提供时间基准；或对外部事件进行计数。例：分时系统的程序切换，向外设周期性发控制信号。微机中的定时分为以下2类：内部定时：是计算机本身运行的时间基准或时序关系。计算机的每个操作都严格按照固定的时间节拍来进行。外部定时：外设与CPU，或外设与外设之间的时间基准和时序关系，计数脉冲来自CPU外部。3重点

(2)微机系统中的定时与计数第三页，共五十五页，2022年，8月28日软件定时通过软件编程，循环执行一段程序来实现。优点：无需专用硬件，方法简单、灵活。缺点：CPU开销大，效率低；定时不精确。适用于定时时间不长、精度要求不高的场合。4MOVCX，0FFFFHL1：LOOPL1LOOP指令的作用：执行一次，CX-1送CX，同时检测CX是否等于零，不等于零就转到指定的LP去执行，否则顺序执行下一条指令。

(3)微机中的定时方法第四页，共五十五页，2022年，8月28日不可编程的硬件定时采用分频器、单稳电路或简易定时电路控制定时时间。例：简易定时炸弹、空调遥控器。优点：不占用处理器时间，电路也不复杂。缺点：缺少灵活性，电路一旦设计好，其定时时间和范围就不能改变。5第五页，共五十五页，2022年，8月28日可编程的硬件定时用可编程定时器芯片构成一个定时电路，定时时间软件可调。优点：软、硬件相结合，克服了纯软件和纯硬件定时的缺点。不占用CPU资源、定时准确、定时时间长、使用灵活。常用的可编程定时芯片：

8253-5：5MHz。8253：2MHz8254-2：10MHz。8254：8MHz6两者在芯片功能、外形和引脚上大同小异，8254附加功能：读当前计数单元；读状态寄存器内容。第六页，共五十五页，2022年，8月28日(1)总体结构

5.28253/8254定时/计数器

7第七页，共五十五页，2022年，8月28日数据总线缓冲器三态双向8位寄存器，是系统数据总线与8253/8254的接口，与D7~D0相连，可寄存以下3种数据：CPU向8253/8254写入的工作方式命令字；CPU向计数寄存器写入的计数初值；从计数器读出的当前计数值。读/写控制逻辑用来接收CPU发来的读写信号、片选信号和地址信号，选择相应的寄存器，并确定数据传输的方向（写入、读出）。8第八页，共五十五页，2022年，8月28日控制字寄存器接收CPU发来的控制字。控制字只能写入，其功能为：选择计数器；确定计数器的工作方式；确定写入计数初值的格式（高低8位或16位）；确定计数格式：二进制或BCD格式。计数器0~23个结构完全相同、相互独立的计数器。每个计数器包含一个16位初值寄存器、一个16位减1计数器和一个16位输出锁存器。9注意，它们都是减1计数器。第九页，共五十五页，2022年，8月28日24引脚、DIP双列直插封装，单一+5V供电。内含3个独立的定时/计数器(T/C)，各自具有独立的时钟信号CLK、门控信号GATE和输出信号OUT。可通过编程，分别设定各定时/计数器的工作方式。10

(2)8253/8254外部引脚定义第十页，共五十五页，2022年，8月28日数据总线D7~D0用于将8253/8254与系统总线相连，供CPU向8253/8254读写数据、命令和状态信息。内部端口地址译码信号A1A0用于片内端口选择。A1A0=00，选择计数器0A1A0=01，选择计数器1A1A0=10，选择计数器2A1A0=11，选择控制端口11第十一页，共五十五页，2022年，8月28日片选信号CS输入信号，低有效，由CPU输出的地址线译码产生。读写信号RD和WR输入信号，低有效。分别连接系统总线的IOR和IOW。时钟信号CLK0~CLK2各自独立。作用：定时或计数时，每个CLK下降沿，计数减1。12第十二页，共五十五页，2022年，8月28日门控信号GATE0~GATE2作用：允许或禁止计数过程。计数输出信号OUT0~OUT2计数减为0（或设置值）时，OUT端输出一个电平或脉冲信号，指示定时或计数已到。OUT的用途：可作为外部定时、计数控制信号，控制或启动I/O设备的某种操作。可作为定时、计数已到的状态信号，供CPU监测。可作为中断请求信号使用。13OUT第十三页，共五十五页，2022年，8月28日14━CS━RD━WRA1A0操作地址01000

向计数器0写入“计数初值”40H01001向计数器1写入“计数初值”41H01010

向计数器2写入“计数初值”42H01011

向控制寄存器写入“方式控制字”43H00100从计数器0读出“当前计数值”40H00101从计数器1读出“当前计数值”41H00110从计数器2读出“当前计数值”42H00111

无操作(三态)1××××

禁止(三态)011××

无操作(三态)

(3)8253/8254读写操作及端口地址第十四页，共五十五页，2022年，8月28日8253/8254的每个计数器有6种工作方式：方式0——计数期间低电平输出（GATE高电平时计数）方式1——计数期间低电平输出（单稳态，GATE上升沿重新计数）方式2——周期性输出负脉冲（不对称分频）分频器方式3——周期性输出方波（对称分频）方波发生器方式4——软件触发输出单脉冲方式5——硬件触发输出单脉冲6种工作方式的区别在于：输出波形不同。启动计数器的触发方式不同。计数过程中门控信号GATE对计数操作的影响不同。

5.38253/8254工作方式

15第十五页，共五十五页，2022年，8月28日写方式字和初值（基本计数过程）向计数器写入方式字0后，WR的上升沿使OUT信号变低。写入计数初值后，WR的上升沿将初值写入初值寄存器，在下一个CLK下降沿，才将计数初值写入减1计数器。之后每个CLK下降沿，计数减1。减为0时，OUT变高。16

(1)方式0——计数期间输出低电平(GATE高电平计数)第十六页，共五十五页，2022年，8月28日门控信号GATE为高时允许计数；为低时暂停计数，其计数值保持不变。当GATE再次变高时，计数器从暂停处继续计数。GATE信号的变化不影响OUT信号的状态。17第十七页，共五十五页，2022年，8月28日重新计数计数期间，若再次写入计数初值，则计数器立即按新的初值重新计数。18第十八页，共五十五页，2022年，8月28日写方式字和初值写入方式字2后，WR的上升沿使OUT信号变高。写入初值后，计数器在CLK下降沿的作用下进行减1计数。当减为1时，OUT变低并维持一个CLK周期，然后又变高，并自动装入初值重新进行计数。19

(3)方式2——周期性输出负脉冲该方式能连续工作，且输出固定频率的脉冲，因此称之为频率发生器或分频器。第十九页，共五十五页，2022年，8月28日门控信号GATE为高，允许计数；否则，终止计数。待GATE恢复为高后，计数器将从初值重新进行计数。20第二十页，共五十五页，2022年，8月28日重新计数计数期间，若重新写入计数初值，则不会影响正在进行的计数过程，必须等到计数器减到1之后，才装入新的初值，并按照新的初值进行计数。21第二十一页，共五十五页，2022年，8月28日与方式2基本相同，都具有自动装入计数初值、连续计数的功能。不同在于：方式3下OUT端连续输出比例为1:1或近似1:1的方波，因此称为方波发生器。相同点回顾写入方式字后，OUT信号变高。写入初值后，计数器进行减1计数。方式2：当减为1时，OUT输出一个周期负脉冲后变高，重新装入初值继续计数。GATE同前：高时计数；低时停止计数；恢复后重新计数。重新计数同前：重装初值后，必须等上轮计数完成后再按新的初值计数。22

(4)方式3——周期性输出方波第二十二页，共五十五页，2022年，8月28日初值为偶数时写入方式字后，OUT信号变高。写入初值后开始减1计数；减到n/2时，OUT变低，继续减1计数；减到0时，OUT变高，并自动装入初值，重新计数。23OUT端连续输出占空比为1/2的方波。占空比：脉冲序列中，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。第二十三页，共五十五页，2022年，8月28日初值为奇数时写入方式字后，OUT信号变高。写入初值后开始减1计数；减到(n-1)/2时，OUT变低，继续减1计数；减到0时，OUT变高，并自动装入初值，重新计数。24第二十四页，共五十五页，2022年，8月28日6种工作方式比较25方式功能门控情况OUT输出波形

0计数期间低电平输出(GATE高电平计数)高电平写入初值后OUT变低，且开始减1计数，经过n个CLK后，OUT变高。（不连续）1计数期间低电平输出(GATE↑重新计数)上升沿输出宽度为n个周期的低电平。（不连续）2周期性输出负脉冲高电平连续输出周期为n个CLK、宽度为1个CLK的负脉冲。（自动连续）3周期性输出方波高电平连续输出比例为1:1或近似1:1的方波。（自动连续）4软件触发输出单脉冲高电平写入初值后OUT变高，经n个CLK后，输出1个CLK的负脉冲。（软件触发才继续）5硬件触发输出单脉冲上升沿写入初值后OUT变高，有门控信号后才计数，经n个CLK后输出1个CLK的负脉冲。（GATE上升沿才可再次触发）6种模式中，2、3两种是重复多次的，其它是单次的，实质都是计数，都受GATE控制，用的较多的是0、1、2、3四种。第二十五页，共五十五页，2022年，8月28日【5-1】如图所示，计数器1工作在方式3，计数初值为十进制数15。请计算OUT1上的输出波形的周期。262MH第二十六页，共五十五页，2022年，8月28日解：输出波形特性

本题中计数初值n=15为奇数，故输出波形的一个周期中，高电平的持续时间为(n+1)/2个CLK，低电平的持续时间为(n-1)/2个CLK。所以有：

Tclk1=1/2MHz=0.50μsT1=(n+1)/2×Tclk1=8×0.5≈4μsT2=(n-1)/2×Tclk1=7×0.5≈3.5μsT=T1+T2=7.5μs

故输出波形特性为：输出总周期为7.5μs的方波，其中一个周期中高电平的持续时间约为4μs，低电平的持续时间约为3.5μs。27第二十七页，共五十五页，2022年，8月28日【5-2】计数器0工作在方式0，计数初值为100，采用BCD计数。GATE0和CLK0信号的时间关系如图所示。试计算T0的输出端出现正跳变时的延迟时间TD。282MH第二十八页，共五十五页，2022年，8月28日

解：OUT0的持续时间计算正常情况下（GATE0保持高电平），OUT0持续为低的时间共为N个时钟脉冲宽度。N为计数初值。实际计数期间，GATE0禁止计数了2个时钟周期，故输出端OUT0持续低电平的总宽度为：TD

=(N+2)×Tclk0=102×(1/2MHz)=102×1/(2×106)

=51μs

29第二十九页，共五十五页，2022年，8月28日

5.48253编程与应用

30AB控制寄存器高8位低8位CR高8位低8位CEOL高8位低8位123地址译码CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2VccGNDDBRDWRREADYM/IOA0A1CSCR:CountRegisterCE:CountExecutorOL:OutputLatchRegister第三十页，共五十五页，2022年，8月28日方式字的作用指定使用哪个计数器。指定某个计数器的工作方式。指定计数初值的长度、装入顺序以及计数值的码制。指定是向计数器写入初值，还是锁存其当前计数值。31

(1)方式字第三十一页，共五十五页，2022年，8月28日8253方式命令字的格式32D7D6D5D4D3D2D1D000:计数器001:计数器110:计数器211:8253不用计数器00:锁存当前值01:只读写初值低8位,高8位置010:只读写高8位,低8位置011:先读写低8位,然后高8位读写格式000:方式0001:方式1x10:方式2x11:方式3100:方式4101:方式5工作方式0:二进制编码1:BCD编码数制第三十二页，共五十五页，2022年，8月28日计数初值的计算8253/8254是一种减1计数器，计数初值决定了定时的长短与计数的多少。已知：定时时间Tout=计数时钟周期TCLK×计数初值，故举例已知8253的计数脉冲频率为1MHz，若要定时1ms时间，则计数初值n=1M/(1/10-3)=1000。33

(2)计数初值第三十三页，共五十五页，2022年，8月28日写方式字将方式字送入控制端口，其对应的A1A0

=11。写计数初值将计数初值写入相应的计数器端口。计数器0的初值写入A1A0=00对应的端口。计数器1的初值写入A1A0=01对应的端口。计数器2的初值写入A1A0=10对应的端口。34

(3)8253初始化编程与应用第三十四页，共五十五页，2022年，8月28日35━CS━RD━WRA1A0操作地址01000

向计数器0写入“计数初值”40H01001向计数器1写入“计数初值”41H01010

向计数器2写入“计数初值”42H01011

向控制寄存器写入“方式控制字”43H00100从计数器0读出“当前计数值”40H00101从计数器1读出“当前计数值”41H00110从计数器2读出“当前计数值”42H00111

无操作(三态)1××××

禁止(三态)011××

无操作(三态)第三十五页，共五十五页，2022年，8月28日【5-3】设计数器的端口地址为40H~43H。已知：选择2号计数器，工作在方式3，计数初始值为533H，采用二进制计数。请写出初始化程序段。36

MOVAL，10110110B；计数器2的初始化命令字OUT43H，AL；写入命令寄存器MOVAX，533H；计数初值OUT42H，AL；先送低字节到计数器2MOVAL，AH；取高字节送入ALOUT42H，AL；后送高字节到计数器2第三十六页，共五十五页，2022年，8月28日【5-4】设8253计数器的端口地址为40H~43H。请编写程序，实现读出并检查1号计数器的当前值是否为全1（假定计数值只有低8位）。

注：要遵循“先锁存、后读取当前值”的原则。37

L:MOVAL，01000000B；计数器1的锁存命令

OUT43H，AL；写入命令寄存器

INAL，41H；读计数器1的当前计数值

CMPAL，0FFH；比较

JNEL；不是全“1”，再读

HLT；是全“1”，暂停第三十七页，共五十五页，2022年，8月28日【5-5】设计数器的端口地址为40H~43H。计数器T2工作在方式1，进行8位二进制计数，计数初值低8位为BYTEL。请写出初始化程序段。38MOVDX，43H；命令口

MOVAL，10010010B；方式字

OUTDX，ALMOVDX，42H；T2数据口

MOVAL，BYTEL；低8位，高8位自动补0

OUTDX，AL当地址≤0FFH时，也可用间接寻址方式。第三十八页，共五十五页，2022年，8月28日【5-6】设计数器的端口地址为40H~43H。计数器T1工作在方式4，进行8位二进制计数，并且只装入高8位计数初值BYTEH。请写出初始化程序段。39MOVAL，01101000B；方式字

OUT43H，ALMOVAL，BYTEH；高8位，低8位自动补0

OUT41H，AL当地址≤0FFH时，直接寻址更明了。第三十九页，共五十五页，2022年，8月28日【5-7】设某微机系统8253计数器的端口地址为60H~63H。已知：计数器0：方式0，计数初值0A8H，按二进制计数；计数器1：方式1，计数初值为2000，按BCD码计数；计数器2：方式3，初值为1B3CH，按二进制计数。

请写出初始化程序段。40第四十页，共五十五页，2022年，8月28日解：写方式字：控制端口，A1A0=11T0：方式0，初值0A8H，二进制计数。T1：方式1，初值2000，BCD码计数；T2：方式3，初值1B3CH，二进制计数。写计数初值：写入对应端口T0：将初值A8H写入端口60H；（高8位自动补0）T1：将初值20H写入端口61H；（低8位自动补0）T2：将初值1B3CH写入端口62H。（先低8位，后高8位）4100010000B=10H01100011B=63H10110110B=B6H第四十一页，共五十五页，2022年，8月28日42MOVAL，10H；写T0控制字

OUT63H，ALMOVAL，0A8H；向T0写低8位计数初值

OUT60H，AL

MOVAL，63H；写T1控制字

OUT 63H，ALMOVAL，20H；向T1写高8位计数初值

OUT61H，ALMOVAL，0B6H ；写T2控制字

OUT63H，ALMOVAL，3CH；向T2写低8位计数初值

OUT62H，ALMOVAL，1BH；向T2写高8位计数初值

OUT62H，AL第四十二页，共五十五页，2022年，8月28日【5-8】针对下图，按要求编写初始化程序段。计数器0：方式0，计数初值1234H，按二进制计数；计数器1：方式2，计数初值为100，按BCD码计数；计数器2：方式3，初值为1FFFH，按二进制计数。43RD#WR#M/IO#第四十三页，共五十五页，2022年，8月28日解：(1)首先确定8253的端口地址。计数器0、1、2的地址分别是40H、44H和48H；方式字的端口地址是4CH。44A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00000000001000000000000000100010000000000010010000000000001001100第四十四页，共五十五页，2022年，8月28日

(2)确定8253三个计数器的工作方式T0：方式0，初值1234H，二进制计数。T1：方式2，初值100，BCD码计数；T2：方式3，初值1FFFH，二进制计数。4500110000B=30H01100101B=65H10110110B=B3H第四十五页，共五十五页，2022年，8月28日

(3)编写程序段46MOVAL，30H;写T0的方式字OUT4CH，ALMOVAL，34H;写T0的计数初值1234HOUT40H，ALMOVAL，12HOUT40H，AL第四十六页，共五十五页，2022年，8月28日47MOVAL，0B3H;写T2的方式字OUT4CH，ALMOVAL，0FFH;写T2的计数初值1FFFHOUT48H，ALMOVAL，1FHOUT48H，ALMOVAL，65H;写T1的方式字OUT4CH，ALMOVAL，01H;写T1的计数初值0100HOUT44H，AL第四十七页，共五十五页，2022年，8月28日【5-9】请采用8253设计一个可以重复进行的计数系统，按下开关，LED开始亮，按到100下，LED则熄灭。如此反复。解：(1)硬件电路分析与设计8253中某个计数器的CLK端接开关，每按一下产生一个CLK下降沿，用其进行计数。初值可设为100。该计数器的OUT端可用于控制LED发光二极管亮或灭。该计数器的工作方式采用方式0