第三章定时计数技术

第三章定时计数技术1第一页，共五十一页，2022年，8月28日一、定时/计数

在控制系统和计算机中，常常需要有定时信号和计数功能。如：日时钟、实时钟的定时中断；动态存储器的定时刷新；对外部事件发生的次数进行计数等。计数是定时的基础，定时的本质是计数。3.1基本概念第二页，共五十一页，2022年，8月28日二、频率－声音－音乐定时和计数联系起来就会引出频率。频率高，音调越高；频率越低，音调越低。既考虑频率的高低，又考虑高低频率所占时间的长短，就会产生音乐，巧妙地将它们结合起来就是美妙动听的音乐。第三页，共五十一页，2022年，8月28日三、定时方法

为获得所需要的定时，要求有准确而稳定的时间基准，产生这种时间基准通常采用两种方法——软件定时和硬件定时。第四页，共五十一页，2022年，8月28日3.2可编程定时／计数器8253/83548253/8254可编程定时／计数器的主要功能：①有3个独立的16位定时／计数器通道；②每个计数器可按照二进制或十进制计数；

③每个通道有6种工作方式，均可由程序设置和改变；

④全部输入和输出都与TTL电平兼容。第五页，共五十一页，2022年，8月28日一.外部特性与内部逻辑1.外部特性24引脚双列直插式，＋5V电源，内有3个独立的计数器（计数通道），每个计数器均有CLK、OUT和GATE。通过编程选择计数器和设置工作方式，既可计数，又可定时。第六页，共五十一页，2022年，8月28日8253的管脚分配

通道管脚数据线通道选择控制线第七页，共五十一页，2022年，8月28日①与CPU连接的

DB：D0~D7

CB：RDWR

AB：A1A0CS②与外设连接的CLK0~2,GATE0~2,OUT0~2

第八页，共五十一页，2022年，8月28日与系统的连接示意CLKGATEOUTD0~D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器高位地址外设8253第九页，共五十一页，2022年，8月28日8253端口地址选择A1A0端口地址00计数器001计数器110计数器211控制寄存器第十页，共五十一页，2022年，8月28日2、8253/8254的内部结构

计数通道数据总线缓冲器读／写控制电路通道控制寄存器计数器0计数器2计数器1第十一页，共五十一页，2022年，8月28日计数通道内部逻辑框图16位计数初值寄存器16位减1计数器16位当前计数值锁存器&CLKGATEOUT装入/读出初值锁存后读出当前值（减1至0时）第十二页，共五十一页，2022年，8月28日

计数初值是决定8253的定时长短与计数多少的重要参数。计数初值与输入时钟CLK及输出波形频率之间的关系为：或二.计数初值（定时常数)第十三页，共五十一页，2022年，8月28日三、8253的编程命令8253只有一个控制字，主要是对8253进行初始化，同时也可对当前计数器进行锁存。8253初始化的工作分两步进行：①先向控制命令寄存器写入方式字，以选择计数通道、工作方式、计数初值装入顺序及码制等工作；②再向已选定的计数器按方式命令的要求写入计数初值。第十四页，共五十一页，2022年，8月28日通道选择00通道001通道1通道2无效读/写格式00计数器锁存命令01只读/写计数器低8位只读/写计数器高8位先读/写计数器低8位后读/写计数器高8位工作方式000方式0001方式1010方式2011方式3方式4101方式5方式控制字格式：计数制0二进制计数

（16位）1十进制BCD计数

（4位）第十五页，共五十一页，2022年，8月28日编程中的注意点8253初始化，需有两次写操作：写方式控制字写计数器初值如果初值为8位字长，则一次写入；若初值为16位字长，则需两次写入每个计数器的方式控制字均送入控制寄存器各计数器的计数初值送到该计数器的计数寄存器第十六页，共五十一页，2022年，8月28日初始化程序流程写控制字写计数值低8位写计数值高8位*非必须第十七页，共五十一页，2022年，8月28日对于计数初值作如下说明：程序MOVAX，nOUTPORT，ALMOVAL，AHOUTPORT，AL第十八页，共五十一页，2022年，8月28日

C=CLK/OUT或T=CLK/OUT

n是计数初值，它是决定8253的定时长短与计数多少的重要参数，它与输入时钟及输出波形频率的关系如下：

说明：8253是一种减1计数器，而不是加1计数器，因此，在它开始计数之前，一定要根据计数（定时）的要求，先计算出计数初值（定时常数），并装入计数器。然后，才能在相关信号的作用下，由CLK对计数器进行减1计数。当计数初值（定时常数）减为0时，计数结束（定时已到），则在计数器输出端OUT产生波形变化。第十九页，共五十一页，2022年，8月28日8253芯片的每个计数通道都有6种工作方式可供选用。区分这6种工作方式的主要标志有3点：①输出的波形不同；②启动计数器的触发方式不同；③计数过程中门控信号GATE对计数操作的控制不同。四、8253的工作方式及特点第二十页，共五十一页，2022年，8月28日计数触发方式软件触发硬件触发GATE端为高电平GATE端有一个上升沿由GATE端信号的形式决定第二十一页，共五十一页，2022年，8月28日1、0方式——低电平输出（计数结束中断方式）特点：a、门控信号GATE必须为1，计数器才能计数（软件触发）；b、计数时通道输出端OUT一直为0；c、通道计数器计数到0后，OUT由0到1，同时计数器停止工作。n=4n=5第二十二页，共五十一页，2022年，8月28日2、1方式——低电平输出（可编程序的单独负脉冲）特点：a、门控信号GATE是触发信号，上升沿有效。即开始计数是由GATE的上升沿触发的（硬件触发）；b、

触发后，通道计数器开始计数，输出端OUT由高变低；c、

计数器计数到0，OUT再由低变高。第二十三页，共五十一页，2022年，8月28日

3、2方式——周期性负脉冲输出(速率发生器)特点：a、GATE为1，计数器才能工作，对CLK端上的脉冲进行计数；b、当计数器“减”计数到1时，输出端由高变低，再经过一个CLK周期，即计数器计数到0时，输出端OUT又跳变为高。所以方式2输出周期性负脉冲信号，其宽度固定为一个CLK周期；c、当计数器的值减为0时，自动重新装入计数初值，实现循环计数。第二十四页，共五十一页，2022年，8月28日计数器时间常数n=4第二十五页，共五十一页，2022年，8月28日4、3方式——周期性方波输出（方波发生器）

2方式虽然可以作分频电路，但其输出是窄脉冲，如果是方波，就只有选3方式n=4n=5第二十六页，共五十一页，2022年，8月28日5、

4方式——单次负脉冲输出（软件触发）特点：a、

门控信号GATE为高电平，计数器开始减1计数，OUT维持高电平；b、

当计数器减到0，输出端OUT变低，再经过一个CLK输入时钟周期，OUT输出又变高。第二十七页，共五十一页，2022年，8月28日第二十八页，共五十一页，2022年，8月28日6、5方式——单次负脉冲输出（硬件触发）这种工作方式同方式4很相似，当控制字写入控制寄存器后，输出端OUT变高。同方式4不同的一点是当计数值写入通道计数器后，通道并未被触发，也就是计数器并不立即开始计数。只有当GATE信号的上升沿触发通道后，通道计数器才开始计数。第二十九页，共五十一页，2022年，8月28日第三十页，共五十一页，2022年，8月28日8253的工作方式小结8253的六种工作方式可归为两类，一个是充当频率发生器，另一类主要是作计数器来使用。下面我们就从这个角度来讨论总结OUT和GATE门控信号的作用。第三十一页，共五十一页，2022年，8月28日与频率发生器有关的工作方式

8253有两种方式与频率发生器有关，即方式2和发生3，对OUT端，方式2提供给用户的是负脉冲，方式3提供给用户的是方波。在这个两种方式下，GATE信号要始终保持为高。第三十二页，共五十一页，2022年，8月28日与计数器有关的工作方式

对于计数器类，有方式0、1和方式4、5。启动计数器的方式有两种，一种是CPU把时间常数写入相应通道后，计数器就开始工作，我们可以称之为软件启动方式，在这种启动方式下，GATE要始终保持为高电平，所以方式0和方式4可以称为软件启动方式。另一种是硬件启动计数器，即CPU把时间常数写入计数器后，即使GATE为高电平，计数器并不工作。只有GATE发生跳变，其上升沿启动计数器工作，所以方式1和方式5就可以称为硬件启动方式。计数器溢出时，OUT有两种输出形式，要么是电平，要么是负脉冲。前者有方式0方式1，后者有方式4和方式5。第三十三页，共五十一页，2022年，8月28日

8253的工作方式小结工作方式启动方式“溢出”方式计数值使用方式0软件启动OUT为正电平一次有效方式1GATE上升沿OUT为正电平由GATE上升沿自动重装方式2软件启动OUT为负脉冲计数到0时自动重装方式3软件启动OUT为方波计数到0时自动重装方式4软件启动OUT为负脉冲一次有效方式5GATE上升沿OUT为负脉冲由GATE上升沿自动重装第三十四页，共五十一页，2022年，8月28日3.38253的应用举例例1：现有一个高精密晶体振荡电路，输出信号是脉冲波，频率为1MHz。要求利用8253做一个秒信号发生器，其输出接一发光二极管，以0.5秒点亮，0.5秒熄灭的方式闪烁指示。设8253的通道地址为80H～86H（偶地址）第三十五页，共五十一页，2022年，8月28日解：1、时间常数计算这个例子要求用8253作一个分频电路，而且其输出应该是方波，否则发光二极管不可能等间隔闪烁指示。频率为1MHz信号的周期为1微秒，而1Hz信号的周期为1秒，所以分频系数N可按下式进行计算：第三十六页，共五十一页，2022年，8月28日

由于8253一个通道最大的计数值是65536，所以对于N＝1000000这样的大数，一个通道是不可能完成上述分频要求的。由于即取两个计数器，采用级联方式。2、电路第三十七页，共五十一页，2022年，8月28日3、工作方式选择由于通道1要输出方波信号推动发光二极管，所以通道1应选工作方式3。对于通道0，只要能起分频作用就行，对输出波形不做要求，所以方式2和方式3都可以选用。

这样对于通道0，我们取工作方式2，BCD计数；对于通道1，我们取工作方式3，二进制计数（当然也可选BCD计数）第三十八页，共五十一页，2022年，8月28日4、程序 moval,00110101b ；通道0控制字 out86h,al moval,00h ；通道0初始计数值 out80h,al moval,10h out80h,al moval,01110110b ；通道1控制字 out86h,almoval,0e8h ；通道1初始计数值，03E8H=1000BCD out82h,al moval,03h out82h,al第三十九页，共五十一页，2022年，8月28日例2：计件系统。计件系统的功能就是记录脉冲的个数。

一个脉冲代表一个事件，比如交通道路检测系统中通过检测点的车辆，工业控制系统中流水线上已加工好的工件。要求在计件过程中，PC机可以显示当前计数器的内容，当完成10000个工件记录后，系统发出1KHz信号推动喇叭发音通知用户。第四十页，共五十一页，2022年，8月28日解：1、电路。需要两个通道，一个作为计数，选用通道0。另一个产生1KHz信号，选用通道1。工作原理如下，传感器电路把物理事件转换为脉冲信号输入到通道0计数，当记录10000个事件后，通道0计数器溢出，GATE端输出高电平，这时通道1开始工作，产生1KHz信号推动喇叭发音。第四十一页，共五十一页，2022年，8月28日

2、工作方式选择对于通道1，由于要产生1KHz信号，故选用工作方式3。对于通道0，要求初始计数值写入计数通道后，计数器就可以工作，则通道0的启动方式应是软件启动。另外由于要求计数溢出后产生一个信号来启动一个事件，即喇叭发音，故可选的工作方式为方式0和方式4，对于图所示方案，通道1的GATE信号由通道0的OUT信号产生，这个OUT信号应该是电平型的，所以通道0应选用方式0。

第四十二页，共五十一页，2022年，8月28日3、时间常数

N0＝100004、程序设8253地址为300H~306H，程序如下:第四十三页，共五十一页，2022年，8月28日通道1初始化movdx,306hmoval,01110111boutdx,almovdx,302hmoval,00outdx,almoval,10houtdx,al通道0初始化movdx,306hmoval,00110000boutdx,almovdx,300hmoval,10houtdx,almoval,27houtdx,al第四十四页，共五十一页，2022年，8月28日getdat:calldelay；延时movdx,306h；通道0锁存命令moval,00000000boutdx,almovdx,300h；读通道0计数器inal,dxmovcl,alinal,dxmovch,al；数据存在CX寄存器calldisplaycmpcx,0；检查计数器内容是否为0jnzgetdat……；完成技术，进行其他处理

第四十五页，共五十一页，2022年，8月28日关于显示程序DISPLAY，入口参数是CX，他有两个功能：一个是把CX中的二进制数转化成十进制数及ASCLL码，另一个功能就是把ASCLL码通过系统调用显示出来。延时程序DELAY的作用是使CPU对CRT操作不要太频繁。对于这两个程序段，请自行编写。第四十六页，共五十一页，2022年，8月28日例3：某产品的包装流水线中，一个包装箱能装48罐饮料。装箱时希望流水线上每通过48罐饮料，流水线要停3秒以等待包装箱封口，然后继续通过下一箱的48罐。流水线就是这样周而复始的运作。试利用一片8253