微机原理 第八章 定时器计数器电路

微机原理第八章定时器计数器电路第一页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-28.1计算机中的定时和计数实现定时/延时控制的基本方法：软件定时不可编程硬件定时可编程硬件定时定时、计数电路是任何计算机系统中必不可少的基本电路第二页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-3数据读写复位准备就绪片选端口地址控制字寄存器计数初值寄存器计数器（计数工作单元）输出锁存器状态锁存器状态寄存器CLKGATEOUT控制逻辑可编程定时器/计数器典型结构8.1计算机中的定时和计数第三页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-4①以均匀分布的时间间隔中断分时操作系统，以便切换程序；②向I/O设备输出周期可控的定时信号；③用作可编程波特率发生器；④检测外部事件发生的频率或周期；⑤统计外部某过程中某一事件发生的次数；⑥作为向CPU的定时或定次数中断源；……可编程定时器/计数器的主要用途：8.1计算机中的定时和计数第四页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-58.2可编程定时器/计数器芯片8254/82538.2.2内部结构与外部引脚8.2.4六种工作方式8.2.5应用编程8.2.3

内部端口寻址与读/写控制8.2.1

基本功能第五页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-68.2.1基本功能8254具有以下基本功能：(1)有3个独立的16位计数器通道。(2)每个计数器可按二进制或十进制(BCD)计数。(3)每个计数器可工作于6种不同工作方式。(4)每个计数器允许的最高计数频率为10MHz(8253为2MHz)。(5)有读回命令(8253没有)，可以读出当前计数单元的内容和状态寄存器内容。第六页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-78.2.2内部结构与外部引脚

与微机相连的引脚，接口特性与8259和各类存储器芯片类似与外部相连的引脚，取决于工作方式GATE0GATE2D7～D0RDWRA1A0CS数据总线缓冲器读写控制逻辑控制字寄存器CLK0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2OUT2内部结构图内部总线计数器通道0计数器通道1计数器通道2第七页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-8定时系数=要求定时的时间时钟脉冲周期

3个功能独立的计数器通道既可用作计数器，又可用作定时器，差别在于：作计数器用时，对CLKi端输入的计数脉冲（间隔不一定相同）作减1计数。作定时器用时，对周期一定的时钟脉冲作减1计数。8.2.2内部结构与外部引脚第八页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-98.2.3

内部端口寻址与读写控制CSRDWRA1A0读/写操作说明00000000011110000011100110010101010010011111××××××写计数通道0的CR写计数通道1的CR写计数通道2的CR写控制寄存器读通道0的OL或状态锁存器读通道1的OL或状态锁存器读通道2的OL或状态锁存器无操作禁止使用无操作第九页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-108.2.4六种工作方式8254中各计数器通道均有6种工作方式可供选择:●方式0—计数结束中断方式●方式1—硬件可重触发单稳方式●方式2—速率波发生器方式●方式3—方波方式●方式4—软件触发选通方式●方式5—硬件触发选通方式理解6种工作方式的要点:●门控信号GATE的功能●输出信号OUT的波形●计数初值的设置及启动计数的条件第十页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-11计数结束中断方式，OUT输出波形如下：GATE=1OUT写入计数值计数开始计数结束方式0的工作特点计数由软件启动，每次写入计数初值，只启动一次计数。CPU写计数初值到CR后，CR内容并不立即装入CE，而是在其后的下一个CLK脉冲下降沿才将CR内容装入CE，对该CLK脉冲不计数。(方式1～5相同)计数过程中,如果GATE=0则暂停计数,直到GATE=1后再接着计数。计数过程中写入新的计数初值，从写入后下一个时钟脉冲开始，以新的初值计数。1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式5方式0的基本功能8.2.4六种工作方式第十一页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-12OUTWRGATECLK①③②INTR4123303212450n=5n=4n=3INTR正常计数过程门控信号的作用改变计数初值停止计数接着计数值下一脉冲影响计数1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式5方式0的定时波形8.2.4六种工作方式第十二页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-138.2.4六种工作方式方式0的应用●外部事件计数●测脉冲宽度1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式5●频率计第十三页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-14方式1是硬件可重触发单稳方式。计数器相当于一个可编程的单稳态触发电路。OUT写入计数值计数开始计数结束GATE方式1的工作特点GATE上升沿启动计数可重触发1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式5方式1的基本功能8.2.4六种工作方式第十四页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-15CLK12333432200n=3n=3n=41单脉冲宽度单脉冲宽度单脉冲OUTGATEWR①②③方式1的应用:实时监控器(看门狗电路)正常计数过程计数过程可重触发改变计数初值的影响1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式5启动计数重装计数值影响计数方式1的定时波形8.2.4六种工作方式第十五页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-16方式2的工作特点：自动重复计数。可由软件通过写计数初值启动,也可由GATE上升沿启动。GATE变低电平时停止计数;而当GATE由低重新变高时,重新由初值开始计数。1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式5方式2是速率波发生器方式。OUT端输出一周期性负脉冲序列：OUTGATE=1写入计数值nTCLK方式2的基本功能：8.2.4六种工作方式第十六页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-17CLK1230n=4n=5WR443410454321043210GATE①重复周期②③OUT方式2的应用:正常计数过程门控信号的作用改变计数初值的影响重装计数值下一周期影响计数1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式5停止计数方式2的定时波形：8.2.4六种工作方式产生矩形波分频第十七页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-18方式３是方波方式。OUT输出的是方波或近似方波信号：方式３的工作特点：若计数初值n为偶数，OUT输出周期为n个CLK周期的标准方波。1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式5OUTGATE=1写入计数值nTCLK若n为奇数，OUT端得到的是近似方波；GATE变低电平时停止计数;而当GATE由低重新变高时,重新由初值开始计数。方式３的基本功能：8.2.4六种工作方式第十八页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-19CLKWR0220n=4n=5442400424204222420①②③OUTGATE1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式5方式3的应用:产生方波分频初值为偶数的计数8.2.4六种工作方式初值为奇数的计数GATE的影响标准方波近似方波重装计数值停止计数方式3的定时波形第十九页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-20方式4的工作特点：计数过程中若GATE变低，则停止计数，直到GATE恢复到高时，重新从初值开始减1计数。计数过程中若改变(重写)计数初值，将从改变之后的下个CLK脉冲起，按新初值重新开始计数。软件装入的计数初值只一次有效。1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式5方式4是软件触发选通方式。它与方式0的功能很相似，主要差别是计数结束时，在OUT端产生的是一个宽度为1个CLK周期的负选通脉冲。方式4的基本功能：8.2.4六种工作方式第二十页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-21CLK1233323200n=4n=4n=31GATEWR4441软件启动（第一次）软件启动（第二次）改变初值OUT②①③1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式5正常计数GATE的影响改变初值的影响计数结束，输出负脉冲停止计数下一时钟影响计数重新计数方式4的定时波形8.2.4六种工作方式第二十一页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-22方式5的工作特点：硬件触发启动计数；

当计数值计到0后，自动重新装入初值n，但并不开始计数，而是待GATE端出现新的上升沿后才重新作减1计数。1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式5方式5是硬件触发选通方式。它与方式1很类似,也是由硬件触发启动计数，差别在于OUT端产生的是一个宽度为1个CLK周期的负选通脉冲。方式5的基本功能：8.2.4六种工作方式第二十二页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-23CLKGATEWROUT1253323200n=4n=51444101.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式5硬件触发启动计数计数过程改变初值不影响计数硬件触发，以新初值计数输出负脉冲方式5的定时波形8.2.4六种工作方式第二十三页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-248.2.5应用编程与其他可编程芯片一样，为了使用8254，必须通过读/写操作对它编程。包括：(1)工作之前写入控制字，以确定每个计数器通道的工作方式；(2)工作之前写入每个计数器通道的计数初值；(3)工作过程中改变某通道的计数初值；(4)写入命令字或状态字，以读出某一时刻某一通道的CE内容或状态寄存器内容。第二十四页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-251.各种控制字、命令字和状态字格式(1)控制字(2)命令字(3)状态字D7D6D5D4D3D2D1D0SC1SC0RW1RW0M2M1M0BCD选计数通道00011011选通道0无意义选通道1选通道200011011选读/写格式锁存CE数据只读写低字节只读写高字节先读写低字节再读写高字节选计数码制01二进制数BCD码数000×10001×11100101方式0方式1方式2方式3方式4方式5

选工作方式(1)8254的控制字8.2.5应用编程

——用以确定每个计数器通道的工作方式。格式如下：第二十五页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-26(2)8254的命令字锁存命令字(8253和8254均有)：

用来将当前的CE内容锁存到输出锁存器OL，以供CPU读出。——分为锁存命令字和读回命令字D7D6D5D4D3D2D1D0SC1SC000××××选计数通道00011011选通道0无意义选通道1选通道21.各种控制字、命令字和状态字格式(1)控制字(2)命令字(3)状态字8.2.5应用编程第二十六页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-27读回命令字(8254特有)

用于将计数器通道的CE当前内容锁存入OL或将状态寄存器内容锁存入状态锁存器。D7D6D5D4D3D2D1D011COUNT

STATUSCNT2CNT1CNT001:选中通道20:锁存状态寄存器内容1:选中通道01:选中通道1

0:锁存当前计数器内容1.各种控制字、命令字和状态字格式(1)控制字(2)命令字(3)状态字8.2.5应用编程第二十七页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-288254每个计数器通道对应有一个状态寄存器和一个状态锁存器。OUT引脚现行状态D7D6D5D4D3D2D1D0OUT

NULLCOUNTRW1RW0M2M1M0BCD1:无效计数0:可读计数读/写格式1:BCD码计数0:二进制计数工作方式8.2.5应用编程1.各种控制字、命令字和状态字格式(1)控制字(2)命令字(3)状态字(3)8254的状态字第二十八页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-29①要读当前计数值或当前状态，必须先写读回命令，再读OL或SL。②对同一通道的计数器或状态寄存器发多次读回命令，但每次未立即读取CE或SR，则只有第一次读回命令引起的锁存操作是有效的，以后读出的值或状态仅是第一次读回命令锁存的结果。③若读回命令同时或先后锁存了同一通道的计数值和状态，则对该通道第一次读出的结果一定是状态字(8位),随后的一次或两次读出的才是计数值(一次还是两次,取决于初始化时控制字确定的计数值字节数)。(4)读当前计数值/状态字的方法和原则8.2.5应用编程第二十九页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-30命令命令作用执行结果次序D7D6D5D4D3D2D1D0123456110000101110010011101100110110001100010011100010读回通道0的计数值和状态读回通道1的状态读回通道2、1的状态读回通道2的计数值读回通道1的计数值和状态读回通道0的状态锁存通道0的计数值和状态锁存通道1的状态锁存通道2的状态，但对通道1无效锁存通道2的计数值锁存通道1的计数值，但对状态无效命令无效，通道0的状态早已锁存(5)读回命令举例8.2.5应用编程第三十页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-31初始化编程必须在8254/8253工作之前进行;对每个用到的通道都要初始化：先向控制寄存器(端口3)写入方式控制字,再以通道地址(端口0，1或2)向CR写入计数初值。如在工作过程中需要读取某通道的当前状态或当前CE值，应先向控制寄存器地址(端口3)写读回命令，再从该通道地址(端口0，1或2)读出相应锁存器内容。(1)编程说明2.8254的编程方法及举例8.2.5应用编程第三十一页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-32

例8.1

在8086系统中，用8254构成定时、计数与脉冲发生器系统功能利用通道0完成对外部事件计数功能,计满100次向CPU发中断请求。利用通道1产生频率为1kHz的方波。利用通道2作1s标准时钟。（2）编程举例8.2.5应用编程第三十二页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-33CLK12.5MHz8086cpuD7～D0D7～D0RDRDWRWRM/IOA15A3A0=0A2A1INTRCS地址译码A1A08254通道1通道2通道0GATE1OUT11kHZCLK2GATE2OUT2CLK0GATE0OUT0示波器或其它波形接收器外部事件产生源IR0IR1IR2IR78259A▪▪+5V+5V+5V系统的硬件连接：8.2.5应用编程第三十三页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-34STT：MOVDX，port3；定义通道0工作于方式0

MOVAL，10HOUTDX，ALMOVDX，port0；给通道0送计数初值

MOVAL，64HOUTDX，AL

8259A的初始化编程填写中断向量表8254的初始化编程初始化编程8.2.5应用编程第三十四页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-35MOVDX，port3；定义通道1为方式3MOVAL，76HOUTDX，ALMOVDX，port1；给通道1送计数初值MOVAX，09C4HOUTDX，AL；先送低字节（C4H）MOVAL，AHOUTDX，AL；再送高字节（09H）MOVDX，port3；定义通道2为方式2MOVAL，0B5HOUTDX，ALMOVDX，port2；给通道2送计数初值MOVAX，1000HOUTDX，AL；先送低字节（00H）MOVAL，AHOUTDX，AL；再送高字节（10H）

初始化程序：(续）8.2.5应用编程第三十五页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-368.38254在PC系列机定时系统中的应用PC系列机定时系统包括两部分：CPU内部控制时序产生电路：主要用于内部指令执行过程。I/O接口芯片的定时产生电路：由8254负责。以PC/AT机为例：日历时钟由通道0完成DRAM刷新由通道1完成音频信号产生（驱动扬声器)由通道2完成第三十六页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-37计数器通道0计数器通道1计数器通道2功能GATECLKOUT时钟信号发生器刷新请求发生器音频信号发生器+5V程控+5V1.1931816MHz1.1931816MHz1.1931816MHz8259AIRQ08237DREQ0扬声器8254各通道在AT定时系统中的作用及信号规定8.38254在PC系列机定时系统中的应用第三十七页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-38PC/AT机定时系统结构框图8.38254在PC系列机定时系统中的应用DACK0(来自8237）PCLKDQCLRQRESET+5V来自8255PB0(端口0061H)IORIOWT/CCSA1A0D7～D0来自8255PB1(端口0061H)GATE0CLK0GATE1CLK1CLK2GATE2RDWRCSA1A0D7～D0OUT0OUT1OUT28254DSQCLR+5VIRQ0(到8259A）DRAM刷新请求&SPK(去扬声器)功放与低通滤波第三十八页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-39INT8H中断服务程序的功能：8254三个通道在PC/AT机中的使用原理8.38254在PC系列机定时系统中的应用◆通道0：工作于方式3，计数初值为0(即65536)。用作实时时钟信号发生器，每输出一个方波,产生一次0级中断，调用INT8H一次。完成日时钟计时；实现软驱马达开启时间管理，使其开启一段时间完成数据存取操作后，自动延时关停；进行INT1CH软中断调用,为用户提供可用的定时操作服务程序入口。第三十九页，共四十二页，编辑于2023年，星期二8-40软件控制发声：CPU控制8255A的PB1(即端口61H的D1位)的电平变化使扬声器发声。这时需要将8254的OUT2置于高电平,以允许来自PB1的音频信号通过与门。硬件控制发声：利用8254通道2工作于方式3输出音频信号来使扬声器发声。这是AT机定时系统提供的一项基本功能。改变其计数初值，可改变发音声调。8.38254在PC系列机定时系统中的应用◆通道1：工作于方式2,计数初值为18(即0012H)。每隔15.08μs产生一负脉冲,用作DRAM刷新时的定时控制。◆通道2：工作于方式