9定时计数器8253应用设计

第9章

定时/计数器8253应用设计

可编程定时/计数器8253的原理结构图

8253的原理结构及工作原理8253有三个独立的计数通道（也称计数器）：计数器0、计数器1、计数器2。引脚名功能连接去向数据总线（双向）CPU片选信号译码电路读信号CPU写信号CPU端口地址CPU3个计数通道的时钟（计数脉冲）外部3个计数通道的控制信号外部3个计数通道的输出信号外部Vcc电源（+5V）/GND地/8253引脚定义

8253的引脚功能及特点单个计数器内部结构

每个计数通道主要包含四个部件：计数寄存器CR（ConutRegister,16位）、计数工作单元CE（CountingElement,16位）、输出锁存器OL（OutputLatch,16位）、控制字寄存器（ControlWordRegister，8位）。8253的原理结构及工作原理每个计数器相关的引脚有三个，两个输入引脚CLK和GATE，一个输出引脚OUT。8253的原理结构及工作原理CLK：时钟输入引脚，这是定时和计数的基准脉冲，计数或定时的基本单位就是CLK脉冲，通常以脉冲个数作为计数值或脉冲周期作为定时标准。GATE门控信号，高电平有效。该信号为高电平，则进行正常的减法计数，低电平而停止计数。OUT计数器输出信号，当定时结束或计数结束，在该引脚产生一个控制信号。定时/计数器8253占用4个端口地址：

寻址

00 计数通道0 01 计数通道1 10 计数通道2 11 控制字寄存器8253的原理结构及工作原理

为说明方便，将这四个地址分别用COUNTA、COUNTB、COUNTC和COUNTD表示。

通过计数通道的端口地址可以访问通道中的CR、OL，当对通道进行写操作时，实际上表示将计数初值（即时常数）写入CR；当对通道进行读操作时，表示将从OL中读取计数值。定时/计数器8253一共有6种工作方式，由控制字寄存器的内容来设定。方式控制字如下所示：8253的控制字控制字中的位D7D6来确定计数通道： 含义

00 计数通道001 计数通道110 计数通道211 保留8253的控制字D5D4用于设定计数通道的读写规则： 含义00 计数通道的锁存命令，即将当前CE的内容锁存到OL01 只读写CR或OL的低8位10 只读写CR或OL的高8位11 先读写CR或OL的低8位，再读写高8位方式控制字的位用于设定计数通道的工作方式： 含义

000方式0001 方式1×10 方式2×11 方式3100 方式4101 方式58253的控制字方式控制字的最低位D0（即BCD位）用于指定读写数据的格式，当BCD=0时，表示读写数据为二进制数，当BCD=1时，表示读写数据为两位十进制数。

CLK脉冲:是指CLK信号从上升沿到下降沿的时间计数器：与计数通道的含义一致时常数：是指通过指令写入到计数器的值，可以理解成计数器的初值几个基本概念

最大时常数:由于8253是减法计数，因此这两种计数的最大初始值为0000.对于二进制减法计数，0000H实际表示10000H(65536)，而BCD码计数的0000表示

10000。8253的工作方式

1．方式0——

计数达到终值时中断

功能：方式0可以实现设定一个确定的时间t0，当到达时间t0时，需要进行某种操作。在方式0下，当写入方式控制字后，相应的OUT端输出变为低电平，直到计数器达到0时变为高电平，表示达到了定时的时间。GATE=1情况下方式0计数过程利用GATE信号加长OUT端的低电平宽度

利用写入新的时常数加长OUT端的低电平宽度方式0的特点：在向8253置方式字或置时常数时,OUT输出变成低电平；置入时常数后，下一个CLK脉冲，使CR内容(初值)置入计数单元，之后每一个CLK脉冲都完成一次减一计数；当计数至0时,OUT由低变高,并继续计数,从0到0FFFFH；正常情况下，即GATE=1，对计数器置入时常数N后，要经过N＋1个时钟周期才能使OUT输出高电平；在计数过程中，如GATE变为低电平,这时只是暂停计数，等待GATE信号变为高电平后，计数器继续“减1”计数。例题，向8253的＝11B的地址写入00110000B，则表示计数器0设置成方式0，并且采用16位时常数，假设时常数为1500，则计数器0的初始化程序段如下：MOVDX,COUNTD ；写入8253的方式控制字MOVAL,00110000BOUTDX,ALMOVDX,COUNTA ；计数器0置入时常数MOVAX,1500OUTDX,ALXCHGAL,AH;或MOVAL,AHOUTDX,AL2．方式2——

分频脉冲形成功能：方式2类似于N分频器，利用这种方式可以产生周期信号。GATE＝1时，将计数器设置成方式2后，OUT端输出高电平；向CR置入时常数N后，下一个CLK脉冲将时常数从CR读入CE，并开始“减1”计数；当计数到0001H时,OUT端变为低电平,经过一个CLK脉冲，OUT端再次变为高电平,产生一个时钟周期的负脉冲;与此同时，重新将时常数从CR读入CE，并继续计数.这样就产生周期的分频信号。GATE＝1时方式2的计数过程当时常数为N时，则OUT产生的信号为计数时钟的N分频，高电平为（N－1）个计数时钟周期，低电平为1个计数时钟周期。当GATE为低电平时，计数器暂停计数，GATE端的上升沿使计数器重新读入时常数。GATE信号的作用效果计数过程中写入新的时常数，它只能在下一次分频脉冲后起作用方式2的特点：在置方式2的控制字后，OUT端变为高电平；在置入时常数后，下一个CLK脉冲期间，将时常数从CR读入CE，并开始“减1”计数；当CE计数到01时，在OUT端输出一个负脉冲，并重新读入时常数进行计数；正常情况下，当计数通道的时常数为N时，OUT产生的信号为计数时钟的N分频；

例如，向8253的＝11B的地址写入10010100B，则表示计数器2设置成方式2，并且采用低8位时常数，假设时常数为13，则计数器2的初始化程序段如下：MOVDX,COUNTD ；写入8253的方式控制字MOVAL,10010100BOUTDX,ALMOVDX,COUNTC ；计数器2置入时常数MOVAL,13OUTDX,AL这样在OUT2端就产生了CLK2的13分频信号3．方式3——

方波信号形成功能：方式3类似于方式2，只是在OUT上产生对称的或近似对称的方波。GATE＝1时，将计数器设置成方式3后，OUT端输出高电平；向CR置入时常数N（设N为偶数）后，下一个CLK脉冲将时常数从CR读入CE，并开始“减2”计数;

当计数到0时，OUT端变为低电平；重新将时常数从CR读入CE，并进行“减2”计数，当计数到0时，OUT端再次变为高电平，产生一个时钟周期的方波信号;

重复这一过程，可以产生周期的对称方波信号。

当设定的时常数N为奇数时，在将时常数从CR读入CE时会自动减1，使CE中的初步变成N－1（偶数），OUT端输出高电平，并开始“减2”计数;

当计数到0时，再经过1个CLK后使OUT端变成低电平；重新将时常数从CR读入CE，并进行“减2”计数，当计数到0时，OUT端再次变为高电平，产生一个时钟周期的方波信号，重复这一过程，可以产生周期的近似对称的方波信号。GATE＝1时方式3的计数过程(时常数为偶数)GATE＝1时方式3的计数过程(时常数为奇数)当GATE为低电平时，计数器暂停计数，GATE端的上升沿使计数器重新读入时常数。GATE信号的作用效果方式3的特点：在置方式3的控制字后，OUT端变为高电平；在置入偶数的时常数后，OUT端产生一个周期的对称方波信号；在置入奇数的时常数后，产生一个周期的近似对称方波信号,高电平占(N+1)/2个计数时钟周期,低电平占(N-1)/2个计数时钟周期；正常情况下，当计数通道的时常数为N时，OUT产生的信号为计数时钟的N分频方波信号；8253的计数值的读取在任何时刻都可以读取某个计数器的当前计数值，分两步实现：输出计数器锁存命令，将方式控制字中=00B，这样可以将相应计数通道中的当前计数值锁存到OL锁存器，而CE会继续计数；用IN指令读取OL内容。例如，要读取计数器1中的计数值，其程序如下：MOVDX,COUNTD MOVAL,01000000BOUTDX,ALMOVDX,COUNTBINAL,DX；从OL读取低位字节

XCHGAH,ALINAL,DX；从OL读取高位字节

XCHGAH,AL这时，AX的内容就是计数器1的当前计数值8253初始化编程1.一般原则对8253初始化编程分两步，首先写控制字，然后写入对应通道的计数初值。至于先写哪个通道，则由用户任意选择。每一个通道的控制字都必须写入控制寄存器(AlA0=11)，初值必须写入相应计数器对应的端口。2.计数初值的计算假设已知8253相应通道的CLK端接入的时钟频率为f，周期记为t=1／f，要求产生的周期性信号频率为F(周期为T)或定时时间为T，则所需计数初值n为

n=T/t=f/F=T*f[例1]已知8253口地址为158H～15BH，其A1和A0与相应地址线相连，要求计数器0工作在方式0，计数初值为1000，二进制计数；计数器1工作在方式1，计数初值为86，BCD码计数；计数器2的OUT端产生最大宽度的方波，写出8253的初始化程序。计数器0的控制字：00110000B=30H初值：1000(超过256，用16位计数)

计数器1的控制字：01010011B=53H初值：86(小于256，用低字节计数)

计数器2的控制字：10110110B=B6H初值：0000(最大方波) MOVAL，30H；计数器0控制字

MOVDX，15BH；控制寄存器端口

OUTDX，AL；写计数器0控制字

MOVAX，1000；计数器0初值

MOVDX，158H；计数器0端口

OUTDX，AL；写计数器0计数初值低字节

MOVAL，AH OUTDX，AL；写计数器0计数初值高字节

MOVAL，53H；计数器1控制字

MOVDX，15BH；控制寄存器端口

OUTDX，AL；写计数器1控制字

MOVAL，86H；十进制计数，所以写成十六进制的形式

MOVDX，159H；计数器1端口

OUTDX，AL；写计数器1计数初值

MOVAL，0B6H；计数器2控制字

MOVDX，15BH；控制寄存器端口

OUTDX，AL；写计数器2控制字

MOVAL，0；计数器2初值

MOVDX，15AH；计数器2端口

OUTDX，AL；写计数器2计数初值低字节

OUTDX，AL；写计数器2计数初值高字节[例2]某应用系统中，系统提供一个频率为10KHZ的时钟信号，要求每隔10ms向CPU提出中断申请，试完成8253的初始化编程。

（1）选择工作方式由于系统每隔10ms完成一次申请，则可选用方式2来实现。（2）确定计数初值已知fCLK0=10KHZ