第十章 定时器、并行及串

第十章定时器、并行及串行接口

主要内容可编程计数／定时器Intel8254

可编程并行接口Intel8255A可编程串行输入／输出接口芯片8250接口电路综合设计举例10.1可编程计数／定时器Intel8254

Intel8253/8254是可编程间隔定时器PIT（ProgrammableIntervalTimer）。8254是8253的改进型，比8253具有更优良的性能。在Intel8l5EP芯片组的8280lBA中也集成了8254。8254的基本功能

(1)有3个独立的16位减法计数器：CNT0、CNT1、CNT2；

(2)每个计数器都可按二进制计数或十进制（BCD码）计数；

(3)每个计数器可编程工作于6种不同工作方式；（4）8254-2每个计数器允许的最高计数频率为10MHz（8253为2MHz，8254为8MHZ，8280lBA中集成的8254为14.31818MHZ）；

(5)8254有读回命令，除了可以读出当前计数器的内容外，还可以读出状态寄存器的内容。8253仅可以读出当前计数器的内容。定时/计数的用途：定时中断、定时检测、定时扫描、实时控制中的采样、DRAM定时刷新等定时和计数本质上是一样的计数的信号随机，定时的信号具有周期性定时方法软件定时：利用一段循环程序实现延时缺点：CPU占用率？延时精度？兼容？硬件定时：定时/计数器电路不可编程定时：采用中小规模IC构成，定时值不可改变可编程定时：采用可编程计数器完成，软件可改变计数值

8253是一种可编程定时/计数器芯片一、8254的内部结构及引脚功能1.内部结构及引脚数据总线缓冲器用于和CPU数据总线接口的8位双向三态缓冲器。读写控制逻辑接受来自CPU的读写控制信号。

/RD

读控制信号，输入，低电平有效。

/WR

写控制信号,输入，低电平有效。

A1

A0

选通地址线，输入，用来选择3个计数器和控制字寄存器。

/CS

片选信号，输入，低电平有效。

8254/8253控制与寻址关系

/CS/WR/RDA1A0操作

00100CPU初值写计数器0（CNT0）

00101CPU初值写计数器1（CNT1）

00110CPU初值写计数器2（CNT2）

00111CPU控制字写控制寄存器

01000读CNT0计数值到CPU01001读CNT1计数值到CPU01010读CNT2计数值到CPU1XXXX无操作

控制字寄存器

用于寄存来自CPU的控制字。8253控制字寄存器只能写入，不能读出。计数器0、1、2

3个计数器结构：有一个计数初始值寄存器、减法计数器、输出锁存器和状态寄存器。初始值寄存器（16位）用于存放计数初值，最大计数值为65536。减法计数器（16位）初值装入计数器后，从CLK的第二个脉冲开始，每来一个脉冲计数器减1。输出锁存器（16位）用于锁存减1计数器的内容，使CPU在读操作时能得到计数器的稳定值。状态寄存器（8253无）保存当前控制字寄存器的内容、输出状态以及初始值寄存器内容是否已装入计数器的状态。必须先锁存再读取。计数器控制端GATE门控信号输入端，用以控制计数或复位。通常当其为低电平时，禁止计数器的工作。CLK

时钟脉冲输入端。OUT计数到零（或定时时间到）脉冲输出端。软件启动过程硬件启动过程GATE端保持为高电平写入计数初值后的第2个CLK脉冲的下降沿开始计数程序指令启动————软件启动外部电路信号启动——硬件启动GATE端有一个上升沿对应CLK脉冲的下降沿开始计数4.启动方式方式

(1)软启动(GATE=1)在该方式下,CPU写入初值后，CLK的第一个脉冲将初值装入计数器，减法计数器在CLK时钟作用下，从CLK的第二个脉冲开始每来一个脉冲计数器减1。

(2)硬启动启动前GATE=0。在CPU写入初值，并在GATE端得到启动正脉冲之后,CLK的第一个脉冲将初值装入计数器，从CLK的第二个脉冲开始每来一个脉冲计数器减1。二、计数器的通道结构控制逻辑CRHCRLOLHOLLCECLKGATEOUT读/写格式：只读/写低8位，高8位自动清零只读/写高8位，低8位自动清零先读/写低8位，后读/写高8位读出当前计数值的方法直接读：用GATE信号使计数器停止，再规定读写格式，然后读出。锁存读：利用锁存指令，先锁存当前计数值，再用输入指令将16位计数值读出。三、定时/计数的工作过程

1.设置8253的工作方式

2.设置计数初值到初值寄存器

3.第一个CLK信号使初值寄存器的内容置入计数器

4.以后每来一个CLK信号，计数器减15.减到0时，OUT端输出一特殊波形的信号注：以上计数过程中还受到GATE信号的控制8253的工作方式一、方式0（软件启动，不自动重复计数）①控制字写入后OUT即变为低电平；②计数初值写入后在下一个CLK下降沿才送入计数器，当计数器为0时，输出OUT变为高电平；③当GATE变为低电平时计数停止，再变为高电平时计数继续进行；④若想再次OUT输出，必须重写计数值。二、方式1（硬件启动，可重复触发，可编程单脉冲）主要特点：写入CW后OUT变为高电平，然后写入计数初值，当GATE上升沿触发后，OUT变为低电平并开始计数，归零时OUT变为高电平；门控信号GATE端的跳变触发计数，可重复触发；若下一次GATE上升沿提前到达，则OUT端负脉冲拉宽为两次计数过程之和；计数过程中写入新初值不影响本次计数

三、方式2（速率发生器）

主要特点：软、硬件启动，自动重复计数。装入初值后OUT端变高电平，计数过程中OUT端为高电平，计数到１时OUT输出负脉冲，并连续重复此过程(周期性负脉冲)。四、方式3（方波发生器）主要特点：方式3的OUT输出是周期性的方波。（若计数值n是偶数，则输出OUT是对称方波；若计数值n是奇数，则输出OUT在(n+1)/2计数期间保持为高电平，而在(n-1)/2计数期间保持为低电平。）五、方式4（软件触发选通）主要特点：*计数过程中，GATE端应保持高电平。*每写入一次初值，计数一个周期，然后停止计数。*方式4的OUT输出是一次性负脉冲。*若想再次OUT输出，须再次写入计数值。六、方式5（硬件触发选通）主要特点：*方式5的OUT输出是一次性负脉冲。*若想再次OUT输出，只须再次启动GATE脉冲。8253工作方式小结：写入CW后，方式0输出即变低，其余5种方式输出均变高。方式0：用来实现定时或对外部事件进行计数。方式1：用来产生单脉冲。方式2：产生序列负脉冲，每个负脉冲的宽度与CLK的周期相同方式3：产生连续的方波。方式2和方式3都实现对CLK的n分频方式4和方式5的波形相同，都是计数器归0后的1个负脉冲，宽度为1个CLK。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是连续的，方式4是由软件（设置初值）触发启动，而方式5由硬件（门控脉冲）触发启动。方式1、5触发计数方式相同，但输出波形不同。方式1为输出n个CLK脉冲周期的负脉冲(计数过程中输出为低)，而方式5输出的是宽度为1个CLK脉冲周期的负脉冲（计数过程输出为高）用于确定各计数器的工作方式。每个计数器都必须初始化一次。CPU通过OUT指令把控制字写入控制寄存器。四、8254的编程SC1SC0：计数器通道选择

00通道001通道110通道211非法RL1RL0：计数器读写选择

00计数器锁存

01只读写低8位

10只读写高8位

11先读写低8位,再读写高8位M2M1M0：计数器工作方式选择

000方式0001方式1x10方式2x11方式3100方式4101方式5BCD：计数器进制选择

016位二进制计数器

1BCD码计数器1.控制字格式

工作方式控制字(8位)

D7D6──计数器/控制字寄存器选择控制位

D7D6=00，选计数器0；D7D6=01,选计数器1；

D7D6=10，选计数器2；D7D6＝11，读出控制字的标志之一（8253为非法操作）。

D5D4──计数器读写操作方式选择位。

D5D4＝00──选择计数器中的计数值锁存到输出寄存器，从输出寄存器读取当前的计数值。

D5D4＝01──对计数器的低字节（LSB）进行读／写；＝10——对计数器的高字节（MSB）进行读／写；

D5D4＝11——对计数器进行两次读／写操作，先低字节，后高字节。

D3D2D1──计数器工作方式选择(六种)。D3D2D1＝000，选方式0；D3D2D1=001，选方式1；D3D2D1＝X10,选方式2；D3D2D1=X11，选方式3；D3D2D1＝100，选方式4；D3D2D1=101，选方式5。D0──计数方式数制方式选择位D0＝0，选二进制格式计数；D0＝1，选BCD码格式计数。

读出控制字(8位，8253无)

D7D6=11，D0=0标志位。

D5计数值锁存控制位。D5=0，锁存当前计数值。

D4状态锁存控制位。D4=0，锁存当前计数器的状态。

D3D2D1选择控制位。定义同方式控制字。当CPU读出某一计数器的计数值/状态信息时，被选择的计数器自动解锁，但其它计数器不受影响。状态字(8253无)

D5～D0其意义与工作方式字相同。

D6计数值有效指示位。D6=0，表示计数初值已装入计数器，可以读取；否则不能读取。

D7OUT引脚现行状态。D7=1，OUT引脚为高电平；

D7=0，OUT引脚为低电平。

2.初始化编程举例

例

8253与PC／XT总线的连接如图，要求计数器0工作在方式1，初值N＝100，二进制计数；计数器1，工作在方式3，初值N＝1000，BCD码计数，并在计数过程中读取此计数器的计数值。试编写初始化程序。

（1）各端口地址的确定计数器0地址＝1XXXXXXXX0010000B＝8010H计数器1地址＝1XXXXXXXX0010001B＝8011H控制寄存器地址＝1XXXXXXXX0010011B＝8013H（2）工作方式控制字计数器0CW0＝00010010B＝12H

计数器1CW1＝01110111B＝77H（3）读计数器1锁存控制字

CW11＝01000000B＝40H

（4）初始化程序

MOVAL,12H ；CW0写入控制寄存器

MOVDX,8013HOUTDX,ALMOVAL,77H ；CW1写入控制寄存器

OUTDX,AL

MOVAL,100 ；初值N0写入计数器0MOVDX,8010HOUTDX,ALMOVAX,1000 ；初值N1写入计数器1MOVDX,8011HOUTDX,AL ；先写低字节

MOVAL,AHOUTDX,AL ；后写高字节

MOVAL,40H ；CW11写入计数器1MOVDX,8013HOUTDX,ALMOVDX，8011HINAL,DX ；读计数器1的低字节计数值

MOVCL，ALINAL，DX ；读计数器1的高字节计数值

MOVAH，ALMOVAL，CL ；读取的计数值存AX中与系统的连接示意CLKGATEOUTD0~D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器高位地址A15-A28253占用4个接口地址：

计数器0

计数器1

计数器2

控制寄存器共三组初始化写控制字写计数值低8位写计数值高8位非必须写入顺序：

可按计数器分别写入控制字和初值。

也可先写所有计数器控制字，再写入它们的初值包括8253的编程

设置控制字（写入控制寄存器地址）

赋计数初值（写入相应计数器地址）读计数器内容（从相应计数器地址读出）1、对计数器赋计数初值控制字写完后，接着赋计数初值。计数初值写入计数器的格式必须按照控制字的RL1、RL0的读写指示来写。另外，当D0=0时，即选择二进制计数，计数初值可在0～FFFFH之间选择。当D0=1时，即选择BCD码计数，计数初值可在0～9999之间选择。若想扩大计数范围，可以将两个或三个计数器级连使用。即将一计数器的OUT信号与另一计数器的CLK信号相连接。8253OUT1GATE1CLK1OUT0GATE0CLK0+5V+5V1MHz1KHz1Hz例1

若要使计数器1工作在方式0，仅用8位二进制计数，计数值为128，试对其进行初始化编程。假设3个计数器和控制寄存器的端口地址为：70H～73H

MOVAL，50H；写控制字01010000OUT73H，ALMOVAL，80H；写计数初值，只写低八位

OUT71H，AL

例2

若要使计数器0工作在方式1，按BCD码计数，计数值为3000，试对其进行初始化编程。

MOVAL，23H；00100011OUT73H，ALMOVAL，30H；计数初值只写高八位

OUT70H，AL

2、读计数器的内容8253的读操作只能读计数器的值，而不能读控制字。若读16位计数值，则对该计数器读两次，先读低8位，再读高8位。如果在计数过程中读计数器内容，则需发锁存命令。计数器的锁存命令是用一个字节的最高两位D7和D6指定要锁存的计数器；D5和D4必须为00作为锁存命令的标志。而低4位可为全0。它是控制字的一种特殊形式，所以要把此锁存命令写到控制字寄存器中去。可见，3个计数器的锁存命令分别为00H，40H和80H。

例3若要使计数器2工作在方式2，按二进制计数，计数值为1110H。要在计数过程中读取该计数器的计数值。试对其进行初始化编程。

MOVAL，0B4HOUT73H，ALMOVAL，10HOUT72H，ALMOVAL，11HOUT72H，ALMOVBH，20H;让8253工作一段时间，在读它的

W：DECBH;计数值

JNZW

MOVAL，80H;对计数器2进行锁存，它的某个计

OUT73H，AL;数值就锁存到它的锁存寄存器里

INAL，72HMOVCL，AL；先读低8位

INAL，72H；再读高8位

MOVAH，ALMOVAL，CL

例4系统中有一片8253芯片，利用其通道1完成对外部事件计数，计满250次向CPU发出中断申请；利用2通道输出频率为1kHz的方波，试编写8253的初始化程序，硬件电路如图。三、8253的应用A7A6A5A4A3A2

MOVAL，71H；通道1控制字01110001OUT1FH，AL

MOVAL，0A7H；通道2控制字10100111OUT1FH，AL

MOVAL，50H；通道1计数值低8位

OUT1DH，AL

MOVAL，02H；通道1计数值高8位

OUT1DH，AL

MOVAL，40H；通道2计数值高8位

OUT1EH，AL端口地址分析：1CH、1DH、1EH、1FHN1=250,N2=Tout/Tclk=fclk/fout=40008253应用例采用8253作定时/计数器，其接口地址为0120H~0123H。要求计数器0每10ms输出一个CLK脉冲宽的负脉冲；用计数器1产生10KHz的连续方波信号，计数器2在定时5ms后产生输出高电平。输入8253的时钟频率为2MH。画线路连接图，并编写初始化程序。计算计数初值：

CNT0：10ms/0.5us=20000CNT1：2MHz/10KHz=200CNT2：5ms/0.5us=10000确定控制字：

CNT0：方式2，16位计数值

CNT1：方式3，低8位计数值

CNT2：方式0，16位计数值CLK0GATE0OUT1D0~D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器8253CLK2GATE1GATE2+5VCLK1OUT0OUT2？8253应用例初始化程序CNT0：MOVDX，0123HMOVAL，34HOUTDX，ALMOVDX，0120HMOVAX，20000OUTDX，ALMOVAL，AHOUTDX，ALCNT1：……CNT2：……四、8254的应用例：8254计数器2接有一发光二极管，要使发光二极管以点亮2s，熄灭2s的间隔工作，地址分别为8010H－8013H。（1）分析选8254计数器2工作在方式3，输出占空比为1:1周期为4s的方波。选计数器1工作于方式2输出连续的脉冲，采用级连方式，将计数1的输出OUT1作为计数器2的输入脉冲。

（2）初始值的确定

计数器1的输出脉冲频率设为1KHz,（输出周期为1ms），计数器1的初值N1＝2MHz/1KHz＝2000。计数器2输出方波的周期为4s，计数值N2＝4s/1ms=4000。（3）方式控制字计数1的控制字：CW1＝01110100B＝74H计数2的控制字：CW2＝10110110B＝B6H（4）程序

MOV

DX，8013H ；控制字端口地址。

MOVAL，74H ；计数1控制字

OUTDX，ALMOVAL，0B6H ；计数器2控制字

OUTDX，AL

MOVDX，8011H ；计数器1端口地址

MOVAX，2000 ；计数器1初值

OUTDX，AL ；计数器1初值低8位

MOVAL，AH ；计数器1初值高8位

OUTDX，AL

MOVDX，8012H ；计数器2端口地址

MOVAX，4000 ；计数器2初值

OUTDX，AL ；计数器2初值低8位

MOVAL，AH ；计数器2初值高8位

OUTDX，AL

程序执行时，当初值分别送入两计数器后，OUT、OUT即可输出连续脉冲。

2.PC机中8253的应用在82801BA中，集成了3个计数器，其内部结构、功能、工作方式和编程，都与8254完全兼容。82801BA中的8254工作频率时达14．31818MHZ，端口地址为40H－43H。

用PC机内8254盘模拟“电子琴”演奏

利用PC机扬声器发出不同频率声音，当按下数字键1－8时，依次发出1，2，3，4，5，6，7，i八个音符。计数器2工作于方式3，时钟脉冲输入CLK2为1.1931816MHz的连续脉冲。当GATE2为高电平时，OUT2输出的方波经放大和滤波后推动扬声器。送到扬声器的信号受端口61H信号的双重控制，端口6lH的DO位控制GATE2，OUT2信号输出和端口6lH的D1位同时作为与门的输入。只有端口6lH的DO和D1位都为1时，才能使扬声器发出声音。通过改变计数初值，可改变OUT2输出方波信号的频率，从而改变扬声器发声的音调。

用系统调用的01H功能以接收键入字符。键入字符与频率值关系：

键入字符

1

2

3

4

5

6

7

8频率值

524588660

698784880988

1048参考程序DATASEGMENTTABLEDW524，588，660，698，784，880，998，1048；音符频率表DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE，DS:DATASTART：MOVAX，DATAMOVDS，AX

MOVAL，10110110B ；计数器2初始化

OUT43H，AL ；方式3方波输出SING：MOVAH，01H ；接收键入的字符

INT21HCMPAL，03H ；是否按Ctrl+C键？

JZFINISH ；是，则结束程序

SUBAL，31H；ASCIID码转数值

SHLAL，01 ；转为查表序号；（每个音符频率占两个字节）