第七章 计数器

第七章计数器和定时电路18253的控制字2可编程定时/计数器的工作方式1可编程计数/定时器8253/8254定时/计数器的作用生产线上统计产品的数目----计数器系统的动态存储器刷新----定时器系统时钟计时----定时器扬声器的频率源----定时器如何定时软件定时，优点是节省硬件；缺点是执行程序期间CPU一直被占用，降低了CPU效率硬件定时，要用额外的硬件—计数/定时器，但可提高CPU的利用率8253基本功能具有三个相互独立的16位计数器通道每个通道都可设定以6种工作方式之一进行计数/定时每个计数器都可设为按二进制或BCD码计数具有计数和定时功能，基于减1计数工作定时器减为0后，可自动装入定时常数初值，并产生输出信号在减1操作中，任何时刻计数器的值都可由CPU经计数输出寄存器读取8253引脚8253引脚8253与CPU的接口

8位数据线：D0~D7

寻址控制线：A0、A0、/CS

读写控制线：/RD、/WR8253与外设的接口

注:三个独立的计数器/定时器时钟输入：CLK

输入门控：GATE

波形输出：OUT

8253寄存器选择表8253内部结构数据总线缓冲器8D0~D7内部总线CLK0计数器0GATE0OUT0计数器1CLK1GATE1OUT1计数器2CLK2GATE2OUT2读/写逻辑A0A1WRRDCS控制字寄存器内部的各计数器的结构&CLKGATE16位当前计数值锁存器16位减一计数器16位计数初值寄存器OUT（减1至0时）MSBLSB装入初值LSBMSB锁存后读出当前值9.28253的控制字例将计数器2初始化为工作方式3，计数初值为533H，为二进制计数方式，设寄存器地址为40H~43H控制字10110110B6HMOV AL，0B6H ；计数器2，先低后高字节OUT 43H，AL ；写命令字MOV AX，533H ；计数初值OUT 42H，AL ；写计数值低位MOV AL，AHOUT 42H，AL ；写计数值高位例8253工作为计数器1，方式3，初值为4020D0111011177H编程

MOVAL，77HOUT43H，AL；写计数器1的控制字

MOVAL，20HOUT41H，AL

；写计数器1的低8位初值

MOVAL，40HOUT41H，AL

；写计数器1的高8位初值例2：计数器0，工作在模式2，计数初值和输出锁存器仅使用低8位，初值为100，计数值为二进制格式。

MOVAL，00010100B；控制字

OUT73H，AL

MOVAL，100；计数初值

OUT70H，AL例3.计数器1，工作在模式1，CR和OL使用16位，初值为1234，先写入低8位，再写高8位，计数值为BCD。

MOVAL，01110011B；控制字

OUT73H，AL

MOVAX，1234H

BCD1234

OUT71H，AL；计数初值低8位

MOVAL，AH

OUT71H，AL；计数初值高8位因8253是减计数器，故计数初值越大，则计数减至0所用时间（即定时时间）就越长，但由于8253是先减1，再判是否到0，故最长的定时时间是设置计数初值为0，代表65536。十进制计数时范围是0001～10000，其中当计数初值寄存器为0000H代表十进制数10000。计数取值范围在二进制计数时是0001H～10000H，其中10000H代表65536，在计数初值寄存器中的值是0000H。可以从8253中读出当前计数值，但其读出过程是：先将当前计数初值写入到输出锁存器，然后再从输出锁存器中读出，在这同时，8253还在不停地进行减计数，虽然输出锁存器中的值不变，但减计数单元却在不断地减计数，因此，从输出锁存器中读出的值并不一定是真正的当前计数值。3工作方式与功能方式0：计数结束产生中断输出（软件控制）方式1：重复触发的单稳输出（硬件控制）方式2：分频器（软件控制）方式3：方波发生器（软件控制）方式4：选通信号发生器（软件触发）方式5：选通信号发生器（硬件触发）8253各工作方式的共同点控制字写入计数器时，所有控制逻辑立即复位，输出端OUT进入初始态写入初值后，要经过一个时钟周期后计数执行部件CE才开始工作时钟脉冲CLK的上升沿，门控信号GATE被采样图7.218253的6种工作方式时序图18方式0—计数结束产生中断预置初值之后，OUT仍保持低电平。只有当计数器中计数值减为0时，OUT才会输出高电平并维持计数初值寄存器CR在延迟一个CLK脉冲后传到CE中，因此N＋1个CLK脉冲后计数值才变为0GATE=0，计数停止；1，继续计数计数过程中可重写或改变计数值方式0特点：（1）计数器只计数一遍（2）输出信号OUT会在N+1个CLK脉冲后变高

（3）GATE变低电平可以停止计数过程（4）改变计数立即有效n=4432222210CWCLKOUTGATEn=343213210CWn=4CLKOUTGATE=1方式0初始化设计数器0工作于方式0，8位二进制计数，初值为9。端口地址为0E0H～0E3H初始化程序MOV AL，10H；设计数器0，工作方式0OUT 0E3H，AL；写入控制寄存器MOV AL，9 ；设计数初值OUT 0E0H，AL；写初值入计数器0的CR方式1—可重触发的单稳触发器门控信号GATE正脉冲启动定时/计数允许当前计数未完时的多次重触发，GATE再触发后，OUT输出会保持N个CLK脉宽的低电平下个GATE正脉冲触发信号到来时，会将新初值装入CE中，使计数单元从新初值开始计数方式1特点：（1）计数到0后，如果有外部触发，就可以按原来的计数初值工作（2）计数过程中GATE信号可以用作重新触发，计数器重新计数（3）改变计数初值并不是立即有效，只有等到下一个GATE上升沿，才将新初值装入计数单元并按新初值启动计数。43210CWn=4n=5CLKOUTGATE方式1初始化设计数器1工作于方式1，BCD码计数，计数值为十进制4000。设端口地址为0E0H～0E3H16位计数初值，但由于计数值低8位为0，所以可以设定读/写操作控制段只写高8位，CR低8位自动清0。控制字为01100011B，初始值40HMOV AL，63H ；设控制字OUT 0E3H，ALMOV AL，40H ；设初值40H（高8位）OUT 0E1H，AL方式2—分频器计数器减到1时，OUT仅输出一个CLK脉宽的低电平，然后自动装入重新计数GATE由低变高会重新装入初值新初值在下次计数才起作用方式2特点：（1）不用重新设置计数值，通道可以连续工作

（2）以GATE信号停止计数。在GATE变成高电平后的下一个CLK脉冲，计数器恢复原来的初值，重新计数

（3）改变计数值不是立即有效，只有当计数值减至0时，下一轮计数过程按新初值进行。方式2初始化设计数器工作于方式2，二进制计数，计数初值0304H。端口地址0E0H～0E3HMOV AL，0B4H ；控制字OUT 0E3H，ALMOV AL，04H ；计数器低字节OUT 0E2H，ALMOV AL，03H ；计数器高字节OUT 0E2H，AL方式3—方波发生器与方式2类似，但其输出方波或准方波计数值完成一半时，使OUT变低，直到计数任务全部完成为止，OUT恢复为高初值为偶数时，每次减1，直至n/2时OUT输出变为低电平，然后又从初值开始，每次减1，直至n/2时OUT输出变为高电平初值为奇数时，每次减1，减(n+1)/2次时，OUT输出变为低电平，然后从(N-1)/2开始，每次减一，直至为0，所以有(N+1)/2个脉宽的高电平,(N-1)/2个脉宽的低电平。GATE由低变高时，重新开始计数方式3特点：（1）GATE信号由低变高可以使计数过程重新开始

（2）改变计数初值并不影响现行的计数过程

方式3初始化计数器0工作于方式3，二进制计数，初值为4。端口地址为0E0H～0E3HMOV AL，16H ；控制字OUT 0E3H，ALMOV AL，4 ；初值OUT 0E0H，AL方式4—软触发的选通发生器计数减到0时输出一个脉宽的低电平GATE由低到高时，计数器恢复工作，而不重置初值计数过程中，新初值立即起作用方式4特点：（1）如果设置计数初值为N，则输出信号OUT会在N+1个CLK脉冲后输出一个负脉冲。

（2）改变计数值为立即有效方式4初始化设计数器1工作于方式4，二进制计数，计数初值为3。端口地址为0E0H～0E3HMOV AL，58H ；控制字OUT 0E3H，ALMOV AL，3 ；初值OUT 0E1H，AL方式5—硬触发的选通发生器如方式1，方式5也是硬件触发计数器到0，输出一个脉宽的负脉冲允许当前计数未完时的多次重触发GATE触发，按新初值计数6、方式5WRCLKCW=1ALSB=3GATEOUT3210FF3方式5特点：（1）若设置计数值为N，则经过N+1个CLK脉冲后OUT引脚输出一个负脉冲（2）GATE信号重新触发，可以令计数器重新计数

（3）改变计数初值并不是立即有效方式5初始化设计数器2工作于方式5，二进制计数，计数初值为3，端口地址为0E0H～0E3HMOVAL，9AH ；控制字OUT 0E3H，ALMOVAL，3 ；初始值OUT0E2H，AL工作方式总结初始化编程的原则：先写入控制字，后设置计数初值；设置初值的过程必须符合控制字中规定的格式。计数----输入信号为外部计数脉冲。定时----输入信号为已知准确的、固定周期时钟。定时时间t=n×TCK；n为计数初值，TCK为时钟周期

编程命令读出命令----读输出锁存器内容写入命令设置控制字（工作方式）发锁存命令设置计数初值控制字方式0与方式4的比较（软件控制）

相同点 都是软触发，无自动重装入能力 写入控制字及初值后，若GATE=H，CE开始减计数当CE=0时，OUT改变电平状态不同点方式0在计数期间OUT=L，计数结束OUT=H方式4在计数期间OUT=H，计数结束OUT=负脉冲OUTOUT方式1与方式5的比较（硬件触发）

相同点写入控制字及初值后，若GATE输入上升沿脉冲触发，CE开始减计数,当CE=0时,OUT改变电平状态不同点方式1在计数期间OUT=L，计数结束OUT=H方式5在计数期间OUT=H，计数结束OUT=负脉冲计数期间GATEOUT计数期间GATEOUT方式2与方式3的比较（波形输出）

相同点均输出连续周期波形，预置初值可自动重装入

不同点方式2输出连续负脉冲周期波形方式3输出连续方波周期波形方式3方式2第7章常用接口器件图7.26初始化编程顺序

438253读出命令MOVAL，00000000B；锁存

OUT73H，AL

INAL，70H；当前计数值低8位

MOVBL，AL

INAL，70H；当前计数值高8位

MOVBH，AL；读取后，OL的值又随计数执行部件变化8253应用举例采用8253作定时/计数器，其接口地址为0120H~0123H。输入8253的时钟频率为2MHz。计数器0:每10ms输出1个CLK脉冲宽的负脉冲计数器1:产生10KHz的连续方波信号计数器2:启动计数5ms后OUT输出高电平。画线路连接图，并编写初始化程序。8253应用举例（续）确定计数初值：

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00110100CNT1：方式3，低8位计数值01010110CNT2：方式0，16位计数值101100008253应用举例（续）CLK0GATE0OUT1D0~D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器8253CLK2GATE1GATE2+5VCLK12MHzOUT0OUT2？线路连接图：8253应用举例初始化程序CNT0：MOVDX,0123HMOVAL,34HOUTDX,ALMOVDX,0120HMOVAX,20000OUTDX,ALMOVAL,AHOUTDX,ALCNT1：

……CNT2：

……*如何读出当前计数值第1种方法——在计数过程中读计数值先锁存当前计数值，再用两条输入指令将16位计数值读出。第2种方法——停止计数器再读用GATE信号使计数器停止，再规定RL1和RL0的读写格式，然后读出。8253应用举例在IBMPC/XT机中，8253-5是CPU外围支持电路之一，为系统电子钟提供时间基准，为动态RAM刷新提供定时信号以及作为扬声器的声源等功能。

1.硬件结构

2.计数器的预置程序硬件结构从8253-5在IBMPC/XT机中的连线图中可知，8253-5芯片的3个计数器使用相同的时钟脉冲。CLK0～CLK2的频率是由8284时钟发生器输出的外部时钟PCLK（2.38MHz）的1/2，即1.19MHz，这由U22分频实现。8253-5的3个计数器端口地址为：40H、41H、42H； 控制寄存器端口 地址为43H。计数器的预置程序8253-5的3个计数器的预置程序如下：PR０： MOVAL，36H ；选择计数器0，写双字节计数值，方式3，二进制计数

OUT43H，AL ；写控制字

MOVAL，0 ；预置计数值65536 OUT40H，AL ；先送低字节计数值

OUT40H，AL ；后送高字节计数值PR1： MOVAL，54H ；选择计数器1，读/写低字节计数值，方式2，二进制计数

OUT43H，AL MOVAL，12H ；预置计数器初值18 OUT41H，ALPR2： MOVAL，0B6H ；选择计数器2，读/写双字节计数值，方式3，二进制计数

OUT43H，AL MOVAX，533H ；送分频数1331 OUT42H，AL ；先送低字节

MOVAL，AH OUT42H，AL ；后送高字节3个计数器如下：1.计数器02.计数器13.计数器2计数器0

计数器0为系统电子钟提供时间基准，即向系统日历时钟提供定时中断，其输出端OUT0作为系统的中断源接中断控制器8259A的中断请求端IRQ0。它选用方式3工作，以产生周期性的方波信号。为此，对计数器0编程时应设置的控制字为36H。计数器初值预置为0（即最大值65536），GATE0接+5V，允许计数。因此，OUT0输出方波的时钟频率为1.19MHz/65536=18.21Hz。它直接接到中断控制器8259A的中断请求端IR0（即图中IRQ0），即0级中断，每秒出现18.2次。因此，每间隔55ms产生一次0级中断请求。并且，每一个输出脉冲均以其正跳变产生一次中断。CPU根据这一中断可在中断服务程序中进行计时。

计数器1

计数器1用作定时器，为动态RAM刷新提供定时信号，即向DMA控制器定时发动态存储器刷新请求。它选用方式2工作，相当于一个分频器。编程时，设置的控制字为54H，计数器初始值为18。GATE1接+5V，允许计数。因此，OUT1输出的分频脉冲频率为1.19MHz/18=66.1KHz，相当于周期为15.1μs。这样，计数器1每隔15.1μs经由U21产生一个动态RAM刷新的请求信号DRQ0。由DRQ0请求一次DMA，由DMA控制器8237A执行DMA操作，以完成对动态RAM的刷新。

计数器2计数器2是系统的扬声器的声源，其输出信号送往扬声器，并根据OUT2端输出信号的频率来控制扬声器的音调。而扬声器发声的长短取决于OUT2信号延续时间的多少，也即门控信号GATE2延续时间的长短。GATE2是接在并行接口芯片8255A的PB0的，所以PB0控制了计数器的计数时间长短。在初始化编程时，计数器2用方式3工作，应设置的控制字为B6H，计数器的初值置533H（即1331），OUT2输出方波频率为1.19MHz/1331＝894Hz。该计数器的工作由主机板上8255A的PB0端控制。当PB0输出的TIME2GATESPK信号使8253-5的GATE2为高电平时，计数器2方能工作。第7章常用接口器件

例7.6

电源掉电检测我们目前使用的220V电源为50Hz交流电(国外通常使用110V、60Hz交流电)，它通常作为微机系统的系统电源。当系统电源因各种原因出现故障时，为了保护系统的工作状态，需要在备用电源的支持下对重要信息进行保护等处理，以便系统恢复正常供电后能够继续原来的工作，这就需要进行电源掉电检测。57第7章常用接口器件利用8253实现电源掉电检测的设计思想是，利用电源信号经检波、整流生成8253的GATE，这样GATE信号每20ms/16.67ms(对应50Hz/60Hz)产生一次脉冲。只要使计数值N取得足够大，在方式1下，使得计数器在20ms(16.67ms)内始终不能减到0，这样，不断出现的GATE脉冲上升沿就会使8253计数器不断被重启计数，使OUT输出一直维持为0，从而不能对8086CPU产生NMI。当电源出现故障时，GATE信号不再产生，计数器最终会计数到0，从而使OUT输出为1，产生对8086CPU的掉电中断NMI。58第7章常用接口器件若CLK为2.4576MHz，GATE在20ms内产生一个触发信号，即GATE信号周期为49152个时钟周期，则应取计数值N＞C000H＝49152。使图7.27电路有效工作的8253初始化程序如下(设8253的I/O地址为200H～207H中的偶地址)：MOVDX，0206HMOVAL，00110010B

；选计数器0，16位计数长度，方式1，二进制计数OUTDX，ALMOVDX，0200HMOVAL，02H；取计数值N＝C002HOUTDX，ALMOVAL，C0HOUTDX，AL59第7章常用接口器件图7.27电源掉电检测电路

60*扩展定时/计数范围

当定时长度不够时，可把2个或3个计数通道串联起来使用，甚至可把多个8253串联起来使用。例如：CLK频率为1MHz，要求在OUT1端产生频率1Hz的脉冲。这时可将计数器0、1串