定时与计数器课件

定时与计数器一、基本概念二、定时/计数器Intel8253三、IBMPC/XT中的定时/计数器电路四、应用举例一、基本概念

1.定时信号的需求：

在计算机系统中，经常要用到定时信号，比如：

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在许多个人计算机中，动态存储器的刷新定时；系统日历时钟的计时；喇叭的声源；都是用定时信号来产生的。

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在计算机实时控制与处理系统中，计算机需要每隔一段时间采样一次，再对采样的数据处理、控制，也要用到定时信号。

2.定时信号的产生

定时信号的产生有两种方式：

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软件方法：延时子程序；

DELAY:PUSHAXPUSHDX

MOVDX,3FFH

TIME1:MOVAX,0FFFFH

TIME2:DECAXNOPJNETIME2

DECDXJNETIME1POPDXPOPAXRET•

硬件方法：不可编程的硬件定时；可编程的硬件定时——用定时/计数器（简单的软件控制，产生准确的时间延迟）。

可编程计数/定时器的主要思路：首先由CPU（通过编程）设定好它的工作方式。其开始工作后，CPU不必过问它的工作而去做其它的事情，当它计数或定时到确定值时，可以自动产生一个输出。

优点：不占用CPU。3.可编程定时/计数器的工作原理4.可编程定时/计数器的功能计数——在设定好计数初值后，做减1计数，减为0时，输出一个信号。定时——在设定好计数初值后，做减1计数，并按定时常数不断输出为时钟周期整数倍的定时间隔。二、可编程定时/计数器Intel8253原理主要功能

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芯片上有三个独立的16位计数器通道；

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每个计数器可以按照二进制或BCD码格式计数；

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每个计数器的计数速率可达2MHZ;

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每个通道有6种工作方式，可有程序设置和改变；

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所有的输入输出都与TTL兼容。(2)结构数据总线缓冲器读/写逻辑控制字寄存器计数器0号计数器1号计数器2号8位双向三态。用于与CPU交换信息。•

初始化时,CPU向其写入命令字,计数值；•

CPU读取计数值。

接收来自系统总线的控制信号，以产生控制整个芯片工作的控制信号初始化时，由CPU写入控制字以决定某通道的工作方式。计数器/定时器通道。由16位的可预置值的减法计数器构成。管脚信号D7~D0

数据总线（双向）RD

读输入WR

写输入A0,A1

选择内部寄存器地址CS

片选CLK输入脉冲（计数器即对此脉冲计数）GATE

门控信号输入（控制计数器工作的外部信号，为低时，禁止计数器工作）OUT输出引脚（计数到0

时，OUT上必有输出,

输出信号的波形由工作方式决定）端口选择控制字——在8253的初始化编程时，由CPU向8253的控制字寄存器写入一个控制字，它规定了8253的工作方式。2.工作方式——8253共有六种工作方式(1)方式0——计数结束中断(2)方式1——可编程的单拍脉冲(3)方式2——频率发生器(4)方式3——方播频率发生器(5)方式4——软件触发选通(6)方式5——硬件触发选通3.8253编程(1)方式0——计数结束中断

当控制字写入控制字寄存器时，即使OUT输出端变低，在写入计数初值后，计数器开始计数（此时GATE信号必须为高），计数结束后OUT输出端变高。1.计数器只计一遍。当计数到0时，并不恢复计数初值，不开始重新计数，且输出一直保持为高。只有在写入下一个计数值时，OUT变低，开始新的计数。数据总线缓冲器读/写逻辑控制字寄存器计数器0号计数器1号计数器2号MOVAL,18HOUT53H,ALMOVAL,13HOUT50H,AL特点：特点：3.在计数过程中，可改变计数值。在写入新的计数之后，计数器按新的值重新开始计数。特点：2.在计数过程中，可由门控信号GATE控制暂停。GATE=0,计数暂停，GATE变高后，接着计数。特点：4.8253内部没有中断控制电路，也没有专用的中断请求引线，因此，要用于中断，则可用OUT信号作为中断请求信号，但需要有外接的中断优先权排队电路与中断向量产生电路。在PC机中，用8259A作中断优先权排队电路与中断向量产生电路。(2)方式1——可编程的单拍脉冲

当控制字写入控制字寄存器后，OUT输出保持为高，当CPU写完计数值后，计数器并不开始计数，直到GATE信号启动之后的下一个输入CLK脉冲的下降沿开始计数），OUT输出端变低。在整个计数过程中，OUT都维持为低，直到计数为0时，输出变为高，输出一个单脉冲。特点：1.若设置的计数值为N，则输出的单脉冲宽度即为N个输入脉冲间隔。

2.当计数到0后，可再次由外部触发启动，输出一个同样宽度的单拍脉冲，而不用再次送计数值。

特点：3.在计数过程中，外部可发门控信号进行再触发，在触发脉冲上升沿后的下一个CLK脉冲的下降沿，计数器将重新开始工作。特点：4.在计数过程中，CPU可改变计数初值，这时计数过程不受影响，计数到0后输出为高。若再次触发启动，则计数器将按新的计数值计数。所以改变计数值是下次有效的。(3)方式2——频率发生器

当控制字写入控制字寄存器后，OUT输出为高。在写入计数值后，计数器将立即自动对输入脉冲CLK计数。在计数过程中，OUT一直保持为高，直到计数器减到1时，OUT变低，经过一个CLK后，OUT恢复为高，计数器重新开始工作。特点：1.不用重新设置计数值，计数器能够连续工作，输出固定频率的脉冲。特点：2.计数过程可由门控信号GATE控制。当GATE变低时，暂停计数；在GATE变高后的下一个CLK脉冲使计数器恢复初值，重新开始计数。特点：3.在计数过程中可以改变计数值，这对正在进行的计数过程没有影响，但在计数到1输出变低后，下一个计数周期，计数器将按新的计数值计数。所以改变计数值是下次有效的。(4)方式3——方波频率发生器

同频率发生器，区别在于，方波频率发生器在计数过程中输出一半时间为高，一半时间为低。即其输出是N（N为计数值）个CLK脉冲的方波。特点：1.若计数值为偶数，在装入计数值后，每个CLK脉冲使计数值减2，当计数到0时，一方面输出改变状态，一方面重新装入计数值开始新的计数。若计数值为奇数，装入计数值后，第一个CLK脉冲使计数器减1，以后每个CLK使计数器减2。

所以，若计数值N为奇数，则（N+1)/2个CLK脉冲为高电平，（N-1)/2个CLK脉冲为低电平。特点：2.GATE信号能使计数过程重新开始。GATE=0，计数停止，当GATE=1后，计数器将重新装入计数初值，重新开始计数。特点：3.若在计数期间写入新的计数值,并不影响现行计数过程。但若此时收到GATE信号,则计数器将在下一个CLK脉冲时装入新的计数值并开始计数.例：计数器工作模式3，计数器初值15，时钟脉冲频率为2MHz，确定

OUT端输出方波的特性。解：TCLK=1/2MHz=500ns

计数器初值15为奇数，输出方波高电平宽度：TCLK(N+1)/2=4000ns =4s

输出方波低电平宽度：TCLK(N-1)/2=3.5s(5)方式4——软件触发选通

在这种方式下，当写入控制字后，输出为高，当写入计数值后立即开始计数。计数到0后，输出变低，经过一个CLK周期，输出又变高，计数器停止计数。这种计数方式是一次性的，当输入新的计数值后，才能开始新的计数。特点：1.CPU写入计数值的下一个CLK脉冲，将计数值装入计数器，在下一个CLK脉冲开始计数，即在装入计数值后的第N+1个脉冲，才输出一个负脉冲。特点：3.若在计数期间写入新的计数值，则按新的计数值重新开始计数。特点：2.GATE=0，禁止计数，GATE=1，允许计数。因此要做到软件触发，

GATE必须保持为高。例：计数器0工作模式4，初始化计数器，使装入计数器10s后产生选通信号(设时钟频率2MHz,8253端口地址为50H~53H)。00011000

通道0只写低8位方式4二进制计数

解：n+1=T/TCLK=10/0.5=20n=19=13HMOVAL,18HOUT53H,ALMOVAL,13HOUT50H,AL(6)方式5——硬件触发选通

在这种方式下，当写入控制字后，输出为高，当写入计数值后，计数器并不立即开始计数，而是由门控信号的上升沿触发启动。计数到0后，输出变低，经过一个CLK周期，输出又变高，计数器停止计数。等到下一次门控信号的触发才能开始新的计数。特点：1.CPU写入计数值的下一个CLK脉冲，将计数值装入计数器，再下一个CLK脉冲开始计数，即在装入计数值后的第N+1个脉冲，才输出一个负脉冲。特点：2.若在计数过程中使用GATE信号，则使计数器重新开始计数。但GATE不影响输出。特点：3.若在计数期间改变计数值，只要没有门控信号的触发，不影响计数过程，计数到0后，若有门控信号触发，则按新的计数值开始计数；若未计数到0，即有门控信号触发，则立即按新的计数值重新开始计数。3.8253编程

要使用8253必须首先对其进行初始化编程。初始化编程的步骤是：(1)写入通道控制字，规定通道的工作方式；

(2)写入计数值

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若规定只写低8位，则写入的为计数值的低8位，高8位自动置0；

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若规定只写高8位，则写入的为计数值的高8位，低8位自动置0；

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若是16位计数值，则分两次写入，先写入低8位，在写入高8位。4.8253编程举例(1)初始化编程：使用通道0，工作在方式1下，按二——十进制计数，计数值为5080H。假设8253的地址为04H~07H。•

通道控制字

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计数值的低8位为80，高8位为50。

MOVAL,33H

OUT07H,AL

MOVAL,80

OUT04H,AL

MOVAL,50

OUT04H,AL00110011

通道0先写低8位方式1BCD计数再写高8位CPU读取计数器的计数值。因为计数值在不断地变化，故读取计数值时，必须将当前计数值锁存。通常的做法是：向8253送一个控制字，令通道中的锁存器将计数值锁存，然后由CPU读取。01000000通道1计数器锁存例：读取通道1中的计数值。

MOVAL,40HOUT07H,ALINAL,05HMOVCL,ALINAL,05HMOVCH,AL通道控制字三、IBMPC/XT中的定时/计数器电路PC机中，8253的三个计数器都得到使用，三个计数器的时钟脉冲都是1.1931816MHZ,即时钟信号发生器8284A的PCLK外围设备用时钟信号。1.计数器0

计数器0工作在方式3（方波频率发生器）下，在系统运行期间：

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GATE恒接于+5V，处于开启状态，当装入一个初值后，即开始计数。

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计数初值为0（65536），输出的方波频率为18.2HZ。

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输出OUT0

接于8259的中断请求线IRQ0

上，这样便每隔1/18.2=55ms产生一次0级中断，

当0级中断发生时，系统便进入BIOS日时钟中断子程序，产生日时钟计数;此外，还作为软盘驱动器的马达开启时间管理，当开启一定的时间后，令其自动关闭。方式31.1931816MHZ06553618.2HZ18.2HZ6553602.计数器1计数器1工作在方式2（频率发生器方式）下，在系统运行期间：

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GATE恒接+5V，处于常启状态；

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OUT1接DMA控制器8237的0通道DREQ0，

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计数初值定为18，输出频率=1.1931816MHZ/18=66.287KHZ的一系列负脉冲，即：每隔1/66.287=15.0857μs向DMA控制器提出DMA请求，由DMA控制器的0通道完成对动态存储器的刷新。用于定时的向DMA控制器提出请求，以对动态存储器刷新。方式21.1931816MH287KHZ66.287KHZ66.287KHZ3.计数器2计数器3工作在方式3（方波频率发生器方式）下，在系统运行期间：

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预置初值为533H，

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GATE2

信号受系统并行接口芯片8255PB0

的控制；

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OUT2受系统并行接口芯片8255PB1

的控制。用于提供系统喇叭发声的音调。8255PB口765432108253计数器2CLKGATE喇叭驱动电路喇叭PCLK1.1931816MHZ4.8253的BIOS功能调用INT1AH——

读当前时钟；设置当前时钟。

INT1CH——

在时钟中断处理程序（INT8）中有一条软中断指令INT1CHINT1CH的处理程序只是一条返回指令（IRET指令），用户可在此程序中加入自己的程序，当发生时钟中断时则可执行此程序，以实现实时控制。5.8253的DOS功能调用INT21H的AH=2AH——

设置日期

2BH——

读日期

2CH——

设置时间

2DH——

读时间四、应用举例例1：以2MHz输入8253，实现每5秒定时中断（设8253端口地址40H~43H）分析：8253最大初值65536，CLK=2MHz可实现最大时间间隔为：

2*106/65536=30.518Hz1/30.518=32.768ms所以需要两个计数器串联:一个计数器的输出作为另一个计数器的输入。方式22MHZ65536065536065536030.518HZ30.518HZ30.518HZ计数器1：模式2，OUT1每5ms输出一个脉冲初值(2106)/(1/0.005)=10000计数器0：模式2，OUT0每5s输出一个脉冲初值10000/(1/5)=1000OUT0GATE0CLK0OUT1GATE1CLK1+5V+5V2MHz每5秒产生一个脉冲MOVAL,74H;计数器1，方式2OUT43H,ALMOVAX,10000OUT41H,ALMOVAL,AHOUT41H,ALMOVAL,74HMOVAL,34H;计数器0，方式2OUT43H,ALMOVAX,1000OUT40H,ALMOVAL,AHOUT40H,AL01110100

通道0先写低8位方式2BCD

再写高8位计数例2：编写时钟中断处理程序——日时钟CLK0CLK1CLK2OUT0IRQ0INTINTRINTAD7~0类型码0000591F0000000020000231F59:0000中断向量表中断服务程序825382598086内存INTA时间常数的计算要求8253每隔10ms发一次定时中断。计数初值=PCLK/计数器输出频率

=PCLK*计数器输出周期

=1.1931816*106*（*10*10-3）=11932地址寄存器40H计数器141H计数器242H计数器343H控制寄存器PC机中8253地址分配方式31.1931816MHZ011932Stacksegmentparastack‘stack’db256dup(?)StackendsDatasegmentpublic‘data’Count100db100;100计数器Tenhourdb0;时的十位数

Hourdb0;时的个位数

db‘:’Tenmindb0;分的十位数

Minutedb0;分的个位数

db‘:’Tensecdb0;秒的十位数

Seconddb0;秒的个位数

hh:mm:ssDataends

Codesegmentparapublic‘code’Startprocfarassumecs:code,da:data,es:data,ss:stackBegin:pushdsxorax,axpushaxmovax,datamovds,ax

movah,0;键盘功能调用——等待按键

int16h

cli;关中断

movbx,4*8hmovax,offsettimermov[bx],axintbxintbxmovax,settimermov[bx],ax

;将中断向量存入中断向量表

moval,36h

;设8253控制字—选计数器0，双字节写，方式2，

out43h,al;二进制计数

movbx,11932;送计数值

moval,bl

out40h,al

moval,bh

out40h,al

moval,fch;设8259屏蔽寄存器——允许时钟和键盘中断

out21h,al

sti

;开中断

Forever：movbx,offsettenhour;取hh:mm:ss8个字串进行显示

movcx,8Dispclk:moval,[bx]calldispcharincbxloopdispclkmoval,second;取秒数

Wait:cmpal,secondjzwait;等待变化

jmpforever;变了则重新显示

deccount100;计数值减1，

jnztimerx

;不到0，返回

incsecond;到0，秒加1cmpsecond,‘9’;处理秒