第12章 定時計數(shù)控制接口

第12章定時計數(shù)控制接口12.1定時/計數(shù)概述12.2定時/計數(shù)器82538253的外部特性8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8253的編程命令8253的工作方式8253的應(yīng)用舉例12.1定時/計數(shù)概述計算機(jī)的許多應(yīng)用都與時間有關(guān)，例如實時時鐘、定時中斷、定時檢測、定時掃描等。外部事件發(fā)生次數(shù)達(dá)到規(guī)定值后產(chǎn)生中斷，以及統(tǒng)計外部事件發(fā)生的次數(shù)等定時器和計數(shù)器定時控制在微機(jī)系統(tǒng)中極為重要定時器由數(shù)字電路中的計數(shù)電路構(gòu)成，通過記錄高精度晶振脈沖信號的個數(shù)，輸出準(zhǔn)確的時間間隔計數(shù)電路如果記錄外設(shè)提供的具有一定隨機(jī)性的脈沖信號時，它主要反映脈沖的個數(shù)（進(jìn)而獲知外設(shè)的某種狀態(tài)），常又稱為計數(shù)器定時功能的實現(xiàn)方法軟件延時——利用微處理器執(zhí)行一個延時程序段實現(xiàn)不可編程的硬件定時——采用分頻器、單穩(wěn)電路或簡易定時電路控制定時時間可編程的硬件定時——軟件硬件相結(jié)合、用可編程定時器芯片構(gòu)成一個方便靈活的定時電路8253定時/計數(shù)器的應(yīng)用對8253定時/計數(shù)器進(jìn)行使其完成我們需要的計數(shù)功能定時功能軟件設(shè)計硬件設(shè)計12.28253定時/計數(shù)器3個獨立的16位計數(shù)器通道每個計數(shù)器有6種工作方式按二進(jìn)制或十進(jìn)制（BCD碼）計數(shù)減法計數(shù)12.2.1

定時/計數(shù)器8253的外部特性12.2.28253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)D7～D0計數(shù)器0控制字寄存器計數(shù)器1計數(shù)器2內(nèi)部數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線緩沖器讀寫控制邏輯RDWRA0A1CSCLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2計數(shù)器結(jié)構(gòu)示意圖計數(shù)初值寄存器GATECLKOUT減1計數(shù)器當(dāng)前計數(shù)值鎖存器1、計數(shù)器的3個引腳CLK時鐘輸入信號——在計數(shù)過程中，此引腳上每輸入一個時鐘信號（下降沿），計數(shù)器的計數(shù)值減1GATE門控輸入信號——控制計數(shù)器工作，可分成電平控制和上升沿控制兩種類型OUT計數(shù)器輸出信號——當(dāng)一次計數(shù)過程結(jié)束（計數(shù)值減為0），OUT引腳上將產(chǎn)生一個輸出信號12.2.38253的編程8253加電后的工作方式不確定8253必須初始化編程，才能正常工作寫入控制字寫入計數(shù)初值讀取當(dāng)前計數(shù)值1方式控制字的數(shù)據(jù)格式D7D6D5D4D3D2D1D0SC1SC0RW1RW0M2M1M0BCD00：計數(shù)器001：計數(shù)器110：計數(shù)器211：不用00：表示計數(shù)器鎖存命令01：僅讀/寫一個低8位字節(jié)10：僅讀/寫一個高8位字節(jié)。11：讀/寫兩個字節(jié)，先讀/寫低8位字節(jié)，后讀/寫高8位字節(jié)。000：方式0；

×11：

方式3001：方式1；

100：

方式4×10：方式2；101：

方式50：二進(jìn)制計數(shù)；

1：BCD碼計數(shù)2寫入計數(shù)值選擇二進(jìn)制時計數(shù)值范圍：0000H～FFFFH0000H是最大值，代表65536選擇十進(jìn)制（BCD碼）計數(shù)值范圍：0000～99990000代表最大值100003．8253的讀寫操作（1）寫操作——計數(shù)通道的初始化【例12.1】選擇2號計數(shù)器，工作在方式3，計數(shù)初值為566H（2個字節(jié)），采用二進(jìn)制計數(shù)。因此，方式控制字為10110110B=0B6H，其初始化程序段為：MOVDX,307H ;8253控制口MOVAL,0B6H ;2號計數(shù)器的初始化命令字OUTDX,AL ;寫入控制字寄存器MOVDX,306H ;2號計數(shù)器數(shù)據(jù)端口MOVAX,566H ;計數(shù)初值OUTDX,AL ;先送低字節(jié)MOVAL,AH ;取高字節(jié)到ALOUTDX,AL ;后送高字節(jié)（2）讀操作——讀當(dāng)前計數(shù)值用IN指令可讀出所選通道計數(shù)器的計數(shù)值。16位的計數(shù)值在讀出時，可先讀出低字節(jié)，再讀出高字節(jié)，但必須將高、低字節(jié)全部讀出后，才能對計數(shù)器進(jìn)行其它操作。12.2.48253/8254的工作方式8253有6種工作方式，由方式控制字確定熟悉每種工作方式的特點才能根據(jù)實際應(yīng)用問題，選擇正確的工作方式每種工作方式的過程類似：⑴設(shè)定工作方式⑵設(shè)定計數(shù)初值〔⑶硬件啟動〕⑷計數(shù)初值進(jìn)入減1計數(shù)器⑸每輸入一個時鐘計數(shù)器減1的計數(shù)過程⑹計數(shù)過程結(jié)束方式0：計數(shù)結(jié)束中斷①②⑤④⑥GATEOUTCLK

031244方式0WR①設(shè)定工作方式②設(shè)定計數(shù)初值④計數(shù)值送入計數(shù)器⑤計數(shù)過程⑥計數(shù)結(jié)束方式1：可編程單穩(wěn)脈沖方式2：頻率發(fā)生器（分頻器）方式3：方波發(fā)生器方式4：軟件觸發(fā)選通信號方式5：硬件觸發(fā)選通信號各種工作方式的輸出波形方式0方式1方式2方式3方式4方式50N0N0N0/N110NN/2

N/20/N0N01N01N01討論：計數(shù)開始的時刻12.2.58253應(yīng)用舉例1．8253定時功能的應(yīng)用例子用8253定時功能可產(chǎn)生各種定時波形?！纠?2.1】如果8253芯片可利用8088的外設(shè)接口地址310H～313H，如果已知加到8253上的時鐘信號為2MHz，若利用計數(shù)器0、1、2分別產(chǎn)生周期為100μs的對稱方波以及每1s和10s產(chǎn)生一個負(fù)脈沖，試說明8253如何連接并編寫包括初始化在內(nèi)的程序。例12.1題圖一、硬件設(shè)計8253A8088310H~313H譯碼器CSD7～D0D7～D0D7～D0A9～A0A1A1A0A0

GATE2

OUT2+5V

+5V2MHz

GATE1+5V

100μs

OUT11s10s

GATE0OUT0CLK1CLK0CLK2RDRDWRWRM/IO10000Hz1Hz二、軟件設(shè)計1、確定工作方式2、計算計數(shù)初值：計數(shù)初值N＝分頻系數(shù)＝fclk/fout3、確定工作方式控制字4、寫出初始化程序1）、寫入計數(shù)器的控制字2）、寫入計數(shù)初值。8253初始化編程的注意事項控制字寫入控制字I/O地址（A1A0＝11）計數(shù)值寫入計數(shù)器各自的I/O地址：計數(shù)器0：A1A0＝00計數(shù)器1：A1A0＝01計數(shù)器2：A1A0＝10;初始化計數(shù)器0MOVDX,313H ;控制端口地址MOVAL,00010110B;通道0控制字,只寫低字節(jié),方式3,二進(jìn)制計數(shù)OUTDX,AL ;寫入方式字MOVAL,200MOVDX,310HOUTDX,AL;寫入計數(shù)初值;初始化計數(shù)器1MOVDX,313HMOVAL,01110100BOUTDX,AL ;通道1控制字,先寫低字節(jié),后寫高字節(jié),方式2,二進(jìn)制計數(shù)MOVDX,311HMOVAX,10000 ;通道1賦計數(shù)初值10000OUTDX,AL ;先寫低字節(jié)MOVAL,AHOUTDX,AL ;寫高字節(jié);初始化計數(shù)器3MOVDX,313HMOVAL,10010100BOUTDX,AL;通道1控制字,只寫低字節(jié),方式2,二進(jìn)制計數(shù)MOVDX,312HMOVAL,10OUTDX,AL;通道2賦計數(shù)初值102．8253計數(shù)功能的應(yīng)用例子8253可以用于各種需要進(jìn)行計數(shù)的場合?！纠?2.2】某產(chǎn)品的包裝流水線中，一個包裝箱能裝24罐飲料。試?yán)靡黄?253來完成流水線控制中的計數(shù)功能，假設(shè)8253的端口地址為8CH~8FH。8253A80888CH~8FH譯碼器CSD7～D0D7～D0D7～D0A9～A0A1A1A0A0

+5V

GATE1

OUT1CLK1RDRDWRWRM/IO飲料罐信號作為中斷請求信號去8259A或者用于控制其它設(shè)備例12.2題圖一、硬件設(shè)計二、軟件設(shè)計假設(shè)選擇計數(shù)通道1工作在方式2，計數(shù)初值23選二進(jìn)制計數(shù)；計數(shù)通道1初始化程序MOV AL, 01010100BOUT 8FH,ALMOV AL, 23OUT 8DH,AL為什么是23而不是24？方式2頻率發(fā)生器（分頻器）03124GATEOUTCLK

4方式2031240312403124WR注意計數(shù)開始的時刻在此計數(shù)初值由初值寄存器進(jìn)入減1計數(shù)器3．8253計數(shù)、定時功能綜合應(yīng)用的例子【例12.3】包裝流水線控制某產(chǎn)品的包裝流水線中，一個包裝箱能裝24罐飲料。裝箱時希望流水線上每通過24罐飲料，流水線要停4秒以等待包裝箱封口，然后繼續(xù)通過下一箱的24罐。流水線就是這樣周而復(fù)始的運作。試?yán)靡黄?253來完成流水線控制中的定時和計數(shù)功能。假設(shè)8253的端口地址為8CH~8FH，采用的時鐘頻率是2KHz。思路：用8253的計數(shù)通道1作為計數(shù)器，用于24個罐的計數(shù)；計數(shù)通道2作為定時器，定時為4S。當(dāng)計數(shù)通道1的OUT腳出現(xiàn)0到1的跳變的時候，將啟動計數(shù)通道2開始定時，而計數(shù)通道2定時階段將控制計數(shù)通道1停止計數(shù)，只有其定時結(jié)束并停止定時階段才可再次啟動計數(shù)通道1開始計數(shù)。分析：計數(shù)通道：需要軟件觸發(fā)，重復(fù)計數(shù)，因此選擇方式2、3皆可。定時通道：需要上升沿觸發(fā)（可重觸發(fā)），并且定時未到時需要輸出信號OUT的值不變（用此信號控制流水線停止、計數(shù)器停止），因此選擇方式1計數(shù)通道1工作在方式2，計數(shù)初值23計數(shù)通道2工作在方式1，計數(shù)初值8000CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2D0~D7A1A0RDWRCS飲料罐信號fCLK控制流水線停止和運行的信號例12.3題簡圖；初始化程序；計數(shù)通道1初始化MOV AL, 01010100BOUT 8FH, ALMOV AL, 23OUT 8DH, AL；初始化計數(shù)通道2MOV AL, 10110010BOUT 8FH, ALMOV AX, 8000OUT 8EH, ALMOV AL, AHOUT 8EH, AL4、8253在IBMPC系列機(jī)上的應(yīng)用A0A1———A0—A1—D0～D7D0～D7OUT1OUT2OUT0GATE0GATE1GATE2CLK0CLK1CLK2DQCLK+5V接至DMA控制器接至揚聲器驅(qū)動器PB0PB1IRQ0DRQ0

8253+5V1.19318MHzDACK0BRDIORIOWRDWRCST/CCS計數(shù)器0：定時中斷計數(shù)器0：方式3，計數(shù)值：65536，輸出頻率為1.19318MHz÷65536＝18.206Hz的方波門控為常啟狀態(tài)，這個方波信號不斷產(chǎn)生OUT0端接8259A的IRQ0，用作中斷請求信號每秒產(chǎn)生18.206次中斷請求，或說每隔55ms（54.925493ms）申請一次中斷DOS系統(tǒng)利用計數(shù)器0的這個特點，通過08號中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)了日時鐘計時功能計數(shù)器0：定時中斷對8253的計數(shù)器0進(jìn)行初始化的程序為：MOVAL,36HOUT43H,AL;寫控制字MOVAL,0;計數(shù)初值為65536OUT40H,AL;寫入初值低位OUT40H,AL;寫入初值高位計數(shù)器1：動態(tài)RAM刷新定時器需要重復(fù)不斷提出刷新請求門控總為高，選擇方式2或32ms內(nèi)刷新128次，即15.6s刷新一次計數(shù)初值為18計數(shù)器1：動態(tài)RAM刷新定時器初始化程序：MOVAL,54HOUT43H,AL;寫控制字MOVAL,18;計數(shù)初值為18OUT41H,AL;對應(yīng)15.09μs計數(shù)器2：揚聲器音調(diào)控制計數(shù)器2的輸出控制揚聲器的發(fā)聲音調(diào)計數(shù)器2只能工作在方式3，才能輸出一定頻率的方波，經(jīng)濾波后得到近似的正弦波，進(jìn)而推動揚聲器發(fā)聲揚聲器還受控于并行接口（8255芯片）必須使PB0和PB1同時為高電平，揚聲器才能發(fā)出預(yù)先設(shè)定頻率的聲音例12.4【例12.4】如圖12-2-11所示利用定時/計數(shù)器8253發(fā)600Hz的聲音。按任意鍵，開始發(fā)聲，按【ESC】鍵，停止發(fā)聲。分析：計數(shù)初值的確定。N=1.19318MHz/600HZ=1989例12.4CODESEGMENTASSUMECS:CODESTART:;關(guān)閉揚聲器

INAL,61H;取8255PB端口原輸出值

ANDAL,0FCH;置PB0和PB1為零,關(guān)閉GATE2和與門

OUT61H,AL;初始化計數(shù)器2MOVAL,0B6H;10110110B,計數(shù)器2,先寫低后寫高字節(jié),方式3,二進(jìn)制

OUT43H,AL;控制字寫入控制口

MOVAX,1989;計數(shù)初值

OUT42H,AL;對應(yīng)600HZ,送低字節(jié)

MOVAL,AHOUT42H,AL;送高字節(jié)例12.4;按任意鍵,啟動發(fā)聲器

MOVAH,01H;單字符輸入DOS功能調(diào)用

INT21H;有鍵按下，程序往下執(zhí)行，啟動揚聲器發(fā)聲

INAL,61H;取8255PB端口原輸出值

ORAL,03;設(shè)PB1=PB0=1OUT61H,AL;使揚聲器發(fā)聲;判斷是否是ESC鍵按下WAIT1:MOVAH,01H;單字符輸入DOS功能調(diào)用

INT21HCMPAL,1BH;ESC鍵的ASCII碼=1BHJNEWAIT1;不是ESC鍵按下，循環(huán)判斷例12.4;ESC鍵按下，關(guān)閉揚聲器，停止發(fā)聲QUIT:INAL,61H;是ESC鍵按下，停止發(fā)聲

ANDAL,0FCH;置PB0和PB1為零,關(guān)閉GATE2和與門

OUT61H,ALMOVAH,4CHINT 21HCODEENDSENDSTART例12.5【例12.5】如圖12-2-11所示利用定時/計數(shù)器8253發(fā)聲。編寫程序，在程序運行時使PC機(jī)成為一架可彈奏的“鋼琴”。即當(dāng)按下數(shù)字鍵1~7時，依次發(fā)出1，2，3，4，5，6，7七個音調(diào)。按q鍵則退出“鋼琴”狀態(tài)。分析：通過給8253定時器裝入不同的計數(shù)初值，可以使其輸出不同頻率的波形。按下1~7中的某個鍵，則把相應(yīng)的計數(shù)初值送入8253發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音，鍵抬起聲音停止，按其它的鍵不發(fā)聲。例12.5DATASEGMENT;定義各音符對應(yīng)的計數(shù)初值TABLEDW4571,4058,3616,3419,3044,2712,2415DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:DATASTART:MOVAX,DATAMOVDS,AX;初始化DSBEGIN:MOVAH,07;接收鍵盤輸入的單字符，不回顯。

INT21HCMPAL,71H ;是字符q？

JEEXIT ;是則退出程序例12.5

CMPAL,31HJBBEGIN;小于1，重新接收鍵盤輸入

CMPAL,37HJABEGIN;大于7，重新接收鍵盤輸入

SUBAL,30H;由ASCII碼得到對應(yīng)的數(shù)值

SUBAL,1;數(shù)值減1;乘以2得到存放對應(yīng)計數(shù)初值的存儲單元的地址偏移量。SHLAL,1

MOVAH,0LEABX,TABLEADDBX,AX