計數(shù)定時控制器

9計數(shù)/定時控制器1/12/20231可編程計數(shù)/定時控制器8253定時控制在微機系統(tǒng)中極為重要定時器由數(shù)字電路中的計數(shù)電路構成，通過記錄高精度晶振脈沖信號的個數(shù)，輸出準確的時間間隔計數(shù)電路記錄外設提供的具有一定隨機性的脈沖信號時，主要反映脈沖的個數(shù),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——軟件硬件相結合、用可編程定時器芯片構成一個方便靈活的定時電路1/12/202328253/8254定時計數(shù)器8253可與8086/8088CPU相連構成完整的定時、計數(shù)或脈沖發(fā)生器系統(tǒng)。3個獨立的16位計數(shù)器通道每個計數(shù)器有6種工作方式按二進制或十進制（BCD碼）計數(shù)1/12/202338253的內(nèi)部結構和引腳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RDWRA0A1CSCLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT21/12/202341.數(shù)據(jù)總線緩沖存儲器 是8253與CPU之間的數(shù)據(jù)接口，由8位雙向三態(tài)緩沖存儲器構成，是CPU與8253之間交換信息的必經(jīng)之路。2.讀/寫控制電路 接收CPU送入的讀/寫控制信號，并完成對芯片內(nèi)部各功能部件的控制功能，因此，它實際上是8253芯片內(nèi)部的控制器。

可接收的控制信號如下：

(1)A1A0——端口選擇信號，由CPU輸入。8253內(nèi)部有3個獨立的通道和一個控制字寄存器，它們構成8253芯片的4個端口，CPU可對3個通道進行讀/寫操作，對控制字寄存器進行寫操作。這4個端口地址由最低2位地址碼A1Ａ0來選擇。A1A0=00通道0A1A0=01通道1A1A0=10通道2A1A0=11控制字寄存器1/12/20235

(2)CS*——片選信號，由CPU輸入，低電平有效，通常由端口地址的高位地址譯碼形成。

CS*A1A0I/O地址讀操作RD*寫操作WR*00000101001140H41H42H43H讀計數(shù)器0讀計數(shù)器1讀計數(shù)器2無操作寫計數(shù)器0寫計數(shù)器1寫計數(shù)器2寫控制字(3)RD*、WR*——讀/寫控制命令，由CPU輸入，低電平有效。RD*有效時，CPU讀取由A1Ａ0所選定的通道內(nèi)計數(shù)器的內(nèi)容。WR*有效時，CPU將計數(shù)值寫入各個通道的計數(shù)器中，或者是將方式控制字寫入控制字寄存器中。

1/12/202363.通道0～通道28253內(nèi)部包含3個功能完全相同的通道，每個通道內(nèi)部設有一個16位計數(shù)器，可進行二進制或十進制(BCD碼)計數(shù)。采用二進制計數(shù)時，最大計數(shù)值是FFFFH采用BCD碼計數(shù)時，最大計數(shù)值是9999每個通道內(nèi)設有一個16位計數(shù)值鎖存器，可用來鎖存計數(shù)值。當某通道用作計數(shù)器時，應將要求計數(shù)的次數(shù)預置到該通道的計數(shù)器中，被計數(shù)的事件應以脈沖方式從CLKi端輸入，每輸入一個計數(shù)脈沖，計數(shù)器內(nèi)容減“1”，待計數(shù)值計到“0”，OUTi端將有輸出，表示計數(shù)次數(shù)到。當某通道用作定時器時，由CLKi輸入一定頻率的時鐘脈沖。根據(jù)要求定時的時間長短確定所需的計數(shù)值，并預置到計數(shù)器中，每輸入一個時鐘脈沖，計數(shù)器內(nèi)容減“1”，待計數(shù)值計到“0”，OUTi將有輸出，表示定時時間到。允許從CLKi輸入的時鐘頻率在1～2MHz范圍內(nèi)。1/12/20237任一通道作計數(shù)器用或作定時器用，其內(nèi)部操作完全相同，區(qū)別在于前者是由計數(shù)脈沖進行減“1”計數(shù)，而后者是由時鐘脈沖進行減“1”計數(shù)。作計數(shù)器時，要求計數(shù)的次數(shù)可直接作為計數(shù)器的初值預置到減“1”計數(shù)器中。作定時器時，計數(shù)器的初值即定時系數(shù)應根據(jù)要求定時的時間進行如下運算才能得到：

定時系數(shù)=要求定時的時間/時鐘脈沖的周期4.控制字寄存器

控制字寄存器用來存放由CPU寫入8253的方式選擇控制字，由它來定義8253中各通道的工作方式，其使用格式如下圖所示。1/12/202381/12/20239SC1，SC0位用來選擇通道。RL1，RL0位用來定義對所選通道中的計數(shù)器的操作RL1RL0=00時，將該通道中當前計數(shù)器的內(nèi)容鎖存到鎖存器中，為CPU讀取當前計數(shù)值作準備。RL1RL0=01時，表示只讀/寫計數(shù)器低字節(jié)，這是因為只使用計數(shù)器的低字節(jié)作計數(shù)用。RL1RL0=10時，表示只讀/寫計數(shù)器高字節(jié)，這是因為只使用計數(shù)器的高字節(jié)作計數(shù)用。RL1RL0=11時，表示先讀/寫計數(shù)器低字節(jié)，后讀/寫計數(shù)器高字節(jié)。BCD位用來定義是采用二進制計數(shù)還是十進制計數(shù)M2M1M0位用來定義所選通道的6種工作方式。1/12/202310計數(shù)器結構示意圖預置寄存器GATECLKOUT減1計數(shù)器輸出鎖存器計數(shù)初值存于預置寄存器；在計數(shù)過程中，減法計數(shù)器的值不斷遞減，而預置寄存器中的預置不變。輸出鎖存器用于寫入鎖存命令時，鎖定當前計數(shù)值1/12/202311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

GATE作為各通道的門控信號，對于各種不同的工作方式，它所起的作用各不相同。在8253的應用中，必須正確使用GATE信號，才能保證各通道的正常操作。OUT計數(shù)器輸出信號——當一次計數(shù)過程結束（計數(shù)值減為0），OUT引腳上將產(chǎn)生一個輸出信號1/12/2023128253/8254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設定工作方式⑵設定計數(shù)初值〔⑶硬件啟動〕⑷計數(shù)初值進入減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)過程結束1/12/202313方式0計數(shù)結束產(chǎn)生中斷這是典型的事件計數(shù)用法，當計數(shù)單元的內(nèi)容為0時，OUT信號變?yōu)楦唠娖?。利用OUT由低電平到高電平的變化作為計數(shù)/定時到的中斷請求信號。所以，方式0稱為計數(shù)/定時到達終值時的中斷方式。1/12/202314方式0計數(shù)結束產(chǎn)生中斷①②⑤④⑥GATEOUTCLK

031244方式0WR①設定工作方式②設定計數(shù)初值④計數(shù)值送入計數(shù)器⑤計數(shù)過程⑥計數(shù)結束1/12/202315方式0計數(shù)結束產(chǎn)生中斷門控信號GATE用來控制減“1”計數(shù)操作是否進行當GATE=1時，允許減“1”計數(shù)；GATE=0時，禁止減“1”計數(shù)。計數(shù)到時，OUTi將輸出正跳變可用作中斷請求OUTi端輸出的高電平一直維持到下次再寫入計數(shù)值為止。1/12/202316利用工作方式0既可完成計數(shù)功能，也可完成定時功能。當用作計數(shù)器時，應將要求計數(shù)的次數(shù)預置到計數(shù)器中，將要求計數(shù)的事件以脈沖方式從CLKi端輸入，由它對計數(shù)器進行減“1”計數(shù)，直到計數(shù)值為0，此刻OUTi輸出正跳變，表示計數(shù)次數(shù)到。當用作定時器時，應把根據(jù)要求定時的時間和CLKi的周期計算出定時系數(shù)，預置到計數(shù)器中。從CLKi輸入的應是一定頻率的時鐘脈沖，由它對計數(shù)器進行減“1”計數(shù)，定時時間從寫入計數(shù)值開始，到計數(shù)值計到“0”為止，OUTi輸出正跳變，表示定時時間到。1/12/202317任一通道工作在方式0情況下，計數(shù)器初值一次有效，經(jīng)過一次計數(shù)或定時后如果需要繼續(xù)完成計數(shù)或定時功能，必須重新寫入計數(shù)器的初值。1/12/202318方式1可編程單脈沖發(fā)生器①②⑤④⑥①設定工作方式②設定計數(shù)初值③③硬件啟動④計數(shù)值送入計數(shù)器⑤計數(shù)過程⑥計數(shù)結束GATEOUTCLK

031244方式1WR1/12/202319方式1可編程單脈沖發(fā)生器OUTi輸出高電平計數(shù)過程的啟動：計數(shù)值N裝入后：GATE出現(xiàn)一個上升沿OUTi輸出由高電平向低電平跳變，形成輸出單脈沖的前沿計數(shù)值計到“0”O(jiān)UTi輸出由低電平向高電平跳變，形成輸出單脈沖的后沿由方式1所能輸出單脈沖的寬度為CLKi周期的n倍。1/12/202320注：如果在減“1”計數(shù)過程中，GATE由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，這并不影響計數(shù)過程，仍繼續(xù)計數(shù)；但若重新遇到GATE的上升沿，則從初值開始重新計數(shù)，其效果會使輸出的單脈沖加寬。方式1下，計數(shù)值一次有效，每輸入一次計數(shù)值，只產(chǎn)生一個負極性單脈沖。1/12/202321方式2頻率發(fā)生器（分頻器）03124GATEOUTCLK

4方式2031240312403124WR1/12/202322方式2頻率發(fā)生器（分頻器）進入工作方式2，OUTi輸出高電平，裝入計數(shù)值n后如果GATE為高電平，則立即開始計數(shù)，OUTi保持為高電平不變；待計數(shù)值減到“1”和“0”之間，OUTi將輸出寬度為一個CLKi周期的負脈沖計數(shù)值為“0”時，自動重新裝入計數(shù)初值n，實現(xiàn)循環(huán)計數(shù)OUTi將輸出一定頻率的負脈沖序列，其脈沖寬度固定為一個CLKi周期，重復周期為CLKi周期的n倍。1/12/202323如果在減“1”計數(shù)過程中，GATE變?yōu)闊o效(輸入0電平)，則暫停減“1”計數(shù)，待GATE恢復有效后，從初值n開始重新計數(shù)。如果在操作過程中要求改變輸出脈沖的速率，CPU可在任何時候，重新寫入新的計數(shù)值，它不會影響正在進行的減“1”計數(shù)過程，而是從下一個計數(shù)操作周期開始按新的計數(shù)值改變輸出脈沖的速率。1/12/202324方式3方波發(fā)生器03124GATEOUTCLK

4方式3031240312403124WR1/12/202325方式3方波發(fā)生器任一通道工作在方式3，只在計數(shù)值n為偶數(shù)，則可輸出重復周期為n、占空比為1∶1的方波。進入工作方式3，OUTi輸出低電平，裝入計數(shù)值n后，OUTi立即跳變?yōu)楦唠娖?。如果當前GATE為高電平，則立即開始減“1”計數(shù)，OUTi保持為高電平，若n為偶數(shù)，則當計數(shù)值減到n/2時，OUTi跳變?yōu)榈碗娖?，一直保持到計?shù)值為“0”，系統(tǒng)才自動重新置入計數(shù)值n，實現(xiàn)循環(huán)計數(shù)。這時OUTi端輸出的周期為n×CLKi周期，占空比為1∶1的方波序列；若n為奇數(shù)，則OUTi端輸出周期為n×CLKi周期，占空比為((n+1)/2)/((n-1)/2)的近似方波序列。1/12/202326如果在操作過程中，GATE變?yōu)闊o效，則暫停減“1”計數(shù)過程，直到GATE再次有效，重新從初值n開始減“1”計數(shù)。如果要求改變輸出方波的速率，則CPU可在任何時候重新裝入新的計數(shù)初值n，并從下一個計數(shù)操作周期開始改變輸出方波的速率。1/12/202327方式4軟件觸發(fā)方式GATEOUTCLK031244方式42233310WR1/12/202328方式4軟件觸發(fā)方式進入工作方式4，OUTi輸出高電平。裝入計數(shù)值n后，如果GATE為高電平，則立即開始減“1”計數(shù)，直到計數(shù)值減到“0”為止，OUTi輸出寬度為一個CLKi周期的負脈沖。由軟件裝入的計數(shù)值只一次有效，如果要繼續(xù)操作，必須重新置入計數(shù)初值n。如果在操作過程中，GATE變?yōu)闊o效，則停止減“1”計數(shù)，到GATE再次有效時，重新從初值開始減“1”計數(shù)。1/12/202329利用這種工作方式可以完成定時功能，定時時間從裝入計數(shù)值n開始，OUTi輸出負脈沖表示定時時間到，其定時時間=n×CLK周期。這種工作方式也可完成計數(shù)功能，它要求計數(shù)的事件以脈沖的方式從CLKi輸入，將計數(shù)次數(shù)作為計數(shù)初值裝入后，由CLKi端輸入的計數(shù)脈沖進行減“1”計數(shù)，直到計數(shù)值為“0”，由OUTi端輸出負脈沖(表示計數(shù)次數(shù)到)。當然也可利用OUTi向CPU發(fā)出中斷請求。因此工作方式4與工作方式0很相似，只是方式0在OUTi端輸出正階躍信號、方式4在OUTi端輸出負脈沖信號。1/12/202330方式5硬件觸發(fā)方式GATEOUTCLK031244方式522333110WR1/12/202331方式5硬件觸發(fā)方式進入工作方式5，OUTi輸出高電平，硬件觸發(fā)信號由GATE端引入。 因此，開始時GATE應輸入為0，裝入計數(shù)初值n后，減“1”計數(shù)并不工作，一定要等到硬件觸發(fā)信號由GATE端引入一個正階躍信號，減“1”計數(shù)才會開始，待計數(shù)值計到“0”，OUTi將輸出負脈沖，其寬度固定為一個CLKi周期，表示定時時間到或計數(shù)次數(shù)到。這種工作方式下，當計數(shù)值計到“0”后，系統(tǒng)將自動重新裝入計數(shù)值n，但并不開始計數(shù)，一定要等到由GATE端引入的正跳沿，才會開始進行減“1”計數(shù)。1/12/202332這是一種完全由GATE端引入的觸發(fā)信號控制下的計數(shù)或定時功能。如果由CLKi輸入的是一定頻率的時鐘脈沖，那么可完成定時功能，定時時間從GATE上升沿開始，到OUTi端輸出負脈沖結束。如果從CLKi端輸入的是要求計數(shù)的事件，則可完成計數(shù)功能，計數(shù)過程從GATE上升沿開始，到OUTi輸出負脈沖結束。如果需要改變計數(shù)初值，CPU可在任何時候用輸出指令裝入新的計數(shù)初值m，它將不影響正在進行的操作過程，而是到下一個計數(shù)操作周期才會按新的計數(shù)值進行操作。1/12/202333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/N0N01N01N011/12/2023348253/8254的編程8253加電后的工作方式不確定8253必須初始化編程，才能正常工作寫入方式控制字D7D6D5D4D3D2D1D0寫入控制字寫入計數(shù)初值讀取計數(shù)值1/12/2023351寫入方式控制字計數(shù)器讀寫格式工作方式數(shù)制D7D6D5D4D3D2D1D000計數(shù)器001計數(shù)器110計數(shù)器211非法00計數(shù)器鎖存命令01只讀寫低字節(jié)10只讀寫高字節(jié)11先讀寫低字節(jié)后讀寫高字節(jié)000方式0001方式1010方式2011方式3100方式4101方式50二進制1十進制1/12/2023362寫入計數(shù)值選擇二進制時計數(shù)值范圍：0000H～FFFFH0000H是最大值，代表65536選擇十進制（BCD碼）計數(shù)值范圍：0000～99990000代表最大值100001/12/2023373讀取計數(shù)值對8位數(shù)據(jù)線，讀取16位計數(shù)值需分兩次讀取計數(shù)值，要注意讀寫格式和計數(shù)數(shù)制計數(shù)在不斷進行，應該將當前計數(shù)值先行鎖存，然后讀?。合蚩刂谱諭/O地址：給8253寫入鎖存命令從計數(shù)器I/O地址：讀取鎖存的計數(shù)值1/12/2023388253計數(shù)/定時控制器應用舉例例如，某8086系統(tǒng)中包含一片8253芯片，要求完成如下功能：利用通道0完成對外部事件計數(shù)功能，計滿100次向CPU發(fā)出中斷請求。利用通道1產(chǎn)生頻率為1kHz的方波。利用通道2作標準時鐘。1/12/2023391/12/2023408253的數(shù)據(jù)線(D7～D0)固定與8086CPU的高8位數(shù)據(jù)線(D15～D8)相連。圖9.24中8253的端口地址碼(A1A0)與8086CPU的A2A1相連，而8086的A0固定為“1”參加高位地址譯碼，以形成對8253的片選信號CS，以保證CPU訪問8253的端口地址均為奇地址。根據(jù)圖9.24的連接方式和對系統(tǒng)的要求:通道0定義為工作方式0，完成計數(shù)功能，其計數(shù)值為100=64H通道1應定義為工作方式3，輸出頻率為1kHz的方波，從CLK1輸入2.5MHz的時鐘脈沖，其重復周期為0.4μs，而輸出方波的周期應為1ms。因此，通道1的計數(shù)初值應為2500=09C4H。通道2應定義為方式0，完成定時功能，每秒鐘利用OUT2向CPU發(fā)出一次中斷請求，由輸入時鐘頻率為1kHz，計數(shù)初值應為1000。1/12/202341為完成上述功能，所需