時間間隔定時器82C53

9.2可編程時間間隔定時器芯片82C5382C53是一種實現(xiàn)定時和計數(shù)功能的外圍電路，擁有3個獨立的16位計數(shù)器，每個計數(shù)器都可通過程序設(shè)計的方法設(shè)定為實現(xiàn)定時功能的各種操作方式?？删幊虝r間間隔定時器芯片82C53有以下幾個特點：與所有Intel系列微處理器兼容可以處理從2.6MHz范圍的輸入頻率信號3個獨立的16位的計數(shù)器最大計數(shù)范圍為0～655356種可編程的計數(shù)模式狀態(tài)讀返回命令以二進制或BCD計數(shù)與TTL完全兼容

單

5V供電電壓低功耗的CHMOS工作溫度范圍：

C82C53 0C～+70CI82C53-40C～+85CM82C53-55C～+125C

9.2.1

82C53/54內(nèi)部結(jié)構(gòu)

82C53/54的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖9-12所示，該芯片內(nèi)部由數(shù)據(jù)總線緩沖器、控制寄存器、讀／寫控制邏輯以及計數(shù)器等組成

82C53內(nèi)部結(jié)構(gòu)

一、數(shù)據(jù)總線緩沖器

該緩沖器為8位雙向三態(tài)的緩沖器，可直接掛在數(shù)據(jù)總線上。通過它，一方面可以向控制寄存器寫入控制字，向計數(shù)器寫入計數(shù)初值；另一方面也可由CPU通過該緩沖器讀取計數(shù)器的當(dāng)前計數(shù)值二、讀／寫控制邏輯讀／寫邏輯的功能是接收來自CPU的控制信號，包括讀信號、寫信號、片選信號和芯片內(nèi)部寄存器的尋址信號A1、A0，并完成對82C53各計數(shù)器的讀／寫操作82C53內(nèi)部結(jié)構(gòu)三、控制字寄存器

接收來自CPU的控制字，并由控制字D7、D6位的編碼決定該控制字寫入哪一個計數(shù)器的控制寄存器中

四、計數(shù)器

82C53有3個獨立的計數(shù)器通道，每個通道的結(jié)構(gòu)完全相同，如圖9-13所示。每一個通道有一個16位減法計數(shù)器，還有對應(yīng)的16位初值寄存器和輸出鎖存器。計數(shù)開始前寫入的計數(shù)初值存于初值寄存器；計數(shù)過程中，減法計數(shù)器的值不斷遞減，而初值寄存器中的初值不變。輸出鎖存器則用于寫入鎖存命令時鎖定當(dāng)前計數(shù)值

82C53每個計數(shù)器的內(nèi)部邏輯圖9.2.282C53的引腳信號

82C53有24條引腳，雙列直插式封裝，如圖9-14所示一、與CPU一側(cè)的接口信號

D0～D7，三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線。與CPU數(shù)據(jù)總線相連，用于傳遞CPU與82C53之間的數(shù)據(jù)信息、控制信息和狀態(tài)信息82C54的引腳信號片選信號，輸入，低電平有效。有效時，表示82C53被選中，允許CPU對其進行讀／寫操作。通常連接到I/O端口地址譯碼電路的輸出端，寫信號，輸入，低電平有效。用于控制CPU對82C53的寫操作，可與A1、A0信號配合以決定是寫入控制字還是計數(shù)初值，讀信號，輸入，低電平有效。用于控制CPU對82C53的讀操作，可與A1、A0信號配合讀取某個計數(shù)器的當(dāng)前計數(shù)值

A1

、A0，地址輸入線。用于尋址82C53內(nèi)部的4個端口，即3個計數(shù)器和一個控制字。一般與CPU低位的地址線相連，82C53的讀／寫操作邏輯如表9-3所示

82C54的引腳信號表9-282C53讀/寫操作邏輯A1

A0

操作功能

01000計數(shù)初值裝入計數(shù)器0

01001計數(shù)初值裝入計數(shù)器101010計數(shù)初值裝入計數(shù)器201011寫控制寄存器

00100讀計數(shù)器000101讀計數(shù)器100110讀計數(shù)器282C53的引腳信號二、與外部設(shè)備的接口信號CLK[0,1,2]，時鐘脈沖輸入端，用于輸入定時脈沖或計數(shù)脈沖信號。CLK可以是系統(tǒng)時鐘脈沖，也可以由其他脈沖源提供GATE[0,1,2]，門控輸入端，用于外部控制計數(shù)器的啟動計數(shù)和停止計數(shù)的操作。兩個或兩個以上計數(shù)器連用時，可用此信號來同步，也可用于與外部某信號的同步OUT[0,1,2,]，計數(shù)輸出端。在不同方式的計數(shù)過程中，OUT引腳上輸出相應(yīng)的信號

9.2.382C53的控制字一、82C53的方式控制字

82C53的方式控制字有4個主要功能：

從3個計數(shù)器中選擇一個

確定計數(shù)器數(shù)據(jù)的讀寫格式確定計數(shù)器的工作方式選擇計數(shù)器的計數(shù)方式方式控制字的格式如圖9-15所示，其中，X表示沒有使用位，通常設(shè)置為0

82C53的控制字格式82C54的控制字計數(shù)器選擇(D7D6)

決定這個控制字是哪一個通道的控制字。由于3個通道的工作是完全獨立的，所以需要有3個控制字寄存器分別規(guī)定相應(yīng)通道的工作方式。但它們的地址是同一個，即A1A0＝11(控制字寄存器的地址)。所以，需要由這2位來決定是哪一個通道的控制字讀/寫格式(D5D4)

CPU向計數(shù)通道寫入初值和讀取它們的當(dāng)前狀態(tài)時，有幾種不同的格式若低8位計數(shù),則令D5D4＝01,只寫低8位，高8位自動置0；若高8位計數(shù),則令D5D4＝10,只寫高8位，低8位自動為0；若16位計數(shù),則令D5D4＝11，先寫入低8位，后寫入高8位；令D5D4＝00，則把當(dāng)前計數(shù)器中的值鎖存到輸出寄存器中，以便讀取82C53的控制字工作方式(D3D2D1)82C53的每個通道可以有6種不同的工作方式，由D3D2D1

三位決定，具體情況在9.2.4節(jié)中詳細(xì)介紹數(shù)制選擇(D0)

82C53的每個通道都有兩種計數(shù)制：二進制和二—十進制(BCD碼)，由D0位決定。在二進制時，寫入初值的范圍為0000H～FFFFH，其中0000H是最大值，表示65536。在二—十進制時，寫入初值范圍為0000～9999，其中0000表示最大值l0000。因為計數(shù)器是先減1，再判斷是否為0，所以寫入0實際代表最大計數(shù)值82C53的控制字例【9-3】選用計數(shù)器0計數(shù)，計數(shù)值為1000，分別用二進制和二—十進制（BCD）方式計數(shù)，用方式3計數(shù)，假設(shè)系統(tǒng)安排82C54計數(shù)器0、1、2和控制端口的地址分別為：220H、221H、222H和223H，試對計數(shù)器0編程初始化MOVDX，223HMOVAL，00110110H；二進制方式計數(shù)OUTDX，AL；送計數(shù)方式控制字MOVDX，220HMOVAX，1000；十進制數(shù)1000送給AXOUTDX，AL；先送低8位MOVAL，AHOUTDX，AL；后送高8位

82C53的編程邏輯二、82C53的編程邏輯

當(dāng)初始化82C53某個計數(shù)通道時，首先把相應(yīng)的方式控制字寫入到控制字寄存器中，再根據(jù)控制字中數(shù)據(jù)讀/寫格式(D5D4)位的規(guī)定，寫入計數(shù)初值到對應(yīng)的計數(shù)通道。82C53工作過程中，任一通道的計數(shù)值，CPU可用輸入指令讀取。CPU讀到的是執(zhí)行輸入指令瞬間計數(shù)器的當(dāng)前值，但82C53的計數(shù)器是16位的，所以要分2次讀至CPU，因此，若不鎖存的話，在前后兩次執(zhí)行輸入指令的過程中，計數(shù)值可能已經(jīng)發(fā)生變化了

82C53的編程邏輯鎖存當(dāng)前計數(shù)值有下面3種方法：

利用GATE信號使計數(shù)過程暫停向82C53寫入一個方式控制字，令82C53通道的輸出鎖存器鎖存。82C53的每個通道都有一個16位輸出鎖存器，平時它的值隨著通道計數(shù)器的值變化。當(dāng)向通道寫入鎖存的控制字時，它把計數(shù)器的當(dāng)前值鎖存(計數(shù)器可繼續(xù)計數(shù))，于是CPU讀取的就是輸出鎖存器的值。當(dāng)對計數(shù)器重新編程，或讀取計數(shù)值后，自動解除鎖存狀態(tài)，它的值又隨減法計數(shù)器變化寫讀回命令鎖存

82C53的編程邏輯82C53的編程邏輯82C53的另一種工作方式，稱為讀回方式。這種工作方式允許程序用一條命令就可鎖存全部3個計數(shù)器的當(dāng)前計數(shù)值和狀態(tài)信息。讀回命令的格式如圖9-16所示，讀回命令時控制字寄存器中的D6和D7位均為1。其中，使D1位(CNT0)、D2位(CNTl)和D3位(CNT2)分別對應(yīng)3計數(shù)器，為1選中計數(shù)器，為0不選中計數(shù)器，D4位為0，表示將鎖存狀態(tài)信息，D5位為0表示將鎖存計數(shù)值。這樣，3個計數(shù)器的當(dāng)前計數(shù)值和狀態(tài)信息就可以同時鎖存，以便分時讀出

9.2.482C54的六種工作方式82C53的每一個計數(shù)器都可以按照控制字的規(guī)定有6種不同的工作方式。下面結(jié)合時序波形圖介紹各種工作方式的計數(shù)過程

一、方式0(計數(shù)結(jié)束中斷方式)時序如圖9-17

計數(shù)過程

當(dāng)寫入方式0控制字后，OUT立即變?yōu)榈碗娖?，并且在計?shù)過程中一直維持低電平。若GATE＝1，寫入初值后，CLK第1個下降沿到，計數(shù)值裝入計數(shù)器，隨后每一個CLK脈沖下降沿到，計數(shù)器減1。計數(shù)器減到零時，OUT輸出變?yōu)楦唠娖剑⑶乙恢北３值皆撏ǖ乐匦卵b入計數(shù)值或重新設(shè)置工作方式為止

GATE信號的影響

門控信號GATE可以用來控制計數(shù)過程，GATE為低電平時暫停計數(shù)，當(dāng)GATE重新為高電平時又恢復(fù)計數(shù)新的初值對計數(shù)過程的影響方式0是寫一次計數(shù)值，只計數(shù)一遍，計數(shù)器不會自動重裝初值重新開始計數(shù)。如果在計數(shù)過程中寫入新的計數(shù)初值，則在寫入新值后的下一個時鐘下降沿計數(shù)器將按新的初值計數(shù)，即新的初值是立即有效的方式0方式0波形圖

方式0波形圖

備注:下面的約定適用于所有的工作方式波形圖：計數(shù)器編程采用二進制方式，只對低字節(jié)操作(LSB)；計數(shù)器的片選信號一直處于低電平；CW表示控制字(ControlWord)；CW=10表示10H寫入計數(shù)器；LSB表示計數(shù)器的低字節(jié)；圖下的數(shù)字表示計數(shù)值：上面的數(shù)是高字節(jié)，下面的數(shù)是低字節(jié)；N表示一個不確定的計數(shù)值

二、方式1(可編程單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）

方式1的時序如圖9-18所示。這種方式由外部門控信號GATE上升沿觸發(fā)，產(chǎn)生一單拍負(fù)脈沖信號，脈沖寬度由計數(shù)初值決定計數(shù)過程寫入控制字后，OUT輸出為高電平。寫入計數(shù)初值之后，計數(shù)器并不立即開始計數(shù)，而要等到GATE上升沿后的下一個CLK輸入脈沖的下降沿，OUT輸出變低，計數(shù)才開始。結(jié)束時，OUT輸出變高，從而產(chǎn)生一個寬度為N個CLK周期的負(fù)脈沖

二、方式1GATE信號的影響方式1中，GATE信號的作用可從兩個方面進行說明第一，在計數(shù)結(jié)束后，若再來一個GATE信號上升沿，則下一個時鐘周期的下降沿又從初值開始計數(shù)，而不需要重新寫入初值，即門控信號可重新觸發(fā)計數(shù)第二，在計數(shù)過程中，若再來一個門控信號的上升沿，也在下一個時鐘下降沿從初值起重新計數(shù)，即終止原來的計數(shù)過程，開始新的一輪計數(shù)新的初值對計數(shù)過程的影響

如果在計數(shù)過程中寫入新的初值，不會立即影響計數(shù)過程，只有下一個門控信號到來后的第一個時鐘下降沿，才終止原來的計數(shù)過程，按新值開始計數(shù)。即新的初值下次有效方式1波形圖

方式1波形圖

三、方式2

(脈沖波發(fā)生器、分頻器)

方式2的工作波形如圖9-19所示。這種方式的功能如同一個N分頻計數(shù)器，輸出是輸入時鐘按照計數(shù)值N分頻后的一個連續(xù)脈沖計數(shù)過程寫入控制字后的第一個CLK時鐘上升沿，輸出端OUT變成高電平。若GATE＝1，寫入計數(shù)初值后的第一個時鐘下降沿開始減1計數(shù)

三、方式2

減到1時，輸出端OUT變?yōu)榈碗娖?，減到0時，輸出OUT又變成高電平，同時從初值開始新的計數(shù)過程。因此，方式2能自動重裝初值，輸出固定頻率的脈沖，也稱之為分頻器GATE信號的影響

方式2中，GATE信號為低電平時終止計數(shù)，而由低電平恢復(fù)為高電平后的第一個時鐘下降沿重新從初值開始計數(shù)。由此可見，GATE一直維持高電平時，計數(shù)器為一個N分頻器

新的初值對計數(shù)過程的影響如果在計數(shù)過程中寫入新的初值，且GATE信號一直維持高電平，則新的初值不會立即影響當(dāng)前的計數(shù)過程，但在計數(shù)結(jié)束后的下一個計數(shù)周期將按新的初值計數(shù)，即新的初值下次有效方式2波形圖

方式2波形圖

四、方式3

(方波發(fā)生器)方式3的工作波形如圖9-20所示

方式3波形圖四、方式3計數(shù)過程

方式3的計數(shù)過程按計數(shù)初值的不同分為兩種情況：（1）計數(shù)初值為偶數(shù)寫入控制字后的第一個時鐘上升沿，輸出端OUT變成高電平。若GATE＝1，寫入計數(shù)初值后的第一個時鐘下降沿開始減1計數(shù)。減到N/2時，輸出端OUT變?yōu)榈碗娖?；減到0時，輸出端OUT又變成高電平，并重新從初值開始新的計數(shù)過程?？梢?，輸出端OUT的波形是連續(xù)的方波，故稱方波發(fā)生器（2）計數(shù)初值為奇數(shù)寫入控制字后的時鐘上升沿，輸出端OUT變成高電平。若GATE＝1，寫入計數(shù)初值后的第一個時鐘下降沿開始減1計數(shù)，減到(N+1)/2以后，輸出端OUT變?yōu)榈碗娖?；減到0時，輸出端OUT又變成高電平，并重新從初值開始新的計數(shù)。這時輸出的波形為連續(xù)的近似方波

四、方式3GATE信號的影響

GATE＝l，允許計數(shù)，GATE＝0，禁止計數(shù)；如果在輸出端OUT為低電平期間，GATE變低，則OUT將立即變高，并停止計數(shù)。當(dāng)GATE變高以后，計數(shù)器重新裝入初值并重新開始計數(shù)新的初值對計數(shù)過程的影響如果在計數(shù)過程中寫入新的初值，而GATE信號一直維持高電平，則新的初值不會立即影響當(dāng)前的計數(shù)過程，只有在計數(shù)結(jié)束后的下一個計數(shù)周期，才按新的初值計數(shù)。若寫入新的初值后，遇到門控信號的上升沿，則終止現(xiàn)行計數(shù)過程，從下一個時鐘下降沿開始按新的初值進行計數(shù)

五、方式4(軟件觸發(fā)選通方式)計數(shù)過程寫入方式控制字后，OUT輸出高電平若GATE＝1，寫入初值后的下一個CLK脈沖開始減1計數(shù)，計數(shù)到達0值(注意：不是減到1)，OUT輸出為低電平，持續(xù)一個CLK脈沖周期后再恢復(fù)到高電平門控信號的影響GATE＝1時，允許計數(shù)；GATE信號變低，禁止計數(shù)，輸出維持當(dāng)時的電平。這種方式依賴于裝入計數(shù)值觸發(fā)工作，因此，稱為軟件觸發(fā)選通方式

新的初值對計數(shù)過程的影響在計數(shù)過程中改變計數(shù)值，則在寫入新值后的下一個時鐘下降沿計數(shù)器將按新的初值計數(shù)，即新值是立即有效的方式4波形圖方式4波形圖六、方式5(硬件觸發(fā)選通方式)計數(shù)過程寫入控制字后，輸出OUT即為高電平。寫入計數(shù)初值后，計數(shù)器并不立即開始計數(shù)，而是由門控脈沖的上升沿觸發(fā)。計數(shù)結(jié)束(計數(shù)器減到0)，輸出一個持續(xù)時間為一個CLK時鐘周期的負(fù)脈沖，然后輸出恢復(fù)為高電平。直到GATE信號再次觸發(fā)。

輸出負(fù)脈沖可以用作選通脈沖，它是通過硬件電路產(chǎn)生的門控信號上升沿觸發(fā)得到的，所以叫硬件觸發(fā)選通方式六、方式5門控信號的影響

若在計數(shù)過程中，又有一個門控信號的上升沿，則立即終止當(dāng)前的計數(shù)過程，且在下一個時鐘下降沿，又從初值開始計數(shù)，如果計數(shù)過程結(jié)束后，來一個門控上升沿，計數(shù)器也會在下一個時鐘的下降沿，又從初值開始減1計數(shù)，即門控信號的上升沿任何時候到來，都會立即觸發(fā)一個計數(shù)過程新的初值對計數(shù)過程的影響如果在計數(shù)過程中寫入新的初值，則新的初值不會立即影響當(dāng)前的計數(shù)過程，只有到下一個門控信號上升沿到來后，才從新的初值開始減1計數(shù)。即新的計數(shù)初值在下一個門控信號上升沿觸發(fā)后有效方式5波形圖五、82C53應(yīng)用舉例例【9-4】設(shè)一片82C53接在系統(tǒng)中，如圖9-23所示。計數(shù)器0、1、2及控制口地址分別為320H、321H、322H以及323H，用計數(shù)器0與計數(shù)器1級聯(lián)定時，在OUT1輸出對稱方波，使LED點亮0.5S，熄燈0.5S，周而復(fù)始，試對計數(shù)器0和計數(shù)器1初始化編程

分析：由于CLK0輸入f=1MHz，所以周期t0=1μs，而定時時間間隔為1S，那么計數(shù)初始值：1000m