定時(shí)計(jì)數(shù)接口電路

定時(shí)計(jì)數(shù)接口電路第一頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日9.1定時(shí)/計(jì)數(shù)的基本概念

所謂定時(shí)（計(jì)數(shù)）就是通過(guò)硬件或軟件的方法產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的定時(shí)或延時(shí)控制。要實(shí)現(xiàn)定時(shí)或延時(shí)控制，有三種主要方法：軟件定時(shí)、純硬件定時(shí)及可編程的硬件定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。第二頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

1.軟件定時(shí)軟件定時(shí)的方法是：由于執(zhí)行每條指令都需要時(shí)間，則執(zhí)行一個(gè)程序段就需要一個(gè)固定的時(shí)間，通過(guò)適當(dāng)?shù)靥暨x指令和安排循環(huán)次數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件的定時(shí)。這種方法由于要完全占用CPU的時(shí)間，因而降低了CPU的利用率。第三頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

2.純硬件定時(shí)它采用固定的電路，如可以采用小規(guī)模集成電路555，外接電阻和電容構(gòu)成單穩(wěn)延時(shí)電路。這樣的定時(shí)電路簡(jiǎn)單，而且通過(guò)改變電阻和電容，可以使定時(shí)在一定的范圍內(nèi)調(diào)整。但它由純硬件來(lái)完成，給使用帶來(lái)不便。第四頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

3.可編程硬件定時(shí)器/計(jì)數(shù)器這是目前在控制系統(tǒng)中廣泛使用的方法，它通過(guò)編程來(lái)控制電路的定時(shí)值及定時(shí)范圍，功能強(qiáng)，使用靈活。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，象定時(shí)中斷、定時(shí)檢測(cè)、定時(shí)掃描等等都是用可編程定時(shí)器來(lái)完成定時(shí)控制的。

Intel系列的8253、8254就是常用的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器。第五頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日9.2可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器Intel8253/8254-PIT9.2.1Intel8253的主要性能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.Intel8253的主要性能

Intel8253-PIT有3個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器，每個(gè)計(jì)數(shù)器都可以按照二進(jìn)制或BCD碼進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)速率可達(dá)2MHz（8254為10MHZ），每個(gè)計(jì)數(shù)器有6種工作方式，可編程設(shè)置和改變。它可用在多種場(chǎng)合，如方波發(fā)生器、分頻器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、事件計(jì)數(shù)等方面。第六頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

2.Intel8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)⑴數(shù)據(jù)總線緩沖器它與CPU的數(shù)據(jù)總線相連，是8位雙向三態(tài)緩沖器。CPU通過(guò)這個(gè)緩沖器對(duì)8253進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。⑵控制字寄存器此寄存器只能寫(xiě)入而不能讀出。在8253初始化時(shí)，由CPU寫(xiě)入控制字來(lái)設(shè)置計(jì)數(shù)器的工作方式。⑶計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器0、計(jì)數(shù)器1、計(jì)數(shù)器2是三個(gè)完全獨(dú)立、結(jié)構(gòu)相同的計(jì)數(shù)器，每一個(gè)都是由一個(gè)16位的可預(yù)置的減法計(jì)數(shù)器構(gòu)成。第七頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D9.1Intel8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第八頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日9.2.2Intel8253的外部性能圖9.2Intel8253的外部引腳圖第九頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日GATE：門控信號(hào)，當(dāng)GATE為低電平時(shí)，禁止計(jì)數(shù)器工作；GATE為高電平時(shí)，才允許計(jì)數(shù)器工作。

CLK：計(jì)數(shù)脈沖輸入。

OUT：脈沖輸出。當(dāng)計(jì)數(shù)到“0”時(shí)，從OUT端輸出信號(hào)，輸出信號(hào)的波形取決于工作方式。

CS、RD、WR、A0、A1共同結(jié)合，用于對(duì)8253進(jìn)行端口操作，如表9-1所示。第十頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日表9-18253的端口選擇A1A0寄存器選擇和操作01000寫(xiě)計(jì)數(shù)器001001寫(xiě)計(jì)數(shù)器101010寫(xiě)計(jì)數(shù)器201011寫(xiě)控制字寄存器00100讀計(jì)數(shù)器000101讀計(jì)數(shù)器100110讀計(jì)數(shù)器200111無(wú)操作(三態(tài))1××××禁止(三態(tài))011××無(wú)操作(三態(tài))第十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日9.2.3Intel8253的控制字和編程圖9.38253的控制字第十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日SC1、SC0：這兩位決定這個(gè)控制字是哪一個(gè)計(jì)數(shù)器的控制字。

RL1、RL0：設(shè)置數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)格式。在讀取計(jì)數(shù)值時(shí)，可令RL1、RL0=00，先將寫(xiě)控制字時(shí)的計(jì)數(shù)值鎖存，然后再讀取。

M2、M1、M0：設(shè)置每個(gè)計(jì)數(shù)器的工作方式。

BCD：用于選擇每個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)制。在二進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)初值的范圍是0000H～FFFFH，其中0000H是最大值，代表65536。在BCD碼計(jì)數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)初值的范圍中0000—9999，其中，0000是最大值，代表10000。第十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日9.2.4Intel8253的工作方式

Intel8253的每個(gè)計(jì)數(shù)器都有6種工作方式，這6種方式的主要區(qū)別是：輸出的波形不同，計(jì)數(shù)過(guò)程中GATE信號(hào)對(duì)計(jì)數(shù)操作的影響不同，啟動(dòng)計(jì)數(shù)器的觸發(fā)方式不同等。

1.方式0—計(jì)數(shù)結(jié)束后輸出由低變高該方式的波形如圖9.4所示，這種方式的特點(diǎn)是：第十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D9.4方式0波形第十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D9.5方式0計(jì)數(shù)過(guò)程中改變計(jì)數(shù)初值第十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日①寫(xiě)入控制字后，OUT輸出端變?yōu)榈碗娖?。?dāng)寫(xiě)入計(jì)數(shù)初值后，計(jì)數(shù)器開(kāi)始減1計(jì)數(shù)。在計(jì)數(shù)過(guò)程中OUT一直保持為低電平，直到計(jì)數(shù)到0時(shí)，OUT輸出變?yōu)楦唠娖?。此信?hào)可用于向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。②計(jì)數(shù)器只計(jì)數(shù)一遍。當(dāng)計(jì)數(shù)到0時(shí)，不恢復(fù)計(jì)數(shù)初值，不開(kāi)始重新計(jì)數(shù)，且輸出一直保持為高電平。只有在寫(xiě)入新的計(jì)數(shù)值時(shí)，OUT才變低，并開(kāi)始新的計(jì)數(shù)。第十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日③GATE是門控信號(hào)，GATE=1時(shí)允許計(jì)數(shù)，GATE=0時(shí)，禁止計(jì)數(shù)。在計(jì)數(shù)過(guò)程中，如果GATE=0則計(jì)數(shù)暫停，當(dāng)GATE=1后接著計(jì)數(shù)。④在計(jì)數(shù)過(guò)程中可改變計(jì)數(shù)值。若是8位計(jì)數(shù)，在寫(xiě)入新的計(jì)數(shù)值后，計(jì)數(shù)器將按新的計(jì)數(shù)值重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。如果是16位計(jì)數(shù)，在寫(xiě)入第一個(gè)字節(jié)后，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，在寫(xiě)入第二個(gè)字節(jié)后，計(jì)數(shù)器按照新的計(jì)數(shù)值開(kāi)始計(jì)數(shù)。如圖9.5所示。第十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

2.方式1—可編程序的單拍脈沖方式1的波形如圖7.6所示，其特點(diǎn)是：①寫(xiě)入控制字后，輸出OUT將保持為高電平，計(jì)數(shù)由GATE啟動(dòng)。GATE啟動(dòng)之后，OUT變?yōu)榈碗娖?，?dāng)計(jì)數(shù)到0時(shí)，OUT輸出高電平，從而在OUT端輸出一個(gè)負(fù)脈沖，負(fù)脈沖的寬度為N個(gè)(計(jì)數(shù)初值)CLK的脈沖寬度。②當(dāng)計(jì)數(shù)到0后，不用送計(jì)數(shù)值，可再次由GATE脈沖啟動(dòng),輸出同樣寬度的單拍脈沖。第十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日③在計(jì)數(shù)過(guò)程中，可改變計(jì)數(shù)初值，此時(shí)計(jì)數(shù)過(guò)程不受影響。如果再次觸發(fā)啟動(dòng)，則計(jì)數(shù)器將按新輸入的計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù)。④在計(jì)數(shù)未到0時(shí)，如果GATE再次啟動(dòng)，則計(jì)數(shù)初值將重新裝入計(jì)數(shù)器，并重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。第二十頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D9.6方式1波形第二十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

3.方式2——頻率發(fā)生器（分頻器）方式2的波形如圖9.7所示，它的特點(diǎn)是：①寫(xiě)入控制字后，輸出將變?yōu)楦唠娖?。?xiě)入計(jì)數(shù)值后，計(jì)數(shù)立即開(kāi)始。在計(jì)數(shù)過(guò)程中輸出始終為高電平，直至計(jì)數(shù)器減到1時(shí)，輸出將變?yōu)榈碗娖?。?jīng)過(guò)一個(gè)CLK周期，輸出恢復(fù)為高，且計(jì)數(shù)器開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。因此，它能夠連續(xù)工作，輸出固定頻率的脈沖。第二十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D9.7方式2波形第二十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日②如果計(jì)數(shù)值為N，則每輸入N個(gè)CLK脈沖，輸出一個(gè)脈沖。因此，相當(dāng)于對(duì)輸入脈沖的N分頻。通過(guò)對(duì)N賦不同的初值，即可在輸出端得到所需的頻率，起到頻率發(fā)生器的作用。③計(jì)數(shù)過(guò)程可由門控脈沖控制。當(dāng)GATE=0時(shí)，暫停計(jì)數(shù)；當(dāng)GATE變高自動(dòng)恢復(fù)計(jì)數(shù)初值，重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。④在計(jì)數(shù)過(guò)程中可以改變計(jì)數(shù)值，這對(duì)正在進(jìn)行的計(jì)數(shù)過(guò)程沒(méi)有影響。但在計(jì)數(shù)到1時(shí)輸出變低，經(jīng)過(guò)一個(gè)CLK周期后輸出又變高，計(jì)數(shù)器將按新的計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù)。第二十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

4.方式3—方波發(fā)生器方式3的波形如圖9.8所示。它的特點(diǎn)是：①輸出為周期性的方波。若計(jì)數(shù)值為N，則輸出方波的周期是N個(gè)CLK脈沖的寬度。圖9.8方式3波形第二十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日②寫(xiě)入控制字后，輸出將變?yōu)楦唠娖?當(dāng)寫(xiě)入計(jì)數(shù)初值后，就開(kāi)始計(jì)數(shù),輸出仍為高電平;當(dāng)計(jì)數(shù)到初值一半時(shí),輸出變?yōu)榈碗娖?，直至?jì)數(shù)到0,輸出又變?yōu)楦唠娖?，重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。③若計(jì)數(shù)值為偶數(shù)，則輸出對(duì)稱方波。如果計(jì)數(shù)值為奇數(shù)，則前(N+1)/2個(gè)CLK脈沖期間輸出為高電平，后(N—1)/2個(gè)CLK脈沖期間輸出為低電平。④GATE信號(hào)能使計(jì)數(shù)過(guò)程重新開(kāi)始。GATE=1允許計(jì)數(shù)，GATE=0禁止計(jì)數(shù)。停止后OUT將立即變高開(kāi)，當(dāng)GATE再次變高以后，計(jì)數(shù)器將重新裝入計(jì)數(shù)初值，重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。第二十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

5.方式4——軟件觸發(fā)選通方式4的波形如圖9.9所示，它種方式的特點(diǎn)是：①寫(xiě)入控制字后，輸出為高電平。寫(xiě)入計(jì)數(shù)值后立即開(kāi)始計(jì)數(shù)（相當(dāng)于軟件觸發(fā)啟動(dòng)），當(dāng)計(jì)數(shù)到0后，輸出一個(gè)時(shí)鐘周期的負(fù)脈沖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。只有在輸入新的計(jì)數(shù)值后，才能開(kāi)始新的計(jì)數(shù)。②當(dāng)GATE=1時(shí)，允許計(jì)數(shù)，而GATE=0，禁止計(jì)數(shù)。GATE信號(hào)不影響輸出。③在計(jì)數(shù)過(guò)程中，如果改變計(jì)數(shù)值，則按新計(jì)數(shù)值重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。如果計(jì)數(shù)值是16位，則在設(shè)置第一字節(jié)時(shí)停止計(jì)數(shù)，在設(shè)置第二字節(jié)后，按新計(jì)數(shù)值中開(kāi)始計(jì)數(shù)。第二十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D9.9方式4波形第二十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

6.方式5——硬件觸發(fā)選通方式5的波形如圖7.10所示，這這種方式的特點(diǎn)是：①寫(xiě)入控制字后，輸出為高電平。在設(shè)置了計(jì)數(shù)值后，計(jì)數(shù)器并不立即開(kāi)始計(jì)數(shù)，而是由門控脈沖的上升沿觸發(fā)啟動(dòng)。當(dāng)計(jì)數(shù)到0時(shí)，輸出一個(gè)CLK周期的負(fù)脈沖，并停止計(jì)數(shù)。當(dāng)門控脈沖再次觸發(fā)時(shí)才能再計(jì)數(shù)。②在計(jì)數(shù)過(guò)程中如果再次用門控脈沖觸發(fā)，則使計(jì)數(shù)器重新開(kāi)始計(jì)數(shù)，此時(shí)輸出還保持為高電平，直到計(jì)數(shù)為0，才輸出負(fù)脈沖。③如果在計(jì)數(shù)過(guò)程中改變計(jì)數(shù)值，只要沒(méi)有門控信號(hào)的觸發(fā)，不影響計(jì)數(shù)過(guò)程。當(dāng)有新的門控脈沖的觸發(fā)時(shí)，不管是否計(jì)數(shù)到0，都按新的計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù)。第二十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D9.10方式5波形第三十頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日9.2.5Intel8253的應(yīng)用舉例

1.初始化8253

要使用8253，必須首先對(duì)其進(jìn)行初始化，初始化有兩種方法：①對(duì)每個(gè)計(jì)數(shù)器分別進(jìn)行初始化，先寫(xiě)控制字，后寫(xiě)計(jì)數(shù)值。如果計(jì)數(shù)值是16位的，則先寫(xiě)低8位再寫(xiě)高8位。②先寫(xiě)所有計(jì)數(shù)器的方式字，再寫(xiě)各個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。如果計(jì)數(shù)值是16位的，則先寫(xiě)低8位再寫(xiě)高8位。第三十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

例如：假設(shè)一個(gè)8253在某系統(tǒng)中的端口地址40H—43H，如果要將計(jì)數(shù)器0設(shè)置為設(shè)置為工作方式3，計(jì)數(shù)初值為3060H,采用二進(jìn)制計(jì)數(shù)法，則初始化方法如下：MOV AL，36H ；設(shè)置控制字00110110（計(jì)數(shù)器0，方式3，寫(xiě)兩個(gè)字節(jié)，二進(jìn)制計(jì)數(shù)）OUT 43H，AL ；寫(xiě)入控制寄存器MOV AX,3060H ；設(shè)置計(jì)數(shù)值OUT 40H,AL ；寫(xiě)低8位至計(jì)數(shù)器0MOV AL,AHOUT 40H,AL ；寫(xiě)高8位至計(jì)數(shù)器0第三十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

2.8253在IBMPC/XT機(jī)的應(yīng)用在IBMPC/XT機(jī)中，8253主要提供系統(tǒng)時(shí)鐘中斷、動(dòng)態(tài)RAM的刷新定時(shí)及喇叭發(fā)聲控制等功能。8253的初始化是在計(jì)算機(jī)啟動(dòng)時(shí)由BIOS完成的。圖9.11是8253在IBMPC/XT機(jī)的應(yīng)用的示意圖從8284時(shí)鐘發(fā)生器來(lái)的頻率2.386364MHZ經(jīng)二分頻后作為8253三個(gè)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入，8253在IBM-PC/XT中的端口地址為40H—43H，這三個(gè)計(jì)數(shù)器在系統(tǒng)中的初始化程序如下：第三十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D9.118253在IBM-PC/XT機(jī)的應(yīng)用的示意圖第三十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日⑴計(jì)數(shù)器0用于定時(shí)中斷（約55ms）MOV AL,36H；計(jì)數(shù)器0，方式3，寫(xiě)兩個(gè)字節(jié)，二進(jìn)制計(jì)數(shù)OUT 43H,AL；控制字送控制字寄存器MOV AL,0；計(jì)數(shù)值為最大值OUT 40H,AL；寫(xiě)低8位OUT 40H,AL；寫(xiě)高8位第三十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日⑵計(jì)數(shù)器1用于定時(shí)（15μs）DMA請(qǐng)求MOV AL,54H；計(jì)數(shù)器1，方式2，只寫(xiě)低8位，二進(jìn)制計(jì)數(shù)OUT 43,ALMOV AL,12H；初值為18OUT 41H,AL第三十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日⑶計(jì)數(shù)器3用于產(chǎn)生約900HZ的方波送至揚(yáng)聲器MOV AL,B6H；計(jì)數(shù)器3，方式3，寫(xiě)兩字節(jié)，二進(jìn)制計(jì)數(shù)OUT 43,ALMOV AX,0533H；計(jì)數(shù)初值為533HOUT 42H,AL；寫(xiě)低8位MOV AL,AHOUT 42H,AL；寫(xiě)高8位第三十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日9.3Intel8254-PIT簡(jiǎn)介Intel8254是Intel8253的改進(jìn)型，它們?cè)诓僮鞣绞郊耙_排列上完全相同。相比8253，8254主要改進(jìn)的內(nèi)容是：

1.計(jì)數(shù)頻率高

8254的計(jì)數(shù)頻率可由直流至6MHz，8254-2可高達(dá)10MHz。而8253最高只能達(dá)到2.6MHz。第三十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

2.有讀回命令(寫(xiě)入至控制字寄存器)

如果控制字寄存器D7=1，D6=1，D0=0，即為8254的讀回命令，其格式如圖9.12所示。這個(gè)命令可以使三個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值一次鎖存，而在8253則需要寫(xiě)入三個(gè)命令。第三十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D9.128254的讀回命令第四十頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日