第八章-8253及其應(yīng)用

第八章可編程計(jì)數(shù)器/定時器8253及其應(yīng)用了解8253的功能熟悉8253的工作方式掌握8253的編程方法掌握每種工作方式下GATE對OUT的影響學(xué)會使用8253計(jì)數(shù)和定時功能(P304)第八章計(jì)數(shù)器/定時器:通常按計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法可將計(jì)數(shù)器操作分為增量計(jì)數(shù)器和減量計(jì)數(shù)器兩種。增量計(jì)數(shù)器是指當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖到來后，計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)值加“1”；減量計(jì)數(shù)器反之。增量計(jì)數(shù)器常用于對事件的累計(jì)，而減量計(jì)數(shù)常用于限量計(jì)數(shù)。增量計(jì)數(shù)關(guān)心的是當(dāng)前計(jì)數(shù)的量，減量計(jì)數(shù)關(guān)心的是計(jì)數(shù)終了的時刻。在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，特別是控制系統(tǒng)中，經(jīng)常有計(jì)數(shù)和計(jì)時的要求。如汽車?yán)锍瘫淼墓镉?jì)數(shù)，電話通話時間計(jì)時等。這些應(yīng)用在計(jì)算機(jī)中的處理方法不外乎兩種：軟件方法和硬件方法。第八章可編程硬件定時：采用可編程的計(jì)數(shù)/定時芯片完成。定時值及其可調(diào)整范圍，都可以通過軟件編程確定和改變，功能靈活使用方便。（軟硬件結(jié)合）

可編程計(jì)數(shù)器/定時器Intel8253就是這種芯片。硬件定時：采用電子器件構(gòu)成定時或延時電路。電路觸發(fā)后延時時間的長短由電路中的定時元件的RC值（RC時間常數(shù)）所決定，這種定時方法的缺點(diǎn)是，要改變定時間隔必須改變電路元件，不靈活。（純硬件）軟件定時：就是根據(jù)所需要的時間常數(shù)來設(shè)計(jì)一個延遲子程序，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件，但耗費(fèi)CPU的資源較多，降低了CPU效率，且編寫軟件略顯麻煩，通常延遲時間較小且重復(fù)次數(shù)有限的情況下，使用該方法。8.18253的工作原理 (P304)計(jì)數(shù)器/定時器的功能:對外部事件發(fā)生次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù);

產(chǎn)生計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要的定時信號。計(jì)數(shù)和計(jì)時本質(zhì)上是相同的，它們都是對一個輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。因此，使用同一個芯片，既可以用來計(jì)數(shù)，又可以用來定時。計(jì)數(shù)器/定時器8253可以通過編程，從6種工作方式中選擇一種工作方式。計(jì)數(shù)器的輸入信號可以是隨機(jī)信號，定時器的輸入信號要求具有固定周期。如果輸入脈沖的頻率一定，那么記錄脈沖的個數(shù)與所需的時間是一一對應(yīng)的關(guān)系。例如輸入脈沖頻率為2MHz，那么計(jì)數(shù)2106

計(jì)時1秒。8253的工作原理 計(jì)數(shù)器/定時器的組成:首先，CPU把控制字寫入控制寄存器，計(jì)數(shù)初值寫入初值寄存器；計(jì)數(shù)從初值開始，每當(dāng)CLK脈沖信號出現(xiàn)一次，計(jì)數(shù)值在門控信號GATE控制下決定是否減1；當(dāng)計(jì)數(shù)值減到0，從OUT端輸出規(guī)定的信號；8253的工作原理 計(jì)數(shù)器/定時器的組成:控制字寄存器——決定工作模式（8位）狀態(tài)寄存器——反映工作狀態(tài)初值寄存器——計(jì)數(shù)的初值（16位）計(jì)數(shù)輸出寄存器——CPU從中讀當(dāng)前計(jì)數(shù)值(16位)。計(jì)數(shù)器——執(zhí)行計(jì)數(shù)操作，CPU不能訪問。（16位）輸入計(jì)數(shù)脈沖門控脈沖輸入端輸出端CLK是計(jì)數(shù)輸入信號，計(jì)數(shù)器對CLK端出現(xiàn)的脈沖個數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)CLK端可以輸入外部事件CLK端可以接入固定頻率的時鐘信號，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)時OUT信號在計(jì)數(shù)結(jié)束時發(fā)生變化可將OUT作為外部設(shè)備的控制信號可將OUT作為向CPU申請中斷的信號CPU可以從計(jì)數(shù)輸出寄存器讀出當(dāng)前計(jì)數(shù)值。讀前，應(yīng)向控制寄存器發(fā)送鎖存命令8253的工作原理一、8253A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳信號（P305）8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖接CPU或系統(tǒng)總線8253的工作原理一、8253A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳信號123456789101112242322212019181716151413D7D6D5D4D3D2D1D0CLK0OUT0GATE0GNDCLK1OUT1GATE1CLK2OUT2GATE2A1A0VCCWRRDCS82538253管腳圖

8253的三個計(jì)數(shù)通道在結(jié)構(gòu)上和功能上完全一樣，每個通道均有兩個輸入引腳CLK和GATE，一個輸出信號引腳OUT。8253是24引腳雙列直插式芯片，它與CPU的接口引線如下：

D7~D0是數(shù)據(jù)線引腳，RD和WD分別是讀寫控制引腳，CS是片選信號。A1,A0是片內(nèi)地址選擇引腳。

由CPU輸入的控制信號CS、RD和WR與A1,A0組合實(shí)現(xiàn)的功能見表8-1。8253的工作原理一、8253A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳信號

8253輸入信號組合的功能表CSRDWRA1A0功能

0001001對計(jì)數(shù)器A1A0設(shè)置計(jì)數(shù)初值

1001011設(shè)置控制字或給一個命令

0000101從計(jì)數(shù)器A1A0讀出計(jì)數(shù)值

1000108253的工作原理一、8253A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳信號8253作為定時器使用時，其定時時間計(jì)算公式為：例：在某系統(tǒng)中，8253的CLK上的計(jì)數(shù)脈沖頻率為0.5MHz，8253計(jì)數(shù)器的初值是n=500。定時時間=時鐘脈沖周期tclk

預(yù)置的計(jì)數(shù)初值n注意：8253外部輸入引腳CLKi上的時鐘脈沖頻率不能大于2MHz。0.5MHz的時鐘脈沖周期為T=2

s，則定時時間=2

s500=1ms8253的工作原理一、8253A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳信號在對8253進(jìn)行編程時，由CPU向它寫控制字，來選定計(jì)數(shù)器通道，并規(guī)定所選計(jì)數(shù)器的工作方式?？刂谱指袷剑篋7D6D5D4D3D2D1D0SC1

SC0

RW1RW0M2

M1

M0

BCD00：選擇通道001：選擇通道110：選擇通道211：無效00：計(jì)數(shù)器鎖存01：讀/寫低字節(jié)10：讀/寫高字節(jié)11：先低，后高000：方式0001：方式1X10：方式2X11：方式3100：方式4101：方式51:BCD0:二進(jìn)制BCD:0000~9999H;二進(jìn)制：0000~FFFFH;BCD:1200H=1200;二進(jìn)制：1200H=4608計(jì)數(shù)初值為0000時，如何計(jì)數(shù)？一個定時器的最長定時時間=？？二進(jìn)制：0000~FFFFH;BCD:0000~9999H;10000

655368253的工作原理二、8253的初始化步驟和門控信號的功能1.初始化步驟：(1)寫入控制字；(2)按控制字要求寫入計(jì)數(shù)初值。計(jì)數(shù)初值N=fCLK/fOUT=TOUT/TCLK例(P309)：8253的地址為3F0H、3F2H、3F4H、3F6H 要求8253的計(jì)數(shù)器0工作于方式3，BCD碼計(jì)數(shù)， 計(jì)數(shù)器初值 n=1234H,初始化程序?yàn)椋篗OV AL,37HMOV DX,3F6HOUT DX,ALMOV AL,34HMOV DX,3F0HOUT DX,ALMOV AL,12HOUT DX,AL8253的工作原理二、8253的初始化步驟和門控信號的功能2.門控信號控制功能：（P310）門控信號GATE的控制功能如教材P310表8-2所示，由表可知：方式0，4時：門控信號為電平觸發(fā)

方式1，5時：門控信號為上升沿觸發(fā)

方式2，3時：門控信號為電平或上升沿觸發(fā)三、8253的工作方式（P310）工作方式?jīng)Q定以下內(nèi)容：1）門控信號的影響

高電平允許，當(dāng)GATE=0，即使出現(xiàn)CLK，也不計(jì)數(shù)——方式0，2，3，4上升沿允許（上升沿觸發(fā)）——方式1，58253的工作原理三、8253的工作方式寫入控制字后，OUT的狀態(tài)計(jì)數(shù)過程中，OUT的狀態(tài)計(jì)數(shù)終了，OUT的狀態(tài)3）計(jì)數(shù)操作可否重復(fù)不可重復(fù)——模式0，4自動重復(fù)——模式2，3條件重復(fù)——模式1，5工作方式?jīng)Q定以下內(nèi)容：2）OUT信號的狀態(tài)8253的工作原理三、8253的工作方式1.方式0：計(jì)數(shù)結(jié)束中斷方式特點(diǎn)：CLKWRCWOUTN=44321GATE0可作為INTR信號計(jì)數(shù)器只計(jì)數(shù)一遍，不循環(huán)；計(jì)數(shù)過程中，可由門控信號控制暫停計(jì)數(shù)；在計(jì)數(shù)過程中可改變計(jì)數(shù)值。若是8位數(shù)，寫入新值后，計(jì)數(shù)器按新值重新開始計(jì)數(shù)。若是16位數(shù)，寫入低8位后，計(jì)數(shù)器停止，待高8位寫入后，計(jì)數(shù)器按新值開始計(jì)數(shù)；8253的工作原理三、8253的工作方式2.方式1：可編程單穩(wěn)態(tài)輸出方式特點(diǎn)：若計(jì)數(shù)值為N，則輸出脈沖寬度為N*CLK；計(jì)數(shù)到0，可由GATE再次觸發(fā)，輸出一個脈沖，不需重新賦值；若計(jì)數(shù)過程中，門控信號再次觸發(fā)，計(jì)數(shù)器在觸發(fā)信號的下一個CLK重新開始計(jì)數(shù)；CLKWRCWOUTN=3321GATE3若計(jì)數(shù)過程中，CPU改變計(jì)數(shù)值，但計(jì)數(shù)過程不受影響，再次觸發(fā)后，按新值重新計(jì)數(shù)。08253的工作原理三、8253的工作方式3.方式2：比率發(fā)生器（分頻器）P312特點(diǎn)：不需重新賦值，計(jì)數(shù)器能連續(xù)工作；計(jì)數(shù)過程中，若GATE變低，計(jì)數(shù)器禁止計(jì)數(shù)，OUT變?yōu)楦唠娖?；GATE變高后，計(jì)數(shù)器重新從初值開始計(jì)數(shù)；若計(jì)數(shù)過程中，門控信號再次觸發(fā)，計(jì)數(shù)器在觸發(fā)信號的下一個CLK重新開始計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)過程中，若改變計(jì)數(shù)器的值，對當(dāng)前計(jì)數(shù)過程無影響，但下一個計(jì)數(shù)過程，以新的計(jì)數(shù)值開始計(jì)數(shù)；CLKWRCWOUTN=44321GATE43218253的工作原理三、8253的工作方式4.方式3：方波發(fā)生器（P312）特點(diǎn)：不需重新賦值，計(jì)數(shù)器能連續(xù)工作；計(jì)數(shù)過程中，若GATE變低，計(jì)數(shù)器暫停工作，OUT變?yōu)楦唠娖?；GATE變高后，計(jì)數(shù)器重新裝入初值，計(jì)數(shù)器重新開始計(jì)數(shù)；若計(jì)數(shù)過程中，門控信號再次觸發(fā)，計(jì)數(shù)器在觸發(fā)信號的下一個CLK重新開始計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)過程中，若改變計(jì)數(shù)器的值，對計(jì)數(shù)過程無影響，但在新的計(jì)數(shù)周期，以新的計(jì)數(shù)值開始計(jì)數(shù)；CLKWRCWOUTN=442042GATE220404048253的工作原理三、8253的工作方式4.方式3：方波發(fā)生器若計(jì)數(shù)值為偶數(shù)，每個CLK使數(shù)值減2，到“0”后，輸出狀態(tài)改變，同時，重新計(jì)數(shù)，周而復(fù)始；若計(jì)數(shù)值為奇數(shù)，寫入計(jì)數(shù)值后，第一個CLK使計(jì)數(shù)器減“1”，其后每一個CLK使計(jì)數(shù)器減“2”，到“0”后，改變輸出狀態(tài)，同時重新裝入計(jì)數(shù)值。接著第一個CLK使計(jì)數(shù)值減“3”，以后每個CLK使計(jì)數(shù)值減“2”，直到計(jì)數(shù)值為“0”，重復(fù)上述過程。CLKWRCW特點(diǎn)：OUTN=44242GATE42428253的工作原理三、8253的工作方式5.方式4：軟件觸發(fā)選通（P313）N值寫入后，下一個CLK開始計(jì)數(shù)，相當(dāng)于軟件啟動；GATE=“1”,允許計(jì)數(shù)，GATE=“0”,禁止計(jì)數(shù)，因此，若做到軟件啟動，必須使GATE=“1”；CLKWRCW特點(diǎn)：OUTN=44321GATE0計(jì)數(shù)過程是一次性的，輸入新的值后，按新值重新計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)過程中改變計(jì)數(shù)值，按新值重新計(jì)數(shù)；8253的工作原理三、8253的工作方式6.方式5：硬件觸發(fā)選通（P314）N值寫入后，計(jì)數(shù)器并不計(jì)數(shù),必須由GATE的上升沿觸發(fā)之后,在下一個CLK開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)完畢，輸出一個低脈沖；并自動裝入初值，但不啟動計(jì)數(shù)；在計(jì)數(shù)過程中,再次使用門控信號GATE,使計(jì)數(shù)器重新開始計(jì)數(shù),但對輸出OUT無影響；計(jì)數(shù)過程中改變計(jì)數(shù)值，若沒有GATE的觸發(fā),不影響計(jì)數(shù)過程,當(dāng)計(jì)數(shù)到“0”后,若有GATE觸發(fā),則按新計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù).CLKWRCW特點(diǎn)：OUTN=54321GATE05558253的工作原理三、8253的工作方式6種工作方式主要區(qū)別：輸出波形不同。啟動計(jì)數(shù)器的觸發(fā)方式不同。計(jì)數(shù)過程中門控信號GATE對計(jì)數(shù)操作的影響不同。有的工作方式具備“初值自動重裝”的功能。初值自動重裝的功能是：當(dāng)計(jì)數(shù)值減到規(guī)定的數(shù)值后，計(jì)數(shù)初值將會自動地重新裝入計(jì)數(shù)器。8253的工作原理三、8253的工作方式6種工作方式小結(jié)：方式0（計(jì)數(shù)結(jié)束中斷）：計(jì)數(shù)初值N寫入CR后，當(dāng)GATE為高電平時,經(jīng)過N+1個時鐘脈沖之后OUT由0到1跳變

延遲時間TD=（N+1）

TCLK每寫一次初值僅僅計(jì)數(shù)一次方式1（單穩(wěn)態(tài)輸出）：計(jì)數(shù)初值N寫入CR后，由GATE上升沿觸發(fā),OUT輸出一個負(fù)的單脈沖

單脈沖寬度T=N

TCLK 不必每次都寫初值。方式2（比率發(fā)生器）：計(jì)數(shù)初值N寫入CR后,當(dāng)GATE為高電平時,輸入端每輸入N個時鐘脈沖，在輸出端出現(xiàn)一個負(fù)的時鐘脈沖——N分頻器。自動重裝入初值。8253的工作原理三、8253的工作方式6種工作方式小結(jié)：方式4（軟件觸發(fā)方式）：計(jì)數(shù)初值N寫入CR后,觸發(fā)計(jì)數(shù)（此時GATE必須為高電平），經(jīng)N個時鐘脈沖,輸出端產(chǎn)生選通負(fù)脈沖信號,寬度=CLK 只計(jì)一次方式3（方波發(fā)生器）：計(jì)數(shù)初值N寫入CR后，當(dāng)GATE為