可變程計數(shù)器8253及其應(yīng)用.ppt

1、第8章 可編程計數(shù)器/定時器8253及其應(yīng)用,2、可編程計數(shù)器/定時器(1). 計數(shù)器： (2). 定時器,1、微機定時方法 (1). 軟件定時延遲子程序，占用CPU時間 (2). 硬件定時用計數(shù)器/定時器8253,一、微機定時方法 1. 軟件定時延遲子程序 2. 硬件定時用計數(shù)器/定時器8253 二、可編程計數(shù)器/定時器的工作原理 功能：一是為計數(shù)；一是為定時。 8253的用處：1）在多任務(wù)的分時系統(tǒng)中用來作為中斷信號實 現(xiàn)程序的切換；2）可以往I/O設(shè)備輸出精確的定時信號；3）作為一個可編程的波特率發(fā)生器；4）實現(xiàn)時間延時。,第8章 可編程計數(shù)器/定時器8253及其應(yīng)用,計數(shù)器/定時器82

2、53特點 三個通道，可單獨使用 片內(nèi)尋址 A1 A0= 00、01、10、11 對應(yīng)：通道0、1、2和控制口地址 工作方式：6種,8-1 8253的工作原理,一、8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳信號,1.數(shù)據(jù)總線緩沖器 往計數(shù)器設(shè)置計數(shù)初值； 從計數(shù)器讀取計數(shù)值； 往控制寄存器設(shè)置控制字。 2.讀/寫邏輯電路 A1 A0：端口選擇 0 0：通道0（0號計數(shù)器） 0 1：通道1（1號計數(shù)器） 1 0：通道2（2號計數(shù)器） 1 1：控制字寄存器,3.通道0、通道1、通道2 計數(shù)器0： CLK0計數(shù)器0的時鐘輸入。 GATE0計數(shù)器0的門脈沖控制輸入。OUT0計數(shù)器0的輸出。 計數(shù)器1：CLK1，GATE1

3、，OUT1 計數(shù)器2： CLK2，GATE2，OUT2,8253 編程結(jié)構(gòu),4. 控制寄存器 8253控制寄存器的格式,SC1 SC0 RW1 RW0 M2 M1 M0 BCD,1-計數(shù)值為BCD碼格式 0-計數(shù)值為二進制格式,M2 M1 M0 模式選擇 0 0 0 模式0 0 0 1 模式1 x 1 0 模式2 x 1 1 模式3 1 0 0 模式4 1 0 1 模式5,0 0-對計數(shù)器進行鎖存 0 1-只讀/寫低8位字節(jié) 1 0-只讀/寫高8位字節(jié) 1 1-先讀/寫低8位字節(jié), 再讀/寫高8位字節(jié).,0 0-選計數(shù)器0 0 1-選計數(shù)器1 1 0-選計數(shù)器2 1 1-無意義,8253內(nèi)部包

4、含3個完全相同的計數(shù)器定時器通道，對3個通道的操作完全是獨立的。 每個通道都包含一個8位的控制字寄存器、一個16位的計數(shù)初值寄存器、一個計數(shù)器執(zhí)行部件(實際的計數(shù)器)和一個16位的輸出鎖存器。 執(zhí)行部件實際上是一個16位的減法計數(shù)器，不能直接對其進行讀寫操作。,對計數(shù)器02的寫入操作實際是寫各自的計數(shù)初值寄存器。 對計數(shù)器02的讀出操作實際是讀各自的計數(shù)輸出鎖存器，計數(shù)輸出鎖存器的值常跟隨計數(shù)執(zhí)行部件變化。 計數(shù)初值寄存器和輸出鎖存器都是16位寄存器，它們均可被分成高8位和低8位兩個部分來讀寫。 執(zhí)行部件自身能夠從初值寄存器獲得計數(shù)初始值，并能把當(dāng)前的計數(shù)值鎖存到輸出鎖存器中，必要時CPU可對

5、它執(zhí)行讀操作，以了解某個時刻計數(shù)器的瞬時值。,每個通道工作時，都是對輸入到CLK引腳上的脈沖按二進制或十進制(BCD碼)格式進行計數(shù)。 計數(shù)采用倒計數(shù)法，先對計數(shù)器預(yù)置一個初值，再把初值裝入實際的計數(shù)器。 裝入初始值的方法有兩種：在門控信號GATE從低電平變?yōu)楦唠娖降纳仙貢r刻，會把初值寄存器的內(nèi)容送到執(zhí)行部件； 而當(dāng)GATE保持不變時，在對初值寄存器進行寫入操作后，在下一個CLK的下降沿把初值寄存器的內(nèi)容送到執(zhí)行部件。,然后，開始遞減計數(shù)。即每輸入一個時鐘脈沖，計數(shù)器的值減1，當(dāng)計數(shù)器的值減為預(yù)定的數(shù)值時，便從OUT引腳輸出一個脈沖信號。 輸出信號的波形主要由工作模式?jīng)Q定，同時還受到從外部加

6、到GATE引腳上的門控信號控制，它決定是否允許計數(shù)。,當(dāng)用8253作外部事件計數(shù)器時，在CLK腳上所加的計數(shù)脈沖是由外部事件產(chǎn)生的，這些脈沖的間隔可以是不相等的。 如果要用它作定時器，則CLK引腳上應(yīng)輸入精確的時鐘脈沖。這時，8253所能實現(xiàn)的定時時間，決定于計數(shù)脈沖的頻率和計數(shù)器的初值，即： 定時時間t 時鐘脈沖周期T 所計時鐘脈沖個數(shù) 時鐘脈沖周期T 預(yù)置的計數(shù)初值n,例如：在某系統(tǒng)中，8253所使用的計數(shù)脈沖頻率為0.5MHz，即脈沖周期T2s，如果給8253的計數(shù)器預(yù)置的初值n500，則當(dāng)計數(shù)器計到數(shù)值為0時，定時時間 t2s5001ms。,二、 初始化編程步驟和門控信號的功能,1、8

7、253的初始化編程步驟,(1)寫入控制字 用輸出指令向控制字寄存器寫入一個控制字，以選定計數(shù)器通道，規(guī)定該計數(shù)器的工作模式和計數(shù)格式。 寫入控制字還起到復(fù)位作用，使輸出端OUT變?yōu)槌跏紶顟B(tài)，并使計數(shù)器清0。 三個計數(shù)通道共用同一個控制字端口地址：A1 A0=1 1，用控制字的標(biāo)志位SC1 SC0 區(qū)別不同通道。,對3個計數(shù)器通道的編程沒有先后順序的規(guī)定。 對每個計數(shù)器的編程先寫入控制字，后寫入計數(shù)初值。,(2)寫入計數(shù)初值 用輸出指令向選中的計數(shù)器端口地址中寫入一個計數(shù)初值，初值設(shè)置時要符合控制字中有關(guān)格式的規(guī)定。 初值可以寫入8位數(shù)據(jù)，也可以寫入16位數(shù)據(jù)。若是8位數(shù)，只要用一條輸出指令就可

8、完成初值的設(shè)置。 如果是16位數(shù)，則必須用兩條輸出指令來完成，規(guī)定先送低8位數(shù)據(jù)，后送高8位數(shù)據(jù)。 由于計數(shù)器是先減1，再判斷計數(shù)值是否為零，所以寫入計數(shù)初值為0，實際就等于10000H，在二進制計數(shù)時，它表示65536，BCD計數(shù)時，它表示10000。,例：在某微機系統(tǒng)中，8253的3個計數(shù)器的端口地址分別為3F0H、3F2H和3F4H，控制字寄存器的端口地址為3F6H，要求8253的通道0工作于模式3，并已知對它寫入的計數(shù)初值n1234H，則初始化程序為： MOV AL， 00110111B ；控制字；選擇通道0， 先讀寫低字節(jié)，后高字節(jié) MOV DX， 3F6H ；指向控制口 OUT D

9、X， AL ；送控制字 MOV AL， 34H ；計數(shù)值低字節(jié) MOV DX， 3FDH ；指向計數(shù)器0端口 0UT DX， AL ；先寫入低字節(jié) MOV AL， 12H ；計數(shù)值高字節(jié) OUT DX， AL ；后寫入高字節(jié),三、 8253的工作模式 （1）方式0計數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷 一次定時或計數(shù),重寫初值,啟動新一輪的計數(shù) （2）方式1可編程的單脈沖(單穩(wěn))觸發(fā)器 GATE邊沿觸發(fā),啟動新一輪計數(shù) （3）方式2分頻器(速度波發(fā)生器) 具有計數(shù)初值重裝能力 （4）方式3方波發(fā)生器 具有計數(shù)初值重裝能力 （5）方式4軟件觸發(fā)的選通信號發(fā)生器 一次定時,重寫初值,啟動新一輪的計數(shù) （6）方式5硬件觸

10、發(fā)的選通信號發(fā)生器 GATE邊沿觸發(fā)新一輪計數(shù),方式0計數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷,模式0 注：計數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷,在GATE=1時，執(zhí)行部件獲得初值之后便開始計數(shù)。在計數(shù)過程中，如果GATE=0，則暫停計數(shù)，但不影響OUT的狀態(tài)； 當(dāng)GATE=01，執(zhí)行部件從剛才暫停的計數(shù)值繼續(xù)計數(shù)，直到計數(shù)結(jié)束，OUT=1； 在計數(shù)過程中，如果寫入新的計數(shù)初值，則停止計數(shù)，在下一個CLK脈沖下降沿后，新的初值送到計數(shù)執(zhí)行部件，此后，計數(shù)器按新的初值重新計數(shù)。 按模式0進行計數(shù)時，計數(shù)器只計一遍。當(dāng)計數(shù)器計到0時，不會自動再裝入初值重新開始計數(shù)，其輸出將保持高電平。,方式1單穩(wěn)態(tài)輸出,高,在計數(shù)過程中，若GATE產(chǎn)生負跳

11、變或等于低電平，不會影響計數(shù)過程的進行。但若在計數(shù)器回零前，GATE又產(chǎn)生從低到高的正跳變，則8253又將初值N裝入計數(shù)器執(zhí)行部件，重新開始計數(shù)，其結(jié)果會使輸出的單脈沖寬度加寬。 在計數(shù)過程中，寫入新的計數(shù)初值，不影響當(dāng)前計數(shù)過程，除非再來一個GATE上升沿，則就會裝入新的初值，重新開始計數(shù)。 可以通過GATE上升沿多次觸發(fā)計數(shù)過程。,模式1 注：單脈沖(單穩(wěn))觸發(fā)器,方式2分頻器,模式2 注：分頻器,在計數(shù)過程中，當(dāng)GATE變?yōu)榈碗娖綍r，將迫使OUT變?yōu)楦唠娖剑⒔褂嫈?shù)；GATE從低電平變?yōu)楦唠娖?，也就是GATE端產(chǎn)生上升沿時，則在下一個時鐘脈沖時，把預(yù)置的計數(shù)初值裝入計數(shù)器，從初值開始遞

12、減計數(shù)。門控信號GATE可用來使多個計數(shù)器同步。 在操作過程中，任何時候都可由CPU重新寫入新的計數(shù)值，它不會影響當(dāng)前計數(shù)過程的進行。 模式2具有自動重裝初值功能，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到0的同時把初值寄存器的內(nèi)容重新裝入計數(shù)執(zhí)行部件，自動重新計數(shù)。該過程自動循環(huán)，直到GATE=0或改變計數(shù)器的模式。,方式3方波發(fā)生器,模式3 注：方波發(fā)生器,在計數(shù)過程中，當(dāng)GATE變?yōu)榈碗娖綍r，將迫使OUT變?yōu)楦唠娖?，并禁止計?shù)；GATE從低電平變?yōu)楦唠娖剑簿褪荊ATE端產(chǎn)生上升沿時，則在下一個時鐘脈沖時，把預(yù)置的計數(shù)初值裝入計數(shù)器，從初值開始遞減計數(shù)。門控信號GATE可用來使多個計數(shù)器同步。 在操作過程中，任何時

13、候都可由CPU重新寫入新的計數(shù)值，它不會影響當(dāng)前計數(shù)過程的進行。只有下一個計數(shù)周期才會按新寫入的初值計數(shù)。 模式3具有自動重裝初值功能，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到0的同時把初值寄存器的內(nèi)容重新裝入計數(shù)執(zhí)行部件，自動重新計數(shù)。該過程自動循環(huán)，直到GATE=0或改變計數(shù)器的模式。,方式4軟件觸發(fā)的選通信號發(fā)生器,模式4 注：軟件觸發(fā)選通模式,在計數(shù)的過程中GATE變?yōu)榈碗娖?，則停止計數(shù)，當(dāng)GATE變?yōu)楦唠娖胶螅种匦聦⒊踔笛b入計數(shù)器，從初值開始計數(shù)，直至計數(shù)器的值減為0時，從OUT端輸出一個負脈沖。 在操作過程中，重新寫入新的計數(shù)初值，在下一個時鐘脈沖時，將新的計數(shù)初值裝入執(zhí)行部件，并從新的計數(shù)值開始計數(shù)。

14、模式4不具有自動重裝初值功能，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到0輸出負脈沖以后，該過程結(jié)束。要重新開始計數(shù)，必須再次寫入初值。由于計數(shù)過程是由軟件把計數(shù)初值裝入計數(shù)寄存器來觸發(fā)的，所以模式4稱為軟件觸發(fā)選通模式。,方式5硬件觸發(fā)的選通信號發(fā)生器,模式5 注：硬件觸發(fā)選通模式,在計數(shù)過程中，GATE又產(chǎn)生從低到高的正跳變，經(jīng)過一個CLK周期，初值送入執(zhí)行部件，然后再進行減1計數(shù)直到為0，輸出負脈沖。 在計數(shù)過程中，寫入新的計數(shù)初值，沒有GATE觸發(fā)信號，不影響當(dāng)前計數(shù)過程。 模式5不具有自動重裝初值功能，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到0輸出負脈沖以后，該過程結(jié)束。要重新開始計數(shù)，必須再次給出門控信號上升沿。由于計數(shù)過程是由GAT

15、E上升沿來觸發(fā)的，所以模式5稱為硬件觸發(fā)選通模式。,例如，設(shè)定計數(shù)器為先讀低字節(jié)、后讀高字節(jié)方式，當(dāng)前計數(shù)值為0300H，則讀到的低字節(jié)為00H，在讀低字節(jié)的過程中，又來一個脈沖，使得當(dāng)前計數(shù)值變?yōu)?2FFH，這時讀取高字節(jié)便得到02H，結(jié)果便得到當(dāng)前值為0200H，出現(xiàn)錯誤。為了防止這種情況發(fā)生，可以采用兩種方法：暫停計數(shù)或者鎖存計數(shù)器的當(dāng)前值。,暫停計數(shù)可以用外部硬件切斷計數(shù)脈沖信號，或者使門控信號變?yōu)榈碗娖?，迫?253停止計數(shù)。這種方法的缺點是需要硬件電路配合。此外，由于外部事件源被切斷或正常的計數(shù)過程被禁止，干擾了實際的計數(shù)過程，可能出現(xiàn)漏計情況。因此，這不是一種好的方法。但這種方法

16、可以實現(xiàn)多個計數(shù)器的同步比較。,8253計數(shù)值的讀取,在許多用到8253的計數(shù)功能的場合，常常需要讀取計數(shù)器的當(dāng)前計數(shù)值。 在計數(shù)初值設(shè)為N的情況下，如果當(dāng)前計數(shù)器的計數(shù)值為M，則在計數(shù)模式下（模式0），已經(jīng)完成的個數(shù)等于N+1-M。 在讀計數(shù)器當(dāng)前值時，計數(shù)過程仍在進行，而且不受CPU的控制。因此，在CPU讀取計數(shù)器的輸出值時，可能計數(shù)器的輸出正在發(fā)生改變，可能導(dǎo)致錯誤的讀數(shù)。,另一方法是在讀出數(shù)據(jù)之前，先鎖存當(dāng)前計數(shù)值。當(dāng)需要讀取計數(shù)器的現(xiàn)行值時，先向8253送一個鎖存命令，即把RL1RL0=00的控制字寫入8253的控制字端口，鎖存命令字中的SC1SC0用來確定要鎖存的是哪一個計數(shù)器，鎖

17、存命令字的低4位對鎖存命令無影響，可以將它們置為0。 8253立即把指定計數(shù)器的當(dāng)前計數(shù)值鎖存到輸出鎖存器中。,然后就可從相應(yīng)的計數(shù)器的輸出所存器中讀取當(dāng)前計數(shù)值。讀取計數(shù)值的方法由對8253進行初始化編程時所寫入的控制字中的RL1RL0位來確定，當(dāng)RL1RL001時，只讀取計數(shù)器的低字節(jié)，RL1RL010時，只讀取計數(shù)器的高字節(jié)，RL1RL011時，先讀寫計數(shù)器低字節(jié)，后讀寫高字節(jié)。,8253初始化方法: 控制字 計數(shù)初值: 已知:CLK 的頻率fc與定時的時間t. 計數(shù)初值: n= fc t 例1： fc=1MHZ，最大計數(shù)初值： 65536 一個定時器最大定時時間： N/fc=65536

18、/ 106 =0.065536s,8-2 8253應(yīng)用舉例,例2：設(shè)定時器0、定時器1工作于方式2，外部提供一個時鐘,頻率f=2MHZ。要求定時器1每5ms產(chǎn)生一個脈沖，定時器0每5s產(chǎn)生一個脈沖。 1). 一個定時器的最大定時時間： 65536 /（2*106）=0.032768 s=32.768ms 2). 將定時器1的CLK1接2MHZ時鐘，計數(shù)初值： 3).將定時器1的OUT1端接到定時器0的CLK0端,定時器0的計數(shù)初值:,1用8253產(chǎn)生各種定時波形 在某個以8086為CPU的系統(tǒng)中使用了一塊8253芯片，通道的基地址為310H，所用的時鐘脈沖頻率為1MHz。要求3個計數(shù)通道分別完

19、成以下功能： (1)通道0工作于方式3，輸出頻率為2kHz的方波； (2)通道l產(chǎn)生寬度為480s的單脈沖； (3)通道2用硬件方式觸發(fā)，輸出單脈沖，時間常數(shù)為26。,通道0工作于方式3，即構(gòu)成一個方波發(fā)生器，它的控制端GATE0須接+5V，為了輸出2kHz的連續(xù)方波，應(yīng)使時間常數(shù)N0lMHz2kHz=500。 通道1工作于方式l，即構(gòu)成一個單穩(wěn)態(tài)電路，由GATE1的正跳變觸發(fā)，輸出一個寬度由時間常數(shù)決定的負脈沖。此功能一次有效，需要再形成一個脈沖時，不但GATE1腳上要有觸發(fā)，通道也需重新初始化。需輸出寬度為480s的單脈沖時，應(yīng)取時間常數(shù)N1480sls =480。 通道2工作于方式5，即

20、由GATE2的正跳變觸發(fā)減1計數(shù)，在計到0時形成一個寬度與時鐘周期相同的負脈沖。此后，若GATE2腳上再次出現(xiàn)正跳變，又能產(chǎn)生一個負脈沖。,；通道0初始化程序 MOV DX,316H ;控制口地址 MOV AL, 00110111B ；通道0控制宇，先讀寫低字節(jié)，后高字節(jié)，方式3，BCD計數(shù) OUT DX， AL ；寫人方式字 MOV DX，310H ；通道0口地址 MOV AL，00H ；低字節(jié) OUT DX，AL ；先寫入低字節(jié) MOV AL，05H ；高字節(jié) OUT DX，AL ；后寫入高字節(jié),;通道1初始化程序 MOV DX，316H MOV AL，01110011B 通道1方式字，先

21、讀寫低字節(jié)，后高字節(jié)，方式1，BCD計數(shù) OUT DX,AL MOV DX，312H ；通道1口地址 MOV AL，80H ；低字節(jié) OUT DX,AL MOV AL,04H ；高字節(jié) OUT DX,AL,;通道2初始化程序 MOV DX， 316H MOV AL, 10011011B ；通道2控制字，只讀寫低字節(jié)，方式5，BCD計數(shù) OUT DX， AL MOV DX， 3l4H ；通道2口地址 MOV AL， 26H ；低字節(jié) OUT DX，AL ；只寫入低字節(jié),8253計數(shù)功能的應(yīng)用例子,8253計數(shù)功能的應(yīng)用例子,選擇計數(shù)器1工作于方式0，按BCD碼計數(shù)，先讀寫低字節(jié)，后讀寫高字節(jié)，則

22、控制字為？ 如要求每500個脈沖，通過通過8259A向CPU發(fā)出一次中斷請求，則選取計數(shù)韌值n？ 每次中斷表示計滿了500個數(shù)，在中斷服務(wù)程序中使工件總數(shù)加上500。 中斷服務(wù)程序執(zhí)行完后，返回主程序，這時需要由程序把計數(shù)韌值499再次裝入計數(shù)器1，才能繼續(xù)進行計數(shù)。,8253計數(shù)功能的應(yīng)用例子,設(shè)8253的4個端口地址分別為F0H，F(xiàn)2H，F(xiàn)4H和F6H，則初始化程序為 MOV AL， 01110001B ；控制字 OUT0F6H，AL MOVAL，（） OUT0F2H，AL MOVAL， 04H OUT0F2H，AL,8253在PC/XT機中的應(yīng)用,1計數(shù)器0實時時鐘 計數(shù)器0用作定時器，為系統(tǒng)提供時間基準。 選用