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微机可编程记数定时器接口1第1页，本讲稿共39页可编程定时计数器接口芯片可编程定时计数器接口芯片8253功能功能:定时和脉冲信号的处理与接口是完全有别于并行信定时和脉冲信号的处理与接口是完全有别于并行信号的，其特点是信号形式简单但需要连续检测，下面号的，其特点是信号形式简单但需要连续检测，下面介绍的介绍的INTEL8253可编程定时计数器就是可以实现可编程定时计数器就是可以实现所要求这方面功能。所要求这方面功能。8253内部有内部有3个独立的个独立的16位定时位定时计数器通道。计数器可按照二进制或十进制计数，计数器通道。计数器可按照二进制或十进制计数，计数和定时范围可在计数和定时范围可在165535之间改变，每个通道之间改变，每个通道有有6种工作方式，计数频率可高达种工作方式，计数频率可高达2MHz以上。以上。2第2页，本讲稿共39页8253的管脚分配的管脚分配 通道管脚数据线通道选择控制线3第3页，本讲稿共39页 8253的编程的编程:8253只有一个控制字，8253的一个方式控制字只决定一个计数通道的工作模式。8253的控制字格式如图所示。共分为4部分，通道选择、计数器读/写方式、工作方式和计数码的选择。4第4页，本讲稿共39页nD7、D6：选择计数器，11为非法；nD5、D4：控制计数器读/写的字节及读写高低字节的顺序；00-锁存命令；01-只读/写一个低字节；10-只读/写一个高字节；读/写2个字节，先低后高；nD3、D2、D1：选择计数器的工作方式，自方式0至方式5；nD0：计数器码制，0-二进制，1-二十进制。5第5页，本讲稿共39页编程结构程序员的观点n计数器(3个)包括n控制寄存器 存放控制命令字（只写）n占用4个地址 3个计数器，1个控制寄存器16位初值寄存器位初值寄存器16位计数寄存器位计数寄存器（减法计数器）（减法计数器）6第6页，本讲稿共39页定时/计数的工作过程 1.设置设置8253的工作方式的工作方式 2.设置计数初值到初值寄存器设置计数初值到初值寄存器 3.第一个第一个CLK信号使初值寄存器的内容置入信号使初值寄存器的内容置入计数寄存器计数寄存器 4.以后每来一个以后每来一个CLK信号，计数寄存器减信号，计数寄存器减1 5.减到减到0时，时，OUT端输出一特殊波形的信号端输出一特殊波形的信号注：以上计数过程中还受到注：以上计数过程中还受到GATE信号的控制信号的控制7第7页，本讲稿共39页计数启动方式软件启动过程硬件启动过程GATE端保持为高电平端保持为高电平写入计数初值写入计数初值后的第后的第2个个CLK脉冲的下降沿开始计数脉冲的下降沿开始计数GATE端有一个上升沿端有一个上升沿对应对应CLK脉冲的下降沿开始计数脉冲的下降沿开始计数程序指令启动程序指令启动软件启动软件启动外部电路信号启动外部电路信号启动硬件启动硬件启动8第8页，本讲稿共39页五、工作方式n方式0计数结束中断n方式1可重复触发的单稳态触发器n方式2频率发生器n方式3方波发生器n方式4软件触发选通n方式5硬件触发选通9第9页，本讲稿共39页工作方式方式0软件启动，软件启动，不自动重复计数。不自动重复计数。装入初值后装入初值后OUT端变低电平，端变低电平，计数结束计数结束OUT输出高电平。输出高电平。(计数结束中断计数结束中断计数结束中断计数结束中断)10第10页，本讲稿共39页1、方式、方式0计数结束中断方式计数结束中断方式 工作方式工作方式0有如下特点：有如下特点：a、门控信号、门控信号GATE必须为必须为1，计数器才能计数；，计数器才能计数；b、计数时通道输出端、计数时通道输出端OUT一直为一直为0；c、通道计数器计数到、通道计数器计数到0后，后，OUT由由0到到1，同时计数器停止工作。，同时计数器停止工作。11第11页，本讲稿共39页方式1 硬件启动（硬件启动（GATE上升沿触发），上升沿触发），不自动重复计数。不自动重复计数。装入初值后装入初值后OUT端变高电平，计数开端变高电平，计数开始始OUT端变为低电平，计数结束后又端变为低电平，计数结束后又变高。变高。(单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器)方式112第12页，本讲稿共39页2 2、方式、方式1 1可编程序的单个负脉冲可编程序的单个负脉冲 （单稳）（单稳）方式方式1 1工作过程如下：工作过程如下：a a、门门控控信信号号GATEGATE是是触触发发信信号号，上上升升沿沿有有效效。即即开开始始计计数数是是由由GATEGATE的的上上升升沿触发的；沿触发的；b b、触发后，通道计数器开始计数，输出端触发后，通道计数器开始计数，输出端OUTOUT由高变低；由高变低；c c、计数器计数到计数器计数到0 0，OUTOUT再由低变高。再由低变高。方式113第13页，本讲稿共39页方式方式2软、硬件启动，软、硬件启动，自动重复计数自动重复计数。装入初值后装入初值后OUT端变高电平，计数到端变高电平，计数到最后一个最后一个CLK时时OUT输出负脉冲，并输出负脉冲，并连续重复此过程。连续重复此过程。GATE=1允许计数；允许计数；=0后停止计数。恢复后停止计数。恢复=1后，按原定的计数值重新开始计数。后，按原定的计数值重新开始计数。(频率发生器频率发生器频率发生器频率发生器)方式2-频率发生器14第14页，本讲稿共39页 3 3、方式、方式2 2频率发生器频率发生器 （自动装入时间常数的（自动装入时间常数的N分频器）分频器）方式方式2的特点如下：的特点如下：a、GATE门门为为1，计计数数器器才才能能工工作作，对对CLK端端上上的的脉冲进行计数；脉冲进行计数；b、当当计计数数器器“减减”计计数数到到1时时，OUT由由高高变变低低，再再经经过过一一个个CLK周周期期，即即计计数数器器计计数数到到0时时，输输出出端端OUT又又跳跳变变为为高高。方方式式2输输出出周周期期性性负负脉脉冲冲信信号号，其其宽宽度固定为一个度固定为一个CLK周期；周期；c、当当计计数数器器的的值值减减为为0时时，自自动动重重新新装装入入计计数数初初值值，实现循环计数。实现循环计数。15第15页，本讲稿共39页16第16页，本讲稿共39页工作方式3 方式方式3软、硬件启动，软、硬件启动，自动重复计数自动重复计数。装入初值后装入初值后OUT端变高电平，端变高电平，然后然后OUT连续输出对称方波：连续输出对称方波：(方波发生器方波发生器方波发生器方波发生器)前前前前 N/2 N/2或（或（或（或（N+1N+1）/2/2 个个个个CLKCLK，OUTOUT为高，后为高，后为高，后为高，后N/2N/2或或或或（N-1N-1）/2/2 个个个个CLKCLK，OUT OUT为低。为低。为低。为低。17第17页，本讲稿共39页4 4、方式、方式3 3方波发生器方波发生器 方式方式2 2虽然可以作分频电路，但其输虽然可以作分频电路，但其输出是窄脉冲，如果是方波，就只有选方出是窄脉冲，如果是方波，就只有选方式式3 3 18第18页，本讲稿共39页方式4方式4软件启动，不自动重复计数。软件启动，不自动重复计数。装入初值后输出端变高电平，装入初值后输出端变高电平，计数结束输出一个计数结束输出一个CLK宽度的负脉冲宽度的负脉冲(软件触发选通软件触发选通软件触发选通软件触发选通)19第19页，本讲稿共39页5 5、方式、方式4 4软件触发方式软件触发方式方式方式4在工作过程中有以下特点：在工作过程中有以下特点：a、门门控控信信号号GATE为为高高电电平平，计计数数器器开开始始减减1计计数数，OUT维持高电平；维持高电平；b、当当计计数数器器减减到到0，输输出出端端OUT变变低低，再再经经过过一一个个CLK输输入时钟周期，入时钟周期，OUT输出又变高。输出又变高。方式420第20页，本讲稿共39页方式方式4软件触发方式软件触发方式21第21页，本讲稿共39页方式5 方式5 硬件启动，不自动重复计数。硬件启动，不自动重复计数。OUT端波形与方式端波形与方式4相同相同(硬件触发选通硬件触发选通硬件触发选通硬件触发选通)22第22页，本讲稿共39页 6 6、方式、方式5 5硬件触发方式硬件触发方式 这种工作方式同方式这种工作方式同方式4 4很相似，当控制字很相似，当控制字写入控制寄存器后，输出端写入控制寄存器后，输出端OUTOUT变高。同方变高。同方式式4 4不同的一点是当计数值写入通道计数器不同的一点是当计数值写入通道计数器后，通道并未被触发，也就是计数器并不立后，通道并未被触发，也就是计数器并不立即开始计数。只有当即开始计数。只有当GATEGATE信号的上升沿触发信号的上升沿触发通道后，通道计数器才开始计数。通道后，通道计数器才开始计数。23第23页，本讲稿共39页方式方式5 5硬件触发方式硬件触发方式24第24页，本讲稿共39页各种工作方式特点n方式方式0（计数结束中断）（计数结束中断）n计数过程中，GATE端应保持高电平。n每写入一次初值计数一个周期，然后停止计数。nOUT端输出是一个约(N+1)TCLK宽度的负脉冲。n计数过程中可随时修改初值重新开始计数。n方式1（单稳态触发器）n门控信号GATE端的跳变触发计数，可重复触发。n若下一次GATE上升沿提前到达，则OUT端负脉冲拉宽为两次计数过程之和。n计数过程中写入新初值不影响本次计数。25第25页，本讲稿共39页各种工作方式特点n方式2（频率发生器）nGATE为计数的控制信号：GATE变低计数停止，再变高时的下一个CLK下降沿，从初值开始重新计数。n每个计数周期结束时（减到1时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。n计数过程自动重复进行。n计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。n方式3（方波发生器）nOUT输出方波，前半周期为高，后半周期为低。n计数过程中修改初值不影响本半轮计数过程。n其余的与方式2 类似。26第26页，本讲稿共39页各种工作方式特点n方式4（软件触发选通）n计数过程中，GATE端应保持高电平。n每写入一次初值，计数一个周期，然后停止计数。n每个计数周期结束时（减到0时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。n计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。n方式5（硬件触发选通）n写入初值时，GATE端应保持低电平。nGATE每出现一次正脉冲，计数一个周期，然后停止计数。n每个计数周期结束时（减到0时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。n计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。27第27页，本讲稿共39页8253的工作方式小结的工作方式小结n 8253 8253的六种工作方式可归为两类，一的六种工作方式可归为两类，一个是充当频率发生器，另一类主要是作个是充当频率发生器，另一类主要是作计数器来使用。下面我们就从这个角度计数器来使用。下面我们就从这个角度来讨论总结来讨论总结OUTOUT和和GATEGATE门的作用。门的作用。28第28页，本讲稿共39页 与频率发生器有关的工作方式与频率发生器有关的工作方式n82538253有两种方式与频率发生器有关，即方式有两种方式与频率发生器有关，即方式2 2和发生和发生3 3，对，对OUTOUT端，方式端，方式2 2提供给用户的是负脉冲，方式提供给用户的是负脉冲，方式3 3提供给用户的是方波。在这个两种方式下，提供给用户的是方波。在这个两种方式下，GATEGATE信号要始终保持为高。信号要始终保持为高。29第29页，本讲稿共39页与计数器有关的工作方式与计数器有关的工作方式 有方式有方式0 0、1 1和方式和方式4 4、5 5。启动方式有两种：。启动方式有两种：n一种是一种是CPUCPU把时间常数写入相应通道后，计数器就开把时间常数写入相应通道后，计数器就开始工作，可称之为软件启动方式。在这种启动方式始工作，可称之为软件启动方式。在这种启动方式下，下，GATEGATE要始终保持为高电平，所以方式要始终保持为高电平，所以方式0 0和方式和方式4 4可以称为软件启动方式。可以称为软件启动方式。n另一种是硬件启动计数器，即另一种是硬件启动计数器，即CPUCPU把时间常数写入计数器把时间常数写入计数器后，即使后，即使GATEGATE为高电平，计数器并不工作。只有为高电平，计数器并不工作。只有GATEGATE发生跳变，其上升沿启动计数器工作，所以方式发生跳变，其上升沿启动计数器工作，所以方式1 1和方和方式式5 5就可以称为硬件启动方式。计数器溢出时，就可以称为硬件启动方式。计数器溢出时，OUTOUT有两种输出形式，要么是电平，要么是负脉冲。前者有两种输出形式，要么是电平，要么是负脉冲。前者有方式有方式0 0方式方式1 1，后者有方式，后者有方式4 4和方式和方式5 5。30第30页，本讲稿共39页 8253应用举例应用举例 例例1 1：现现有一个高精密晶体振有一个高精密晶体振荡电荡电路，路，输输出信号是脉冲波，出信号是脉冲波，频频率率为为1MHz1MHz。要求。要求利用利用82538253做一个秒信号做一个秒信号发发生器，其生器，其输输出出接一接一发发光二极管，以光二极管，以0.50.5秒点亮，秒点亮，0.50.5秒秒熄熄灭灭的方式的方式闪烁闪烁指示。指示。设设82538253的通道地的通道地址址为为80H80H86H86H（偶地址）（偶地址）31第31页，本讲稿共39页解：解：1 1、时间常数计算、时间常数计算 这个例子要求用这个例子要求用82538253作一个分频电路，作一个分频电路，而且其输出应该是方波，否则发光二而且其输出应该是方波，否则发光二极管不可能等间隔闪烁指示。频率为极管不可能等间隔闪烁指示。频率为1MHz1MHz信号的周期为信号的周期为1 1微妙，而微妙，而1Hz1Hz信号信号的周期为的周期为1 1秒，所以分频系数秒，所以分频系数N N可按下可按下式进行计算：式进行计算：32第32页，本讲稿共39页 由于由于82538253一个通道最大的计数值是一个通道最大的计数值是6553665536，所以对于，所以对于N N10000001000000这样的大数，一个通道是不可能完成上述分频要求这样的大数，一个通道是不可能完成上述分频要求的。由于的。由于 即取两个计数器，采用级联方式。即取两个计数器，采用级联方式。2 2、电路、电路33第33页，本讲稿共39页 3、工作方式选择、工作方式选择 由于通道由于通道1 1要输出方波信号推动发光二极管，要输出方波信号推动发光二极管，所以通道所以通道1 1应选工作方式应选工作方式3 3。对于通道。对于通道0 0，只要能，只要能起分频作用就行，对输出波形不做要求，所以方式起分频作用就行，对输出波形不做要求，所以方式2 2和方式和方式3 3都可以选用。都可以选用。这样对于通道这样对于通道0 0，我们取工作方式，我们取工作方式2 2，BCDBCD计数；计数；对于通道对于通道1 1，我们取工作方式，我们取工作方式3 3，二进制计数，二进制计数（当然也可选（当然也可选BCDBCD计数）计数）34第34页，本讲稿共39页 4、程序、程序mov al,00110101b；通道；通道0控制字控制字out 86h,almov al,00；通道；通道0初始计数值初始计数值out 80h,almov al,10hout 80h,almov al,01110110b；通道；通道1控制字控制字out 86h,al mov al,0e0h；通道；通道1初始计数值，初始计数值，03E8H=1000BCDout 82h,almov al,03hout 82h,al35第35页，本讲稿共39页例例2：计件系统。计件系统。计件系统的功能就是记录脉冲的个数。计件系统的功能就是记录脉冲的个数。一个脉冲代表一个事件，比如交通道路检测系统中一个脉冲代表一个事件，比如交通道路检测系统中通过检测点的车辆，工业控制系统中流水线上已加工通过检测点的车辆，工业控制系统中流水线上已加工好的工件。要求在计件过程中，好的工件。要求在计件过程中，PCPC机可以显示当前计机可以显示当前计数器的内容，当完成数器的内容，当完成1000010000个工件记录后，系统发出个工件记录后，系统发出1KHz1KHz信号推动喇叭发音通知用户。信号推动喇叭发音通知用户。36第36页，本讲稿共39页 解：解：1 1、电路、电路:需要两个通道，一个作为计数，选用通道需要两个通道，一个作为计数，选用通道0。另一。另一个产生个产生1KHz信号，选用通道信号，选用通道1。工作原理如下，传感器工作原理如下，传感器电路把物理事件转换为脉冲信号输入到通道电路把物理事件转换为脉冲信号输入到通道0 0计数，当计数，当记录记录1000010000个事件后，通道个事件后，通道0 0计数器溢出，计数器溢出，GATEGATE端输出高电端输出高电平，这时通道平，这时通道1 1开始工作，产生开始工作，产生1KHz1KHz信号推动喇叭发音信号推动喇叭发音。37第37页，本讲稿共39页 2 2、工作方式选择、工作方式选择 对于通道对于通道1 1，由于要产生，由于要产生1KHz信号，故选用工作方信号，故选用工作方 式式3。对于通道。对于通道0，要求初始计数值写入计数通道后，要求初始计数值写入计数通道后，计数器就可以工作，则通道计数器就可以工作，则通道0的启动方式应是软件启动。的启动方式应是软件启动。另外由于要求计数溢出后产生一个信号来启动一个事件，即另外由于要求计数溢出后产生一个信号来启动一个事件，即喇叭发音，故可选的工作方式为方式喇叭发音，故可选的工作方式为方式0和方式和方式4，对于图所，对于图所示方案，通道示方案，通道1的的GATE信号由通道信号由通道0的的OUT信号产生，信号产生，这个这个OUT信号应该是电平型的，所以通道信号应该是电平型的，所以通道0应选用方式应选用方式0。38第38页，本讲稿共39页3、时间常数、时间常数 N010004、程序、程序39第39页，本讲稿共39页