第三章定时计数技术精选文档.ppt

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1、第三章定时计数技术1本讲稿第一页，共五十一页一、定时一、定时/计数计数v 在控制系统和计算机中，常常需要有定在控制系统和计算机中，常常需要有定时信号和计数功能。时信号和计数功能。v如：日时钟、实时钟的定时中断；动态存如：日时钟、实时钟的定时中断；动态存储器的定时刷新；对外部事件发生的次数进储器的定时刷新；对外部事件发生的次数进行计数等。行计数等。v计数是定时的基础，定时的本质是计数计数是定时的基础，定时的本质是计数。3.1 3.1 基本概念基本概念本讲稿第二页，共五十一页v二、频率声音音乐二、频率声音音乐v定时和计数联系起来就会引出频率。定时和计数联系起来就会引出频率。v频率高，音调越高；频率

2、越低，音调越低。频率高，音调越高；频率越低，音调越低。既考虑频率的高低，又考虑高低频率所占时既考虑频率的高低，又考虑高低频率所占时间的长短，就会产生音乐，巧妙地将它们结间的长短，就会产生音乐，巧妙地将它们结合起来就是美妙动听的音乐。合起来就是美妙动听的音乐。本讲稿第三页，共五十一页v三、定时方法三、定时方法vv为获得所需要的定时，要求有准确而为获得所需要的定时，要求有准确而稳定的时间基准，产生这种时间基准稳定的时间基准，产生这种时间基准通常采用两种方法通常采用两种方法软件定时和硬软件定时和硬件定时。件定时。本讲稿第四页，共五十一页3.2 3.2 可编程定时计数器可编程定时计数器8253/835

3、48253/83548253/8254可编程定时计数器的主要功能：可编程定时计数器的主要功能：有有3个独立的个独立的16位定时计数器通道；位定时计数器通道；每个计数器可按照二进制或十进制计数；每个计数器可按照二进制或十进制计数；每个通道有每个通道有6种工作方式，均可由程序设置种工作方式，均可由程序设置和改变；和改变；全部输入和输出都与全部输入和输出都与TTL电平兼容。电平兼容。本讲稿第五页，共五十一页v一一.外部特性与内部逻辑外部特性与内部逻辑v1.外部特性外部特性v24引脚双列直插式，引脚双列直插式，5V电源，内有电源，内有3个个独立的计数器（计数通道），每个计数器均独立的计数器（计数通道）

4、，每个计数器均有有CLK、OUT和和GATE。通过编程选择计数。通过编程选择计数器和设置工作方式，既可计数，又可定时。器和设置工作方式，既可计数，又可定时。本讲稿第六页，共五十一页8253的管脚分配的管脚分配 通道管脚通道管脚数据线数据线通道选择通道选择控制线控制线本讲稿第七页，共五十一页v与与CPU连接的连接的DB：D0D7CB：RDWRAB：A1A0CSv与外设连接的与外设连接的CLK02,GATE02,OUT02本讲稿第八页，共五十一页与系统的连接示意CLKGATEOUTD0D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器译码器高位高位地址地址外设外设8253本讲稿第九页，共五十一

5、页8253端口地址选择端口地址选择A1A0端口地址端口地址00计数器计数器001计数器计数器110计数器计数器211控制寄存器控制寄存器本讲稿第十页，共五十一页n2、8253/8254的内部结构的内部结构 计数通道计数通道 数据总线数据总线缓冲器缓冲器 读写读写控制电路控制电路 通道控制通道控制寄存器寄存器 计数器0计数器2计数器1本讲稿第十一页，共五十一页计数通道内部逻辑框图计数通道内部逻辑框图16位计数初值寄存器位计数初值寄存器16位减位减1计数器计数器16位当前计数值锁存器位当前计数值锁存器&CLKGATEOUT装入装入/读出初值读出初值锁存后读出当前值锁存后读出当前值（减（减1至至0时

6、）时）本讲稿第十二页，共五十一页v 计数初值是决定计数初值是决定82538253的定时长短与计数多少的重要的定时长短与计数多少的重要参数。参数。v 计数初值与输入时钟计数初值与输入时钟CLKCLK及输出波形频率之间的关系及输出波形频率之间的关系为：为：v或或v二二.计数初值（定时常数计数初值（定时常数)本讲稿第十三页，共五十一页v三、三、8253 8253的编程命令的编程命令 8253只只有有一一个个控控制制字字，主主要要是是对对8253进进行初始化，同时也可对当前计数器进行锁存。行初始化，同时也可对当前计数器进行锁存。8253初始化的工作分两步进行：初始化的工作分两步进行：先先向向控控制制命

7、命令令寄寄存存器器写写入入方方式式字字，以以选选择择计计数数通通道道、工工作作方方式式、计计数数初初值值装装入入顺顺序及码制等工作；序及码制等工作；再再向向已已选选定定的的计计数数器器按按方方式式命命令令的的要要求写入计数初值。求写入计数初值。本讲稿第十四页，共五十一页通道选择通道选择00通道通道001通道通道110通道通道211无效无效读读/写格式写格式00计数器锁存命令计数器锁存命令01只读只读/写计数器低写计数器低8位位10只读只读/写计数器高写计数器高8位位11先读先读/写计数器低写计数器低8位位后读后读/写计数器高写计数器高8位位工作方式工作方式000方式方式0001方式方式1010

8、方式方式2011方式方式3100方式方式4101方式方式5方式控制字格式：方式控制字格式：计数制计数制0二进制计数二进制计数（16位）位）1十进制十进制BCD计数计数（4位）位）本讲稿第十五页，共五十一页编程中的注意点v8253初始化，需有两次写操作：初始化，需有两次写操作：l写方式控制字写方式控制字l写计数器初值写计数器初值v如果初值为如果初值为8位字长，则一次写入；若初值为位字长，则一次写入；若初值为16位字长，则位字长，则需两次写入需两次写入v每个计数器的方式控制字均送入控制寄存器每个计数器的方式控制字均送入控制寄存器v各计数器的计数初值送到该计数器的计数寄存器各计数器的计数初值送到该计

9、数器的计数寄存器本讲稿第十六页，共五十一页初始化程序流程写控制字写控制字写计数值低写计数值低8位位写计数值高写计数值高8位位*非必须非必须本讲稿第十七页，共五十一页对于计数初值作如下说明：对于计数初值作如下说明：v程序程序MOVAX，nOUTPORT，ALMOVAL，AHOUTPORT，AL本讲稿第十八页，共五十一页C=CLK/OUT或或 T=CLK/OUT n是计数初值，它是决定是计数初值，它是决定8253的定时长短的定时长短与计数多少的重要参数，它与输入时钟及输出与计数多少的重要参数，它与输入时钟及输出波形频率的关系如下：波形频率的关系如下：说明：说明：8253是一种减是一种减1计数器，而

10、不是加计数器，而不是加1计数器，因此，在它开始计数器，因此，在它开始计数之前，一定要根据计数（定时）的要求，先计算出计数初值（定时常计数之前，一定要根据计数（定时）的要求，先计算出计数初值（定时常数），并装入计数器。然后，才能在相关信号的作用下，由数），并装入计数器。然后，才能在相关信号的作用下，由CLK对计数器对计数器进行减进行减1计数。当计数初值（定时常数）减为计数。当计数初值（定时常数）减为0时，计数结束（定时已到），时，计数结束（定时已到），则在计数器输出端则在计数器输出端OUT产生波形变化。产生波形变化。本讲稿第十九页，共五十一页v8253芯片的每个计数通道都有芯片的每个计数通道都有

11、6种工种工作方式可供选用。区分这作方式可供选用。区分这6种工作方式的种工作方式的主要标志有主要标志有3点：点：v输出的波形不同；输出的波形不同；v启动计数器的触发方式不同；启动计数器的触发方式不同；v计数过程中门控信号计数过程中门控信号GATE对计数操对计数操作的控制不同。作的控制不同。n四、四、8253的工作方式及特点的工作方式及特点本讲稿第二十页，共五十一页计数触发方式v软件触发v硬件触发GATE端为高电平端为高电平GATE端有一个上升沿端有一个上升沿由由GATE端信号的形式决定端信号的形式决定本讲稿第二十一页，共五十一页1、0方式方式低电平输出（计数结束中断方式）低电平输出（计数结束中断

12、方式）特点：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（软件触发）；，计数器才能计数（软件触发）；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、通通道道计计数数器器计计数数到到0后后，OUT由由0到到1，同同时时计计数数器器停停止止工工作。作。n=4n=5本讲稿第二十二页，共五十一页2、1方式方式低电平输出（可编程序的单独负脉冲）低电平输出（可编程序的单独负脉冲）特点：特点：a、门门控控信信号号GATE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GATE的上升沿触发的（硬件触发）；的上升沿触发的（硬件触发）；b、触发后，通道

13、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OUT由高变低；由高变低；c、计数器计数到计数器计数到0，OUT再由低变高。再由低变高。本讲稿第二十三页，共五十一页 3、2方式方式周期性负脉冲输出周期性负脉冲输出(速率发生器速率发生器)特点：特点：a、GATE为为1，计数器才能工作，对，计数器才能工作，对CLK端上的脉冲进行计数；端上的脉冲进行计数；b、当当计计数数器器“减减”计计数数到到1时时，输输出出端端由由高高变变低低，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。所所以方式以方式2输出周期性负脉冲信号，其宽度固定

14、为一个输出周期性负脉冲信号，其宽度固定为一个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，实实现现循环计数。循环计数。本讲稿第二十四页，共五十一页计数器计数器时间常数时间常数n=4本讲稿第二十五页，共五十一页4、3方式方式周期性方波输出（方波发生器）周期性方波输出（方波发生器）2 2方式虽然可以作分频电路，但其输出是窄脉冲，方式虽然可以作分频电路，但其输出是窄脉冲，如果是方波，就只有选如果是方波，就只有选3 3方式方式n=4n=5本讲稿第二十六页，共五十一页5、4方式方式单次负脉冲输出（软件触发）单次负脉冲输出（软件触发）特点：特点：a

15、、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维维持持高高电平；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输输入入时钟周期，时钟周期，OUT输出又变高。输出又变高。本讲稿第二十七页，共五十一页本讲稿第二十八页，共五十一页6、5方式方式单次负脉冲输出（硬件触发）单次负脉冲输出（硬件触发）这这种种工工作作方方式式同同方方式式4很很相相似似，当当控控制制字字写写入入控控制制寄寄存存器器后后，输输出出端端OUT变变高高。同同方方式式4不不同同的的一一点点是是当当计计数数值值写写入入通通道道计计数数器器后后，通通道

16、道并并未未被被触触发发，也也就就是是计计数数器器并并不不立立即即开开始始计计数数。只只有有当当GATE信信号号的的上上升升沿沿触触发发通通道道后后，通道计数器才开始计数。通道计数器才开始计数。本讲稿第二十九页，共五十一页本讲稿第三十页，共五十一页n 8253的工作方式小结的工作方式小结v8253的六种工作方式可归为两的六种工作方式可归为两类，一个是充当频率发生器，另类，一个是充当频率发生器，另一类主要是作计数器来使用。下一类主要是作计数器来使用。下面我们就从这个角度来讨论总结面我们就从这个角度来讨论总结OUT和和GATE门控信号的作用。门控信号的作用。本讲稿第三十一页，共五十一页v与频率发生器

17、有关的工作方式与频率发生器有关的工作方式8253有两种方式与频率发生器有关，有两种方式与频率发生器有关，即方式即方式2和发生和发生3，对，对OUT端，方式端，方式2提提供给用户的是负脉冲，方式供给用户的是负脉冲，方式3提供给用提供给用户的是方波。在这个两种方式下，户的是方波。在这个两种方式下，GATE信号要始终保持为高。信号要始终保持为高。本讲稿第三十二页，共五十一页v与计数器有关的工作方式与计数器有关的工作方式对于计数器类，有方式对于计数器类，有方式0 0、1 1和方式和方式4 4、5 5。启动计数器的方式有。启动计数器的方式有两种，一种是两种，一种是CPUCPU把时间常数写入相应通道后，计

18、数器就开始工作，把时间常数写入相应通道后，计数器就开始工作，我们可以称之为软件启动方式，在这种启动方式下，我们可以称之为软件启动方式，在这种启动方式下，GATEGATE要始终保持要始终保持为高电平，所以方式为高电平，所以方式0 0和方式和方式4 4可以称为软件启动方式。另一种是硬件可以称为软件启动方式。另一种是硬件启动计数器，即启动计数器，即CPUCPU把时间常数写入计数器后，即使把时间常数写入计数器后，即使GATEGATE为高电为高电平，计数器并不工作。只有平，计数器并不工作。只有GATEGATE发生跳变，其上升沿启动计数器发生跳变，其上升沿启动计数器工作，所以方式工作，所以方式1 1和方式

19、和方式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。前者有方式有两种输出形式，要么是电平，要么是负脉冲。前者有方式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。本讲稿第三十三页，共五十一页n 8253的工作方式小结的工作方式小结工作方式工作方式启动方式启动方式“溢出溢出”方式方式计数值使用计数值使用方式方式0软件启动软件启动OUT为正电平为正电平一次有效一次有效方式方式1GATE上升沿上升沿OUT为正电平为正电平由由GATE上升上升沿自动重装沿自动重装方式方式2软件启动软件启动OU

20、T为负脉冲为负脉冲计数到计数到0时自时自动重装动重装方式方式3软件启动软件启动OUT为方波为方波计数到计数到0时自时自动重装动重装方式方式4软件启动软件启动OUT为负脉冲为负脉冲一次有效一次有效方式方式5GATE上升沿上升沿OUT为负脉冲为负脉冲由由GATE上升上升沿自动重装沿自动重装本讲稿第三十四页，共五十一页n3.3 8253的应用举例的应用举例v例例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1MHz。要求。要求利用利用8253做一个秒信号做一个秒信号发发生器，其生器，其输输出接出接一一发发光二极管，以光二极管，以0.5秒点

21、亮，秒点亮，0.5秒熄秒熄灭灭的方式的方式闪烁闪烁指示。指示。设设8253的通道地址的通道地址为为80H86H（偶地址）（偶地址）本讲稿第三十五页，共五十一页解：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，而作一个分频电路，而且其输出应该是方波，否则发光二极管不可能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微秒，而微秒，而1Hz1Hz信号的周期为信号的周期为1 1秒，所以分频系数秒，所以分频系数N N可按下式进行计算：可按下式进行计算：本讲稿第三十六页

22、，共五十一页 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这样的大数，一个通道是不可能完成上述分频要求的。由于要求的。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、电路本讲稿第三十七页，共五十一页v 3 3、工作方式选择、工作方式选择v由于通道由于通道1要输出方波信号推动发光二极管，所要输出方波信号推动发光二极管，所以通道以通道1应选工作方式应选工作方式3。对于通道。对于通道0，只要能起分频作，只要能起分频作用就行，对输出波

23、形不做要求，所以方式用就行，对输出波形不做要求，所以方式2和方式和方式3都都可以选用。可以选用。这样对于通道这样对于通道0，我们取工作方式，我们取工作方式2，BCD计数；对于计数；对于通道通道1，我们取工作方式，我们取工作方式3，二进制计数（当然也可选，二进制计数（当然也可选BCD计数）计数）本讲稿第三十八页，共五十一页4、程序、程序moval,00110101b；通道；通道0控制字控制字out86h,almoval,00h；通道；通道0初始计数值初始计数值out80h,almoval,10hout80h,almoval,01110110b；通道；通道1控制字控制字out86h,almoval

24、,0e8h；通道；通道1初始计数值，初始计数值，03E8H=1000BCDout82h,almoval,03hout82h,al本讲稿第三十九页，共五十一页例例2：计件系统。计件系统的功能就是记录计件系统。计件系统的功能就是记录 脉冲的个数。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中通过检测点的车辆，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，已加工好的工件。要求在计件过程中，PCPC机可以机可以显示当前计数器的内容，当完成显示当前计数器的内容，当完成1000010000个工件记录个工

25、件记录后，系统发出后，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。本讲稿第四十页，共五十一页 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。另一个产。另一个产生生1KHz信号，选用通道信号，选用通道1。工作原理如下，传感器电路把物工作原理如下，传感器电路把物理事件转换为脉冲信号输入到通道理事件转换为脉冲信号输入到通道0 0计数，当记录计数，当记录1000010000个事个事件后，通道件后，通道0 0计数器溢出，计数器溢出，GATEGATE端输出高电平，这时通道端输出高电平，这时通道1 1开始开始工作，产

26、生工作，产生1KHz1KHz信号推动喇叭发音信号推动喇叭发音。本讲稿第四十一页，共五十一页 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，故选信号，故选用工作方式用工作方式3。对于通道。对于通道0，要求初始计数值写，要求初始计数值写入计数通道后，计数器就可以工作，则通道入计数通道后，计数器就可以工作，则通道0的的启动方式应是软件启动。另外由于要求计数溢出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，即喇叭发音，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故可选的工作方式为方式0和方式和方式4，对于图

27、所示，对于图所示方案，通道方案，通道1的的GATE信号由通道信号由通道0的的OUT信号产信号产生，这个生，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。本讲稿第四十二页，共五十一页3、时间常数、时间常数 N0100004、程序、程序设设8253地址为地址为300H306H，程序如下，程序如下:本讲稿第四十三页，共五十一页v通道通道1 1初始化初始化vmov dx,306hvmov al,01110111bvout dx,alvmov dx,302hvmov al,00vout dx,alvmov al,10hvout dx,alv通道通道0 0初始

28、化初始化vmov dx,306hvmov al,00110000bvout dx,alvmov dx,300hvmov al,10hvout dx,alvmov al,27hvout dx,al本讲稿第四十四页，共五十一页vgetdat:calldelay；延时；延时vmovdx,306h；通道；通道0锁存命令锁存命令vmoval,00000000bvoutdx,alvmovdx,300h；读通道；读通道0计数器计数器vinal,dxvmovcl,alvinal,dxvmovch,al；数据存在；数据存在CX寄存器寄存器vcalldisplayvcmpcx,0；检查计数器内容是否为；检查计数器

29、内容是否为0vjnzgetdatv；完成技术，进行其他处理；完成技术，进行其他处理v本讲稿第四十五页，共五十一页v 关于显示程序DISPLAY，入口参数是CX，他有两个功能：一个是把CX中的二进制数转化成十进制数及ASCLL码，另一个功能就是把ASCLL码通过系统调用显示出来。延时程序DELAY的作用是使CPU对CRT操作不要太频繁。对于这两个程序段，请自行编写。本讲稿第四十六页，共五十一页例例3：某产品的包装流水线中，一个包装箱能装：某产品的包装流水线中，一个包装箱能装48罐饮料。罐饮料。装箱时希望流水线上每通过装箱时希望流水线上每通过48罐饮料，流水线要停罐饮料，流水线要停3秒以秒以等待包

30、装箱封口，然后继续通过下一箱的等待包装箱封口，然后继续通过下一箱的48罐。流水线罐。流水线就是这样周而复始的运作。试利用一片就是这样周而复始的运作。试利用一片8253来完成流水来完成流水线控制中的定时和计数功能。假设线控制中的定时和计数功能。假设8253的端口地址为的端口地址为8CH8FH，采用的时钟频率是，采用的时钟频率是2KHz。本讲稿第四十七页，共五十一页解：解：1、电路。、电路。v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 0。另一个产生。另一个产生3 3秒秒定时信号，选用通道定时信号，选用通道1 1。工作原理如下，包装流水线上每通过一。工作原理如下，包

31、装流水线上每通过一罐饮料传感器电路便产生一个脉冲信号并将脉冲信号输入到通道罐饮料传感器电路便产生一个脉冲信号并将脉冲信号输入到通道0 0计数，当计数到计数，当计数到4848时，通道时，通道0 0计数器溢出，计数器溢出，OUT0OUT0端输出高电平并端输出高电平并停止计数，这时通道停止计数，这时通道1 1开始工作，通道开始工作，通道1 1定时定时3 3秒后，停止工作，秒后，停止工作，通道通道0 0重新开始计数，周而复始重新开始计数，周而复始8253通道通道0CLK0OUT0计数脉冲计数脉冲8253通道通道1CLK1OUT12KHZGATE0GATE1本讲稿第四十八页，共五十一页 2 2、工作方式

32、选择、工作方式选择 对于通道对于通道0 0，由于要在其计数溢出时启动通，由于要在其计数溢出时启动通道道1 1工作，故可选的工作方式为方式工作，故可选的工作方式为方式0和方式和方式1，并要求通道并要求通道0 0在通道在通道1 1计数溢出时重新计数，故计数溢出时重新计数，故选择方式选择方式1 1，对于通道，对于通道1 1，要求其在通道，要求其在通道0 0计数时停计数时停止计数，通道止计数，通道0 0计数溢出（即输出有高电平时开始计数溢出（即输出有高电平时开始计数），故可选择方式计数），故可选择方式2 2和方式和方式3 3，这里选择方式，这里选择方式2.2.本讲稿第四十九页，共五十一页v3、时间常数、时间常数v N048v N1=3*2000=6000v4、程序、程序v程序如下程序如下:本讲稿第五十页，共五十一页vv计数通道计数通道计数通道计数通道0 0初始化初始化初始化初始化vMOVAL,00010010BvOUT8FH,ALvMOVAL,48vOUT8CH,ALv初始化计数通道初始化计数通道1vMOVAL,01110100BvOUT8FH,ALvMOVAX,6000vOUT8DH,ALvMOVAL,AHvOUT8DH,AL本讲稿第五十一页，共五十一页