8.第八章 可编程计数器.定时器及其应用(精品).ppt

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1、第八章第八章 可编程计数器可编程计数器/定时器定时器82538253及其应用及其应用 内容提要内容提要概述概述8.1 8253的工作原理的工作原理8.2 8253应用举例应用举例8.3 8254的读回功能的读回功能 教学要求：理解定时与计数的基本概念及其意义，熟悉定时/计数器芯片Intel8253的性能，了解内、外部结构及其与CPU的连接。概概 述述每个微处理器厂家都研制并提供与本厂的微处理器配合工作的定时器/计数器接口芯片。微机系统在实时控制及数据采集中，都可以用这类器件完成，它可以作为计数器对外部事件的记数，也可以作为实时时钟对各种设备实现定时控制，早期的有Z-80CTC，Motorola

2、的6840和6520，Intel公司80系列的8253等。一、定时与计数一、定时与计数1.定时定时 定义：提供时间基准定义：提供时间基准 分类：内部定时，外部定时分类：内部定时，外部定时2.计数计数 与定时在本质上是一致的，定时的触发信号要求等周期，而计与定时在本质上是一致的，定时的触发信号要求等周期，而计数时其触发信号则不要求等周期。数时其触发信号则不要求等周期。二、定时方法二、定时方法1.软件定时软件定时 通过软件指令周期方法定时，如执行循环程序。缺点是增加通过软件指令周期方法定时，如执行循环程序。缺点是增加CPU负担，通用性差，一般用于短延时。负担，通用性差，一般用于短延时。2.不可编程

3、硬件定时不可编程硬件定时 采用中小规模采用中小规模IC构成。不增加构成。不增加CPU负担，成本低，但定时值不负担，成本低，但定时值不可改变。可改变。3.可编程硬件定时可编程硬件定时 采用可编程计数器完成，软件可改变计数值。这种芯片通常被采用可编程计数器完成，软件可改变计数值。这种芯片通常被称为称为可编程定时器可编程定时器/计数器计数器三、微机定时方法三、微机定时方法1.软件定时软件定时延迟子程序延迟子程序2.硬件定时硬件定时用计数器用计数器/定时器定时器8253 四、四、8253的用处的用处1.在多任务的分时系统中用来作为中断信号实现程序在多任务的分时系统中用来作为中断信号实现程序的切换；的切

4、换；2.可以往可以往I/O设备输出精确的定时信号；设备输出精确的定时信号；3.作为一个可编程的波特率发生器；作为一个可编程的波特率发生器；4.实现时间延时。实现时间延时。目录8.1 82538.1 8253的工作原理的工作原理一、一、8253芯片内部结构和引脚信号芯片内部结构和引脚信号 图图8-1 8253的内部结构的内部结构1.数据总线缓冲器数据总线缓冲器（1）初始化编程时往控制寄存器设置控制字；）初始化编程时往控制寄存器设置控制字；（2）往计数器设置计数初值；）往计数器设置计数初值；（3）从计数器读取计数值。）从计数器读取计数值。2.读读/写逻辑电路写逻辑电路 cs:片选信号，由地址总线译

5、码电片选信号，由地址总线译码电路产生。只有路产生。只有CS为低电平时，为低电平时，cpu才能才能对对8253进行读写操作。进行读写操作。A1 A0：端口选择端口选择 0 0 ：通道通道0（0号计数器）号计数器）0 1 ：通道通道1（1号计数器）号计数器）1 0 ：通道通道2（2号计数器）号计数器）1 1 ：控制字寄存器控制字寄存器3.控制寄存器控制寄存器:8253的的控制寄存器控制寄存器是个只写寄存器是个只写寄存器,对对8253编程时编程时,用输出命令向它写入控制字用输出命令向它写入控制字,来选定来选定计数器通道计数器通道,规定各计数器的工作方式规定各计数器的工作方式.图图8-1 8253的内

6、部结构的内部结构4.通道通道0、通道、通道1、通道、通道2 8253内部有内部有3个计数器个计数器,计数器计数器0、1、2。每个计数器有三个引脚和外部联系：每个计数器有三个引脚和外部联系：CLK：计数脉冲输入，计数器对该引脚：计数脉冲输入，计数器对该引脚 出现信号进行计数，最高计数速率出现信号进行计数，最高计数速率 为为2.0MHZ。Gate：门控输入，用于控制计数器是否对：门控输入，用于控制计数器是否对 CLK计数。计数。OUT:输出信号端。输出信号端。计数器计数器0：CLK0 计数器计数器0的时钟输入。的时钟输入。GATE0 计数器计数器0的门脉冲控制的门脉冲控制 输入。输入。OUT0 计

7、数器计数器0的输出。的输出。计数器计数器1:CLK1 计数器计数器1的时钟输入。的时钟输入。GATE1 计数器计数器1的门脉冲控制的门脉冲控制 输入。输入。OUT1 计数器计数器1的输出。的输出。计数器计数器2:CLK2 计数器计数器2的时钟输入。的时钟输入。GATE2 计数器计数器2的门脉冲控制的门脉冲控制 OUT2 计数器计数器2的输出。的输出。4.每个计数器包含一个每个计数器包含一个16位位的的初始寄存器初始寄存器CR，一个，一个16位位的的计数执行部件计数执行部件CE和一个和一个16位的位的输出锁存器输出锁存器OL。计数执行部件计数执行部件CE，从初值从初值寄存器中获得计数初值，在门寄

8、存器中获得计数初值，在门控控gate作用下，每输入一个脉作用下，每输入一个脉冲，便进行减冲，便进行减1计数。计数。通道在工作时，通道在工作时，输出锁存器输出锁存器OL的值随的值随计数执行部件计数执行部件CE而变而变化，即化，即OL与与CE的内容是一致的。的内容是一致的。当收到锁存命令后，当收到锁存命令后，输出锁存器输出锁存器OL的值不再随的值不再随计数执行部件计数执行部件CE而变化，即计数器的当前值被保而变化，即计数器的当前值被保存起来，直到存起来，直到CPU从相应的通道从相应的通道口读出为止。口读出为止。输出锁存器输出锁存器OL的值被的值被读出后，读出后，OL的锁存状态的锁存状态自动被解除，

9、自动被解除，输出锁存器输出锁存器OL的值又随的值又随计数执行部件计数执行部件CE而变化。而变化。表表8-1 8253输入信号组合功能表输入信号组合功能表*定时系数（计数初值）定时系数（计数初值）n =定时时间定时时间t 时钟频率时钟频率fc =定时时间定时时间t/时钟周期时钟周期Tc =时钟频率时钟频率fc/输出脉冲输出脉冲频率频率 =输出脉冲输出脉冲周期周期/时钟时钟周期周期。图图8-2 8253的引脚的引脚 8253(8254)5.8253的引脚的引脚8位数据位数据总线总线端口端口地址地址6.控制寄存器控制寄存器 8253控制寄存器的格式控制寄存器的格式 图图8-3 8253控制字格式控制

10、字格式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0二、初始化编程步骤和门控信号的功能二、初始化编程步骤和门控信号的功能 图8-4 8253的编程结构0001 0100111.写入控制字：选定计数通道，工作方式和计数格式。写入控制字：选定计数通道，工作方式和计数格式。执行指令执行指令 MOV AL,14H ；（；（A1A0=11H）OUT 73H,AL（通道（通道0，只读写计数器低字节，模式，只读写计数器低字节，模式2，二进制格式，二进制格式A15A1A08088总线总线0000 6400 6414 1.初始化编程步骤初始化编程步骤 (1)写入控制字；写入控制字；(2)按控制字的要求写入计数

11、初值按控制字的要求写入计数初值。举例：设三个计数器的CR、CE、OL端地址为70H、71H、72H,控制寄存器端口地址为73H。计数器计数器0，工作在模式，工作在模式2，计数初值和输出锁存器仅使用低，计数初值和输出锁存器仅使用低8位，初值为位，初值为100，计数值为二进制格式。，计数值为二进制格式。MOV AL，00010100B；控制字 14Hl OUT 73H，ALl MOV AL，100 ；计数初值 l OUT 70H，AL 计数器计数器1，工作在模式，工作在模式1，CR和和OL使用使用16位，初值为位，初值为1234，先写入低，先写入低8位，再写高位，再写高8位，位，计数值为计数值为B

12、CD。MOV AL，01110011B；控制字 73HOUT 73H，AL MOV AX，1234H;BCD 1234OUT 71H，AL；计数初值低8位MOV AL，AHOUT 71H，AL；计数初值高8位 计数器计数器计数器计数器0 0，工作在模式工作在模式工作在模式工作在模式0 0，读出命令读出命令读出命令读出命令 MOV AL，00110000B ；初始化：先读低先读低8位，位，；再读高再读高8位位 OUT 73H，AL MOV AL，00000000B；锁存 OUT 73H，AL IN AL，70H ；当前计数值低8位 MOV BL，AL IN AL，70H ；当前计数值高8位 MO

13、V BH，AL ；读取后，OL的值又 ;随计数执行部件CE变化 ;结果在BX中2.门控信号门控信号GATE的控制功能的控制功能（1）GATE 为高电平，允许为高电平，允许8253计数。计数。（2）GATE 为上升沿，使为上升沿，使8253从初值开始计数。从初值开始计数。循环计数。循环计数。（3）GATE 为低电平或下降沿，禁止计数。为低电平或下降沿，禁止计数。门控信号门控信号GATE在各种工作方式中的控制功能，在各种工作方式中的控制功能，如表如表8-2所示。所示。停止计数；停止计数；4）用门脉冲来重新启动计数；）用门脉冲来重新启动计数；5）单一计数；）单一计数；6）循环计数）循环计数.工作方式

14、工作方式GATE为为 高电平高电平 GATE 为上升沿为上升沿GATE 为低电平或下降沿为低电平或下降沿方式方式 0允许计数允许计数/禁止计数禁止计数方式方式 1/从初值开始计数，从初值开始计数，下一时钟后，输出下一时钟后，输出变为低电平变为低电平/方式方式 2允许计数允许计数从初值开始计数从初值开始计数禁止计数，使输出变高禁止计数，使输出变高方式方式 3允许计数允许计数从初值开始计数从初值开始计数禁止计数，使输出变高禁止计数，使输出变高方式方式 4允许计数允许计数/禁止计数禁止计数方式方式 5/从初值开始计数从初值开始计数/表表8-2 门控信号门控信号GATE 的控制功能的控制功能三、三、8

15、253的工作方式的工作方式 （1）方式）方式0 计数结束产生中断计数结束产生中断(Interrup on Terminal Count)一次定时或计数。重写初值一次定时或计数。重写初值,启动新一轮的计数启动新一轮的计数 （2）方式）方式1 可编程的单脉冲可编程的单脉冲(单稳单稳)触发器触发器 (Programmable One-short)GATE边沿触发边沿触发,启动新一轮计数启动新一轮计数 （3）方式）方式2 分频器分频器(比率波发生器比率波发生器-Rate Generator)具有计数初值重装能力具有计数初值重装能力 （4）方式）方式3 方波发生器方波发生器(Square Wave Ge

16、nerator)具有计数初值重装能力具有计数初值重装能力 （5）方式）方式4 软件触发选通软件触发选通(Software Triggered Strobe)一次定时一次定时,重写初值重写初值,启动新一轮的计数启动新一轮的计数 （6）方式）方式5 硬件触发选通硬件触发选通(Hardware Triggered Strobe)GATE边沿触发新一轮计数边沿触发新一轮计数图图 8-5 方式方式0计数结束产生中断计数结束产生中断,开始减开始减1计数（设计数（设GATE=1）图图 8-6 方式方式1时序时序-单脉冲触发器单脉冲触发器高高图图 8-7 方式方式2时序时序-分频器分频器3）周期周期=NCLK

17、OUT周期周期=n个个 CLK周期周期图图 8-8.1 方式方式3时序时序-方波发生器方波发生器 写入控制字（写入控制字（cw）后）后,OUT变为高电平。变为高电平。写入初值（写入初值（n=4)后后,再经过一个时钟周期，在再经过一个时钟周期，在CLK的下降沿初值进入计数执行部件的下降沿初值进入计数执行部件CE，开始计数。开始计数。GATE=1,允许对允许对CLK 计数，计数，GATE=0,禁止计数；禁止计数；GATE下降沿迫使下降沿迫使OUT变为高变为高 电平，停止计数，电平，停止计数，GATE上升沿时，重新从初值上升沿时，重新从初值n开始计数。开始计数。如果如果n为偶数，减为偶数，减1计数到

18、计数到n/2,OUT变低，继续计数；当计数值变低，继续计数；当计数值=1，要回，要回0而未回而未回0时，时，再次重新装入计数初值，同时再次重新装入计数初值，同时OUT变高，开始新一轮计数。变高，开始新一轮计数。如果如果n为奇数（为奇数（n=5），减），减1计数到计数到(n+1)/2,OUT变低，继续计数；当计数值变低，继续计数；当计数值=1，要回，要回0而未回而未回0时，时，OUT变高，同时再次重新装入计数初值，开始新一轮计数。变高，同时再次重新装入计数初值，开始新一轮计数。图图 8-8.2 方式方式3时序时序-方波发生器方波发生器（补充）（补充）图图8-9 方式方式4时序时序-软件触发的选通

19、信号发生器软件触发的选通信号发生器图图 8-10 方式方式5时序时序-硬件触发的选通信号发生器硬件触发的选通信号发生器返回目录返回目录8253初始化方法初始化方法:控制字控制字 计数初值计数初值:例例1：已知已知:CLK 的频率的频率 fc=1MHZ，最大定时时间最大定时时间 tmax=?解：计数初值解：计数初值:n=fc t，最大计数初值最大计数初值nmax=65536 一个定时器最大定时时间：一个定时器最大定时时间：tmax=nmax/fc=65536/106=0.065536s8.2 8253应用举例应用举例例例2：设定时器设定时器0、定时器、定时器1工作于方式工作于方式2，外部提供一个

20、时钟，外部提供一个时钟,频率频率f=2MHZ。要求定时器。要求定时器1每每5ms产生一个脉冲，定时器产生一个脉冲，定时器0每每5s产生一个脉冲。产生一个脉冲。1)一个定时器的最大定时时间：一个定时器的最大定时时间：65536/（2*106）=0.032768 s=32.768ms2)将定时器将定时器1的的CLK1接接2MHZ时钟，计数初值时钟，计数初值n1=?分频器周期分频器周期t1=n1 CLK1周期周期 n1=t1/CLK1周期周期3)将定时器将定时器1的的OUT1端接到定时器端接到定时器0的的CLK0端端,定时器定时器0的计的计数初值数初值:40H、41H、42H、43H是8253-5在

21、PC/XT机中的端口地址5ms输出输出一个脉冲一个脉冲返回目录返回目录例例3：计数器：计数器2输出输出600HZ方波，送扬声器。工作于模方波，送扬声器。工作于模式式3.（8253、8255在在PC机中的应用）机中的应用）图图8-10 扬声器音调控制扬声器音调控制发声子程序发声子程序：lSSP PROC NEARl;8253初始化初始化:lMOV AL，10110110B ；计数器；计数器2,模式模式3,初值初值16位位,二进制二进制lOUT 43H,ALlMOV AX,1983 ;计数初值计数初值=1.19MHZ 600HZ=1983lOUT 42H,AL ;送计数初值低位字节送计数初值低位字

22、节lMOV AL,AHlOUT 42H,AL次次 ;送计数初值高位字节送计数初值高位字节 8255控制程序控制程序:IN AL,61H ;读读8255的的PB口原输出值口原输出值 MOV AH,AL ;保留到保留到AH OR AL,03H ;使使PB0PB1均为均为1 OUT 61H,AL ;打开打开GATE2门门,输出方波到扬声器输出方波到扬声器 SUB CX,CX ;CX为循环次数为循环次数,最大为最大为216L:LOOP L ;延时延时 DEC BL ;BL为子程序入口条件为子程序入口条件 JNZ L ;BL=6,发长声发长声(3S),BL=1发短声发短声(0.5S)MOV AL,AH

23、;取回取回8255的的PB口原输出值口原输出值 OUT 61H,AL ;恢复恢复8255PB口口,停止发声停止发声 RETSSP ENDP 例例4:定时定时/计数器计数器 82538253与与 8086/8088CPU 8086/8088CPU 相连相连构成完整的定时、计数或脉冲发生器系统。要构成完整的定时、计数或脉冲发生器系统。要求能完成的求能完成的功能功能是：是：1 1）利用通道）利用通道0 0完成对外部事件计数功能，完成对外部事件计数功能，计满计满100100次次向向CPUCPU发中断请求。发中断请求。2 2）利用通道）利用通道1 1产生频率为产生频率为1KHz1KHz的方波。的方波。3

24、 3）利用通道）利用通道2 2作标准时钟作标准时钟,定时定时1 1秒秒,输出输出接接IR2IR2。8-11l(1)8253的数据线（的数据线（D7D0）与）与CPU的高的高8位数据线位数据线（D15-D8）相连，所以）相连，所以8253的端口地址必须是奇的端口地址必须是奇地址（地址（A0=1）。）。l(2)通道通道0定义为工作方式定义为工作方式0，完成计数，完成计数.通道通道0的计数初值应为的计数初值应为:n0=100 控制字控制字:00 01 0000=10Hl(3)将通道将通道1定义为工作方式定义为工作方式3，控制字控制字=0111 0110=76H,从从CLK1输入输入2.5MHz的时钟

25、脉冲，的时钟脉冲，OUT1输出频率为输出频率为1KHz的方波，而输出方波的周期的方波，而输出方波的周期1ms。通道通道1的计数初值的计数初值:n1=f1*t1=2.5 106 1 10-3 =2500=09C4H。(4)通道通道2应定义为方式应定义为方式0，控制字控制字=1011 0001=0B1H,每秒钟利用每秒钟利用OUT2向向CPU发发出一次中断请求，由于输入时钟频率为出一次中断请求，由于输入时钟频率为1KHz，计数初，计数初值值应为应为:n2=f2*t2=1000*1=1000。8253的控制端口地址：的控制端口地址：66H 通道通道0的端口地址：的端口地址：60H通道通道1的端口地址

26、：的端口地址：62H通道通道2的端口地址：的端口地址：64H 8253-0 EQU 60H 8253-1 EQU 62H 8253-2 EQU 64H 8253-C EQU 66H 8253 A1 A0 A7 A6 A5 A4 A3 A 2 A1 A0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 10 1 0 0 0 0 1 01 0 0 0 0 0 1 11 1 0 0 STT：MOV DX，8253-C ;8253控制口地址控制口地址MOVAL，10HOUTDX，AL ;通道通道0工作在方式工作在方式0MOVDX，8253-0 ;8253通道通道0地址地址MOVAL，64HOUTDX，AL

27、 ;给通道给通道0送计数值送计数值MOVDX，8253-CMOVAL，76HOUTDX，AL ;通道通道1工作在方式工作在方式3MOVDX，8253-1 ;8253通道通道1地址地址MOV AX，09C4H OUTDX，AL ;给通道给通道1送计数初值低送计数初值低8位位MOVAL，AHOUTDX，A ;给通道给通道1送计数值高位送计数值高位MOVDX，8253-CMOV AL，0B1HOUTDX，AL ;通道通道2工作在方式工作在方式0MOVDX，8253-2 ;通道通道2地址地址MOVAX，1000H ;1000的的BCD数数1000HOUTDX，AL ;给通道给通道2送计数初值的低送计数

28、初值的低8位位MOVAL，AHOUTDX，AL ;给通道给通道2送计数值的高送计数值的高8位位MOVDX，8259A偶偶MOVAL，13HOUTDX，AL ;设设ICW1,边缘触发边缘触发,需需ICW4MOVDX，8259A奇奇 MOVAL，50H ;设设ICW2,0通道中断类型码为通道中断类型码为50HOUTDX，AL ;通道通道2的中断类型码为的中断类型码为52HMOVAL，03 OUTDX，AL ;设设ICW4,非自动非自动EOI方式方式MOVAL，0FAH ;OCW1,屏蔽屏蔽IR0,IR1以外的输入以外的输入OUTDX，ALSTIFF：HLTJMPFFIR2时钟程序时钟程序:lS1

29、DB?;秒秒lS2 DB?;分分lS3 DB?;时时l.lIR2_TIMER:INC S1l CMP S1,60l JNC EXIT ;不满不满60秒秒,退出退出l MOV S1,00H l INC S2 ;分单元加一分单元加一l CMP S2,60 ;不满不满60分分,退出退出l JNC EXITl MOV S2,00H ;时单元加一时单元加一l INC S3 l CMP S3,24l JNC EXITl MOV S3,00Hl CALL DISPLAY ;显示时间显示时间l .l STI lEXIT:IRET 目录8.3 8254的读回功能的读回功能 Intel8254是是8253的增强型

30、产品，它与的增强型产品，它与8253的引脚兼容，的引脚兼容，功能几乎完全相同，不同之处仅在于以下两点：功能几乎完全相同，不同之处仅在于以下两点：（1）8253的最大输入时钟频率为的最大输入时钟频率为2MHz,而而8254的最的最大输入时钟频率可高达大输入时钟频率可高达5MHz,8254-2则为则为10MHz。（2）8254有读回（有读回（read-back)功能，可以同时锁存功能，可以同时锁存13个计数器的计数值及状态值，供个计数器的计数值及状态值，供CPU读取，而读取，而8253 每次只能锁存和读取每次只能锁存和读取1个通道的计数器，而不能个通道的计数器，而不能读取状态值。读取状态值。8-13 图图8-14 8254的计数状态字的计数状态字 表表8-3 8253/8254 功能总表功能总表 返回目录返回目录