1、7 定時(shí)計(jì)數(shù)控制接口 8253的引腳和六種工作方式 8253的編程 8253在IBM PC系列機(jī)上的應(yīng)用教學(xué)重點(diǎn)定時(shí)控制在微機(jī)系統(tǒng)中具有極為重要的作用，計(jì)數(shù)是許多過程控制領(lǐng)域常用的功能它們都是由數(shù)字電路中的計(jì)數(shù)電路構(gòu)成定時(shí)器由數(shù)字電路中的計(jì)數(shù)電路構(gòu)成，通過記錄高精度晶振脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)，輸出準(zhǔn)確的時(shí)間間隔計(jì)數(shù)電路如果記錄外設(shè)提供的具有一定隨機(jī)性的脈沖信號(hào)時(shí)，它主要反映脈沖的個(gè)數(shù)（進(jìn)而獲知外設(shè)的某種狀態(tài)），常又稱為計(jì)數(shù)器：定時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)方法軟件延時(shí)利用微處理器執(zhí)行一個(gè)延時(shí)程序段實(shí)現(xiàn)不用硬件，但占用CPU時(shí)間、定時(shí)精度不高，隨系統(tǒng)時(shí)鐘頻率改變不可編程的硬件定時(shí)采用分頻器、單穩(wěn)電路或簡(jiǎn)易定時(shí)電路控制定

2、時(shí)時(shí)間定時(shí)電路簡(jiǎn)單、定時(shí)時(shí)間可以在一定范圍改變可編程的硬件定時(shí)軟件硬件相結(jié)合、用可編程定時(shí)器芯片構(gòu)成一個(gè)方便靈活的定時(shí)電路具有多種工作方式、能夠輸出多種控制信號(hào)7.1 8253/8254定時(shí)計(jì)數(shù)器3個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器通道每個(gè)計(jì)數(shù)器有6種工作方式按二進(jìn)制或十進(jìn)制（BCD碼）計(jì)數(shù)8254是8253的改進(jìn)型：8.1.1 8253/8254的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳D7D0計(jì)數(shù)器0控制字寄存器計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)器2內(nèi)部數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線緩沖器讀寫控制邏輯RDWRA0A1CSCLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2：1. 計(jì)數(shù)器預(yù)置寄存器GATECLKOUT減1計(jì)數(shù)器輸出鎖存器計(jì)數(shù)

3、初值存于預(yù)置寄存器；在計(jì)數(shù)過程中，減法計(jì)數(shù)器的值不斷遞減，而預(yù)置寄存器中的預(yù)置不變。輸出鎖存器用于寫入鎖存命令時(shí)，鎖定當(dāng)前計(jì)數(shù)值：計(jì)數(shù)器的3個(gè)引腳CLK時(shí)鐘輸入信號(hào)在計(jì)數(shù)過程中，此引腳上每輸入一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)（下降沿），計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值減1GATE門控輸入信號(hào)控制計(jì)數(shù)器工作，可分成電平控制和上升沿控制兩種類型OUT計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)當(dāng)一次計(jì)數(shù)過程結(jié)束（計(jì)數(shù)值減為0），OUT引腳上將產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)：2. 與處理器接口D0 D7數(shù)據(jù)線A0 A1地址線CS*片選信號(hào)RD*讀信號(hào)WR*寫信號(hào)CS* A1 A0I/O地址讀操作RD*寫操作WR*0 0 00 0 10 1 00 1 140H41H42H43H讀計(jì)

4、數(shù)器0讀計(jì)數(shù)器1讀計(jì)數(shù)器2無操作寫計(jì)數(shù)器0寫計(jì)數(shù)器1寫計(jì)數(shù)器2寫控制字：8.1.2 8253/8254的工作方式8253有6種工作方式，由方式控制字確定熟悉每種工作方式的特點(diǎn)才能根據(jù)實(shí)際應(yīng)用問題，選擇正確的工作方式每種工作方式的過程類似： 設(shè)定工作方式 設(shè)定計(jì)數(shù)初值 硬件啟動(dòng) 計(jì)數(shù)初值進(jìn)入減1計(jì)數(shù)器 每輸入一個(gè)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器減1的計(jì)數(shù)過程 計(jì)數(shù)過程結(jié)束：方式0：計(jì)數(shù)結(jié)束中斷GATEOUTCLK 031244方式0WR設(shè)定工作方式設(shè)定計(jì)數(shù)初值計(jì)數(shù)值送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)過程計(jì)數(shù)結(jié)束：方式1：可編程單穩(wěn)脈沖設(shè)定工作方式設(shè)定計(jì)數(shù)初值硬件啟動(dòng)計(jì)數(shù)值送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)過程計(jì)數(shù)結(jié)束GATEOUTCLK 031244方式1

5、WR：方式2：頻率發(fā)生器（分頻器）03124GATEOUTCLK 4方式2031240312403124WR：方式3：方波發(fā)生器03124GATEOUTCLK 4方式3031240312403124WR：方式4：軟件觸發(fā)選通信號(hào)GATEOUTCLK031244方式42233310WR：方式5：硬件觸發(fā)選通信號(hào)GATEOUTCLK031244方式522333110WR：各種工作方式的輸出波形方式 0方式 1方式 2方式 3方式 4方式 50N0N0N0/N110NN/2 N/2 0/N0N0 1N0 1N0 1討論：計(jì)數(shù)開始的時(shí)刻Gate的作用1. 工作方式 0在工作方式0情況下，門控信號(hào)GAT

6、E用來控制減“1”計(jì)數(shù)操作是否進(jìn)行。當(dāng)GATE=1時(shí)，允許減“1”計(jì)數(shù)；GATE=0時(shí)，禁止減“1”計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)值將保持GATE有效時(shí)的數(shù)值不變，待GATE重新有效后，減“1”計(jì)數(shù)繼續(xù)進(jìn)行。顯然，利用工作方式0既可完成計(jì)數(shù)功能，也可完成定時(shí)功能。1. 工作方式 0當(dāng)用作計(jì)數(shù)器時(shí)，應(yīng)將要求計(jì)數(shù)的次數(shù)預(yù)置到計(jì)數(shù)器中，將要求計(jì)數(shù)的事件以脈沖方式從CLKi端輸入，由它對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行減“1”計(jì)數(shù)，直到計(jì)數(shù)值為0，此刻OUTi輸出正跳變，表示計(jì)數(shù)次數(shù)到。當(dāng)用作定時(shí)器時(shí)，應(yīng)把根據(jù)要求定時(shí)的時(shí)間和CLKi的周期計(jì)算出定時(shí)系數(shù)，預(yù)置到計(jì)數(shù)器中。從CLKi輸入的應(yīng)是一定頻率的時(shí)鐘脈沖，由它對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行減“1”計(jì)數(shù)，定

7、時(shí)時(shí)間從寫入計(jì)數(shù)值開始，到計(jì)數(shù)值計(jì)到“0”為止，這時(shí)OUTi輸出正跳變，表示定時(shí)時(shí)間到。有一點(diǎn)需要說明，任一通道工作在方式0情況下，計(jì)數(shù)器初值一次有效，經(jīng)過一次計(jì)數(shù)或定時(shí)后如果需要繼續(xù)完成計(jì)數(shù)或定時(shí)功能，必須重新寫入計(jì)數(shù)器的初值。2. 工作方式1由方式1所能輸出單脈沖的寬度為CLKi周期的n倍。如果在減“1”計(jì)數(shù)過程中，GATE由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，這并不影響計(jì)數(shù)過程，仍繼續(xù)計(jì)數(shù)；但若重新遇到GATE的上升沿，則從初值開始重新計(jì)數(shù)，其效果會(huì)使輸出的單脈沖加寬，如圖7.22(b)中的第2個(gè)單脈沖。這種工作方式下，計(jì)數(shù)值也是一次有效，每輸入一次計(jì)數(shù)值，只產(chǎn)生一個(gè)負(fù)極性單脈沖。3. 工作方式2如果在

8、減“1”計(jì)數(shù)過程中，GATE變?yōu)闊o效(輸入0電平)，則暫停減“1”計(jì)數(shù)，待GATE恢復(fù)有效后，從初值n開始重新計(jì)數(shù)。這樣會(huì)改變輸出脈沖的速率。如果在操作過程中要求改變輸出脈沖的速率，CPU可在任何時(shí)候，重新寫入新的計(jì)數(shù)值，它不會(huì)影響正在進(jìn)行的減“1”計(jì)數(shù)過程，而是從下一個(gè)計(jì)數(shù)操作周期開始按新的計(jì)數(shù)值改變輸出脈沖的速率。4. 工作方式3任一通道工作在方式3，只在計(jì)數(shù)值n為偶數(shù)，則可輸出重復(fù)周期為n、占空比為11的方波。進(jìn)入工作方式3，OUTi輸出低電平，裝入計(jì)數(shù)值n后，OUTi立即跳變?yōu)楦唠娖?。如果?dāng)前GATE為高電平，則立即開始減“1”計(jì)數(shù)，OUTi保持為高電平，若n為偶數(shù)，則當(dāng)計(jì)數(shù)值減到n/

9、2時(shí)，OUTi跳變?yōu)榈碗娖?，一直保持到?jì)數(shù)值為“0”，系統(tǒng)才自動(dòng)重新置入計(jì)數(shù)值n，實(shí)現(xiàn)循環(huán)計(jì)數(shù)。這時(shí)OUTi端輸出的周期為nCLKi周期，占空比為11的方波序列；若n為奇數(shù)，則OUTi端輸出周期為nCLKi周期，占空比為(n+1)/2)/(n-1)/2)的近似方波序列。如果在操作過程中，GATE變?yōu)闊o效，則暫停減“1”計(jì)數(shù)過程，直到GATE再次有效，重新從初值n開始減“1”計(jì)數(shù)。如果要求改變輸出方波的速率，則CPU可在任何時(shí)候重新裝入新的計(jì)數(shù)初值n，并從下一個(gè)計(jì)數(shù)操作周期開始改變輸出方波的速率。5. 工作方式4由軟件裝入的計(jì)數(shù)值只一次有效，如果要繼續(xù)操作，必須重新置入計(jì)數(shù)初值n。如果在操作過程

10、中，GATE變?yōu)闊o效，則停止減“1”計(jì)數(shù)，到GATE再次有效時(shí)，重新從初值開始減“1”計(jì)數(shù)。顯然，利用這種工作方式可以完成定時(shí)功能，定時(shí)時(shí)間從裝入計(jì)數(shù)值n開始，則OUTi輸出負(fù)脈沖(表示定時(shí)時(shí)間到)，其定時(shí)時(shí)間=nCLK周期。這種工作方式也可完成計(jì)數(shù)功能，它要求計(jì)數(shù)的事件以脈沖的方式從CLKi輸入，將計(jì)數(shù)次數(shù)作為計(jì)數(shù)初值裝入后，由CLKi端輸入的計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行減“1”計(jì)數(shù)，直到計(jì)數(shù)值為“0”，由OUTi端輸出負(fù)脈沖(表示計(jì)數(shù)次數(shù)到)。當(dāng)然也可利用OUTi向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。因此工作方式4與工作方式0很相似，只是方式0在OUTi端輸出正階躍信號(hào)、方式4在OUTi端輸出負(fù)脈沖信號(hào)。6. 工作方式5

11、這種工作方式下，當(dāng)計(jì)數(shù)值計(jì)到“0”后，系統(tǒng)將自動(dòng)重新裝入計(jì)數(shù)值n，但并不開始計(jì)數(shù)，一定要等到由GATE端引入的正跳沿，才會(huì)開始進(jìn)行減“1”計(jì)數(shù)，因此這是一種完全由GATE端引入的觸發(fā)信號(hào)控制下的計(jì)數(shù)或定時(shí)功能。如果由CLKi輸入的是一定頻率的時(shí)鐘脈沖，那么可完成定時(shí)功能，定時(shí)時(shí)間從GATE上升沿開始，到OUTi端輸出負(fù)脈沖結(jié)束。如果從CLKi端輸入的是要求計(jì)數(shù)的事件，則可完成計(jì)數(shù)功能，計(jì)數(shù)過程從GATE上升沿開始，到OUTi輸出負(fù)脈沖結(jié)束。GATE可由外部電路或控制現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生，故硬件觸發(fā)方式由此而得名。如果需要改變計(jì)數(shù)初值，CPU可在任何時(shí)候用輸出指令裝入新的計(jì)數(shù)初值m，它將不影響正在進(jìn)行的操作

12、過程，而是到下一個(gè)計(jì)數(shù)操作周期才會(huì)按新的計(jì)數(shù)值進(jìn)行操作。：8.1.3 8253/8254的編程8253加電后的工作方式不確定8253必須初始化編程，才能正常工作寫入控制字寫入計(jì)數(shù)初值讀取計(jì)數(shù)值D7D6D5D4D3D2D1D0：1. 寫入方式控制字計(jì)數(shù)器讀寫格式工作方式數(shù)制D7D6D5D4D3D2D1D000 計(jì)數(shù)器001 計(jì)數(shù)器110 計(jì)數(shù)器211 非法00 計(jì)數(shù)器鎖存命令 01 只讀寫低字節(jié)10 只讀寫高字節(jié)11 先讀寫低字節(jié) 后讀寫高字節(jié)000 方式0001 方式1010 方式2011 方式3100 方式4101 方式50 二進(jìn)制1 十進(jìn)制控制字寫入控制字I/O地址（A1A011）示例：2

13、. 寫入計(jì)數(shù)值選擇二進(jìn)制時(shí)計(jì)數(shù)值范圍：0000HFFFFH0000H是最大值，代表65536選擇十進(jìn)制（BCD碼）計(jì)數(shù)值范圍：000099990000代表最大值10000計(jì)數(shù)值寫入計(jì)數(shù)器各自的I/O地址示例：3. 讀取計(jì)數(shù)值對(duì)8位數(shù)據(jù)線，讀取16位計(jì)數(shù)值需分兩次計(jì)數(shù)在不斷進(jìn)行，應(yīng)該將當(dāng)前計(jì)數(shù)值先行鎖存，然后讀?。合蚩刂谱諭/O地址：給8253寫入鎖存命令從計(jì)數(shù)器I/O地址：讀取鎖存的計(jì)數(shù)值讀取計(jì)數(shù)值，要注意讀寫格式和計(jì)數(shù)數(shù)制：8.2 8253在IBM PC系列機(jī)上的應(yīng)用A0A1 A0 A1D0D7D0D7OUT1OUT2OUT0GATE0GATE1GATE2CLK0CLK1CLK2D QCLK

14、+5V接至DMA控制器接至揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器PB0PB1IRQ0DRQ0 8253+5V1.19318MHzDACK0 BRDIORIOWRDWRCST/CCS：8.2.1 定時(shí)中斷和定時(shí)刷新從閱讀初始化程序段看計(jì)數(shù)器0作為定時(shí)中斷的作用將計(jì)數(shù)器1作為定時(shí)刷新看如何編寫初始化程序段：計(jì)數(shù)器0：初始化程序mov al,36h；36H00 11 011 0B；計(jì)數(shù)器0為方式3，采用二進(jìn)制計(jì)數(shù)；先低后高寫入計(jì)數(shù)值out 43h,al；寫入方式控制字mov al,0；計(jì)數(shù)值為0out 40h,al；寫入低字節(jié)計(jì)數(shù)值out 40h,al；寫入高字節(jié)計(jì)數(shù)值：計(jì)數(shù)器0：定時(shí)中斷計(jì)數(shù)器0：方式3，計(jì)數(shù)值：65536

15、，輸出頻率為1.19318MHz6553618.206Hz的方波門控為常啟狀態(tài)，這個(gè)方波信號(hào)不斷產(chǎn)生OUT0端接8259A的IRQ0，用作中斷請(qǐng)求信號(hào)每秒產(chǎn)生18.206次中斷請(qǐng)求，或說每隔55ms（54.925493ms）申請(qǐng)一次中斷DOS系統(tǒng)利用計(jì)數(shù)器0的這個(gè)特點(diǎn)，通過08號(hào)中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)了日時(shí)鐘計(jì)時(shí)功能：計(jì)數(shù)器1：定時(shí)刷新需要重復(fù)不斷提出刷新請(qǐng)求門控總為高，選擇方式2或32ms內(nèi)刷新128次，即15.6s刷新一次計(jì)數(shù)初值為18：計(jì)數(shù)器1：初始化程序mov al,54h；54H01 01 010 0 B；計(jì)數(shù)器1為方式2，采用二進(jìn)制計(jì)數(shù)；只寫低8位計(jì)數(shù)值out 43h,al；寫入方式控制

16、字mov al,18；計(jì)數(shù)初值為18out 41h,al；寫入計(jì)數(shù)值： 8.2.2 揚(yáng)聲器控制計(jì)數(shù)器2的輸出控制揚(yáng)聲器的發(fā)聲音調(diào)計(jì)數(shù)器2只能工作在方式3，才能輸出一定頻率的方波，經(jīng)濾波后得到近似的正弦波，進(jìn)而推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲揚(yáng)聲器還受控于并行接口（8255芯片）必須使PB0和PB1同時(shí)為高電平，揚(yáng)聲器才能發(fā)出預(yù)先設(shè)定頻率的聲音：發(fā)音頻率設(shè)置子程序；入口參數(shù)AX1.19318106發(fā)音頻率speakerprocpush axmov al,0b6h；b6h10110110bout 43h,al；寫入控制字pop axout 42h,al；寫入低8位計(jì)數(shù)值mov al,ahout 42h,al；寫入高

17、8位計(jì)數(shù)值retspeakerendp：揚(yáng)聲器開子程序speakonprocpush axin al,61h；PB端口的地址為61Hor al,03h；D1D0PB1PB011B，其他位不變out 61h,alpop axretspeakonendp：揚(yáng)聲器關(guān)子程序speakoffprocpush axin al,61h；PB端口的地址為61Hand al,0fch；D1D0PB1PB000B，其他位不變out 61h,alpop axretspeakoffendp：例題8.1 揚(yáng)聲器聲音的控制；數(shù)據(jù)段freqdw 1193180/600；代碼段mov ax,freqcall speaker；

18、設(shè)置揚(yáng)聲器音調(diào)call speakon；打開揚(yáng)聲器聲音mov ah,1；等待按鍵int 21h；按鍵后call speakoff；關(guān)閉揚(yáng)聲器聲音：8.2.3 可編程硬件延時(shí)利用日時(shí)鐘每隔55ms中斷一次不變的特點(diǎn)，可以編寫一段不隨系統(tǒng)時(shí)鐘頻率變化的固定延時(shí)程序由于日時(shí)鐘中斷的時(shí)間單位是55ms，所以無法實(shí)現(xiàn)更短時(shí)間的延時(shí)這時(shí)只有利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷，不過它的最短延時(shí)約是1ms（976 s）： 8.3 擴(kuò)充定時(shí)計(jì)數(shù)器的應(yīng)用A0A1 A0 A1外部事件產(chǎn)生源8253OUT0GATE0CLK0200207HIRQD0D7D0D7譯碼電路AENA3A9+5VCSIORIOWRDWR：例題8.2 外部事件的計(jì)數(shù)mov dx,203h；設(shè)置方式控制字mov al,10hout dx,al mov dx,200h；設(shè)置計(jì)數(shù)初值mov al,64h；計(jì)數(shù)初值為100out dx,al輸出：明確向哪個(gè)端口輸出什么數(shù)據(jù)輸入：清楚從哪個(gè)端口輸入什么數(shù)據(jù)：教學(xué)要求1. 掌握8253引腳，尤其是CLK、OUT、GATE引腳的功能2. 掌握8253的六種工作方式、編程和在IBM PC系列機(jī)上的應(yīng)用計(jì)數(shù)開始的時(shí)刻需要注意：處理器寫入8253的計(jì)數(shù)初值只是寫入了預(yù)置寄存器，之后到來的第一個(gè)CLK輸入脈沖（需先由低電平變高，再由高變低）才將預(yù)置