第8章可編程計數(shù)器/定時器8253及應用8.18253工作原理

一、8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳信號二、8253的初始化編程三、8253的工作方式

四、8253與系統(tǒng)的連接8.28253的應用舉例

一、8253定時功能舉例二、8253計數(shù)功能舉例教材第8章內(nèi)容8.18253工作原理計算機中，經(jīng)常用到定時功能，如：系統(tǒng)時間、日歷、動態(tài)RAM刷新、定時檢測參數(shù)等都需要定時信號。實現(xiàn)定時功能主要有三種方法：

1、軟件定時2、不可編程的硬件定時3、可編程的硬件定時軟件定時（也稱軟件延時）定時時間由軟件編程（循環(huán)執(zhí)行某段程序）來控制。方法簡單、費用低；但CPU的利用率低。不可編程的硬件定時定時時間由不可編程器件和外圍電路控制，通過改變電路參數(shù)，可在一定的范圍內(nèi)改變定時時間，定時精度不高。如：555芯片?？删幊痰挠布〞r定時時間和范圍是通過軟件對可編程器件進行編程控制，晶振產(chǎn)生的時鐘信號作為時間基準，定時精確。與CPU并行工作，應用比較廣泛，如8253、8254。三種定時方法Intel8253是一種可編程的計數(shù)器/定時器芯片。8253內(nèi)部具有3個獨立的16位計數(shù)器通道，通過對它進行編程，每個計數(shù)器通道均有6種工作方式，并且都可以按2進制或10進制兩種格式進行計數(shù)，最高計數(shù)頻率達到2MHz。8253還可用作可編程方波頻率發(fā)生器、分頻器、程控單脈沖發(fā)生器等。8253綜述一、8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳信號（P233）1、數(shù)據(jù)總線緩沖器一個8位雙向的三態(tài)緩沖器，作為8253和系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線之間的接口。實現(xiàn)CPU與8253之間信息的傳送。傳送信息包括：進行初始化編程時的控制字向某一計數(shù)器通道寫入的計數(shù)初值從某一計數(shù)器通道讀出的當前計數(shù)值各部分功能簡介2、讀/寫控制邏輯接收系統(tǒng)送來的地址和讀寫信號，組合后形成控制信號，對各部分操作進行控制。各部分功能簡介3、計數(shù)器0～28253內(nèi)部包含3個完全相同且獨立的計數(shù)器通道每個通道的內(nèi)部構(gòu)成：一個8位的控制字寄存器一個16位的計數(shù)初值寄存器（CR）一個16位計數(shù)器執(zhí)行部件(CE)16位的輸出鎖存器(OL)每個通道的外部引腳：CLK、GATE、OUT工作原理：設(shè)置工作方式、預置初值、減1計數(shù)兩種功能：計數(shù)、定時各部分功能簡介CS計數(shù)器0#

VCC控制寄存器GNDCRHCRL計數(shù)初值寄存器（CR）GATE0CLK0CEHCEL計數(shù)執(zhí)行單元（CE）OUT0OLHOLL輸出鎖存器（OL）

GATE1計數(shù)器1#CLK1

OUT1

GATE2計數(shù)器2#CLK2OUT2D0~D7地址譯碼地址線A1A0RDWR計數(shù)器工作原理寫控制字到控制寄存器（CW）設(shè)置工作方式寫計數(shù)初值到計數(shù)寄存器（CR）將CR中的值送入計數(shù)執(zhí)行單元CECE開始減1計數(shù)直到計數(shù)值為0GATE為有效信號，來個脈沖則開始減1計數(shù)4、控制字寄存器（P308）CPU用輸出指令向它寫入控制字，設(shè)置8253工作方式控制字格式：各部分功能簡介000方式0001方式1X

10

方式2X

11

方式3100方式4101方式5選擇計數(shù)器00選擇計數(shù)器0的控制寄存器01選擇計數(shù)器1的控制寄存器10

選擇計數(shù)器2的控制寄存器11

非法值SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCD00將計數(shù)執(zhí)行器CE中的數(shù)據(jù)鎖存到輸出鎖存器OL中01只讀/寫計數(shù)器的低8位10只讀/寫計數(shù)器的高8位11進行兩次讀/寫操作（先低8位，后高8位）讀寫格式0：二進制計數(shù)1：十進制計數(shù)8253的初始化編程按順序分兩步完成：先寫入控制字；再寫計數(shù)初值1、寫入控制字由OUT指令向控制字寄存器寫入，用來選定計數(shù)器通道、規(guī)定該計數(shù)器的工作方式和計數(shù)方式?！皩懭肟刂谱帧本哂袕臀蛔饔?，使輸出端OUT變?yōu)橹付ǖ某跏紶顟B(tài)，并使計數(shù)器清0。二、8253的初始化編程2、寫入計數(shù)初值由OUT指令向某計數(shù)器送一個計數(shù)初值，可以是8/16位數(shù)據(jù)。若是8位數(shù)，一條OUT指令即可完成初值的設(shè)置；若是16位數(shù)，必須用兩條OUT指令來完成，且先送低8位數(shù)據(jù)，后送高8位數(shù)據(jù)?！咀⒁狻咳粲嫈?shù)初值為0時，要分成兩次寫入：

在二進制計數(shù)方式時，0表示65536；BCD計數(shù)方式時，0表示10000。②

三個計數(shù)器初始化沒有先后順序?！纠?/p>

某微機系統(tǒng)中，8253的3個計數(shù)器端口地址分別為3F0H、3F2H和3F4H，控制端口地址為3F6H，若要求8253的通道0工作于方式3，計數(shù)初值N=1234，BCD方式計數(shù)，編寫初始化程序。初始化編程舉例初始化程序段如下：

MOVAL,00110111B MOVDX,3F6HOUTDX,ALMOVAL,34H；低8位MOVDX,3F0HOUTDX,ALMOVAL,12H；高8位OUTDX,AL門控信號GATE的控制功能（P310）1、方式0——計數(shù)結(jié)束中斷方式時序圖三、8253的工作方式8253方式0CW=10HCLKGATEOUTWRCR=66543210CRCE工作過程：寫入控制字，OUT立即變?yōu)榈?；寫初值到計?shù)寄存器（CR），若GATE為高電平，下一個時鐘脈沖的下降沿將初值裝入計數(shù)執(zhí)行部件(CE)，才開始減1計數(shù)；計數(shù)期間，OUT一直為低；當計數(shù)結(jié)束（計數(shù)值為0），OUT變?yōu)楦撸⒁恢北３值街匦卵b入初值或設(shè)置新的工作方式。用途：方式0常用來實現(xiàn)定時和對外部事件計數(shù)，利用OUT由低到高的變化發(fā)出中斷請求信號。8253方式0兩種特殊情況：8253方式01CW=10HCLKGATEOUT1

0WRCR=44322210CRCE0101（1）GATE門控信號的改變兩種特殊情況：8253方式0CW=10HCLKGATEOUTWRCR=33213210CRCECR=3CRCE（2）中途改變計數(shù)初值2、方式1——可編程單穩(wěn)態(tài)輸出方式時序圖8253方式1CRCE12CW=12HCLKGATEOUTWRCR=330CRCE工作過程寫入控制字，OUT立即變?yōu)楦撸⒈３植蛔?。寫計?shù)初值N，只有當GATE形成一個上升沿時，才在下一個時鐘脈沖的下降沿，將n裝入實際計數(shù)器，同時OUT由高變?yōu)榈?，開始減1計數(shù)（再來一個脈沖）。計數(shù)期間，OUT一直為低；當計數(shù)結(jié)束（計數(shù)值為0），OUT變?yōu)楦?。用途：輸出負脈沖OUT端輸出負脈沖的寬度=時鐘脈沖寬度×計數(shù)值N。8253方式1注意：在計數(shù)過程中，GATE為高、低和下降沿，均不影響計數(shù)；但若又來一上升沿，則將計數(shù)初值重新裝入實際計數(shù)器，重新開始計數(shù)，使OUT端的負脈沖變長；8253方式13、方式2——比率發(fā)生器時序圖8253方式2CR

CECR

CECW=14HCLKGATEOUTWRCR=3321032103CRCE21工作過程寫控制字，OUT為高。寫計數(shù)初值，若GATE為高電平，則在下一個時鐘脈沖下降沿，將計數(shù)初值裝入CE，開始減1計數(shù)。當計數(shù)值減為1時，OUT由高變低，減為0時，OUT又變?yōu)楦?，即OUT輸出一個時鐘周期的負脈沖；同時，自動將計數(shù)初值裝入計數(shù)執(zhí)行部件，開始新一輪的計數(shù)過程。用途：分頻器若計數(shù)器的初值為n，則OUT引腳產(chǎn)生的波形頻率為時鐘脈沖頻率的n分之一。8253方式2注意：（1）任何時候都可重新寫入新的計數(shù)初值，但只有當原計數(shù)值減為0時，才按新寫入的計數(shù)值進行計數(shù)；（2）計數(shù)過程中，GATE變低時，禁止計數(shù)，且OUT變?yōu)楦?；當GATE再產(chǎn)生上升沿時，在下一個時鐘脈沖下降沿，重新將計數(shù)初值裝入實際計數(shù)器，開始減1計數(shù)。8253方式24、方式3——方波發(fā)生器時序圖8253方式3CR

CECW=16HCLKGATEOUTWRCR=44242424CRCE24計數(shù)初值為偶數(shù)時的波形CR

CECR

CECR

CE8253方式32CRCECW=16HCLKGATEOUTWRCR=554255425計數(shù)初值為奇數(shù)時的波形CR

CECR

CECR

CE5、方式4——軟件觸發(fā)選通時序圖8253方式4CR

CECW=18HCLKGATEOUTWRCR=22102100CRCECR=26、方式5——硬件觸發(fā)選通時序圖8253方式5CRCECRCE12CW=1AHCLKGATEOUTWRCR=3303332CRCE7、各種工作方式特點小結(jié)（P314）方式0：寫入控制字后，OUT即變低，計數(shù)結(jié)束后，OUT由低變高；方式1~5：寫入控制字后，OUT均變高。方式0、1和4：計數(shù)初值裝進計數(shù)器后，僅計數(shù)一次；方式2、3和5：計數(shù)值為0后，自動將計數(shù)初值裝進實際計數(shù)器。啟動方式：方式0、4為軟件啟動；方式1、5為硬件啟動；方式2、3為軟件、硬件均可啟動。門控信號GATE的控制功能（P310）四、8253與系統(tǒng)的連接應用步驟：與系統(tǒng)連接設(shè)置工作方式置計數(shù)初值兩種功能：定時功能應用計數(shù)功能應用8.28253的應用舉例軟件程序設(shè)計硬件電路設(shè)計【例1】用8253產(chǎn)生各種定時波形。（P315）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1產(chǎn)生寬度為480us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)（計數(shù)初值）為26。一、8253定時功能舉例分析：8253端口地址因8253基地址為310H，所以通道0~3、控制端口地址分別為310H，312H，314，316H。各地址線電平要求如下：控制3160110100011231400101000111312010010001103100000100011A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9通道地址AA0A1BCG2BG2AG1硬件電路設(shè)計CBAG2BG2AG11MHz方波74LS1388086D7~D0

A9A8M/IORDWRA7A6A5A4A3A0A2A1Y4CSCLK08253D7~D0

RDWRA1A0CLK1CLK2GATE0OUT0GATE1OUT1GATE2OUT22kHz方波+5V負脈沖480us寬單脈沖工作方式選擇及初值計算

通道0工作于方式3，計數(shù)初值為N0=1MHz/2kHz=500。通道1工作在方式1，計數(shù)初值為N1=480μs/1μs=480。通道2工作在方式5，計數(shù)初值為N2=26。1）通道0初始化程序

MOVDX，316H

；控制口地址

MOVAL，00110111B

；通道0控制字

OUTDX，ALMOVDX，310H

；通道0地址

MOVAL，00H

；先寫低字節(jié)

OUTDX，ALMOVAL，05H

；后寫高字節(jié)

OUTDX，AL初始化程序2）通道1初始化程序

MOVDX，316H

；控制口地址

MOVAL，01110011B

；通道1控制字OUTDX，ALMOVDX，312H

；通道1口地址

MOVAL，80H

；先寫低字節(jié)

OUTDX，ALMOVAL，04H

；后寫高字節(jié)OUTDX，AL初始化程序3）通道2初始化程序MOVDX，316HMOVAL，10011011B；通道2控制字OUTDX，ALMOVDX，314H；通道2地址MOVAL，26H；只寫入低字節(jié)OUTDX，AL初始化程序【例2】利用8253控制LED的點亮或熄滅。（P317）要求：循環(huán)點亮10秒鐘后再讓它熄滅10秒鐘（周期為20秒），設(shè)計接口電路并編程實現(xiàn)。這里8253的各端口地址為81H，83H，85H和87H，時鐘信號頻率為2MHz。

分析：總體思路對8253編程，輸出周期為20秒的方波信號，就能使LED交替亮滅。時間常數(shù)計算輸出頻率：（1/20）Hz時間常數(shù)：2M/(1/20)=40M一個通道的計數(shù)初值最多為65536，所以采用多通道級聯(lián)的方法實現(xiàn)。讓通道0和通道1都工作在方式3，通道1的CLK端接通道0的OUT。只要滿足兩個計數(shù)初值的乘積為N0*N1=40M即可，所以通道0的計數(shù)初值若為：5000；則通道1的則為：8000。硬件電路設(shè)計

這種設(shè)計加上適當?shù)尿?qū)動電路后，便可以用在簡單的交通燈控制和燈塔等場合。8253的初始化程序

MOVAL，00110111B

；通道0方式3

BCD計數(shù)

OUT87H，ALMOVAL，00HOUT81H，ALMOVAL，50HOUT81H，ALMOVAL，01110111B；通道1方式3

BCD計數(shù)OUT87H，ALMOVAL，00HOUT83H，ALMOVAL，80HOUT83H，AL【例3】利用8253設(shè)計接口電路，對某工程生產(chǎn)線上的產(chǎn)品的數(shù)量進行統(tǒng)計，每500個產(chǎn)品進行一次統(tǒng)計。（P318）硬件電路設(shè)計二、8253計數(shù)功能舉例A9~A0

M/IOA2A1RDWRI/O譯碼LED+5V產(chǎn)品+5VRDWRCS8253A1A0CLK1GATE1OUT1D7~D0

去8259的IR074LS14D7~D0光電晶體管工作原理無產(chǎn)品通過時，光電晶體管導通，集電極為低電平，經(jīng)74LS14整形后送到CLK1端；有產(chǎn)品通過時，光電晶體管截止，集電極為高，整形后送到CLK1端；產(chǎn)品通過之后又變?yōu)榈汀Ｃ客ㄟ^一個產(chǎn)品CLK1端得到一個正脈沖信號，利用8253對脈沖進行計數(shù)，即可得到產(chǎn)品的個數(shù)。這種計數(shù)方案也可以用于其它場合，如：統(tǒng)計在高速公路上行駛的車輛數(shù)，進入工廠的人數(shù)等。編程思路選擇計數(shù)器1工作在方式0，二進制計數(shù)。選取計數(shù)初值n＝499，則經(jīng)過500個脈沖OUT1端輸出一個正跳變。向CPU發(fā)出一次中斷請求（或作為CPU查詢的狀態(tài)信號），表示計滿500個，在程序中使產(chǎn)品總數(shù)加上500。同時由程序?qū)⒂嫈?shù)初值499再裝入計數(shù)器1，繼續(xù)進行計數(shù)。8253的初始化程序假設(shè)8253的4個端口地址：F0H,F2H,F4H和F6H，則初始化程序為（與P319對比）:MOVAL，01110000BOUT0F6H