1、第八章 可編程計數(shù)器/定時器8253及應(yīng)用,8-1 8253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 8-2 8253的應(yīng)用舉例 一、8253定時功能舉例 二、8253計數(shù)功能舉例,教材第八章內(nèi)容,8-1 8253工作原理,計算機中，經(jīng)常用到定時功能，如：動態(tài)RAM刷新、系統(tǒng)時間、日歷、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。

2、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。 可編程的硬件定時 定時時間和范圍是通過軟件對可編程器件進行編程控制，由CPU的時鐘信號提供時間基準(zhǔn)，定時精確。與CPU并行工作，效率高，應(yīng)用比較廣泛，如8253，8254。,三種定時方法,Intel 8253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2種格式進行計數(shù)，最高計數(shù)頻率能達(dá)到2MHz。 8253還可用作可編程方波頻率產(chǎn)生器、分頻器、程

3、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,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之間數(shù)據(jù)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(dāng)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02 8253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)

4、 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(yù)置初值、減1計數(shù) 兩種功能：計數(shù)、定時,各部分功能簡介,4、控制字寄存器 CPU用輸出指令向它寫入控制字，設(shè)置8253工作環(huán)境 控制字格式：,各部分功能簡介,0 0 0 方式0 0 0 1 方式1 X 1 0 方式2 X 1 1 方式3 1 0 0 方式4 1 0 1 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,00 將計數(shù)器中CE的數(shù)據(jù)鎖存到輸出鎖存器OL中 01 選計數(shù)器的低8位字節(jié)讀/寫 10 選計數(shù)器

5、的高8位字節(jié)讀/寫 11 計數(shù)器兩次操作（先低位，后高位）,讀出，寫入計數(shù)器,8253的初始化編程按順序分兩步完成： 寫入控制字；寫入計數(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。 寫入控制字還起到復(fù)位作用，使輸出端OUT變?yōu)橐?guī)定的初始狀態(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)。 【注意】 若計數(shù)初值為0時，要分成兩次寫入。

6、0在二進制計數(shù)方式時，表示65536，BCD計數(shù)方式時，表示10000。 三個計數(shù)器初始化沒有先后順序。,【例】 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N0=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： MOV AL,00110111B MOV DX,3F6H OUT DX,AL MOV AL,34H MOV DX,3F0H OUT DX,AL MOV AL,12H OUT DX,AL,門控信號GATE的控制功能,1、方式0計數(shù)結(jié)束中斷方式 時序圖,三、

7、8253的工作方式,8253方式0,CW=10H,CLK,GATE,OUT,LSB=6,6,5,4,3,2,1,0,CRCE,CR=6,工作過程 寫入控制字，OUT立即變?yōu)榈停?寫初值到計數(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(dāng)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常用來對外部事件計數(shù)，利用OUT由低到高的變化中斷請求信號。,8253方式0,兩種特殊情況：,8253方式0,CW=10H,CLK,GATE,OUT 1 0,LSB=4,4,3,

8、2,2,2,1,0,CRCE,CR=4,GATE門控信號的改變,兩種特殊情況：,8253方式0,CR=3,CW=10H,CLK,GATE,OUT,LSB=3,3,2,1,3,2,1,0,CRCE,CR=3,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1,1,2,CW=12H,CLK,GATE,OUT,LSB=3,3,0,CR=3,工作過程 寫入控制字，OUT立即變?yōu)楦?，并保持不變?寫計數(shù)初值N，只有當(dāng)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)榈停_始減1計數(shù)（再來一個脈沖）。 計數(shù)期間，OUT一直為低；當(dāng)計數(shù)結(jié)束（計

9、數(shù)值為0），OUT變?yōu)楦摺?用途：輸出穩(wěn)態(tài)負(fù)脈沖 OUT端輸出負(fù)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(fù)脈沖變長；,8253方式1,3、方式2比率發(fā)生器 時序圖,8253方式2,CRCE,CRCE,CW=14H,CLK,GATE,OUT,LSB=3,3,2,1,0 3,2,1,0 3,CRCE,CR=3,2,1,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(dāng)計數(shù)

10、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(fù)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）任何時候重新寫入新的計數(shù)初值，當(dāng)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，當(dāng)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2,4、方式3方波發(fā)生器 時序圖,8253方式3,CRCE,CW=16H,CLK,GATE,OUT,LSB=4,4,2,4,2,

11、4,2,4,CRCE,CR=4,2,4,計數(shù)初值為偶數(shù)時的波形,CRCE,CRCE,CRCE,8253方式3,2,CRCE,CW=16H,CLK,GATE,OUT,LSB=5,5,4,2,5,5,4,CR=5,2,5,計數(shù)初值為奇數(shù)時的波形,CRCE,CRCE,CRCE,5、方式4軟件觸發(fā)選通 時序圖,8253方式4,CR=2,CRCE,CW=18H,CLK,GATE,OUT,LSB=2,2,1,0,2,1,0,0,CRCE,CR=2,LSB=2,6、方式5硬件觸發(fā)選通 時序圖,8253方式5,1,2,CW=1AH,CLK,GATE,OUT,LSB=3,3,0 3,3,3,2,CR=3,7、各

12、種工作方式特點小結(jié) 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,四、8253與系統(tǒng)的連接,應(yīng)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(yīng)用 計數(shù)功能應(yīng)用,8-2 8253的應(yīng)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。 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

13、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)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03、控制端口地址分別為310H，312H，314，316H。 各地址線電平要求如下：,硬件電路設(shè)計,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=480s/1s=480。 通道2工作在方式5，計

14、數(shù)初值為N2=26。,1）通道0初始化程序 MOV DX，316H ；控制口地址 MOV AL，00110111B ；通道0控制字 OUT DX，AL MOV DX，310H ；通道0地址 MOV AL，00H ；先寫低字節(jié) OUT DX，AL MOV AL，05H ；后寫高字節(jié) OUT DX，AL,初始化程序,2）通道1初始化程序 MOV DX，316H ；控制口地址 MOV AL，01110011B ；通道1控制字 OUT DX，AL MOV DX，312H ；通道1口地址 MOV AL，80H ；先寫低字節(jié) OUT DX，AL MOV AL，04H ；后寫高字節(jié) OUT DX，AL,初始

15、化程序,3）通道2初始化程序 MOV DX，316H MOV AL，10011011B ；通道2控制字 OUT DX，AL MOV DX，314H ；通道2地址 MOV AL，26H ；只寫入低字節(jié) OUT DX，AL,初始化程序,【例2】利用8253控制LED的點亮或熄滅。 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

16、)=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(dāng)?shù)尿?qū)動電路后，便可以用在交通紅綠燈控制和燈塔等場合 。,8253的初始化程序 MOV AL，00110111B ；通道0 方式3 BCD計數(shù) OUT 87H，AL MOV AL，00H OUT 81H，AL MOV AL，50H OUT 81H，AL MOV AL，01110111B ；通道1 方式3 BCD

17、計數(shù) OUT 87H，AL MOV AL，00H OUT 83H，AL MOV AL，80H OUT 83H，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。 硬件電路設(shè)計,二、8253計數(shù)功能舉例,光電晶體管,工作原理 無工件通過時，光電晶體管導(dǎo)通，集電極為低電平，經(jīng)74LS14整形后送到CLK1端； 有工件通過時，光電晶體管截止，集電極為高，整形后送到CLK1端，工件通過后又變?yōu)榈汀?每通過一個工件CLK1端得到一個正脈沖信號，利用8253對脈沖進行計數(shù)，即可得到工件的個數(shù)。 這種計數(shù)方案也可以用于其他場合，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)。,

18、編程思路 選擇計數(shù)器1工作在方式0，二進制計數(shù)。若選取計數(shù)初值n499，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，在程序中使工件總數(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 設(shè)8253的4個端口地址：F0H,F2H,F4H和F6H，則初始化程序為: MOV AL，01110000B OUT 0F6H，AL MOV AX，499 OUT 0F2H，AL MOV AL，AH OUT 0F2H，AL,8253計數(shù)值的讀取 利用指令讀取8253的當(dāng)前計數(shù)值，但由于讀取計數(shù)值時計數(shù)過程還在進行，其數(shù)值不穩(wěn)定，導(dǎo)致讀取的數(shù)據(jù)錯誤的。為防止這種情況發(fā)生，可采取下面兩種方法： 計數(shù)器停止計數(shù)。關(guān)閉CLK脈沖或使GATE信號變?yōu)榈?，用IN指令讀出計數(shù)值。缺點是正常的計數(shù)過程被干擾。 飛讀。在計數(shù)的過程中讀取數(shù)據(jù)。先對8253寫入一個控制字（RL1、RL0為00），將當(dāng)前計數(shù)值鎖存到輸出鎖存器，再用IN指令讀取輸出鎖存器的值。,上例中若求已計工件件數(shù)，可執(zhí)行下面的程