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第八章可编程定时器/计数器8253及其应用第1页,共12页1第八章可编程定时器/计数器8253及其应用【回顾】可编程芯片的概念，端口的概念。【本讲重点】定时与计数的基本概念及其意义，定时/计数器芯片Intel8253的性能概述，内、外部结构及其与CPU的连接。8.1定时与计数1．定时与计数在微机系统或智能化仪器仪表的工作过程中，经常需要使系统处于定时工作状态，或者对外部过程进行计数。定时或计数的工作实质均体现为对脉冲信号的计数，如果计数的对象是标准的内部时钟信号，由于其周期恒定，故计数值就恒定地对应于一定的时间，这一过程即为定时，如果计数的对象是与外部过程相对应的脉冲信号（周期可以不相等），则此时即为计数。2．定时与计数的实现方法(1)硬件法专门设计一套电路用以实现定时与计数，特点是需要花费一定硬设备，而且当电路制成之后，定时值及计数范围不能改变。(2)软件法利用一段延时子程序来实现定时操作，特点，无需太多的硬设备，控制比较方便，但在定时期间，CPU不能从事其它工作，降低了机器的利用率。(3)软、硬件结合法即设计一种专门的具有可编程特性的芯片，来控制定时和计数的操作，而这些芯片，具有中断控制能力，定时、计数到时能产生中断请求信号，因而定时期间不影响CPU的正常工作。8.2定时/计数器芯片Intel8253Intel8253是8086微机系统常用的定时/计数器芯片，它具有定时与计数两大功能。一、8253的一般性能概述1．每个8253芯片有3个独立的16位计数器通道；2．每个计数器通道都可以按照二进制或二—十进制(BCD码)计数；3．每个计数器的计数速率可以高达2MHz；4．每个通道有6种工作方式，可以由程序设定和改变；5．所有的输入、输出电平都与TTL兼容。二、8253内部结构8253的内部结构如图8-1所示，它主要包括以下几个主要部分：第八章可编程定时器/计数器8253及其应用第2页,共12页2图8-18253的内部结构1．数据总线缓冲器实现8253与CPU数据总线连接的8位双向三态缓冲器，用以传送CPU向8253的控制信息、数据信息以及CPU从8253读取的状态信息，包括某时刻的实时计数值。2．读/写控制逻辑控制8253的片选及对内部相关寄存器的读/写操作，它接收CPU发来的地址信号以实现片选、内部通道选择以及对读/写操作进行控制。3．控制字寄存器在8253的初始化编程时，由CPU写入控制字，以决定通道的工作方式，此寄存器只能写入，不能读出。4．计数通道0#、1#、2#：这是三个独立的，结构相同的计数器/定时器通道，每一个通道包含一个16位的计数寄存器，用以存放计数初始值，一个16位的减法计数器和一个16位的锁存器，锁存器在计数器工作的过程中，跟随计数值的变化，在接收到CPU发来的读计数值命令时，用以锁存计数值，供CPU读取，读取完毕之后，输出锁存器又跟随减1计数器变化。三、8253的外部引脚8253芯片是具有24个引脚的双列直插式集成电路芯片，其引脚分布如图8－2所示。8253芯片的24个引脚分为两组，一组面向CPU，另一组面向外部设备，各个引脚及其所传送信号的情况，介绍如下：1．D7~D0：双向、三态数据线引脚，与系统的数据线连接，传送控制、数据及状态信息。2．RD：来自于CPU的读控制信号输入引脚，低电平有效。3．WR：来自于CPU的写控制信号输入引脚，低电平有效。4．CS：芯片选择信号输入引脚，低电平有效。第八章可编程定时器/计数器8253及其应用第3页,共12页3图8-28253的引脚5．A1、A0：地址信号输入引脚，用以选择8253芯片的通道及控制字寄存器。0A、1A的状态与8253端口地址的对应关系如下表所示。A1A0000＃通道011＃通道102＃通道11控制端口6．VCC及GND：+5V电源及接地引脚7．CLKi：i=0,1,2,第i个通道的计数脉冲输入引脚，8253规定，加在CLK引脚的输入时钟信号的频率不得高于2.6MHZ，即时钟周期不能小于380ns。8．GATEi：i=0,1,2,第i个通道的门控信号输入引脚，门控信号的作用与通道的工作方式有关。9．OUTi：i=0,1,2,第i个通道的定时/计数到信号输出引脚，输出信号的形式由通道的工作方式确定，此输出信号可用于触发其它电路工作，或作为向CPU发出的中断请求信号。四、8253的控制字8253有一个8位的控制字寄存器，其格式如下：图8-38253的控制字其中：第八章可编程定时器/计数器8253及其应用第4页,共12页4D0：数制选择控制。为1时，表明采用BCD码进行定时/计数；否则，采用二进制进行定时/计数。D3~D1：工作方式选择控制。000，0；001，1；X10，2；X11，3；100，4；101，5；D5、D4：读写格式。00，计数锁存命令；01，读/写高8位命令；10，读/写低8位命令；11，先读/写低8位，再读写高8位命令。D7、D6：通道选择控制。000通道；01，1通道；10，2通道；11，非法1．8253的初始化编程要使用8253，必须首先进行初始化编程，初始化编程包括设置通道控制字和送通道计数初值两个方面，控制字写入8253的控制字寄存器，而初始值则写入相应通道的计数寄存器中。初始化编程包括如下步骤：(1)写入通道控制字，规定通道的工作方式(2)写入计数值，若规定只写低8位，则高8位自动置0，若规定只写高8位，则低8位自动置0。若为16位计数值则分两次写入，先写低8位，后写高8位。D0：用于确定计数数制，0，二进制；1，BCD码【例1】设8253的端口地址为：04H～0AH，要使计数器1工作在方式0，仅用8位二进制计数，计数值为128，进行初始化编程。控制字为：01010000B=50H初始化程序：MOVAL，50HOUT0AH，ALMOVAL，80HOUT06H，AL【例2】设8253的端口地址为：F8H～FEH，若用通道0工作在方式1，按二——十进制计数，计数值为5080H，进行初始化编程。控制字为：00110011B=33H初始化程序：MOVAL，33HOUT0FEH，ALMOVAL，80HOUT0F8H，ALMOVAL，50HOUT0F8H，AL【例3】设8253的端口地址为：04H～0AH，若用通道2工作在方式2，按二进制计数，计数值为02F0H，进行初始化编程。控制字为：10110100B=0B4H初始化程序：MOVAL，0B4HOUT0AH，ALMOVAL，0F0HOUT08H，AL第八章可编程定时器/计数器8253及其应用第5页,共12页5MOVAL，02HOUT08H，AL2．读取8253通道中的计数值8253可用控制命令来读取相应通道的计数值，由于计数值是16位的，而读取的瞬时值，要分两次读取，所以在读取计数值之前，要用锁存命令，将相应通道的计数值锁存在锁存器中，然后分两次读入，先读低字节，后读高字节。当控制字中，D5、D4=00时，控制字的作用是将相应通道的计数值锁存的命令，锁存计数值在读取完成之后，自动解锁。如要读通道1的16位计数器，编程如下：地址F8H～FEH。MOVAL，40H；OUT0FEH，AL；锁存计数值INAL，0FAHMOVCL，AL；低八位INAL，0FAH；MOVCH，AL；高八位五、8253在系统中的典型连接8253在系统中的连接如图8-4所示。Intel8086图8-4Intel8253在系统中的连接六、8253的工作方式8253共有6种工作方式，各方式下的工作状态是不同的，输出的波形也不同，其中比较灵活的是门控信号的作用。由此组成了8253丰富的工作方式、波形，下面我们逐个介绍：1．几条基本原则(1)控制字写入计数器时，所有的控制逻辑电路立即复位，输出端OUT进入初始状态。初始状态对不同的模式来说不一定相同。(2)计数初始值写入之后，要经过一个时钟周期上升沿和一个下降沿，计数执行部件才可以开始进行计数操作，因为第一个下降沿将计数寄存器的内容送减1计数器。(3)通常，在每个时钟脉冲CLK的上升沿，采样门控信号GATE。不同的工作方式下，门第八章可编程定时器/计数器8253及其应用第6页,共12页6控信号的触发方式是有具体规定的，即或者是电平触发，或者是边沿触发，在有的模式中，两种触发方式都是允许的。其中0、2、3、4是电平触发方式，1、2、3、5是上升沿触发。(4)在时钟脉冲的下降沿，计数器作减1计数，0是计数器所能容纳的最大初始值。二进制相当于216，用BCD码计数时，相当于1042．方式0—计数结束产生中断方式0的波形如图8-5所示，当控制字写入控制字寄存器后，输出OUT就变低，当计数值写入计数器后开始计数，在整个计数过程中，OUT保持为低，当计数到0后，OUT变高；GATE的高低电平控制计数过程是否进行。图8-5方式0波形从波形图中不难看出，工作方式0有如下特点：①计数器只计一遍，当计数到0时，不重新开始计数保持为高，直到输入一新的计数值，OUT才变低，开始新的计数；②计数值是在写计数值命令后经过一个输入脉冲，才装入计数器的，下一个脉冲开始计数，因此，如果设置计数器初值为N，则输出OUT在N＋1个脉冲后才能变高；③在计数过程中，可由GATE信号控制暂停。当GATE＝0时，暂停计数；当GATE＝1时，继续计数；④在计数过程中可以改变计数值，且这种改变是立即有效的，分成两种情况：若是8位计数，则写入新值后的下一个脉冲按新值计数；若是16位计数，则在写入第一个字节后，停止计数，写入第二个字节后的下一个脉冲按新值计数。3．方式1—可编程的硬件触发单拍脉冲方式1的波形如图8-6所示，CPU向8253写入控制字后OUT变高，并保持，写入计数值后并不立即计数，只有当外界GATE信号启动后（一个正脉冲）的下一个脉冲才开始计数，OUT变低，计数到0后，OUT才变高，此时再来一个GATE正脉冲，计数器又开始重新计数，输出OUT再次变低，…，因此输出为一单拍负脉冲。图8-6方式1波形第八章可编程定时器/计数器8253及其应用第7页,共12页7从波形图不难看出：方式1有下列特点：①输出OUT的宽度为计数初值的单脉冲；②输出受门控信号GATE的控制，分三种情况：计数到0后，再来GATE脉冲，则重新开始计数，OUT变低；在计数过程中来GATE脉冲，则从下一CLK脉冲开始重新计数，OUT保持为低；改变计数值后，只有当GATE脉冲启动后，才按新值计数，否则原计数过程不受影响，仍继续进行，即新值的改变是从下一个GATE开始的。③计数值是多次有效的，每来一个GATE脉冲，就自动装入计数值开始从头计数，因此在初始化时，计数值写入一次即可。4、方式2—速率发生器方式2的波形如图8-7所示，在这种方式下，CPU输出控制字后，输出OUT就变高，写入计数值后的下一个CLK脉冲开始计数，计数到1后，输出OUT变低，经过一个CLK以后，OUT恢复为高，计数器重新开始计数，…，因此在这种方式下，只需写入一次计数值，就能连续工作，输出连续相同间隔的负脉冲（前提：GATE保持为高），即周期性地输出，方式2下，8253有下列使用特点：①通道可以连续工作；②GATE可以控制计数过程，当GATE为低时暂停计数，恢复为高后重新从初值；（注意：该方式与方式0不同，方式0是继续计数）③重新设置新的计数值即在计数过程中改变计数值，则新的计数值是下次有效的，同方式1。图8-7方式2波形5．方式3—方波速率发生器方式3的波形如图8-8所示，这种方式下的输出与方式2都是周期性的，不同的是周期不同，CPU写入控制字后，输出OUT变高，写入计数值后开始计数，不同的是减2计数，当计数到一半计数值时，输出变低，重新装入计数值进行减2计数，当计数到0时，输出变高，装入计数值进行减2计数，循环不止。在方式3下，8253有下列使用特点：第八章可编程定时器/计数器8253及其应用第8页,共12页8计数值为偶数计数值为奇数图8-8方式3时计数器的工作波形①通道可以连续工作；②关于计数值的奇偶，若为偶数，则输出标准方波，高低电平各为N/2个；若为奇