4定时计数器.

第四章定时/计数技术4.1基本概念一、问题的提出:1.定时例如:①一天24小时的计时(称为日时钟)。②在监测系统中，对被测点的定时取样。③在读键盘时，为去抖，一般延迟一段时间，再读。④在步进电机速度控制程序中，利用时间间隔来控制步进电机的转速。2.计数例如:①对零件和产品的计数；②对大桥和高速公路上车流量的统计，等等。二、定时的方法为获得所需要的定时，要求有准确而稳定的时间基准，产生这种时间基准通常采用两种方法----软件定时和硬件定时。1.软件定时运用软件编程，循环执行一段程序而产生的等待延时。优点：不需增加硬，只需编制相应的延时程序以备调用。缺点：CPU执行延时待时间增加了CPU的时间开销，延时时间越长，这种等待开销越大，降低了CPU的效率，浪费了CPU的资源。2.硬件定时它是采用单稳延时电路产生定时或延时。如：555定时器3.可编程定时计数器定时优点：①不占用CPU的时间，定时时间长，使用灵活。②定时准确，定时时间不受主机频率影响，定时程序具有通用性，故得到广泛应用。如Intel8253/8254，Zilog的CTC等。一、外部特性与内部逻辑1、外部特性（1）定时/计数器8253/8254是24脚双列直插式芯片，+5V电源供电。（2）每个芯片内部有3个独立的16位减法计数器，通过编程选择计数器和设置工作方式，计数器既可作计数器用，也可作定时器用，故称定时/计数器，记作T/C。4.2可编程定时/计数器8253/8254①数据总线D0～D7：为三态输出/输入线。用于将8253与系统数据总线相连。②片选线CS-：为输入信号，低电平有效。③读信号RD-：为输入信号，低电平有效。④写信号WR-：为输入信号，低电平有效。⑤地址线A1A0:这两根线接到系统地址总路线的A1A0上。面向I/O设备的信号线：⑥计数器时钟信号CLK：CLK为输入信号。⑦计数器门控选通信号GATE0-2：为输入信号。⑧计数器输出信号OUT0-2；为输出信号。2、引脚的功能定义；D08OUT010D17GATE011D26CLK09D35D44D53D62OUT113D71GATE114CLK115CS21RD22WR23OUT217A019GATE216A120CLK218U482538253、8254读写操作及端口地址CSRDWRA1A0操作PC微机实验平台01000加载T/C0(向计数器0写入“计数初值”)40H304H01001加载T/C1(向计数器1写入“计数初值”)41H305H01010加载T/C2(向计数器2写入“计数初值”)42H306H01011向控制器寄存器写“方式控制字”43H307H00100加载T/C0(从计数器0读出“当前计数值”)40H304H00101加载T/C1(从计数器1读出“当前计数值”)41H305H00110加载T/C2(从计数器2读出“当前计数值”)42H306H00111无操作三态1××××禁止三态011××无操作三态2.内部逻辑结构数据总线缓冲器：它是一个三态、双向8位寄存器，用于将8253与系统数据总线D0～D7相连。读/写逻辑。控制命令寄存器：它接受CPU送来的控制字。数据总线缓冲器读/写逻辑控制命令寄存器计数器0计数器1计数器2CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2D0~D7A0A1RDWRCS图4.2定时/计数器8253/8254内部框图内部总线计数器：8253有3个独立的计数器（计数通道），计数器由16位初值寄存器、减1计数器和当前计数值锁存器组成。16位当前计数值锁存器16位减1计数器16位计数初值寄存器锁存后读出当前值LSBMSB&CLKGATE装入/读出初值LSBOUT图4.3计数通道内部逻辑图计数初值寄存器（16位）：用于存放计数初值（定时常数、分频系数），最大计数值为65536（64KB）。在初始化时同时一起装入的，计数初值寄存器的计数初值，在计数器计数过程中保持不变。减1计数器（16位）：用于进行减1计数操作，每来一个时钟脉冲，它就作减1运算，直至将计数初值减为零。当前计数值锁存器（16位）：用于锁存减1计数器的内容，以供读出和查询。三、读写操作及编程命令1.方式命令的作用主要是对8253进行初始化，初始化的工作有两点：（1）向命令寄存器写入方式命令，以选择计数器（3个计数器之一），确定工作方式（6种方式之一），指定计数器计数初值的长度和装入顺序以及计数值的码制（BCD或二进制码）。（2）向已选定的计数器按方式命令的要求写入计数初值。D7D6D5D4D3D2D1D0计数器选择读写字节数工作方式码制2.方式命令的格式方式命令的格式如下所示：①D7D6（SC1SC0）：用于选择计数器SC1SC0=00选择0号计数器SC1SC0=01选择1号计数器SC1SC0=10选择2号计数器SC1SC0=11不用②D5D4（RL1RL0）：用来控制计数器读/写的字节数（1或2个字节）及读/写高低字节的顺序。RL1RL0=00为锁存命令RL1RL0=01仅读/写一个低字节RL1RL0=10仅读/写一个高字节RL1RL0=11读/写2个字节，先是低字节，后是高字节D7D6D5D4D3D2D1D0计数器选择读写字节数工作方式码制④D0（BCD）：用来指定计数器的码制，是按二进还是按二～十进制数计数。BCD=0二进制BCD=1二～十进制③D３～D１（Ｍ２～Ｍ０）：用来选择计数器的工作方式。Ｍ２Ｍ1Ｍ0=0000方式Ｍ２Ｍ1Ｍ0=0011方式Ｍ２Ｍ1Ｍ0=0102方式Ｍ２Ｍ1Ｍ0=0113方式Ｍ２Ｍ1Ｍ0=1004方式Ｍ２Ｍ1Ｍ0=1015方式（110和111不用）例1：选择2号计数器，工作在3方式，计数初值为533H（2个字节），采用二进制计数。其初始化程序段为:MOVDX，307H；命令口MOVAL，10110110B；2号计数器的初始化命令字OUTDX，AL；写入命令寄存器MOVDX，306H；2号计数器数据口MOVAX，533H；计数初值OUTDX，AL；选送低字节到2号计数器MOVAL，AH；取高字节送ALOUTDX，AL；后送高字节到2号计数器方波发生器3.读当前计数值在事件计数器的应用中，需要读出计数过程中的当前计数值，以便根据这个值做计数判断。例2：要求读出并检查1号计数器的当前计数值是否是全“1”（假定计数值只有低8位），其程序段为MOVDX,307H；命令口L：MOVAL，01000000B；1号计数器的锁存命令OUTDX，AL；写入命令寄存器MOVDX，305H；1号计数器数据口INAL，DX；读1号计数器的当前计数值CMPAL，0FFH；比较JNEL；非全“1”，再读HLT；是全“1”，暂停四、工作方式及特点8253/8254芯片的每个计数器通道都有6种工作方式可供选用。1.0方式-----低电平输出（GATE信号上升沿继续计数）图3.48253的0方式时序波形n=5n=5CLKOUTWRWRGATEOUTWROUT①②③543210543210n=998n=4432100方式有如下3个特点:当向计数器写完计数值后，开始计数，计数一旦开始，输出端OUT就变成低电平，并在计数过程中一直保持低电平，当计数器减到零时，OUT立即变成高电平。门控信号GATE为高电平时，计数器工作；当GATE为低电平时，计数器停止了工作，其计数值保持不变。如果门控信号GATE再次变高时，计数器从中止处继续计数。在计数器工作期间，如果重新写入新的计数值，计数器将按新写入的计数初值重新工作。例1：使计数器T1工作在0方式，进行16位二进制计数，计数初值的高低字节分别为BYTEH和BYTEL。其初始化程序段为:MOVDX,307H；命令口MOVAL，01110000B；方式字OUTDX，ALMOVDX，305H；T1数据口MOVAL，BYTEL；计数值低字节OUTDX，ALMOVAL，BYTEH；计数值高字节OUTDX，AL2.1方式----低电平输出（GATE信号上升沿重新计数）1方式为可编程的单稳态工作方式。图3.58253的1方式时序波形n=4n=3CLKGATEWROUTOUTWROUT①②③43210432132n=210210GATE40GATE情况一：1.写入计数初值后，计数器并不立即开始工作；2.门控信号GATE有效，才开始工作，使输出OUT变成低电平；3.直到计数器值减到零后，输出才变高电平。情况二：1.在计数器工作期间，当GATE又出现一个上升沿时，计数器重新装入原计数初值并重新开始计数，见图见图3.5中②。2.如果工作期间对计数器写入新的计数初值，则要等到当前的计数值计满回零且门控信号再次出现上升沿后，才按新写入的计数初值开始工作，见图3.5所示③。例2：使计数器T2工作在1方式，进行8位二进制计数，并设计数初值的低8位为BYTEL。其初始化程序段为MOVDX，307H；命令口MOVAL，10010010B；方式字OUTDX，ALMOVDX，306H；T2数据口MOVAL，BYTEL；低8位计数值OUTDX，AL图3.68253的2方式时序波形n=4n=3CLKWROUTOUTWROUT①②③432101321321020(4)(0)GATEWRn=4n=3334320(3)213113.2方式-----周期性负脉冲输出2方式是一种具有自动装入时间常数（计数初值）的N分频器。例3：使计数器T0工作在2方式，进行16位二进制计数。其初始化程序段为MOVDX，307H；命令口MOVAL，00110100B；方式字OUTDX，ALMOVDX，304H；T2数据口MOVAL，BYTEL；低8位计数值OUTDX，ALMOVAL，BYTEL；高8位计数值OUTDX，AL图3.78253的3方式时序波形CLKWROUTOUT①②WR2n=4n=532222324.3方式----周期性方波输出3方式工作方式与2方式基本相同，也具有自动装入时间常数（计数初值）的功能。不同之处在于：（1）工作在3方式，引脚OUT输出的不是一个时钟周期的负脉冲，而是占空比为1：1或近似1：1的方波；当计数初值为偶数时，输出在前一半的计数过程中为高电平，在后一半的计数过程中为低电平。（2）由于3方式输出的波形是方波，并且具有自动重装计数初值的功能，因此，8253一旦计数开始，就会在输出端OUT输出连续不断的方波。5.4方式-----单次负脉冲输出（软件触发）4方式工作方式是一种由软件启动的闸门式计数方式，即由写入计数初值来触发计数器开始工作。门控信号GATE为高电平时，允许计数器工作。例4：使计数器T1工作方式4方式，进行8位二进制计数，并且只装入高8位计数值。其初始化程序段为：MOVDX，307H；命令口MOVAL，00110100B；方式字OUTDX，ALMOVDX，304H；T2数据口MOVAL，BYTEL；低8位计数值OUTDX，AL图3.88253的4方式时序波形CLKWROUTOUT①②WR5n=54201321GATE554320OUTn=3310210n=2③6.5方式------单次负脉冲输出（硬件触发）5方式工作特点是由GATE上升沿触发计数器开始工作。在5方式工作方式下，当写入计数初值后，计数器并不立即开始计数，而要由门控信号的上升沿启动计数。在计数过程中（或者计数结束后），如果门控再次出现上升沿，计数器将从原装入的计数初值重新计数。图3.98253的5方式时序波形CLKWROUTOUT①②n=4GATE543210GATE54543210小结：6种工作方式的比较0方式（门控单稳）和1方式（门控单稳），这两种方式的输出波形类似。2方式（分频器）和3方式（方波发生器），这两种方式共同的特点是具有自动再加载功能（装入）能力。二者的区别在于：2方式在计数过程中输出高电平，而在每当减1至0时输出宽度为1个TCLK的负脉冲。3方式是在计数过程中，OUT的信号是占空比为1:1的方波或近似方波。4方式（软件触发单脉冲）和5方式（硬件触发单脉冲）。这两种