第7章 可编程定时器计数器

第7章可编程定时器/计数器82537.1可编程定时器/计数器的典型结构和基本工作原理7.2可编程定时计数器8253-57.1可编程定时器/计数器的典型结构和基本工作原理GATE是控制输入端它有多种控制作用：1）允许／禁止计数2）启动／停止计数等。控制寄存器是用来控制计数器／定时器的工作方式，就是控制CLK脉冲和CATE门控信号适当配合来产生OUT端的输出信号的形状。计数器/定时器归纳为以下几种工作方式：(1)门脉冲控制时钟输入。此时，当门脉冲GATE到来时，时钟CLK有效，进行计数操作；当门脉冲结束时，时钟无效，计数停止。(2)用门脉冲重新启动计数器。(3)用门脉冲停止计数器工作。(4)单次计数。此时仅要求GATE为高电平即可。(5)循环计数。此时，每当计数执行单元为零时，输出端OUT输出一个信号，同时又自动重新装入计数初值寄存器内容到计数执行单元，重复原来的计数过程，从而在OUT端上可输出周期性的脉冲信号。8253-5的结构和功能（1）有3个独立的16位计数器。（2）每个计数器都可以按照二进制或BCD码进行计数。（3）每个计数器的计数速率可高达2MHz（8254-2计数频率可达到10MHz）。（4）每个计数器有6种工作方式，可由程序设置和改变。（5）所有的输入输出引脚电平都与TTL电平兼容。25610000H8位计数器二进制BCD码最大计数次数：最大计数初值：65536100000000H16位计数器二进制BCD码7.2可编程定时器/计数器8253-58253的结构和引脚三个计数器中每一个都有三条信号线计数输入CLK——用于输入定时基准脉冲或计数脉冲；输出信号OUT——以相应的电平指示计数的完成，或输出脉冲波形；·选通输入(门控输入)GATE——用于启动或禁止计数器的操作，以使计数器和计测对象同步。每个计数器中有三个寄存器①控制寄存器——初始化时，将控制字寄存器中的内容写入该寄存器；②计数初值寄存器——初始化时写入该计数器的初始值；③减法计数寄存器——计数初值由计数初值寄存器送人减法计数寄存器，当计数输入端输入一个计数脉冲时，减法计数寄存器内容减1，当减到零时，输出端输出相应信号表示计数结束。8253的控制字在8253的初始化编程中，由CPU向8253的控制字寄存器写入一个控制字，它规定了8253的工作方式。D7D6D5D4D3D2D1D00=二进制1=二—十进制工作方式选择000=方式0001=方式1010=方式2011=方式3100=方式4101=方式5通道控制字寻址00=通道0控制寄存器01=通道1控制寄存器10=通道2控制寄存器11=不用读写操作00=锁定当前计数值01=读/写计数器低8位10=读写计数器高8位11=先读/写计数器低8位再读/写计数器高8位表8253-5端口功能选择表CSA1A0RDWR功能00001读通道000101读通道101001读通道200010写通道000110写通道101010写通道201110写控制字1）根据功能要求，写出信号的组合例：写通道1CSA1A0RDWR001102）根据信号的组合，说明芯片的操作例：CSA1A0RDWR01110写控制字选通信号GATE的功能低电平或进入低电平上升边沿高电平方式0禁止计数------允许计数方式1------1.初始化和计数2.下一个时钟输出变为低电平------方式21.禁止计数2.使输出立即变为高电平1.初始化和计数2.计数器重新装入允许计数方式31.禁止计数2.使输出立即变为高电平1.初始化和计数2.计数器重新装入允许计数方式4禁止计数------允许计数方式5------初始化和计数------8253的工作方式一、方式0—计数结束中断方式工作原理1)在这种方式下，当控制字CW（ControlWord）写入控制字寄存器，则使OUT输出端变低，此时计数器没有赋予初值，也没开始计数。2)要开始计数，GATE信号必须为高电平，并在写入计数初值后，通道开始计数，在计数过程中OUT线一直维持为低，直到计数到“0”时。OUT输出变高。特点：1)软件启动（写入计数初值时刻启动）2)GATE作用：开放、禁止计数3)OUT端输出一个宽度为m的负脉冲作用：作中断请求信号方式0的时序波形（设计数初值为3）写计数值写CWCLKGATE（允许计数高电平）WROUT00123GATE22231OUT00方式0的时序图CR-CECR-CE开始计数（下降沿）方式1—可编程序的单拍脉冲(硬件触发）工作原理在这种方式下，当CPU写控制字之后（的上升沿），输出将保持为高（若原为低，则由低变高）。当CPU写完计数值后，计数器并不开始计数，直到外部门控脉冲GATE启动之后的下一个输入CLK脉冲的下降沿开始计数，输出OUT变低。因整个计数过程中，OUT都维持为低，直到计数到0，输出变为高，因此，输出为一个单拍脉冲。若外部再次触发启动，则可以再产生一个单拍脉冲。特点：1)门控脉冲的上升沿启动计数；2)OUT输出一个宽度为n的单稳态负脉冲作用：常作监视时钟方式1的时序波形CLKGATEOUTGATEOUT开始计数WR1132132103210重新开始计数不停计数CWLSB方式1的时序图方式2—速率发生器工作原理：在这种方式下，当CPU输出控制字后，输出将为高。在写入计数值后，计数器将立即自动对输入时钟CLK计数。在计数过程中输出始终保持为高，直至计数器减到1时，输出将变低，经过一个CLK周期，输出恢复为高，且计数器开始重新计数。特点：1)CR自动重载入CE，OUT输出周期性分频信号；2)软件、硬件均可启动；3)OUT正脉冲宽度（n－1）个CLK宽度，负脉冲宽度为1个CLK宽度作用：分频器和时基信号2.方式2的时序波形方式2的时序图3213高电平1CWLSBCLKWRGATE2OUT2GATE2OUT2自动重复计数321禁止计数321重新开始计数方式3—方波速率发生器原理：1)方式3和方式2的输出都是周期性的2)区别是：方式3在计数过程中输出有一半时间为高，另一半时间为低作用：方波发生器、波特率发生器CLKWRGATE3OUT3(N=奇数)OUT3(N=偶数)高电平1543自动重复计数215（0）43CWLSB43214321方式4—软件触发选通（启动计数原理类似于方式0）工作原理在这种方式下，当写入控制字后，输出为高（原为高则保持为高，原为低则变为高）。当写入计数值后立即开始计数（相当于软件启动），当计数到0后，输出变低，经过一个输入时钟周期，输出又变高，计数器停止计数。这种方式计数也是一次性的，只有在输入新的计数值后，才能开始新的计数。区别：方式0－－－－输出高电平（n+1CLK宽度）方式4－－－－输出一个CLK宽度的负脉冲方式4的时序波形高电平1CWLSB3210CLK1禁止计数3213210重新开始计数CLKWRGATE4OUT4GATE4OUT4方式4的时序图方式5—硬件触发选通启动计数原理类似于方式1工作原理在这种方式下，设置了控制字后，输出为高。在设置了计数值后，计数器并不立即开始计数，而是由门控脉冲的上升沿触发启动。当计数到0时，输出变低，经过一个CLK脉冲，输出恢复为高，停止计数。要等到下次门控脉冲的触发才能再计数。区别：方式1OUT输出负脉冲宽度n个CLK宽度；方式5OUT输出负脉冲宽度1个CLK宽度方式5的时序波形3213210重新开始计数CWLSB32101CLKWRGATE5OUT5GATE5OUT5开始计数不停计数方式5时序图8253工作方式小结1。单次计数（方式0/1/4/5）/循环计数（方式2/3）（OUT是否可输出周期性信号）；2。软件启动（方式0/2/3/4）/硬件启动（方式1/2/3/5）；3。输出信号特点周期性（方式2/3）高低电平宽度负脉冲宽度（方式0/1与计数初值有关，方式4/5一个CLK宽度）初始化编程的内容为：先写入每一个计数器的控制字，然后写入计数器的计数值。在有些方式下，写入计数值后此计数器就开始工作了，而有的方式需要外界门控信号的触发启动。在初始化编程时，某一计数器的控制字和计数值，是通过两个不同的端口地址写入的。1)任一计数器的控制字都是写入至控制字寄存器（地址总线低两位A1A0=11），由控制字中的D7D6来确定是哪一个计数器的控制字；2)而计数值是由各个计数器的端口地址写入的。7.2.38253-5的初始化初始化编程的步骤为：（1）写入计数器控制字，规定计数器的工作方式。（2）写入计数值。①若规定只写低8位，则写入的为计数值的低8位，高8位自动置0。②若规定只写高8位，则写入的为计数值的高8位，低8位自动置0。③若是16位计数值，则分两次写入，先写入低8位，再写入高8位(均写入同一个计数端口地址）。例7-1：要求计数器0工作于方式3，输出方波的重复频率为2KHz，计数脉冲输入为2.5MHz，采用BCD码计数，试写出初始化程序段。计算计数初值：TC=输出周期/输入周期=输入频率/输出频率TC=2.5MHz/2KHz=1250方式字为：00110111B=37H（计数器0，写16位，方式3，BCD计数）设端口地址为：80H、81H、82H、83H。则初始化程序为：MOVAL，37H；写入方式控制字OUT83H，ALMOVAL，50H；写入计数初始值低8位OUT80H，ALMOVAL，12H；写入计数初始值高8位OUT80H，AL（3）读计数值①以普通对计数器端口读的方法取得当前计数值②锁存计数器的当前值（RL1RL0=00)需要考虑读到数据的稳定性练习1定时器8253A-5通道0按方式3工作，时钟CLK0的频率为1MHZ,要求输出方波的频率为40kHz，此时写入的计数初值应为多少？输出方波的“1”和”0”各占多少时间？（p2577.47.10）解：计数次数＝输入频率/输出频率＝1MHz/40kHz＝25若以BCD码方式计数，则计数初值=25H输入周期=1/1M=1µs每个输出周期中高低电平各占一半（初值为偶数），高电平比低电平多1个“1”占时间＝13×1µs＝13µs“0”占时间＝12×1µs＝12µs设8253-5的地址范围：20h~23h若以BCD码方式计数，则计数初值=25H方式控制字：00010111B=17h初始化程序段：MOVAL,17HOUT23H,ALMOVAL,25HOUT20H,AL思考：若要求采用二进制计数，程序怎么修改计数初值=19HMOVAL,17HOUT23H,ALMOVAL,19HOUT20H,AL解：输入时钟的周期T=1/f=1/1MHz=1µs采用BCD码计数，所以计数次数=80定时时间=计数次数*输入时钟周期=80*1µs=80µs练习2定时器8253输入时钟频率为1MHZ,并设定为BCD码计数，若写入的计数初值为0080H，则该通道的定时时间是多少？（p2577.5）练习3（P2587.7）8253A-5的计数通道0连接如图所示,试回答:（1）计数通道0工作于何种方式，并写出工作方式名称；（2）写出计数通道0的计数初值（列出计算式）（3）写出初始化程序D7-D0RDWRA0A1CS8253GATE0CLK0OUT0+5V400ns1ms解：（1）由于GATE0是一直保持高电平的情况下，输出为重复周期信号，因此工作方式只能是方式2/3两种之一；而且每个输出周期中出现的是一个CLK宽度的负脉冲,因此可以判断计数通道0工作于方式2（2）因为CLK周期宽度为400ns，输出周期宽度为1ms计数通道0的计数初值=1ms/400ns=2500（3）初始化程序段(设8253的口地址为:80H-83H)MOVAL，00110101B；;通道0,16位计数,方式2,BCD码计数MOV83H，ALMOVAL，00HOUT80H，ALMOVAL，25HOUT80H，AL7.2.48253-5的应用举例一、用8253-5监视一个生产流水线1.硬件设计OUT0CLK0GATE08253CLK1