第三節(jié)可編程計(jì)數(shù)

1、第三節(jié)可編程計(jì)數(shù)定時(shí)控制器82538253具有3個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)通道，采用減1計(jì)數(shù)方式。在門控信號(hào)有效時(shí)，每輸入1個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，通道作1次計(jì)數(shù)操作。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖是已知周期的時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)就成為定時(shí)。一、8253內(nèi)部結(jié)構(gòu)8253芯片有24條引腳，封裝在雙列直插式陶瓷管殼內(nèi)。1.數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器與系統(tǒng)總線連接，8位雙向，與CPU交換信息的通道。這是8253與CPU之間的數(shù)據(jù)接口，它由8位雙向三態(tài)緩沖存儲(chǔ)器構(gòu)成，是CPU與8253之間交換信息的必經(jīng)之路。2.讀寫控制讀寫控制分別連接系統(tǒng)的IOR#和IOW#， 由CPU控制著訪問(wèn)8253的內(nèi)部通道。接收CPU送入的讀寫控制信號(hào)， 并完成對(duì)芯片內(nèi)部

2、各功能部件的控制功能， 因此， 它實(shí)際上是8253芯片內(nèi)部的控制器。A1A0：端口選擇信號(hào)，由CPU輸入。8253內(nèi)部有3個(gè)獨(dú)立的通道和一個(gè)控制字寄存器， 它們構(gòu)成8253芯片的4個(gè)端口，CPU可對(duì)3個(gè)通道進(jìn)行讀寫操作3對(duì)控制字寄存器進(jìn)行寫操作。 這4個(gè)端口地址由最低2位地址碼A1A0來(lái)選擇。如表所示。3.通道選擇(1) CS#片選信號(hào)，由CPU輸入，低電平有效，通常由端口地址的高位地址譯碼形成。(2) RD#、WR#讀寫控制命令，由CPU輸入， 低電平有效。RD#效時(shí)，CPU讀取由A1A0所選定的通道內(nèi)計(jì)數(shù)器的內(nèi)容。WR#有效時(shí)，CPU將計(jì)數(shù)值寫入各個(gè)通道的計(jì)數(shù)器中， 或者是將方式控制字寫入

3、控制字寄存器中。CPU對(duì)8253的讀寫操作如表所示。4.計(jì)數(shù)通道02每個(gè)計(jì)數(shù)通道內(nèi)含1個(gè)16位的初值寄存器、減1計(jì)數(shù)器和1個(gè)16位的（輸出）鎖存器。8253內(nèi)部包含3個(gè)功能完全相同的通道，每個(gè)通道內(nèi)部設(shè)有一個(gè)16位計(jì)數(shù)器，可進(jìn)行二進(jìn)制或十進(jìn)制（BCD碼）計(jì)數(shù)。采用二進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)， 最大計(jì)數(shù)值是FFFFH， 采用BCD碼計(jì)數(shù)時(shí)。 最大計(jì)數(shù)值是9999。與此計(jì)數(shù)器相對(duì)應(yīng)， 每個(gè)通道內(nèi)設(shè)有一個(gè)16位計(jì)數(shù)值鎖存器。必要時(shí)可用來(lái)鎖存計(jì)數(shù)值。當(dāng)某通道用作計(jì)數(shù)器時(shí)，應(yīng)將要求計(jì)數(shù)的次數(shù)預(yù)置到該通道的計(jì)數(shù)器中、被計(jì)數(shù)的事件應(yīng)以脈沖方式從CLK端輸入， 每輸入一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器內(nèi)容減“1”，待計(jì)數(shù)值計(jì)到“0”。

4、OUT端將有輸出。表示計(jì)數(shù)次數(shù)到。當(dāng)某個(gè)通道用作定時(shí)器時(shí)。 由CLK輸入一定頻率的時(shí)鐘脈沖。根據(jù)要求定時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)短確定所需的計(jì)數(shù)值。并預(yù)置到計(jì)數(shù)器中，每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)器內(nèi)容減“1”， 待計(jì)數(shù)值計(jì)到“0”。OUT將有輸出，表示定時(shí)時(shí)間到。允許從CLK輸入的時(shí)鐘頻在12MHz范圍內(nèi)。因此，任一通道作計(jì)數(shù)器用或作定時(shí)器用，其內(nèi)部操作完全相同，區(qū)別僅在于前者是由計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行減“1”計(jì)數(shù)。 而后者是內(nèi)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行減“1”計(jì)數(shù)。作計(jì)數(shù)器時(shí)， 要求計(jì)數(shù)的次數(shù)可直接作為計(jì)數(shù)器的初值預(yù)置到減“1”計(jì)數(shù)器中。作定時(shí)器時(shí)， 計(jì)數(shù)器的初值即定時(shí)系數(shù)應(yīng)根據(jù)要求定時(shí)的時(shí)間進(jìn)行如下運(yùn)算才能得到：定時(shí)系數(shù)需要定時(shí)的時(shí)

5、間時(shí)鐘脈沖周期設(shè)置通道：向方式控制字寄存器端口寫入方式選擇控制字，用于確定要設(shè)置的通道及工作方式；計(jì)數(shù)/定時(shí)：向通道寫入計(jì)數(shù)值，啟動(dòng)計(jì)數(shù)操作；讀取當(dāng)前的計(jì)數(shù)值：向指定通道讀取當(dāng)前計(jì)數(shù)器值時(shí)，8253將計(jì)數(shù)器值存入鎖存器，從鎖存器向外提供當(dāng)前的計(jì)數(shù)器值，計(jì)數(shù)器則繼續(xù)作計(jì)數(shù)操作。計(jì)數(shù)到：當(dāng)計(jì)數(shù)器減1為0時(shí)，通過(guò)引腳OUTi向外輸出“到”的脈沖信號(hào)。計(jì)數(shù)初值輸入存放在初值寄存器中，計(jì)數(shù)開(kāi)始或重裝入時(shí)被復(fù)制到計(jì)數(shù)器中。 鎖存器在非鎖存狀態(tài)，其值隨計(jì)數(shù)器的變化而變化；一旦鎖存了計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值，直到鎖存器值被讀取后才能解除鎖存狀態(tài)。5.方式選擇控制字二、8253的通道工作方式8253中各通道可有6種可供選

6、擇的工作方式， 以完成定時(shí)、計(jì)數(shù)或脈沖發(fā)生器等多種功能。8253的各種工作方式如下：1.方式0：計(jì)數(shù)結(jié)束則中斷工作方式0被稱為計(jì)數(shù)結(jié)束中斷方式，它的定時(shí)波形如圖所示。當(dāng)任一通道被定義為工作方式0時(shí)， OUTi輸出為低電平；若門控信號(hào)GATE為高電平，當(dāng)CPU利用輸出指令向該通道寫入計(jì)數(shù)值WR#有效時(shí)，OUTi仍保持低電平，然后計(jì)數(shù)器開(kāi)始減“1”計(jì)數(shù)， 直到計(jì)數(shù)值為“0”，此刻OUTi將輸出由低電平向高電平跳變，可用它向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，OUTi端輸出的高電平一直維持到下次再寫入計(jì)數(shù)值為止。在工作方式0情況下，門控信號(hào)GATE用來(lái)控制減“1”計(jì)數(shù)操作是否進(jìn)行。當(dāng)GATE=1時(shí)，允許減“1”計(jì)數(shù)

7、；GATE=0時(shí)，禁止減“1”計(jì)數(shù)； 計(jì)數(shù)值將保持GATE有效時(shí)的數(shù)值不變， 待GATE重新有效后，減“1”計(jì)數(shù)繼續(xù)進(jìn)行。顯然，利用工作方式0既可完成計(jì)數(shù)功能， 也可完成定時(shí)功能。當(dāng)用作計(jì)數(shù)器時(shí)，應(yīng)將要求計(jì)數(shù)的次數(shù)預(yù)置到計(jì)數(shù)器中，將要求計(jì)數(shù)的事件以脈沖方式從CLKi端輸入， 由它對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行減“1”計(jì)數(shù)，直到計(jì)數(shù)值為0，此刻OUTi輸出正跳變， 表示計(jì)數(shù)次數(shù)到。當(dāng)用作定時(shí)器時(shí)，應(yīng)把根據(jù)要求定時(shí)的時(shí)間和CLKi的周期計(jì)算出定時(shí)系數(shù)，預(yù)置到計(jì)數(shù)器中。從CLKi，輸入的應(yīng)是一定頻率的時(shí)鐘脈沖，由它對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行減“1”計(jì)數(shù)， 定時(shí)時(shí)間從寫入計(jì)數(shù)值開(kāi)始，到計(jì)數(shù)值計(jì)到“0”為止，這時(shí)OUTi輸出正跳變，表

8、示定時(shí)時(shí)間到。有一點(diǎn)需要說(shuō)明，任一通道工作在方式0情況下， 計(jì)數(shù)器初值一次有效，經(jīng)過(guò)一次計(jì)數(shù)或定時(shí)后如果需要繼續(xù)完成計(jì)數(shù)或定時(shí)功能，必須重新寫入計(jì)數(shù)器的初值。2.方式1：?jiǎn)蚊}沖發(fā)生器工作方式1被稱作可編程單脈沖發(fā)生器，其定義波形如圖。進(jìn)入這種工作方式， CPU裝入計(jì)數(shù)值n后OUTi輸出高電平， 不管此時(shí)的GATE輸入是高電平還是低電平， 都不開(kāi)始減“1”計(jì)數(shù)，必須等到GATE由低電平向高電平跳變形成一個(gè)上升沿后，計(jì)數(shù)過(guò)程才會(huì)開(kāi)始。與此同時(shí)，OUTi輸出由高電平向低電平跳變，形成了輸出單脈沖的前沿，待計(jì)數(shù)值計(jì)到“0”， OUTi輸出由低電平向高電平跳變，形成輸出單脈沖的后沿， 因此，由方式l所能

9、輸出單脈沖的寬度為CLKi周期的n倍。如果在減“1”計(jì)數(shù)過(guò)程中， GATE由高電平跳變?yōu)榈碗姾?，這并不影響計(jì)數(shù)過(guò)程，仍繼續(xù)計(jì)數(shù)；但若重新遇到GATE的上升沿，則從初值開(kāi)始重新計(jì)數(shù)， 其效果會(huì)使輸出的單脈沖加寬，如教材圖9-22(b)中的第2個(gè)單脈沖。這種工作方式下，計(jì)數(shù)值也是一次有效，每輸入一次計(jì)數(shù)值，只產(chǎn)生一個(gè)負(fù)極性單脈沖。3.方式2：速率波發(fā)生器工作方式2被稱作速率波發(fā)生器，其定時(shí)波形如圖所示。進(jìn)入這種工作方式， OUTi輸出高電平，裝入計(jì)數(shù)值n后如果GATE為高電平，則立即開(kāi)始計(jì)數(shù)，OUTi保持為高電平不變； 待計(jì)數(shù)值減到“1”和“0”之間， OUTi將輸出寬度為一個(gè)CLKi周期的負(fù)脈沖

10、，計(jì)數(shù)值為“0”時(shí)，自動(dòng)重新裝入計(jì)數(shù)初值n，實(shí)現(xiàn)循環(huán)計(jì)數(shù)，OUTi將輸出一定頻率的負(fù)脈沖序列， 其脈沖寬度固定為一個(gè)CLKi周期， 重復(fù)周期為CLKi周期的n倍。如果在減“1”計(jì)數(shù)過(guò)程中，GATE變?yōu)闊o(wú)效（輸入0電平），則暫停減“1”計(jì)數(shù)，待GATE恢復(fù)有效后，從初值n開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。這樣會(huì)改變輸出脈沖的速率。如果在操作過(guò)程中要求改變輸出脈沖的速率，CPU可在任何時(shí)候，重新寫人新的計(jì)數(shù)值， 它不會(huì)影響正在進(jìn)行的減“1”計(jì)數(shù)過(guò)程，而是從下一個(gè)計(jì)數(shù)操作用期開(kāi)始按新的計(jì)數(shù)值改變輸出脈沖的速率。4.方式3：方波發(fā)生器工作方式3被稱作方波發(fā)生器，其定時(shí)波型如圖所示。任一通道工作在方式3， 只在計(jì)數(shù)值n為偶

11、數(shù)，則可輸出重復(fù)周期為n、占空比為1：1的方波。進(jìn)入工作方式3，OUTi輸出低電平， 裝入計(jì)數(shù)值后，OUTi立即跳變?yōu)楦唠娖?。如果?dāng)GATE為高電平， 則立即開(kāi)始減“1”計(jì)數(shù)，OUTi保持為高電平，若n為偶數(shù)，則當(dāng)計(jì)數(shù)值減到n/2時(shí)，OUTi跳變?yōu)榈碗娖?，一直保持到?jì)數(shù)值為“0”，系統(tǒng)才自動(dòng)重新置入計(jì)數(shù)值n，實(shí)現(xiàn)循環(huán)計(jì)數(shù)。這時(shí)OUTi端輸出的周期為n×CLKi周期，占空比為1:1的方波序列； 若n為奇數(shù)， 則OUTi端輸出周期為n×CLKi周期，占空比為(n+1)/2)/(n-1)/2)的近似方波序列。如果在操作過(guò)程中， GATE變?yōu)闊o(wú)效，則暫停減“1”計(jì)數(shù)過(guò)程，直到GAT

12、E再次有效，重新從初值n開(kāi)始減“l(fā)”計(jì)數(shù)。如果要求改變輸出方波的速率， 則CPU可在任何時(shí)候重新裝入新的計(jì)數(shù)初值n，并從下一個(gè)計(jì)數(shù)操作周期開(kāi)始改變輸出方波的速率。5.方式4：軟件觸發(fā)方式計(jì)數(shù)工作方式4被稱作軟件觸發(fā)方式，其定時(shí)波形如圖所示。進(jìn)入工作方式4，OUTi輸出高電平。 裝入計(jì)數(shù)值n后， 如果GATE為高電平，則立即開(kāi)始減“1”計(jì)數(shù)，直到計(jì)數(shù)值減到“0”為止，OUTi輸出寬度為一個(gè)CLKi周期的負(fù)脈沖。由軟件裝入的計(jì)數(shù)值只有一次有效，如果要繼續(xù)操作， 必須重新置入計(jì)數(shù)初值n。如果在操作的過(guò)程中，GATE變?yōu)闊o(wú)效，則停止減“1”計(jì)數(shù)， 到GATE再次有效時(shí)，重新從初值開(kāi)始減“1”計(jì)數(shù)。顯然

13、，利用這種工作方式可以完成定時(shí)功能，定時(shí)時(shí)間從裝入計(jì)數(shù)值n開(kāi)始，則OUTi輸出負(fù)脈沖（表示定時(shí)時(shí)間到），其定時(shí)時(shí)間n×CLK周期。 這種工作方式也可完成計(jì)數(shù)功能，它要求計(jì)數(shù)的事件以脈沖的方式從CLKi輸入，將計(jì)數(shù)次數(shù)作為計(jì)數(shù)初值裝入后，由CLKi端輸入的計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行減“1”計(jì)數(shù)，直到計(jì)數(shù)值為“0”，由OUTt端輸出負(fù)脈沖（表示計(jì)數(shù)次數(shù)到）。 當(dāng)然也可利用OUTj向CFU發(fā)出中斷請(qǐng)求。 因此工作方式4與工作方式0很相似，只是方式0在OUTi端輸出正階躍信號(hào)、方式4在OUTi端輸出負(fù)脈沖信號(hào)。6.方式5：硬件觸發(fā)方式計(jì)數(shù)工作方式5被稱為硬件觸發(fā)方式，其定時(shí)波形如圖所示。進(jìn)入工作方式5，

14、OUTi輸出高電平， 硬件觸發(fā)信號(hào)由GATE端引入。 因此，開(kāi)始時(shí)GATE應(yīng)輸入為0， 裝入計(jì)數(shù)初值n后，減“1”計(jì)數(shù)并不工作，一定要等到硬件觸發(fā)信號(hào)由GATE端引入一個(gè)正階躍信號(hào)，減“1”計(jì)數(shù)才會(huì)開(kāi)始，待計(jì)數(shù)值計(jì)到“0”， OUTi將輸出負(fù)脈沖，其寬度固定為一個(gè)CLKi周期，表示定時(shí)時(shí)間到或計(jì)數(shù)次數(shù)到。這種工作方式下，當(dāng)計(jì)數(shù)值計(jì)到“0”后， 系統(tǒng)將自動(dòng)重新裝入計(jì)數(shù)值n，但并不開(kāi)始計(jì)數(shù)， 一定要等到由GATE端引入的正跳沿，才會(huì)開(kāi)始進(jìn)行減“1”計(jì)數(shù)， 因此這是一種完全由GATE端引入的觸發(fā)信號(hào)控制下的計(jì)數(shù)或定時(shí)功能。如果由CLKi輸入的是一定頻率的時(shí)鐘脈沖，那么可完成定時(shí)功能，定時(shí)時(shí)間從GAT

15、E上升沿開(kāi)始，到OUTi端輸出負(fù)脈沖結(jié)束。如果從CLKi端輸入的是要求計(jì)數(shù)的事件，則可完成計(jì)數(shù)功能，計(jì)數(shù)過(guò)程從GATE上升沿開(kāi)始，到OUTi輸出負(fù)脈沖結(jié)束。GATE可由外部電路或控制現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生，故硬件觸發(fā)方式由此而得名。如果需要改變計(jì)數(shù)初值， CPU可在任何時(shí)候用輸出指令裝入新的計(jì)數(shù)初值m，它將不影響正在進(jìn)行的操作過(guò)程， 而是到下一個(gè)計(jì)數(shù)操作周期才會(huì)按新的計(jì)數(shù)值進(jìn)行操作。從上述各工作方式可看出，GATE作為各通道的門控信號(hào)，對(duì)于各種不同的工作方式，它所起的作用各不相同。在8253的應(yīng)用中，必須正確使用GATE信號(hào)，才能保證各通道的正常操作。7.讀取計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值直接讀計(jì)數(shù)器：輸出鎖存器在非鎖存狀

16、態(tài)會(huì)跟隨計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的變化而變化，直接讀計(jì)數(shù)器是從鎖存器得到計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值。但由于計(jì)數(shù)器處于工作狀態(tài)，讀出值不一定能穩(wěn)定。先鎖存再讀?。和ㄟ^(guò)方式選擇控制字對(duì)指定通道(SC1、SC0)的計(jì)數(shù)值鎖入鎖存器(RL1RL0=00)， 鎖存器一旦鎖存了當(dāng)前計(jì)數(shù)值，就不再隨計(jì)數(shù)器變化直到被讀取。讀計(jì)數(shù)器通道（有鎖存器）。三、8253應(yīng)有舉例例1：設(shè)fCLK=1MHz，端口地址40H46H，40H為0通道，42H為1通道，用0通道產(chǎn)生500Hz的方波。計(jì)數(shù)初值N=fCLK/fOUT=1000000/500=2000=7D0H初始化編程：選二進(jìn)制計(jì)數(shù)、方式3、先寫低后寫高，方式控制字為：00110110B；初始化編程：MOVAL，00110110B OUT46H，ALMOVAL，0D0HOUT40H，ALMOVAL，07HOUT40H，AL例2：設(shè)fCLK=1MHz，端口地址40H46H，40H為0通道，42H為2通道，用2通道產(chǎn)生周期1秒的負(fù)脈沖信號(hào)。計(jì)數(shù)初值N=fCLK/fOUT=1000000/1>65536，因此需用2個(gè)通道。用0通對(duì)fCLK進(jìn)行分頻產(chǎn)生低頻方波信號(hào)（設(shè)產(chǎn)生500Hz=1F4H)， 作為2通道的時(shí)鐘。初始化編程：MOVAL，00110110B；設(shè)置0通道為方波發(fā)生器