《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)》第七章 可編程定時(shí)器／計(jì)數(shù)器

2023/3/101微型計(jì)算機(jī)技術(shù)WeixinɡJisuɑnjiJishu

（第3版）

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第7章

可編程定時(shí)器／計(jì)數(shù)器2023/3/103可編程定時(shí)器／計(jì)數(shù)器7.1可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的典型結(jié)構(gòu)和基本工作原理7.2可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8253-52023/3/1047.1可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的典型結(jié)構(gòu)和基本工作原理

2023/3/105可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的典型結(jié)構(gòu)和基本工作原理

16位計(jì)數(shù)初值寄存器CR用來存放計(jì)數(shù)初值，可通過程序來設(shè)定。

計(jì)數(shù)執(zhí)行單元CE是一個(gè)16位減1計(jì)數(shù)器，它的初值便是計(jì)數(shù)初值寄存器的內(nèi)容，它只對(duì)CLK脈沖計(jì)數(shù)，一旦計(jì)數(shù)器被啟動(dòng)后，每出現(xiàn)一CLK脈沖，計(jì)數(shù)執(zhí)行單元中的計(jì)數(shù)值減1，當(dāng)減為零時(shí)，通過OUT輸出指示信號(hào)，表明計(jì)數(shù)執(zhí)行單元已為零。2023/3/106可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的典型結(jié)構(gòu)和基本工作原理

當(dāng)CLK是一個(gè)周期性時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器為定時(shí)器功能；當(dāng)CLK是一個(gè)非周期性事件計(jì)數(shù)信號(hào)時(shí)，此時(shí)呈計(jì)數(shù)器功能。

2023/3/107可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的典型結(jié)構(gòu)和基本工作原理

計(jì)數(shù)輸出鎖存器OL通常跟隨計(jì)數(shù)執(zhí)行單元的內(nèi)容而變化，當(dāng)接收到CPU發(fā)來的鎖存命令時(shí)，就鎖存當(dāng)前的計(jì)數(shù)值而不跟隨計(jì)數(shù)執(zhí)行單元變化，直到CPU從中讀取鎖存值后，才恢復(fù)到跟隨計(jì)數(shù)執(zhí)行單元變化的狀態(tài)。

GATE是控制輸入端，它有多種控制作用，如允許/禁止計(jì)數(shù)、啟動(dòng)/停止計(jì)數(shù)。

2023/3/1087.2可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8253-57.2.18253-5的結(jié)構(gòu)和功能7.2.28253-5的工作方式7.2.38253-5的初始化7.2.48253-5的應(yīng)用舉例2023/3/109

可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

8253-5（PIT）

在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，一種是要求一些外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘，以實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制或定時(shí)；另一種是要求能對(duì)外部事件計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器。

8253-5PIT（ProgrammableIntervalTimer）就是一種可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片，又稱為“可編程間隔定時(shí)器”。2023/3/1010８２５３-５的引腳排列和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2023/3/1011

7.2.18253-5的結(jié)構(gòu)和功能

8253-5具有三個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器，它可用程序設(shè)置成多種工作方式，按十進(jìn)制或二進(jìn)制計(jì)數(shù)，最高計(jì)數(shù)速率可達(dá)2.6MHz。

2023/3/1012三條信號(hào)線

① 計(jì)數(shù)輸入CLK—用于輸入定時(shí)基準(zhǔn)脈沖或計(jì)數(shù)脈沖； ② 輸出信號(hào)OUT—以相應(yīng)的電平指示計(jì)數(shù)的完成，或輸出脈沖波形； ③ 選通輸入（門控輸入）GATE—用于啟動(dòng)或禁止計(jì)數(shù)器的操作，以使計(jì)數(shù)器和計(jì)測對(duì)象同步2023/3/1013三個(gè)寄存器①控制寄存器—初始化時(shí)，將控制字寄存器中對(duì)應(yīng)的內(nèi)容寫入該寄存器；②計(jì)數(shù)初值寄存器—初始化時(shí)寫入該計(jì)數(shù)器的初始值；③減法計(jì)數(shù)寄存器—計(jì)數(shù)初值由計(jì)數(shù)初值寄存器送入減法計(jì)數(shù)寄存器，當(dāng)計(jì)數(shù)輸入端輸入一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，減法計(jì)數(shù)寄存器內(nèi)容減1，當(dāng)減到零時(shí)，輸出端輸出相應(yīng)信號(hào)表示計(jì)數(shù)結(jié)束。

2023/3/1014控制字寄存器

控制字寄存器(又稱工作方式寄存器）是只寫寄存器，它接受寫入的控制字,根據(jù)最高二位代碼,將后六位內(nèi)容寫入對(duì)應(yīng)通道的控制寄存器。

三個(gè)控制寄存器控制對(duì)應(yīng)通道計(jì)數(shù)器的工作。

8253-5的三個(gè)通道計(jì)數(shù)器是

獨(dú)立的16位減法計(jì)數(shù)器。2023/3/10157.2.28253-5的工作方式

在任何一種方式下，都必須先向8253寫入控制字，控制字還起復(fù)位作用，它使OUT端變?yōu)楣ぷ鞣绞街幸?guī)定的狀態(tài)和對(duì)計(jì)數(shù)初值寄存器CR清零；然后再寫入計(jì)數(shù)初值到CR中，其最大值為0000H。

2023/3/10161.方式0方式0—計(jì)數(shù)結(jié)束中斷方式（InterruptonTetminalCount）

方式0是典型的事件計(jì)數(shù)用法，CLK端作為事件計(jì)數(shù)輸入信號(hào)，當(dāng)計(jì)數(shù)執(zhí)行單元CE為零時(shí)，OUT端變?yōu)楦唠娖?，它可作為中斷?qǐng)求信號(hào)。 方式0的時(shí)序波形見圖。2023/3/1017方式0的特點(diǎn)和應(yīng)用（1）計(jì)數(shù)過程由軟件啟動(dòng)。（2）GATE的作用是開放計(jì)數(shù)或禁止計(jì)數(shù)。（3）OUT端由低變高表示計(jì)數(shù)過程結(jié)束。2023/3/10182.方式1方式1—

硬件可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)方式（HardwareRetriggerableOne-Shot） 計(jì)數(shù)器相當(dāng)于一個(gè)可編程的單穩(wěn)態(tài)電路，觸發(fā)輸入為GATE信號(hào)，由GATE的上升沿觸發(fā)計(jì)數(shù)器工作。2023/3/1019方式1的特點(diǎn)和應(yīng)用（1）計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)只能由門控脈沖的上升沿產(chǎn)生，即只能用硬件啟動(dòng)。（2）OUT輸出為一個(gè)單穩(wěn)態(tài)負(fù)脈沖，其脈寬為計(jì)數(shù)初值個(gè)CLK時(shí)鐘脈沖的周期之和。（3）在形成單穩(wěn)態(tài)脈沖過程中，可以重觸發(fā)。（4）在微機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中常用作監(jiān)視時(shí)鐘（WatchdogTimer）。2023/3/10203.方式2方式2—速率發(fā)生器（RateGenenator） 方式2能產(chǎn)生周期性的定時(shí)信號(hào)，稱為速率發(fā)生器，又稱為N分頻方式和周期性定時(shí)器方式。 方式2的時(shí)序波形見圖。2023/3/1021方式2的特點(diǎn)和應(yīng)用（1）CR內(nèi)容能自動(dòng)地、重復(fù)地裝入到CE中，OUT端上就能連續(xù)地輸出周期性分頻信號(hào)。（2）既可軟件啟動(dòng)，又可硬件啟動(dòng)。（3）改變計(jì)數(shù)初值，即可獲得不同速率的OUT輸出信號(hào)。（4）負(fù)脈沖寬度均為一個(gè)CLK脈沖的周期。（5）主要應(yīng)用作為分頻器和時(shí)基信號(hào)。2023/3/10224.方式3方式3—方波方式（SquareWareMode） 方式3的操作方式除OUT輸出方波之外，和方式2相似。方波的重復(fù)周期是計(jì)數(shù)初值個(gè)CLK脈沖周期之和。方式3的時(shí)序波形見圖。2023/3/1023方式3的特點(diǎn)和應(yīng)用（1）方式3的計(jì)數(shù)過程是CE內(nèi)容減2。（2）軟件啟動(dòng)和硬件啟動(dòng)兩種。（3）改變計(jì)數(shù)初值，OUT端將輸出不同頻率。（4）主要應(yīng)用作為方波發(fā)生器和波特率發(fā)生器。2023/3/10245.方式4

方式4—軟件觸發(fā)選通方式（SoftwareTriggeredstrobe）與方式0比較，主要區(qū)別是OUT端輸出的波形不同，在方式0中是計(jì)數(shù)器為0時(shí)輸出一個(gè)高電平，但在方式4中是輸出一個(gè)CLK脈沖周期寬度的負(fù)脈沖。其次是計(jì)數(shù)期間的輸出極性相反，方式0是低電平輸出，方式4是高電平輸出。

2023/3/10256.方式5

方式5—硬件觸發(fā)選通方式（HardwareTriggeredStrobe） 方式5和方式1有些相似。CE到零時(shí)OUT端產(chǎn)生寬度為1個(gè)CLK脈沖周期的負(fù)脈沖選通輸出信號(hào)。2023/3/1026６種工作方式的時(shí)序波形圖2023/3/10277.2.38253-5的初始化1.寫入方式控制字 三個(gè)通道用的控制字端口地址是相同的，三個(gè)控制字寫入后卻存入通道對(duì)應(yīng)的寄存器中。2.寫入計(jì)數(shù)初始值3.讀計(jì)數(shù)值 在動(dòng)態(tài)讀計(jì)數(shù)值時(shí)可以有兩種方法：（1）以普通對(duì)計(jì)數(shù)器端口讀的方法取得當(dāng)前計(jì)數(shù)值。（2）鎖存計(jì)數(shù)器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值。選通信號(hào)GATE的功能2023/3/10282023/3/1029用8253-5監(jiān)視一個(gè)生產(chǎn)流水線2023/3/1030用8253-5監(jiān)視一個(gè)生產(chǎn)流水線工件從光源與光敏電阻之間通過時(shí)，在晶體管的發(fā)射極上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，此脈沖作為8253—5通道0計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入CLK0，當(dāng)通道0計(jì)數(shù)滿50后，由OUT0輸出負(fù)脈沖，經(jīng)反相后作為8259A的一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，在中斷服務(wù)程序中，啟動(dòng)8253—5通道1計(jì)數(shù)器工作，由OUT1連續(xù)輸出2000Hz的方波，持續(xù)5秒鐘后停止輸出。2023/3/1031用8253-5監(jiān)視一個(gè)生產(chǎn)流水線主程序?yàn)椋?/p>

MOVAL，15H;通道初始化

OUT43H，AL; MOVAL，50H;計(jì)數(shù)初值

OUT40H，AL STI ;開中斷

LOP：HLT ;等待中斷

JMPLOP中斷服務(wù)程序?yàn)椋?/p>

MOVAL，01H；通道1的GATE1置1，啟動(dòng)計(jì)數(shù)

OUT80H，AL2023/3/1032用8253-5監(jiān)視一個(gè)生產(chǎn)流水線

MOVAL，77H；通道1初始化

OUT43H，AL MOVAL，50H；計(jì)數(shù)初值

OUT41H，AL MOVAL，12H OUT41H，AL CALLDL5S ;延時(shí)5秒

MOVAL，00H

；通道1的GATE1置0，停止計(jì)數(shù)

OUT80H，AL IRET2023/3/10332.在PC機(jī)中的應(yīng)用2023/3/1034在PC機(jī)中的應(yīng)用1.工作原理分析⑴計(jì)數(shù)器0用來產(chǎn)生實(shí)時(shí)日時(shí)鐘信號(hào)，工作于方式3，計(jì)數(shù)初值為0，采用二進(jìn)制計(jì)數(shù)方式，輸出端OUT0作為中斷請(qǐng)求信號(hào)IRQ0

。⑵計(jì)數(shù)器1用來產(chǎn)生動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器刷新操作的定時(shí)控制信號(hào)。它工作于方式2，計(jì)數(shù)初值為18，OUT1端輸出一個(gè)負(fù)脈沖序列，其脈沖周期約為18÷1.1931816MHz＝15.08（μs）。2023/3/1035在PC機(jī)中的應(yīng)用⑶計(jì)數(shù)器2用于為系統(tǒng)中的揚(yáng)聲器發(fā)聲時(shí)提供一個(gè)約為900Hz的方波信號(hào)。它也工作于方式3，計(jì)數(shù)初值為0533H（1331），GATE2接入一個(gè)來自系統(tǒng)板上8255A的PB0，作為揚(yáng)聲器發(fā)聲時(shí)間的控制信號(hào)。2023/3/1036在PC機(jī)中的應(yīng)用2.8253的初始化程序段⑴對(duì)計(jì)數(shù)器0的初始化程序：

MOV AL，00110110B;寫入計(jì)數(shù)器0的控制

;CW=00110110B表示選擇計(jì)數(shù)器0、；雙字節(jié)寫、方式3和二進(jìn)制計(jì)數(shù)

OUT 43H，AL MOV AL，0 ；計(jì)數(shù)初值為65536，先寫入低8位字節(jié)到CRL，

;后寫入高8位字節(jié)到CRH

OUT 40H，AL OUT 40H，AL2023/3/1037在PC機(jī)中的應(yīng)用⑵對(duì)計(jì)數(shù)器1的初始化程序：MOVAL,01010100B；寫入計(jì)數(shù)器1的控制字

;CW=01010100B;表示選擇計(jì)數(shù)器1的控制寄存器，；只寫入低位字節(jié)，方式2和

;二進(jìn)制計(jì)數(shù)

OUT 43H，AL MOV AL，18;計(jì)數(shù)初值寫入CRL中

OUT 41H，AL2023/3/1038在PC機(jī)中的應(yīng)用⑶對(duì)計(jì)數(shù)器2的初始化程序：MOVAL，10110110B ；寫入計(jì)數(shù)器2的控制字，

;CW=10110110B表示選擇計(jì)數(shù)器2

；的控制寄存器，雙字節(jié)寫、方式3和二進(jìn)制計(jì)數(shù)

OUT 43H，AL MOVAX，0533H；計(jì)數(shù)初值0533H依次寫入CR中

OUT42H，AL MOVAL，AH OUT42H，ALIN AL，61H；完成對(duì)8255APB0=PB1=1的設(shè)置，控制揚(yáng)聲器發(fā)聲，；8255APB口的端口地址為061H

MOVAH，AL OR AL，03H OUT 61H，AL2023/3/10393.8253在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

將8253的兩個(gè)計(jì)數(shù)器串聯(lián)起來，使其中的一個(gè)計(jì)數(shù)器作為定時(shí)器，當(dāng)分頻器使用，將其OUT輸出信號(hào)作為另一個(gè)計(jì)數(shù)器的CLK脈沖信號(hào)；而另一計(jì)數(shù)器只起計(jì)數(shù)作用，其OUT輸出端作為中斷請(qǐng)求信號(hào)。2023/3/1040用8253組成的采樣周期發(fā)生器2023/3/1041在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用MOVDX，233H；寫入計(jì)數(shù)器0的控制字

MOVAL，00010100BOUTDX，ALMOVAL，230H；計(jì)數(shù)初值寫入CRL，并啟動(dòng)計(jì)數(shù)器

MOVAL，00HOUTDX，ALMOVDX，233H；

寫入計(jì)數(shù)器1的控制字

MOVAL，01110110BOUTDX，ALMOVDX，231H；寫入計(jì)數(shù)初值到CR，并啟動(dòng)計(jì)數(shù)器12023/3/1042在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用MOVAL，BYTEPTRTIMEOUTDX，ALMOVAL，BYTEPTRTIME+1OUTDX，ALMOVDI，28H；存中斷處理程序首地址偏移量到中斷向量表 MOVAX，OFFSETRTIMECLDSTOSWMOVAX，SEGRTIME

；存中斷處理程序首地址的段基值到中斷向量表STOSW…… …2023/3/1043

4.三個(gè)計(jì)數(shù)通道組合應(yīng)用2023/3/10443個(gè)計(jì)數(shù)通道組合應(yīng)用三個(gè)計(jì)數(shù)通道分別設(shè)置為：通道0—方式2，計(jì)數(shù)初值為1000；通道1—方式1，計(jì)數(shù)初值為500；通道2—方式3，計(jì)數(shù)初值為2000。外接時(shí)鐘為2.5MHz。試畫出三個(gè)通道的CLK、GATE及