第10章計數(shù)器和定時器

第10章計數(shù)器和定時器第一頁，共49頁。第十章計數(shù)器和定時器10.1計算機(jī)中的定時和計數(shù)10.2可編程定時器/計數(shù)器芯便825410.38254在PC系列機(jī)定時系統(tǒng)中的應(yīng)用第二頁，共49頁。10.1計算機(jī)中的定時和計數(shù)定時/延時控制的基本方法：軟件定時不可編程硬件定時可編程硬件定時定時電路是任何計算機(jī)系統(tǒng)中必不可少的基本電路第三頁，共49頁。數(shù)據(jù)讀寫復(fù)位準(zhǔn)備就緒片選端口地址控制字寄存器計數(shù)初值寄存器計數(shù)器（計數(shù)工作單元）輸出鎖存器狀態(tài)鎖存器狀態(tài)寄存器CLKGATEOUT控制邏輯10.1計算機(jī)中的定時和計數(shù)可編程定時器/計數(shù)器典型結(jié)構(gòu)：第四頁，共49頁。可編程定時器/計數(shù)器的主要用途：①以均勻分布的時間間隔中斷分時操作系統(tǒng)，以便切換程序；②向I/O設(shè)備輸出周期可控的定時信號；③用作可編程波特率發(fā)生器；④檢測外部事件發(fā)生的頻率或周期；⑤統(tǒng)計外部某過程中某一事件發(fā)生的次數(shù)；⑥作為向CPU的定時或定次數(shù)中斷源；……10.1計算機(jī)中的定時和計數(shù)第五頁，共49頁。10.2可編程定時器/計數(shù)器芯片8254/825310.2.28254內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳信號10.2.48254的工作方式10.2.5應(yīng)用編程10.2.3內(nèi)部端口尋址10.2.1基本功能第六頁，共49頁。

10.2.1基本功能

8254具有以下基本功能：

(1)有3個獨(dú)立的16位計數(shù)器通道。(2)每個計數(shù)器可按二進(jìn)制或十進(jìn)制(BCD)計數(shù)。(3)每個計數(shù)器可工作于6種不同工作方式。(3)每個計數(shù)器允許的最高計數(shù)頻率為10MHz(8253為2MHz)。(5)有讀回命令(8253沒有)，可以讀出當(dāng)前計數(shù)單元的內(nèi)容和狀態(tài)寄存器內(nèi)容。10.2可編程定時器/計數(shù)器芯片8254/8253第七頁，共49頁。10.2.28254內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳信號內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖10.2可編程定時器/計數(shù)器芯片8254/8253GATE0GATE2D7～D0RDWRA1A0CS數(shù)據(jù)總線緩沖器讀寫控制邏輯控制字寄存器CLK0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2OUT2內(nèi)部總線計數(shù)器通道0計數(shù)器通道1計數(shù)器通道0與微機(jī)相連的引腳。接口特性與8259和各類存儲器芯片類似。與外部相連的引腳，取決于工作方式第八頁，共49頁。10.2.28254內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳信號定時系數(shù)=要求定時的時間時鐘脈沖周期

3個功能獨(dú)立的計數(shù)器通道既可用作計數(shù)器，又可用作定時器，差別在于：作計數(shù)器用時，對CLKi端輸入的計數(shù)脈沖（間隔不一定相同）作減1計數(shù)。作定時器用時，對周期一定的時鐘脈沖作減1計數(shù)。第九頁，共49頁。10.2.3內(nèi)部端口尋址CSRDWRA1A0讀/寫操作說明00000000011110000011100110010101010010011111××××××寫計數(shù)通道0的CR寫計數(shù)通道1的CR寫計數(shù)通道2的CR寫控制寄存器讀通道0的OL或狀態(tài)鎖存器讀通道1的OL或狀態(tài)鎖存器讀通道2的OL或狀態(tài)鎖存器無操作禁止使用無操作10.2可編程定時器/計數(shù)器芯片8254/8253第十頁，共49頁。10.2.48254的工作方式8254中各計數(shù)器通道均有6種工作方式可供選擇:●方式0—計數(shù)結(jié)束中斷方式●方式1—硬件可重觸發(fā)單穩(wěn)方式●方式2—速率波發(fā)生器方式●方式3—方波方式●方式4—軟件觸發(fā)選通方式●方式5—硬件觸發(fā)選通方式理解6種工作方式的要點(diǎn):●門控信號GATE的功能●輸出信號OUT的波形●計數(shù)初值的設(shè)置及啟動計數(shù)的條件10.2可編程定時器/計數(shù)器芯片8254/8253第十一頁，共49頁。計數(shù)結(jié)束中斷方式，OUT輸出波形如下：基本功能GATE=1OUT寫入計數(shù)值計數(shù)開始計數(shù)結(jié)束工作特點(diǎn)計數(shù)由軟件啟動，每次寫入計數(shù)初值，只啟動一次計數(shù)。CPU寫計數(shù)初值到CR后，CR內(nèi)容并不立即裝入CE，而是在其后的下一個CLK脈沖下降沿才將CR內(nèi)容裝入CE，對該CLK脈沖不計數(shù)。(方式1～5相同)計數(shù)過程中，如果GATE=0則暫停計數(shù)，直到GATE=1后再接著計數(shù)。計數(shù)過程中寫入新的計數(shù)初值，從寫入后下一個時鐘脈沖開始，以新的初值計數(shù)。1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式510.2.48254的工作方式第十二頁，共49頁。23031245n=3n=54230n=4WROUTGATECLK①③②INTR1INTR定時波形正常計數(shù)過程門控信號的作用改變計數(shù)初值停止計數(shù)接著計數(shù)值下一脈沖影響計數(shù)1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式510.2.48254的工作方式第十三頁，共49頁。方式0的應(yīng)用●外部事件計數(shù)●測脈沖寬度●頻率計1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式510.2.48254的工作方式第十四頁，共49頁。

方式1是硬件可重觸發(fā)單穩(wěn)方式。計數(shù)器相當(dāng)于一個可編程的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路?；竟δ躉UT寫入計數(shù)值計數(shù)開始計數(shù)結(jié)束GATE工作特點(diǎn)GATE上升沿啟動計數(shù)可重觸發(fā)1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式510.2.48254的工作方式第十五頁，共49頁。單脈沖寬度單脈沖3CLKOUTGATEWR2213343200n=3n=3n=41單脈沖寬度①②③方式1定時波形方式1應(yīng)用:實(shí)時監(jiān)控器(看門狗電路)正常計數(shù)過程計數(shù)過程可重觸發(fā)改變計數(shù)初值的影響啟動計數(shù)重裝計數(shù)值影響計數(shù)1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式510.2.48254的工作方式第十六頁，共49頁?；竟δ埽汗ぷ魈攸c(diǎn)：自動重復(fù)計數(shù)。可由軟件通過寫計數(shù)初值啟動,也可由GATE上升沿啟動。GATE變低電平時停止計數(shù);而當(dāng)GATE由低重新變高時,重新由初值開始計數(shù)。方式2是速率波發(fā)生器方式。OUT端輸出一周期性負(fù)脈沖序列：OUTGATE=1寫入計數(shù)值NT1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式510.2.48254的工作方式第十七頁，共49頁。重復(fù)周期GATE0n=50CLK123n=4WR44341454321043210①②③OUT方式2定時波形：方式2應(yīng)用正常計數(shù)過程門控信號的作用改變計數(shù)初值的影響1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式510.2.48254的工作方式下一周期影響計數(shù)重裝計數(shù)值停止計數(shù)第十八頁，共49頁。方式３是方波方式。OUT輸出的是方波或近似方波信號：基本功能：工作特點(diǎn)：若計數(shù)初值n為偶數(shù)，OUT輸出周期為n個CLK周期的標(biāo)準(zhǔn)方波。OUTGATE=1寫入計數(shù)值NT若n為奇數(shù)，OUT端得到的是近似方波；GATE變低電平時停止計數(shù);而當(dāng)GATE由低重新變高時,重新由初值開始計數(shù)。1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式510.2.48254的工作方式第十九頁，共49頁。4CLKWR0220n=4n=544240042204222420①②③OUTGATE方式3定時波形方式3應(yīng)用波特率發(fā)生器初值為偶數(shù)的計數(shù)初值為奇數(shù)的計數(shù)GATE的影響標(biāo)準(zhǔn)方波近似方波重裝計數(shù)值停止計數(shù)1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式510.2.48254的工作方式第二十頁，共49頁。方式4是軟件觸發(fā)選通方式。基本功能：工作特點(diǎn)：計數(shù)過程中若GATE變低，則停止計數(shù)，直到GATE恢復(fù)到高時，重新從初值開始減1計數(shù)。計數(shù)過程中若改變(重寫)計數(shù)初值，將從改變之后的下個CLK脈沖起，按新初值重新開始計數(shù)。軟件裝入的計數(shù)初值只一次有效。方式4與方式0的功能很相似，主要差別是計數(shù)結(jié)束時，在OUT端產(chǎn)生的是一個寬度為1個CLK周期的負(fù)選通脈沖。1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式510.2.48254的工作方式第二十一頁，共49頁。方式4定時波形CLKGATEWROUT1233323200n=4n=4n=314441②①③軟件啟動（第一次）軟件啟動（第二次）改變初值正常計數(shù)GATE的影響改變初值的影響計數(shù)結(jié)束，輸出負(fù)脈沖停止計數(shù)下一時鐘影響計數(shù)重新計數(shù)1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式510.2.48254的工作方式第二十二頁，共49頁。方式5是硬件觸發(fā)選通方式?；竟δ埽汗ぷ魈攸c(diǎn)：硬件觸發(fā)啟動計數(shù)；

當(dāng)計數(shù)值計到0后，自動重新裝入初值n，但并不開始計數(shù)，而是待GATE端出現(xiàn)新的上升沿后才重新作減1計數(shù)。方式5與方式1很類似，也是由硬件觸發(fā)啟動計數(shù)，差別在于OUT端產(chǎn)生的是一個寬度為1個CLK周期的負(fù)選通脈沖。1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式510.2.48254的工作方式第二十三頁，共49頁。CLKGATEWROUT1253323200n=4n=5144410方式5定時波形硬件觸發(fā)啟動計數(shù)計數(shù)過程改變初值不影響計數(shù)硬件觸發(fā)，以新初值計數(shù)輸出負(fù)脈沖1.方式0

2.方式13.方式24.方式35.方式46.方式510.2.48254的工作方式第二十四頁，共49頁。與其他可編程芯片一樣，為了使用8254，必須通過讀/寫操作對它編程。包括：10.2.5應(yīng)用編程工作之前寫入控制字，以確定每個計數(shù)器通道的工作方式；(2)工作之前寫入每個計數(shù)器通道的計數(shù)初值；(3)工作過程中改變某通道的計數(shù)初值；(4)寫入命令字，以讀出某一時刻某一通道的CE內(nèi)容或狀態(tài)寄存器內(nèi)容。初始化編程工作編程第二十五頁，共49頁。SC1SC0RW1RW0M2M1M0BCD(1)控制字(2)命令字(3)狀態(tài)字8254控制字格式:D7D6D5D4D3D2D1D0選計數(shù)通道00011011選通道0無意義選通道1選通道200011011選讀/寫格式鎖存CE數(shù)據(jù)只讀寫低字節(jié)只讀寫高字節(jié)先讀寫低字節(jié)再讀寫高字節(jié)選計數(shù)碼制01二進(jìn)制數(shù)BCD碼數(shù)000×10001×11100101方式0方式1方式2方式3方式4方式5

選工作方式1.各種控制字、命令字和狀態(tài)字格式第二十六頁，共49頁。鎖存命令字(8253和8254均有)：

用來將當(dāng)前的CE內(nèi)容鎖存到輸出鎖存器OL，以供CPU讀出。命令字有鎖存命令字和讀回命令字D7D6D5D4D3D2D1D0SC1SC000××××選計數(shù)通道00011011選通道0無意義選通道1選通道2(1)控制字(2)命令字(3)狀態(tài)字1.各種控制字、命令字和狀態(tài)字格式第二十七頁，共49頁。讀回命令字(8254特有)

用于將計數(shù)器通道的CE當(dāng)前內(nèi)容鎖存入OL或?qū)顟B(tài)寄存器內(nèi)容鎖存入狀態(tài)鎖存器。D7D6D5D4D3D2D1D011COUNT

STATUSCNT2CNT1CNT001:選中通道20:鎖存狀態(tài)寄存器內(nèi)容1:選中通道01:選中通道1

0:鎖存當(dāng)前計數(shù)器內(nèi)容(1)控制字(2)命令字(3)狀態(tài)字1.各種控制字、命令字和狀態(tài)字格式第二十八頁，共49頁。8254每個計數(shù)器通道對應(yīng)有一個狀態(tài)寄存器和一個狀態(tài)鎖存器。D7D6D5D4D3D2D1D0OUTNULLCOUNTRW1RW0M2M1M0BCD1:BCD碼計數(shù)0:二進(jìn)制計數(shù)OUT引腳現(xiàn)行狀態(tài)1:無效計數(shù)0:可讀計數(shù)讀/寫格式工作方式(1)控制字(2)命令字(3)狀態(tài)字1.各種控制字、命令字和狀態(tài)字格式第二十九頁，共49頁。讀當(dāng)前計數(shù)值/狀態(tài)字的方法和原則：(1)要讀當(dāng)前計數(shù)值或當(dāng)前狀態(tài)，必須先寫讀回命令，再讀OL或SL。(2)對同一通道的計數(shù)器或狀態(tài)寄存器發(fā)多次讀回命令，但每次未立即讀取CE或SR，則只有第一次讀回命令引起的鎖存操作是有效的，以后讀出的值或狀態(tài)僅是第一次讀回命令鎖存的結(jié)果。(3)若讀回命令同時或先后鎖存了同一通道的計數(shù)值和狀態(tài)，則對該通道第一次讀出的結(jié)果一定是狀態(tài)字（8位），隨后的一次或兩次讀出的才是計數(shù)值（一次還是兩次，取決于初始化時控制字確定的計數(shù)值字節(jié)數(shù)）。1.各種控制字、命令字和狀態(tài)字格式第三十頁，共49頁。讀回命令舉例命令命令作用執(zhí)行結(jié)果次序D7D6D5D4D3D2D1D0123456110000101110010011101100110110001100010011100010讀回通道0的計數(shù)值和狀態(tài)讀回通道1的狀態(tài)讀回通道2、1的狀態(tài)讀回通道2的計數(shù)值讀回通道1的計數(shù)值和狀態(tài)讀回通道0的狀態(tài)鎖存通道0的計數(shù)值和狀態(tài)鎖存通道1的狀態(tài)鎖存通道2的狀態(tài)，但對通道1無效鎖存通道2的計數(shù)值鎖存通道1的計數(shù)值，但對狀態(tài)無效命令無效，通道0的狀態(tài)早已鎖存10.2.5應(yīng)用編程第三十一頁，共49頁。2.8254的編程方法及舉例初始化編程必須在8254/8253工作之前進(jìn)行;對每個用到的通道都要初始化：先向控制寄存器（端口3）寫入方式控制字，再以通道地址（端口0，1或2）向CR寫入計數(shù)初值。如在工作過程中需要讀取某通道的當(dāng)前狀態(tài)或當(dāng)前CE值，應(yīng)先向控制寄存器（端口3）寫讀回命令，再從該通道（端口0，1或2）讀出相應(yīng)鎖存器內(nèi)容。(1)編程說明10.2.5應(yīng)用編程第三十二頁，共49頁。（2）編程舉例

例1.

在8086系統(tǒng)中，用8254構(gòu)成定時、計數(shù)與脈沖發(fā)生器系統(tǒng)功能利用通道0完成對外部事件計數(shù)功能,計滿100次向CPU發(fā)中斷請求。利用通道1產(chǎn)生頻率為1kHZ的方波。利用通道2作1s標(biāo)準(zhǔn)時鐘。10.2.5應(yīng)用編程第三十三頁，共49頁。系統(tǒng)的硬件連接：CS地址譯碼CLK12.5MHzD7～D0D7～D0RDRDWRWRM/IOA15A0=0A2A1INTRA1A08254通道2GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2CLK0GATE0OUT0示波器或其它波形接收器外部事件產(chǎn)生源IR0IR2IR7?+5V+5V1s8086cpuA31kHZIR18259A?+5V通道1通道010.2.5應(yīng)用編程第三十四頁，共49頁。初始化編程STT：MOVDX，port3；定義通道0工作于方式0,

MOVAL，10H;按二進(jìn)制計數(shù)OUTDX，ALMOVDX，port0；給通道0送計數(shù)初值100

MOVAL，64HOUTDX，AL

8259A的初始化編程8254的初始化編程10.2.5應(yīng)用編程第三十五頁，共49頁。初始化程序：(續(xù)）MOVDX，port3

；定義通道1為方式3MOVAL，76H

；按二進(jìn)制計數(shù)OUTDX，ALMOVDX，port1

；給通道1送計數(shù)初值2500MOVAX，09C4HOUTDX，AL

；先送低字節(jié)（C4H）MOVAL，AHOUTDX，AL

；再送高字節(jié)（09H）MOVDX，port3

；定義通道2為方式3MOVAL，0B7H

；按十進(jìn)制計數(shù)OUTDX，ALMOVDX，port2

；給通道2送計數(shù)初值1000MOVAX，1000HOUTDX，AL

；先送低字節(jié)（00H）MOVAL，AHOUTDX，AL

；再送高字節(jié)（10H）

10.2.5應(yīng)用編程第三十六頁，共49頁。MOVDX,8259A”0”口；對8259A初始化MOVAL,

13H;寫ICW1OUTDX,ALMOVDX,8259A”1”口

MOVAL,

50H;寫ICW2,定義8254通道0和2的OUTDX,AL;中斷類型碼分別為50H和52HMOVAL,

03

;寫ICW4,自動AEOIOUTDX,ALMOVAL,0FAH;寫OCW1OUTDX,ALSTI:;(續(xù)）第三十七頁，共49頁。例2.用8254設(shè)計一個智能化頻率計。設(shè)計思想利用通道0產(chǎn)生定時（檢測）信號利用通道1對外部脈沖計數(shù)

設(shè)計數(shù)初值為0。當(dāng)定時時間到時，讀出通道1計數(shù)值N，則脈沖頻率為：測量原理脈沖頻率=

定時時間

65536-N

10.2.5應(yīng)用編程第三十八頁，共49頁。硬件電路:驅(qū)動程序中斷采集程序:讀N,求頻率。8254初始化程序通道1方式0計數(shù)通道0方式2定時1MHz中斷請求外部脈沖+5V+5VCLK0GATE0OUT0CLK1GATE18254D0-D7D0-D7IORIOWRDWRCS80HA1A0A1A0MOVAL,34HOUT83H,ALMOVAX,1000OUT80H,ALMOVAL,AHOUT80H,ALMOVAL,70HOUT83H,ALMOV

AL,0OUT81H,ALOUT81H,AL10.2.5應(yīng)用編程第三十九頁，共49頁。

例3.

在某啤酒包裝流水線中，一個包裝箱能裝入24罐，希望每通過24罐，流水線要停2s，等待裝箱完畢，然后繼續(xù)裝箱。試?yán)靡黄?254，完成包裝流水線控制中的定時和計數(shù)功能。設(shè)計思想用1個通道作計數(shù)器，用作24罐計數(shù)用另1個通道作定時器，產(chǎn)生2S定時信號定時控制原理●用定時結(jié)束信號重新啟動流水線●用計數(shù)結(jié)束信號啟動2S定時，并使流水線暫停10.2.5應(yīng)用編程第四十頁，共49頁。硬件電路驅(qū)動程序(初始化）MOVAL，14H

MOVDX，663HOUTDX，ALMOVAL，18HMOVDX，660HOUTDX，ALMOVAL，72HMOVDX，663HOUTDX，ALMOVAL，2000MOVDX，661HOUTDX，ALMOVAL，AHOUTDX，AL1kHz傳感器產(chǎn)生的計數(shù)脈沖2S+5VCLK0GATE0OUT0GATE1CLK18254OUT1控制流水線啟停CS660H方式2方式110.2.5應(yīng)用編程第四十一頁，共49頁。10.38254在PC系列機(jī)定時系統(tǒng)中的應(yīng)用PC系列機(jī)定時系統(tǒng)包括兩部分：CPU內(nèi)部控制時序產(chǎn)生電路：主要用于內(nèi)部指令執(zhí)行過程。I/O接口芯片的定時產(chǎn)生電路：由8254負(fù)責(zé)。以PC/AT機(jī)為例：日歷時鐘由通道0完成DRAM刷新由通道1完成音頻信號產(chǎn)生（驅(qū)動揚(yáng)聲器)由通道2完成第四十二頁，共49頁。時鐘信號發(fā)生器刷新請求發(fā)生器音頻信號發(fā)生器+5V程控+5V1.1931816MHz1.1931816MHz1.1931816MHz8259AIRQ08237DREQ0揚(yáng)聲器計數(shù)器通道0計數(shù)器通道1計數(shù)器通道2功能GATECLKOUT8254各通道在AT定時系統(tǒng)中的作用及信號規(guī)定10.38254在PC系列機(jī)定時系統(tǒng)中的應(yīng)用第四十三頁，共49頁。PC/AT機(jī)定時系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖DACK0(來自8237）PCLKDQCLRQRESET+5V來自8255PB0(端口0061H)IORIOWT/CCSA1A0D7～D0來自8255PB1(端口0061H)GATE0CLK0GATE1CLK1CLK2GATE2RDWRCSA1A0D7～D0OUT0OUT1OUT28254DSQCLR+5VIRQ0(到8259A）DRAM刷新請求&SPK(去揚(yáng)聲器)功放與低通濾波10.38254在PC系列機(jī)定時系統(tǒng)中的應(yīng)用第四十四頁，共49頁。8254三個通道在PC/AT機(jī)中的使用原理通道0：工作于方式3，計數(shù)初值為0（即65536）。用作實(shí)時時鐘信號發(fā)生器，每輸出一個方波，產(chǎn)生一次0級中斷，調(diào)用INT8H一次。INT8H中斷服務(wù)程序的功能：完成日歷時鐘計時；實(shí)現(xiàn)軟驅(qū)馬達(dá)開啟時間管理,使其開啟一段時間完成數(shù)據(jù)存取操作后，自動延時關(guān)停；進(jìn)行INT1CH軟中斷調(diào)用，為用戶提供可用的定時操作服務(wù)程序入口。10.38254在PC系列機(jī)定時系統(tǒng)中的應(yīng)用第四十五頁，共49頁。通道1：工作于方式2，計數(shù)初值為18（即0012H）。每隔15.08μs產(chǎn)生一負(fù)脈沖，用作DRAM刷新時的定時控制。通道2：工作于方式3，計數(shù)初值為0533H輸出頻率約為900HZ的方波，為揚(yáng)聲器發(fā)聲提供音頻信號。

軟件控制發(fā)聲：CPU控制8255A的