微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用課件計(jì)數(shù)器8253A.ppt

1、第九章 計(jì)數(shù)器和定時(shí)電路,9.1 概述 9.2 8253的控制字 9.3 可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式,定時(shí)舉例： 一天24小時(shí)的計(jì)時(shí)，稱為日時(shí)鐘。 在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，對(duì)被測(cè)點(diǎn)的定時(shí)取樣。 在讀鍵盤時(shí)，為去抖，一般延遲一段時(shí)間，再讀。 在微機(jī)控制系統(tǒng)中，控制某工序定時(shí)啟動(dòng)。,一、概述 1、定時(shí)與計(jì)數(shù)器的概念 定時(shí)器：在時(shí)鐘信號(hào)作用下，進(jìn)行定時(shí)的減“1”計(jì)數(shù)，定時(shí)時(shí)間到（減“1”計(jì)數(shù)回零），從輸出端輸出周期均勻、 頻率恒定的脈沖信號(hào)。 由上述可知，定時(shí)器強(qiáng)調(diào)的是精確的時(shí)間。,計(jì)數(shù)器： 在時(shí)鐘信號(hào)作用下，進(jìn)行減“1”計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)次數(shù)到（減1計(jì)數(shù)回零），從輸出端輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。,計(jì)數(shù)舉例： 對(duì)零件和產(chǎn)品

2、的計(jì)數(shù)； 對(duì)大橋和高速公路上車流量的統(tǒng)計(jì)等等。,Intel8253在微機(jī)系統(tǒng)中可用作定時(shí)器和計(jì)數(shù)器。定時(shí)時(shí)間與計(jì)數(shù)次數(shù)是由用戶事 先設(shè)定。,9.1 可編程計(jì)數(shù)/定時(shí)器8253/8254,定時(shí)/計(jì)數(shù)器的作用 生產(chǎn)線上統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品的數(shù)目-計(jì)數(shù)器 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器刷新-定時(shí)器 系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)時(shí)-定時(shí)器 揚(yáng)聲器的頻率源-定時(shí)器 如何定時(shí) 軟件定時(shí)，優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件；缺點(diǎn)是執(zhí)行程序期間CPU一直被占用，降低了CPU效率 硬件定時(shí)，要用額外的硬件計(jì)數(shù)/定時(shí)器，但可提高CPU的利用率,8253基本功能,具有三個(gè)相互獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器通道 每個(gè)通道都可設(shè)定以6種工作方式之一進(jìn)行計(jì)數(shù)/定時(shí) 每個(gè)計(jì)數(shù)器都可設(shè)為按二進(jìn)制或B

3、CD碼計(jì)數(shù) 具有計(jì)數(shù)和定時(shí)功能，基于減1計(jì)數(shù)工作 定時(shí)器減為0后，可自動(dòng)裝入定時(shí)常數(shù)初值，并產(chǎn)生輸出信號(hào) 在減1操作中，任何時(shí)刻計(jì)數(shù)器的值都可由CPU經(jīng)計(jì)數(shù)輸出寄存器讀取,8253引腳,8253引腳,8253與CPU的接口 8 位數(shù)據(jù)線：D0 D7 尋址控制線：A0、A0、/CS 讀寫控制線：/RD、/WR 8253與外設(shè)的接口 注: 三個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器 時(shí)鐘輸入：CLK 輸入門控：GATE 波形輸出：OUT,8253寄存器選擇表,8253內(nèi)部結(jié)構(gòu),內(nèi)部的各計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu),9.2 8253的控制字,例,將計(jì)數(shù)器2初始化為工作方式3，計(jì)數(shù)初值為533H，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)方式，設(shè)寄存器地址為40H

4、 43H 控制字,B6H,MOV AL，0B6H；計(jì)數(shù)器2，先低后高字節(jié) OUT 43H，AL；寫命令字 MOV AX，533H；計(jì)數(shù)初值 OUT 42H，AL；寫計(jì)數(shù)值低位 MOV AL，AH OUT 42H，AL；寫計(jì)數(shù)值高位,例,8253工作為計(jì)數(shù)器 1，方式 3，初值為4020D,77H,編程 MOV AL，77H OUT 43H，AL ；寫計(jì)數(shù)器 1 的控制字 MOV AL，20H OUT 41H，AL ；寫計(jì)數(shù)器 1 的低 8 位初值 MOV AL，40H OUT 41H，AL ；寫計(jì)數(shù)器 1 的高 8 位初值,例2：計(jì)數(shù)器0，工作在模式2，計(jì)數(shù)初值和輸出鎖存器僅使用低8位，初值為

5、100，計(jì)數(shù)值為二進(jìn)制格式。 MOV AL，00010100B；控制字 OUT 73H，AL MOV AL，100 ；計(jì)數(shù)初值 OUT 70H，AL 例3.計(jì)數(shù)器1，工作在模式1，CR和OL使用16位，初值為1234，先寫入低8位，再寫高8位，計(jì)數(shù)值為BCD。,MOV AL，01110011B；控制字 OUT 73H，AL MOV AX，1234HBCD 1234 OUT 71H，AL；計(jì)數(shù)初值低8位 MOV AL，AH OUT 71H，AL；計(jì)數(shù)初值高8位,因8253是減計(jì)數(shù)器，故計(jì)數(shù)初值越大，則計(jì)數(shù)減至0所用時(shí)間（即定時(shí)時(shí)間）就越長(zhǎng)，但由于8253是先減1，再判是否到0，故最長(zhǎng)的定時(shí)時(shí)間是

6、設(shè)置計(jì)數(shù)初值為0，代表65536。 十進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)范圍是000110000，其中當(dāng)計(jì)數(shù)初值寄存器為0000H代表十進(jìn)制數(shù)10000。 計(jì)數(shù)取值范圍在二進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)是0001H10000H，其中10000H代表65536，在計(jì)數(shù)初值寄存器中的值是0000H。 可以從8253中讀出當(dāng)前計(jì)數(shù)值，但其讀出過程是：先將當(dāng)前計(jì)數(shù)初值寫入到輸出鎖存器，然后再?gòu)妮敵鲦i存器中讀出，在這同時(shí)，8253還在不停地進(jìn)行減計(jì)數(shù)，雖然輸出鎖存器中的值不變，但減計(jì)數(shù)單元卻在不斷地減計(jì)數(shù)，因此，從輸出鎖存器中讀出的值并不一定是真正的當(dāng)前計(jì)數(shù)值。,9.3 工作方式與功能,方式0：計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷輸出（軟件控制） 方式1：重復(fù)觸發(fā)的

7、單穩(wěn)輸出（硬件控制） 方式2：分頻器（軟件控制） 方式3：方波發(fā)生器（軟件控制） 方式4：選通信號(hào)發(fā)生器（軟件觸發(fā)） 方式5：選通信號(hào)發(fā)生器（硬件觸發(fā)）,8253各工作方式的共同點(diǎn),控制字寫入計(jì)數(shù)器時(shí)，所有控制邏輯立即復(fù)位，輸出端OUT進(jìn)入初始態(tài) 寫入初值后，要經(jīng)過一個(gè)時(shí)鐘周期后計(jì)數(shù)執(zhí)行部件CE才開始工作 時(shí)鐘脈沖CLK的上升沿，門控信號(hào)GATE被采樣,方式0計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷,預(yù)置初值之后，OUT仍保持低電平。只有當(dāng)計(jì)數(shù)器中計(jì)數(shù)值減為0時(shí)，OUT才會(huì)輸出高電平并維持 計(jì)數(shù)初值寄存器CR在延遲一個(gè)CLK脈沖后傳到CE中，因此N1個(gè)CLK脈沖后計(jì)數(shù)值才變?yōu)? GATE=0，計(jì)數(shù)停止；1，繼續(xù)計(jì)數(shù)

8、計(jì)數(shù)過程中可重寫或改變計(jì)數(shù)值,方式0特點(diǎn)： （1）計(jì)數(shù)器只計(jì)數(shù)一遍 （2）輸出信號(hào)OUT會(huì)在N+1個(gè)CLK脈沖后變高 （3）GATE變低電平可以停止計(jì)數(shù)過程 （4）改變計(jì)數(shù)立即有效,方式0初始化,設(shè)計(jì)數(shù)器0工作于方式0，8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)，初值為9。端口地址為0E0H0E3H 初始化程序 MOVAL，10H；設(shè)計(jì)數(shù)器0，工作方式0 OUT0E3H，AL；寫入控制寄存器 MOVAL，9 ；設(shè)計(jì)數(shù)初值 OUT0E0H，AL；寫初值入計(jì)數(shù)器0的CR,方式1可重觸發(fā)的單穩(wěn)觸發(fā)器,門控信號(hào)GATE正脈沖啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù) 允許當(dāng)前計(jì)數(shù)未完時(shí)的多次重觸發(fā)，GATE再觸發(fā)后，OUT輸出會(huì)保持N個(gè)CLK脈寬的低電平

9、下個(gè)GATE正脈沖觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，會(huì)將新初值裝入CE中，使計(jì)數(shù)單元從新初值開始計(jì)數(shù),高電平,方式1特點(diǎn)： （1）計(jì)數(shù)到0后，如果有外部觸發(fā)，就可以按原來的計(jì)數(shù)初值工作 （2）計(jì)數(shù)過程中GATE信號(hào)可以用作重新觸發(fā)，計(jì)數(shù)器重新計(jì)數(shù) （3）改變計(jì)數(shù)初值并不是立即有效，只有等到下一個(gè)GATE上升沿，才將新初值裝入計(jì)數(shù)單元并按新初值啟動(dòng)計(jì)數(shù)。,方式1初始化,設(shè)計(jì)數(shù)器1工作于方式1，BCD碼計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值為十進(jìn)制4000。設(shè)端口地址為0E0H0E3H 16位計(jì)數(shù)初值，但由于計(jì)數(shù)值低8位為0，所以可以設(shè)定讀/寫操作控制段只寫高8位，CR低8位自動(dòng)清0?？刂谱譃?1100011B，初始值40H MOVAL，6

10、3H；設(shè)控制字 OUT0E3H，AL MOVAL，40H；設(shè)初值40H（高8位） OUT 0E1H，AL,方式2分頻器,計(jì)數(shù)器減到1時(shí)，OUT僅輸出一個(gè)CLK脈寬的低電平，然后自動(dòng)裝入重新計(jì)數(shù) GATE由低變高會(huì)重新裝入初值 新初值在下次計(jì)數(shù)才起作用,方式2特點(diǎn)： （1）不用重新設(shè)置計(jì)數(shù)值，通道可以連續(xù)工作 （2）以GATE信號(hào)停止計(jì)數(shù)。在GATE變成高電平后的下一個(gè)CLK脈沖，計(jì)數(shù)器恢復(fù)原來的初值，重新計(jì)數(shù) （3）改變計(jì)數(shù)值不是立即有效，只有當(dāng)計(jì)數(shù)值減至0時(shí)，下一輪計(jì)數(shù)過程按新初值進(jìn)行。,方式2初始化,設(shè)計(jì)數(shù)器工作于方式2，二進(jìn)制計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)初值0304H。端口地址0E0H0E3H MOVAL

11、，0B4H；控制字 OUT0E3H，AL MOVAL，04H；計(jì)數(shù)器低字節(jié) OUT0E2H，AL MOVAL，03H；計(jì)數(shù)器高字節(jié) OUT 0E2H，AL,方式3方波發(fā)生器,與方式2類似，但其輸出方波或準(zhǔn)方波 計(jì)數(shù)值完成一半時(shí)，使OUT變低，直到計(jì)數(shù)任務(wù)全部完成為止，OUT恢復(fù)為高 初值為偶數(shù)時(shí)，每次減1，直至n/2時(shí)OUT輸出變?yōu)榈碗娖?，然后又從初值開始，每次減1，直至n/2時(shí)OUT輸出變?yōu)楦唠娖?初值為奇數(shù)時(shí)，每次減1，減(n+1)/2次時(shí)， OUT輸出變?yōu)榈碗娖?，然后?N-1)/2開始，每次減一，直至為0，所以有(N+1)/2個(gè)脈寬的高電平,(N-1)/2個(gè)脈寬的低電平。 GATE由低

12、變高時(shí)，重新開始計(jì)數(shù),方式3特點(diǎn)： （1）GATE信號(hào)由低變高可以使計(jì)數(shù)過程重新開始 （2）改變計(jì)數(shù)初值并不影響現(xiàn)行的計(jì)數(shù)過程,方式3初始化,計(jì)數(shù)器0工作于方式3，二進(jìn)制計(jì)數(shù)，初值為4。端口地址為0E0H0E3H MOVAL，16H；控制字 OUT0E3H，AL MOVAL，4；初值 OUT0E0H，AL,方式4軟觸發(fā)的選通發(fā)生器,計(jì)數(shù)減到0時(shí)輸出一個(gè)脈寬的低電平 GATE由低到高時(shí)，計(jì)數(shù)器恢復(fù)工作，而不重置初值 計(jì)數(shù)過程中，新初值立即起作用,方式4特點(diǎn)： （1）如果設(shè)置計(jì)數(shù)初值為N，則輸出信號(hào)OUT會(huì)在N+1個(gè)CLK脈沖后輸出一個(gè)負(fù)脈沖。 （2）改變計(jì)數(shù)值為立即有效,方式4初始化,設(shè)計(jì)數(shù)器1

13、工作于方式4，二進(jìn)制計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)初值為3。端口地址為0E0H0E3H MOVAL，58H；控制字 OUT0E3H，AL MOVAL，3；初值 OUT0E1H，AL,方式5硬觸發(fā)的選通發(fā)生器,如方式1，方式5也是硬件觸發(fā) 計(jì)數(shù)器到0，輸出一個(gè)脈寬的負(fù)脈沖 允許當(dāng)前計(jì)數(shù)未完時(shí)的多次重觸發(fā) GATE觸發(fā)，按新初值計(jì)數(shù),6、方式5,WR,CLK,CW=1A,LSB=3,GATE,OUT,3,2,1,0,FF,3,方式5特點(diǎn)： （1）若設(shè)置計(jì)數(shù)值為N，則經(jīng)過N+1個(gè)CLK脈沖后OUT引腳輸出一個(gè)負(fù)脈沖 （2）GATE信號(hào)重新觸發(fā)，可以令計(jì)數(shù)器重新計(jì)數(shù) （3）改變計(jì)數(shù)初值并不是立即有效,方式5初始化,設(shè)計(jì)數(shù)

14、器2工作于方式5，二進(jìn)制計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)初值為3，端口地址為0E0H0E3H MOV AL，9AH；控制字 OUT 0E3H，AL MOV AL，3；初始值 OUT 0E2H，AL,工作方式總結(jié),初始化編程的原則：,先寫入控制字，后設(shè)置計(jì)數(shù)初值； 設(shè)置初值的過程必須符合控制字中規(guī)定的格式。 計(jì)數(shù)-輸入信號(hào)為外部計(jì)數(shù)脈沖。 定時(shí)-輸入信號(hào)為已知準(zhǔn)確的、固定周期時(shí)鐘。 定時(shí)時(shí)間 t=nTCK； n為計(jì)數(shù)初值，TCK為時(shí)鐘周期,方式 0 與方式 4 的比較（軟件控制）,相同點(diǎn) 都是軟觸發(fā)，無自動(dòng)重裝入能力 寫入控制字及初值后，若GATE=H，CE開始減計(jì)數(shù) 當(dāng)CE = 0 時(shí)，OUT改變電平狀態(tài),不同點(diǎn)

15、方式 0 在計(jì)數(shù)期間 OUT = L，計(jì)數(shù)結(jié)束 OUT = H,方式 4 在計(jì)數(shù)期間OUT=H，計(jì)數(shù)結(jié)束OUT=負(fù)脈沖,方式 1 與方式 5 的比較（硬件觸發(fā)）,相同點(diǎn) 寫入控制字及初值后，若 GATE 輸入上升沿脈沖觸發(fā)，CE開始減計(jì)數(shù), 當(dāng)CE = 0時(shí), OUT改變電平狀態(tài),不同點(diǎn) 方式 1 在計(jì)數(shù)期間 OUT = L，計(jì)數(shù)結(jié)束OUT = H,方式 5 在計(jì)數(shù)期間OUT=H，計(jì)數(shù)結(jié)束OUT=負(fù)脈沖,方式 2 與方式 3 的比較（波形輸出）,相同點(diǎn) 均輸出連續(xù)周期波形，預(yù)置初值可自動(dòng)重裝入 不同點(diǎn) 方式 2 輸出連續(xù)負(fù)脈沖周期波形 方式 3 輸出連續(xù)方波周期波形,8253讀出命令,MOV

16、AL，00000000B；鎖存 OUT 73H，AL IN AL，70H；當(dāng)前計(jì)數(shù)值低8位 MOV BL，AL IN AL，70H；當(dāng)前計(jì)數(shù)值高8位 MOV BH，AL；讀取后，OL的值又隨計(jì)數(shù)執(zhí)行部件變化,8253應(yīng)用舉例,采用8253作定時(shí)/計(jì)數(shù)器，其接口地址為0120H0123H。 輸入8253的時(shí)鐘頻率為2MHz。 計(jì)數(shù)器0: 每10ms輸出1個(gè)CLK脈沖寬的負(fù)脈沖計(jì)數(shù)器1: 產(chǎn)生10KHz的連續(xù)方波信號(hào) 計(jì)數(shù)器2: 啟動(dòng)計(jì)數(shù)5ms后OUT輸出高電平。 畫線路連接圖，并編寫初始化程序。,8253應(yīng)用舉例（續(xù)）,確定計(jì)數(shù)初值： CNT0： 10ms/0.5us = 20000 CNT1：

17、 2MHz/10KHz = 200 CNT2： 5ms/0.5us = 10000 確定控制字： CNT0：方式2，16位計(jì)數(shù)值 00 11 010 0 CNT1：方式3，低8位計(jì)數(shù)值 01 01 011 0 CNT2：方式0， 16位計(jì)數(shù)值 10 11 000 0,8253應(yīng)用舉例（續(xù)）,CLK0,GATE0,OUT1,D0D7,WR,RD,A1,A0,CS,DB,IOW,IOR,A1,A0,譯碼器,8253,CLK2,GATE1,GATE2,+5V,CLK1,2MHz,OUT0,OUT2,？,線路連接圖：,8253應(yīng)用舉例 初始化程序,CNT0： MOV DX, 0123H MOV AL,

18、 34H OUT DX, AL MOV DX, 0120H MOV AX, 20000 OUT DX, AL,MOV AL, AH OUT DX, AL CNT1： CNT2： ,*如何讀出當(dāng)前計(jì)數(shù)值,第1種方法在計(jì)數(shù)過程中讀計(jì)數(shù)值 先鎖存當(dāng)前計(jì)數(shù)值，再用兩條輸入指令將16位計(jì)數(shù)值讀出。 第2種方法停止計(jì)數(shù)器再讀 用GATE信號(hào)使計(jì)數(shù)器停止，再規(guī)定RL1和RL0的讀寫格式，然后讀出。,9.3.4 8254與8253的比較,先讀入的是計(jì)數(shù)狀態(tài)信息，后是計(jì)數(shù)值,區(qū)別：計(jì)數(shù)頻率不同；控制命令功能不同。8254還具有讀回命令,8253應(yīng)用舉例,在IBM PC/XT機(jī)中，8253-5是CPU外圍支持電路

19、之一，為系統(tǒng)電子鐘提供時(shí)間基準(zhǔn)，為動(dòng)態(tài)RAM刷新提供定時(shí)信號(hào)以及作為揚(yáng)聲器的聲源等功能。 1. 硬件結(jié)構(gòu) 2. 計(jì)數(shù)器的預(yù)置程序,硬件結(jié)構(gòu),從8253-5在IBM PC/XT機(jī)中的連線圖中可知， 8253-5芯片的3個(gè)計(jì)數(shù)器使用相同的時(shí)鐘脈沖。CLK0CLK2的頻率是由8284時(shí)鐘發(fā)生器輸出的外部時(shí)鐘PCLK（2.38MHz）的1/2，即1.19MHz，這由U22分頻實(shí)現(xiàn)。8253-5的3個(gè)計(jì)數(shù)器端口地址為：40H、41H、42H； 控制寄存器端口 地址為43H。,計(jì)數(shù)器的預(yù)置程序,8253-5的3個(gè)計(jì)數(shù)器的預(yù)置程序如下： PR：MOV AL，36H；選擇計(jì)數(shù)器0，寫雙字節(jié)計(jì)數(shù)值，方式3，二進(jìn)

20、制計(jì)數(shù) OUT 43H， AL ；寫控制字 MOV AL， 0 ；預(yù)置計(jì)數(shù)值65536 OUT 40H， AL ；先送低字節(jié)計(jì)數(shù)值 OUT 40H， AL ；后送高字節(jié)計(jì)數(shù)值 PR1： MOV AL， 54H ；選擇計(jì)數(shù)器1，讀/寫低字節(jié)計(jì)數(shù)值，方式2，二進(jìn)制計(jì)數(shù) OUT 43H， AL MOV AL， 12H ；預(yù)置計(jì)數(shù)器初值18 OUT 41H， AL PR2： MOV AL， 0B6H；選擇計(jì)數(shù)器2，讀/寫雙字節(jié)計(jì)數(shù)值，方式3，二進(jìn)制計(jì)數(shù) OUT 43H， AL MOV AX， 533H；送分頻數(shù)1331 OUT 42H， AL ；先送低字節(jié) MOV AL， AH OUT 42H， AL

21、 ；后送高字節(jié),3個(gè)計(jì)數(shù)器如下： 1. 計(jì)數(shù)器0 2. 計(jì)數(shù)器1 3. 計(jì)數(shù)器2,計(jì)數(shù)器0,計(jì)數(shù)器0為系統(tǒng)電子鐘提供時(shí)間基準(zhǔn)，即向系統(tǒng)日歷時(shí)鐘提供定時(shí)中斷，其輸出端OUT0作為系統(tǒng)的中斷源接中斷控制器8259A的中斷請(qǐng)求端IRQ0。 它選用方式3工作，以產(chǎn)生周期性的方波信號(hào)。為此，對(duì)計(jì)數(shù)器0編程時(shí)應(yīng)設(shè)置的控制字為36H。計(jì)數(shù)器初值預(yù)置為0（即最大值65536），GATE0接+5V，允許計(jì)數(shù)。因此，OUT0輸出方波的時(shí)鐘頻率為1.19MHz/65536=18.21Hz。它直接接到中斷控制器8259A的中斷請(qǐng)求端IR0（即圖中IRQ0），即0級(jí)中斷，每秒出現(xiàn)18.2次。因此，每間隔55ms產(chǎn)生一次0級(jí)中斷請(qǐng)求。并且，每一個(gè)輸出脈沖均以其正跳變產(chǎn)生一次中斷。CPU根據(jù)這一中斷可在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行計(jì)時(shí)。,計(jì)數(shù)器1,計(jì)數(shù)器1用作定時(shí)器，為動(dòng)態(tài)RAM刷新提供定時(shí)信號(hào)，即向DMA控制器定