第八章-可编程计数器定时器及其应用优秀文档.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章,可编程定时/计数器8253,实现定时或延时控制有三种方法：,软件定时：,即让,CPU,执行一段不完成任何其他功能的程序段，由于执行每条指令都需要时间，则执行一个程序段就需要一定的时间，通过改变指令执行的循环次数来控制定时时间,不可编程硬件定时器：,采用中小规模器件，外接定时元件,电阻和电容构成。,可编程硬件定时器：,就是其工作方式、定时值和定时范围可以很容易由软件来确定和改变。计数器一旦开始工作后，,CPU,就可以去做别的工作了，等计数器计到预定时间，便自动形成一个输出信号，用来向,CPU,提出中断请求。这种方法不但显著提高了,CPU,的利用率，而且定时时间由软件设置，使用十分灵活，加上定时时间精确，使用十分广泛。,可编程定时器/计数器8253,一、,8253,的,内部结构和功能,二、,8253,的,引脚功能,三、,8253,的,工作方式,四、,8253,应用,举例,8253可编程定时器/计数器的主要性能：,有,3,个独立的,16,位计数器,工作方式可编程控制,计数脉冲频率,02,MHz,可以按二进制或,BCD,码计数,使用单一,+5,V,电源,0,1,2,一、8253的内部结构和功能,在初始化编程时用于寄存在CPU写入的控制字以决定各通道的工作方式。此寄存器只能写入不能读出。,当用8253作外部事件计数器时，在CLK脚上所加的计数脉冲是由外部事件产生的，这些脉冲的间隔可以是不相等的。如果用它作定时器，则CLK引脚上应数入精确的时钟脉冲，这时8253所能实现的定时时间=计数脉冲周期预置的计数初值,读写逻辑接收来自系统总线的控制信号，以产生控制整个器件工作的控制信号。,这个八位的三态、双向缓冲器用于将8253与系统总线相连，接收CPU输出的方式控制字或计数初值，发送CPU从计数器读出的计数值。,控制端口地址为2A3H,计数到零后，不能自动恢复计数初值，OUT输出端保持高电平。,21所示，试编程完成以上工作。,计数器能够连续工作，输出OUT是输入CLK的n（初值）分频。,计数器一旦开始工作后，CPU就可以去做别的工作了，等计数器计到预定时间，便自动形成一个输出信号，用来向CPU提出中断请求。,OUT0OUT2：计数器02的输出，其输出,MOV DX,312H；,如果是二字节数，则在写入第一个字节时停止计数；,GATE=1，允许计数；,通道1方式字，先读写低字节，后高字节，方式1，BCD计数,对控制寄存器设置控制字,设8253-5端口地址为2F0H、2F2H、2F4H、2F6H。,计数过程中，外部的GATE触发沿提前到来，则下一个CLK脉冲下降沿，计数器开始重新计数，这将使输出单稳脉冲比原先设定的计数值加宽了。,二、8253的引脚功能,D,7,D,0,：,双向三态数据线，CPU用输入、输,出指令对8253进行读/写操作的信息都经8,位数据总线传送。,CLK,0,CLK,2,：,计数输入，要求加在CLK引脚,的时钟脉冲频率不大于2MHz。,GATE,0,GATE,2,：,门控输入，当GATE引脚为,低时，禁止计数器工作；只有GATE引脚为,高时，才允许计数器工作,OUT,0,OUT,2,：,计数器02的输出，其输出,波形取决于工作方式,A,1,、A,0,：,寻址3个计数器和控制寄存器（三,个计数器的控制寄存器共用一个端口地址）,RD、WR和CS：,分别为读、写和片选信号，,均为低电平有效,A,1,A,0,寄存器选择及其操作,0,1,0,0,0,对计数器0置计数初值,0,1,0,0,1,对计数器1置计数初值,0,1,0,1,0,对计数器2置计数初值,0,1,0,1,1,对控制寄存器设置控制字,0,0,1,0,0,从计数器0读出计数值,0,0,1,0,1,从计数器1读出计数值,0,0,1,1,0,从计数器2读出计数值,0,0,1,1,1,无操作（,D,7,D,0,三态）,1,禁止（,D,7,D,0,三态）,0,1,1,无操作（,D,7,D,0,三态）,RD,WR,CS,8253的端口选择,三、8253的工作方式,1、,控制字寄存器,2、工作方式,方式,0,计数结束中断方式,方式,1,可重复触发的单稳态触发器,方式,2,频率发生器（,n,分频器）,方式,3,方波发生器,方式,4,软件触发的选通信号发生器,方式,5,硬件触发的选通信号发生器,1.8253控制字寄存器,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,SC,1,SC,0,RL,1,RL,0,M,2,M,1,M,0,BCD,BCD=1,时，采用BCD码计数，写入计数器的初值用BCD码表示，初值范围为,00009999H,，其中,0000,表示最大值10000，即10,4,。如预制初值n=1200H时，表示一个十进制数1200。,BCD=0,时，采用BCD码计数，写入计数器的初值用二进制数表示，初值范围为,0000FFFFH,，其中,0000,表示最大值65536，即2,16,。如预制初值n=1200H时，表示一个十进制数4608。,方式0:计数结束中断,4,3,2,1,0,n,CLK,OUT,GATE,(n=4),INTR,方式0的工作特点：,计数到零后，不能自动恢复计数初值，,OUT,输出端保持高电平。,计数过程中，如果,GATE=0,，,则暂停计数，直到,GATE,变高后再接着计数。,在计数过程中可改变计数值。若是,8,位计数，写入新的计数值后，计数器按新值开始计数；若是,16,位计数，写入第一个字节后，计数器停止计数，在写入第二个字节后，按新的初值计数。,(m=5),3,2,1,0,4,5,INTR,A,B,方式1:,可重复触发的单稳态触发器,4,3,2,1,0,CLK,OUT,GATE,(n=4),(m=5),5,4,3,2,4,5,3,2,1,0,单脉冲宽度,单脉冲宽度,方式1的工作特点：,可重复触发。计数到零后，不用再次送计数值，只要给它触发脉冲，即可产生一个同样宽度的单稳脉冲。,计数过程中，若装入新的计数初值，则当前输出不受影响。只有再次触发后，计数才开始按新值输出脉冲宽度。,计数过程中，外部的,GATE,触发沿提前到来，则下一个,CLK,脉冲下降沿，计数器开始重新计数，这将使输出单稳脉冲比原先设定的计数值加宽了。,例,方式2:频率发生器（n分频器）,方式2的工作特点：,计数器写入控制字和计数初值后，如,GATE,一直处于高电平，那么，在下一个脉冲开始计数器计数。,不用重复置数。计数器能够连续工作，输出,OUT,是输入,CLK,的,n,（,初值）分频。,计数过程可由,GATE,信号控制。,GATE,变低将使计数暂停且,OUT,立即为高；在,GATE,变高后的下一个,CLK,下降沿计数器重新从初值开始计数。,计数过程中可改变初值。如果,GATE,一直处于高电平，则重装计数初值不影响现行计数过程；下一个过程，才按新值计数。,CLK,OUT,GATE,4,3,2,1,0,n=4,n=3,3,2,1,3,4,3,2,1,1,0,4,0,4,3,2,0,重复周期,方式3:方波发生器,4,4,CLK,OUT,GATE,4,2,0,2,4,n=4,n=5,4,2,4,5,2,0,0,0,4,5,4,2,0,重复周期,2,0,重复周期,5,4,特点,：,当计数初值,n,为偶数时，每个,CLK,脉冲使计数值减,2,，当计到零时，一方面使输出改变状态，另一方面，又重新装入计数值、开始新的计数。当,n,为奇数时，且,OUT,为高时，第一个脉冲使计数减,1,，然后依次减,2,；当,OUT,为低时，先使计数减,3,，然后依次减,2,。,GATE=1,，,允许计数；,GATE=0,，,禁止计数。如果在输出为低期间，,GATE=0,，,输出将立即变高，停止计数；当,GATE,变高后，计数器将重新装入初值并开始计数。,例,方式4:软件触发的选通信号发生器,CLK,OUT,GATE,OUT,n=4,n=4,4,3,2,1,0,4,3,2,1,0,4,特点,：,只计数一次,GATE=1,，,允许计数；,GATE=0,，,禁止计数。,在计数过程中改变计数初值，则按新计数值重新开始计数。如果是二字节数，则在写入第一个字节时停止计数；写入第二个字节后，按新的计数初值开始计数。,方式5:硬件触发的选通信号发生器,CLK,GATE,GATE,OUT(n=4),OUT(n=4),4,3,2,1,0,4,3,4,3,2,1,0,写入控制字后，输出为高。写入计数初值后并不立即开始计数，而是由,GATE,信号的脉冲上升沿触发启动。当计数到零后时，输出一个,CLK,周期宽度的负脉冲，然后输出变高，停止计数。直至下次,GATE,脉冲的触发才能计数。,在计数过程中，外部的,GATE,触发沿提前到来，则下一个,CLK,脉冲下降沿，计数器开始重新计数。,例,8253工作方式特点：,方式0，,在写入控制字后，输出端即变低，计数结束后，输 出端由低变高，常用该输出信号作为中断源。,方式1，,用来产生单脉冲。,方式2，,用来产生序列负脉冲，每个负脉冲的宽度与CLK脉冲 的周期相同。,方式3，,用来产生连续的方波。方式2和方式3都实现对时钟 脉冲进行n分频。,方式4和方式5的,波形相同，都在计数器回0后，从OUT端输出 一个负脉冲，其宽度等于一个时钟周期。,方式0、1和4，计数初值装进计数器后，仅一次有效。方式2，3和5，在减1计数到0值后，8253会自动将计数值重装进计数器。,启动计数器的触发方式,软件触发方式,：,只要,GATE,信号为高电平，在写入计数初值后的下一个,CLK,脉冲的下降沿到来时，计数初值从计数初值寄存器送到减,1,计数器中，启动计数。,硬件触发方式：,即写入计数初值后，计数器并不开始计数。而是在,GATE,信号上升沿到来后的第一个,CLK,下降沿到来时，才将计数初值从计数初值寄存器送到减,1,计数器中，启动计数。,在六种工作方式中属于软件触发方式的有方式,0,和方式,4,，属于硬件触,发方式的有方式,1,和方式,5,。,注意：,方式,2,和方式,3,既可用于软件触发，也可用于硬件触发。具体地讲，在计数过程中，若,GATE,变为低电平，计数器停止计数。在,GATE,正跳变后，重新启动计数并从计数初值开始，因此当计数通道用作对外部事件计数时，,GATE,正跳变可用作对外部事件的同步控制信号,四、8253应用举例,1.初始化编程,2.读取8253的计数值,3.应用举例,1.初始化编程,初始化编程：,刚接通电源时，诸如8253之类的可编程外围接口芯片通常都处于未定义状态，在使用之前，必须用程序把他们初始化为所需的特定模式，这个过程称为初始化编程。,初始化步骤：,（1）写入控制字,用输出指令向控制字寄存器写入一个控制字，以选定计数器通道，规定该计数器的工作方式和计数格式。写入控制字还起到复位作用，使输出端out变为规定的初始状态，并使计数器清0,（2）写入计数初值,用输出指令向选中的计数器端口地址中写入一个计数初值，初值设置时要符合控制字中有关格式的规定。初值可以是8位数据，也可以是16位数据。,GATE=1，允许计数；,实现定时或延时控制有三种方法：,写入第二个字节后，按新的计数初值开始计数。,计数到零后，不能自动恢复计数初值，OUT输出端保持高电平。,初始化编程：刚接通电源时，诸如8253之类的可编程外围接口芯片通常都处于未定义状态，在使用之前，必须用程序把他们初始化为所需的特定模式，这个过程称为初始化编程。,具体地讲，在计数过程中，若GATE变为低电平，计数器停止计数。,而是在GATE信号上升沿到来后的第一个CLK下降沿到来时，才将计数初值从计数初值寄存器送到减1计数器中，启动计数。,方式1:可重复触发的单稳态触发器,方式4:软件触发的选通信号发生器,此时，采用通道级连的办法，将通道1的输出OUT1作为通道2的输入脉冲。,控制端口地址为2A3H,计数过程中，若装入新的计数初值，则当前输出不受影响。,发方式的有方式1和方式5。,IN AL,DX ；,周期为4ms的脉冲作为通道2的输入，要求输出端OUT2的波形为方波且周期为4s，因此通道2应工作于方式3，计数初值为1000。,CLK0CLK2：计数输入，要求加在CLK引脚,0,1,0,0,1,1,0,0,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,计数器0,先写低8位,再写高8位,方式1,二进制计数,例：对计数器0初始化。工作与方式1，按二进制计数，计数值为5080H。,确定控制字：,计数值低8位为,80H,，,高8位为,50H,。设端口,地址为,2A0H2A3H,，,则初始化程序为：,MOV DX,2A3H ；控制端口地址为2A3H,MOV AL,32H ；00110010B,OUT DX,AL ；送方式控制字到控制寄存器,MOV DX,2A0H ；计数器0端口地址为2A0H,MOV AL,80H,OUT DX,AL ；先写低8位计数值到计数器,MOV AL,50H,OUT DX,AL ；再写高8位计数值到计数器0,2.读取8253的计数值,；命令控制字送控制口,；读取计数器0低8位数据,当8253计数值是16位时，CPU要分两次读入，通常做法有两种：,（1）利用GATE信号使计数过程暂停,（2）利用命令控制字（SC1 SC0,00,0000B）将待读计数值锁存至其锁存器，这种方法不能影响计数过程。,注意，控制字应写入控制端口。CPU读取此锁存器后，锁存自动解除。,例：读取计数器0的 16位计数值，采用锁存器锁存方式，其程序为：,MOV AL,00H,MOV DX,2A3H,OUT DX,AL,MOV DX,2A0H,IN AL,DX,XCHG AL,AH ；暂存AH,IN AL,DX ；读取计数器0高8位数据,XCHG AL,AH ；AX中为计数器0的16位计数值,3、应用举例,用,8253,产生各种定时波形,控制,LED,的点亮或熄灭,8253初始化方法:,控制字,计数初值:,n=定时时间t,时钟频率fc,=定时时间t/时钟脉冲周期Tc,如：f,c,=1MHZ，,最大计数初值：65536,一个定时器最大定时时间：,N/f,c,=65536/10,6,在某个以8086为CPU的系统中使用了一块8253芯片，,8253的4个端口地址分别为310H、312H、314H、和316H，所用的时钟脉冲频率为1MHZ。要求3个计数通道分别完成以下功能：,（1）通道0工作于,方式3,，输出频率为2KHZ的方波；,（2）通道1产成宽度为480us的,单脉冲,；,（3）通道2用,硬件方式触发,，输出单脉冲，时间常数为26。,用8253产生各种定时波形,在GATE正跳变后，重新启动计数并从计数初值开始，因此当计数通道用作对外部事件计数时，GATE正跳变可用作对外部事件的同步控制信号,OUT DX,AL ；,8253可编程定时器/计数器的主要性能：,计数器能够连续工作，输出OUT是输入CLK的n（初值）分频。,GATE=1，允许计数；,MOV DX,2A3H,MOV DX,2A0H,MOV AL，20H；,控制LED的点亮或熄灭,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,MOV AL,00H；,通道2方式字，只读写低字节，方式5，BCD计数,通道1控制字，只读/写高8位，BCD计数制,地址为2A0H2A3H，,CALL DL6s；,（1）定时脉宽：,MOV AL，00100111B,；通道0初始化程序,MOV DX,316H,；控制口地址,MOV AL,00110111B,；通道0控制字，先读写低字节，后高字节，方式3，BCD计数,OUT DX,AL,；写入方式字,MOV DX,310H,；通道0口地址,MOV AL,00H,；低字节,OUT DX,AL,；先写入低字节,MOV AL,05H,；高字节,OUT DX,AL,；后写入高字节,对三个通道的初始化程序,；通道1初始化程序,MOV DX,316H,MOV AL,01110011B,；通道1方式字，先读写低字节，后高字节，方式1，BCD计数,OUT DX,AL,MOV DX,312H,；通道1口地址,MOV AL,80H,；低字节,OUT DX,AL,MOV AL,04H,；高字节,OUT DX,AL,；通道2初始化程序,MOV DX,316H,MOV AL,10011011B,；通道2方式字，只读写低字节，方式5，BCD计数,OUT DX,AL,MOV DX,314H,；通道2口地址,MOV AL,26H,；低字节,OUT DX,AL,；只写入低字节,控制LED的点亮或熄灭,例：用8253来控制一个LED发光二极管的点亮和熄灭，要求点亮10秒钟后再让它熄灭10秒钟，8253的各端口地址为81H、83H、85H和87H。,初始化程序,MOV AL,00110101B,；通道0控制字，先读写低字节，后高字节，方式3，BCD计数,OUT 87H,AL,MOV AL,00H；,计数初值低字节,OUT 81H,AL,MOV AL,50H,；计数初值高字节,OUT 81H,AL,MOV AL,01110111B,；通道1控制字，先读写低字节，后高字节，方式3，BCD计数,OUT 87H,AL,MOV AL,00H；,计数初值低字节,OUT 83H,AL,MOV AL,80H,；计数初值高字节,OUT 83H,AL,例 用8253监视一个生产流水线，每通过100个工件。蜂鸣器响6s。频率为1000HZ。,硬件连接：硬件接口示意图如图所示，工件从光源与光敏电阻之间通过时，在晶体管的发射极上会产生一个脉冲，此脉冲作为8253计数通道0的计数脉冲，当通道0计数满100后，由OUT0输出负脉冲，经反相后作为8259A的一个中断请求信号，在中断服务程序中，启动8253计数通道1工作，由OUT1连续输出1000HZ的方波，持续6s后停止输出。,控制字设置：通道0计数器工作于方式2，采用BCD计数，因计数初值为100，采用RL1RL010（读/写计数器的高8位），则方式控制字为00100101B。,通道1计数器工作于方式3，CLK1接2MHZ时钟，要求产生1000HZ的方波，则计数初值应为200000010002000，采用RL1RL0=10（只读/写高8位），BCD计数，则方式控制字为01100111B。,程序编制：假设8253通道0的地址为40H，通道1的地址为42H，控制口地址为46H。8255A的A口地址为80H，工作于方式0输出。,则主程序为：,MOV AL，25H；通道0初始化,OUT 46H，AL,MOV AL，01H；计数初值高8位，低8位自动清零,OUT 40H，AL,STI；开中断,LOP：HLT；等待中断,JMP LOP,中断服务程序为：,MOV AL，01H；通道1的GATE1置1，启动计数,OUT 80H，AL,MOV AL，67H；通道1初始化,OUT 46H，AL,MOV AL，20H；计数初值高8位，低8位自动清零,OUT 42H，AL,CALL DL6s；延时6s,MOV AL，00H；通道1的GATE1置0，停止计数,OUT 80H，AL,；向8259A发中断结束命令,IRET,例 8253通道2接有一发光二极管，要使发光二极管以点亮2s，熄灭2s的间隔工作，8253各通道端口地址分别为40H、42H、44H、46H，其电路硬件图如图10.21所示，试编程完成以上工作。,根据要求8253通道2输出一个周期为4s的方波。从图10.21可知通道1的CLK1输入时钟周期为1,s，若通道1工作为定时，其输出最大定时时间为165536,s，仅为65.5ms，因而使用一个通道达不到定时时间4s的要求。此时，采用通道级连的办法，将通道1的输出OUT1作为通道2的输入脉冲。,8253的通道1工作于方式2，其输出端OUT1的输出为相对于1MHZ频率的分频脉冲，若选定OUT1输出脉冲周期为4ms，则通道1的计数初值应为4000。周期为4ms的脉冲作为通道2的输入，要求输出端OUT2的波形为方波且周期为4s，因此通道2应工作于方式3，计数初值为1000。通道1的控制字为01100101B，通道2的控制字为10100111B。,由于计数初值的低8位0，因此采用只读/写高8位的方法，初始化程序如下：,MOV AL，65H；通道1控制字，只读/写高8位，BCD计数制,OUT 46H，AL,MOV AL，0A7H；通道2控制字，只读/写高8位，BCD计数制,OUT 46H，AL,MOV AL，40H；通道1计数初值高8位，低8位自动置0,OUT 42H，AL,MOV AL，10H；通道2计数初值高8位，低8位自动置0,OUT 44H，AL,例 某系统利用8253-5定时器/计数器通道0产生1KHz的重复方波，问通道0应工作在什么工作方式？若CLK0=2MHz，试写出通道0的初始化程序。设8253-5端口地址为2F0H、2F2H、2F4H、2F6H。,解：（1）因为只有方式3可产生重复方波，所以计数通道0应工作在方式3。,（2）首先计算计数初值：,N=（2*10,6,）/（1*10,3,）=2000,其次确定方式控制字，由于采用BCD计数，只读/写高八位，因而方式控制字为00100111B。,最后编写程序。注意：由于端口地址为2F0H、2F2H、2F4H、2F6H，是16位地址，因此必须采用端口寻址中的DX寄存器间接寻址。程序如下：,MOV DX，2F6H；通道0初始化,MOV AL，00100111B,OUT DX，AL,MOV DX，2F0H；写入计数初值高8位，低8位自动清零,MOV AL，20H,OUT DX，AL,例 将8253的三个计数器级连，假设时钟输入为1MHz,画出级连图，并求：,一、各计数器均取最大计数初值，8253的各计数器的定时脉 宽为多少？,二、要求得到毫秒，秒，时三种定时脉宽，计数器的初值为,多少？,（1）定时脉宽：,定时器0：T=65536*1us,定时器1：T=65536*65536,定时器2：T=65536*65536*65536,（2）初值,N0=1ms/1us=1000,N1=1s/1ms=1000,N2=3600s/1s=3600,作业,8-1,8-3,8-4,