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5.4 定时/计数控制器接口技术

5.4.1 定时/计数技术概述
1) 定时与计数
计数：记录事件产生的次数。
在计算机中，其实质是记录脉冲个数。
计数对象脉冲不一定要求是周期信号。
定时：在预定时间产生的有关信号。
在计算机中，定时是通过累计计时单元获得，
即定时的本质就是计数，
且定时所计脉冲是标准的周期脉冲。
5.4.1 定时/计数技术概述(续1)
2) 定时方法
两种：软件定时、硬件定时
(1) 软件定时
通过CPU执行一段延时程序(根据预定时间要求设定指令数量及类型)达到定时目的。延时程序执行完毕，通常用OUT指令输出一个控制信号。
特点：简单、灵活，不需额外硬件。
缺点：CPU效率低、延时时间计算麻烦、延时精度低、延时时间不准确(多任务时)。
5.4.1 定时/计数技术概述(续2)
2) 定时方法
两种：软件定时、硬件定时
(2) 硬件定时
不可编程硬件定时：AS：555、393
可编程硬件定时：AS：8253
特点：灵活、定时精度高、不占用CPU时间。
在计算机中应用广泛。
在全自动家用电器中也有用。
5.4.2 可编程计数/定时器芯片8253
1) 8253的基本特性
(1) 有3个独立的16位计数器
(2) 可按二进制或十进制(BCD)计数
二进制：0000H~FFFFH
十进制(BCD)：0000H~9999H
(3) 有6种工作方式(计数方式)
(4) 计数时钟频率CLK：0~2MHz 教材2MHz
2) 8253的内部结构
0：as sleep or die
>2MHz：too fast 眼花缭乱
5.4.2 可编程计数/定时器芯片8253(续1)
2) 8253的内部结构 see图5.4.1 (下页)
(1) 数据总线缓冲器
(2) 读写控制逻辑
接收 RD#、WR#、CS#、A1、A0控制
(3) 控制字寄存器
A1A0=11，用于规定计数器工作方式
(4) 计数器0、1、2
16bit减1计数器，可预置计数初值。
计数输入CLK：计数器对CLK脉冲减1计数，减到0时结束。CLK为周期脉冲时即可为定时。
输出端OUT：减1计数到0时输出脉冲或连续波
图5.4.1 8253内部结构
5.4.2 可编程计数/定时器芯片8253(续2)
3) 8253芯片的引脚及其功能
常规：D7~D0
CS#、A1、A0
RD#、WR#
计数：CLK：脉冲输入
计数器对CLK的脉冲
进行计数。
GATE：门控
1：允许计数
0：禁止、中止计数
OUT：信号输出
计数到0/定时时间到
图5.4.2 8253引脚
5.4.2 可编程计数/定时器芯片8253(续3)
3) 8253芯片的引脚及其功能

表5.5.1 8253端口地址编码
CS# A1 A0 端口选择
0 0 0 计数器0
0 0 1 计数器1
0 1 0 计数器2
0 1 1 控制寄存器
1 x x 未选中
5.4.2 可编程计数/定时器芯片8253(续4)
4) 8253的控制字及初始化编程
(1) 8253的控制字 名义1个实3个
  D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
计数器选择 读/写格式 工作方式选择 数制选择

00选择计数器0 0: 二进制
01选择计数器1 1: BCD
10选择计数器2 000方式0
11非法选择 001方式1
00计数器锁存命令 x10方式2
01只读/写低字节 x11方式3
10只读/写高字节 100方式4
11先写低字节，后写高字节 101方式5
图5.4.3 8253控制字
带帽
5.4.2 可编程计数/定时器芯片8253(续5)
4) 8253的控制字及初始化编程
(2) 8253的初始化编程
a. 3个计数器有各自的控制字，必须分别写入，
但写入的地址是同一个(A1A0=11)，由D7D6区分。
b. 对同一通道：先写控制字，再写计数初值。
对3个通道的写入顺序无要求。如可先计2后计0。
c. 计数初值的必须按控制字规定的方式写。
如16bit：先低8bit、后高8bit (同一地址)
计数初值的最大值：0000H 跑道起点
计数值可改写。即计数过程中可重写入。
d. 关于
5.4.2 可编程计数/定时器芯片8253(续6)
(1) 方式0：计数结束产生中断 (由低电平变为高电平)
a. 写CW后：OUT=0，直到计数到0
b. 写N后：下1个CLK脉冲下降沿开始计数
c. 计数过程中，可重写N，重写N后，同b.
d. GATE的作用：GATE=1计数、=0暂停计数
e. 计数到0：OUT=1，直到再写CW或N
f. 输出波形
(1) 方式1：可编程的单拍负脉冲
a. 写CW后：OUT=1
b. 写N后：等待GATE脉冲上升沿
c. GATE上升沿启动计数过程：且OUT=0
GATE上升沿后下1个CLK脉冲下降沿开始计数
d. 计数过程中，GATE可重启动计数，即重从N起计
e. 计数到0：OUT=1
f. 输出波形：
(1) 方式2：分频脉冲发生器
a. 写CW后：OUT=1
b. 写N后：下1个CLK脉冲下降沿开始计数
c. 计数过程中，GATE可停止计数(=0)、继续计数(=1)
d. 计数到1：OUT=0，
e. 经1个CLK后，OUT=1，并自动重新从N开始计数
f. 输出波形
(1) 方式3：分频方波发生器
a. 写CW后：OUT=1
b. 写N后：下1个CLK脉冲下降沿开始计数
c. 计数过程中，GATE可停止计数(=0)、继续计数(=1)
d. 计数到一半：OUT=0，并继续计数
e. 计数到1：OUT=1，并自动重新从N开始计数
f. 输出波形：如图5.4.7
偶数N：高电平宽度 = 低电平宽度 = (N/2) CLK
奇数N：高电平宽度 = [(N+1)/2] CLK
低电平宽度 = [(N-1)/2] CLK
即高电平宽度比低电平宽度多1个CLK
5.4.2 可编程计数/定时器芯片8253(续10)
5) 8253的工作方式 (6种)(续4)
(1) 方式4：软件触发选通脉冲发生器
a. 写CW后：OUT=1
b. 写N后：下1个CLK脉冲下降沿开始计数
c. 计数到0：OUT=0，
经1个CLK后，OUT=1，并结束
e. GATE的作用：GATE=1：允许计数，
GATE=0：停止计数
f. 输出波形
5.4.2 可编程计数/定时器芯片8253(续11)
5) 8253的工作方式 (6种)(续5)
(1) 方式5：硬件触发选通脉冲发生器
a. 写CW后：OUT=1
b. 写N后：等待GATE的上升沿
c. 计数启动：GATE上升沿
GATE上升沿后下1个CLK脉冲下降沿开始计数
d. 计数到0：OUT=0，
经1个CLK后，OUT=1，并结束
e. GATE的作用：GATE=1：允许计数，
GATE=0：停止计数
f. 输出波形：
5.4.2 可编程计数/定时器芯片8253(续12)
5.4.3 8253的应用举例
1) 8253定时功能的应用
(0) 定时：可用方式0、方式1、方式4、方式5，
一般用方式0
但8253的输入CLK必须是周期脉冲
(2) 例1(王书P.198例)
题：将8253的计数器1作为5ms定时器，设输入时钟频率为200KHz，试编写8253的初始化程序。
基本思路：
定方式、
算初值、
算地址、
编程
5.4.3 8253的应用举例(续1)
思路及步骤：
a. 确定工作方式
定时器：一般用方式0——计数结束产生中断
b. 计算计数初值N，确定计数进制及写入方式
CLK：200KHz→T：1/200K=5us
定时：5ms
→N=5ms/5us=1000=3E8H
因N﹤9999H，可用二进制或BCD计数
因N﹥FFH(8bit)，写入方式选“先低8bit后高8bit”
→CW.D5D4=11
BCD计数：低8bit：00，高8bit：10
二进制计数：低8bit：E8H，高8bit：3H
5.4.3 8253的应用举例(续2)
思路及步骤：
c. 确定控制字CW
根据a.、b. →CW = 01 11 000 1 B = 71H (BCD)
或CW = 01 11 000 0B=70H (二进制)
d. 确定地址
基本：A1A0=00：计0， A1A0=01：计1
A1A0=10：计2， A1A0=11：CW
高位：决定于CS#来源
本题给定：计1地址：3F82H，控制字地址：3F86H
e. 编程
i. 写控制字CW
ii. 写入计数初值：先低8bit后高8bit
5.4.3 8253的应用举例(续3)
思路及步骤：
f. 初始化程序示例1 (王书P.198、BCD计数)
MOV AL，71H ;CW 注：NOV
MOV DX，3F86H ;控制字地址 注：3F68
OUT DX，AL ;CW→CWR
MOV DX，3F82H ;计1地址
MOV AL，00 ;N低8bit
OUT DX，AL ;写N低8bit
MOV AL，10 ;N高8bit
OUT DX，AL ;写N高8bit
5.4.3 8253的应用举例(续4)
思路及步骤：
g. 初始化程序示例2 (二进制计数)
MOV AL，70H ;CW=70H
MOV DX，3F86H ;控制字地址
OUT DX，AL ;CW→CWR
MOV DX，3F82H ;计1地址
MOV AL，0E8H ;N低8bit
OUT DX，AL ;写N低8bit
MOV AL，3H ;N高8bit
OUT DX，AL ;写N高8bit
5.4.3 8253的应用举例(续5)
2) 8253计数功能的应用
(0) 计数与定时：
计数：对8253的输入CLK无特别要求
定时：8253的输入CLK必须是周期脉冲
(2) 例1(王书P.200例)
题：某8086系统中有一片8253芯片，利用8253的计数通道2对外部事件计数，计满360次经8259的IR1向CPU发出中断信号，硬件电路如王书P.201所示。计数器2口地址为05DH，控制口地址为05FH。试编写8253的初始化程序。
基本思路(同前述)：
定方式、 算初值、算地址、编程
假定也应尽量与实际相符
5.4.3 8253的应用举例(续6)
2) 8253计数功能的应用
(2) 例1(王书P.200例)
初始化程序：
MOV AL，0B0H ;CW=B0H
OUT 5FH，AL ;CW→CWR
MOV AL，68H ;N低8bit,N=360=168H
OUT 5DH，AL ;写N低8bit,地址在FFH内
MOV AL，1H ;N高8bit
OUT 5DH，AL ;写N高8bit
5.4.4 可编程计数/定时器8253概要
1) 计数与定时
2) 8253的基本功能与结构
三个计数/定时器
六种工作方式：六种输出波形
3) 8253的初始化编程
基本思路：定方式、 算初值、算地址、编程