1、 定时与计数技术及应用定时与计数技术及应用 定时定时/计数器计数器 8253 了解定时了解定时/计数技术的应用情况计数技术的应用情况 掌握掌握8253的连接与编程的连接与编程 熟悉熟悉8253的工作方式的工作方式10.1 定时与计数定时与计数 1.软件定时软件定时 2.2.不可编程的硬件定时不可编程的硬件定时 这种方法采用这种方法采用数字电路数字电路中的中的分频器分频器将将系统时钟进行适当的分频产生需要的定时系统时钟进行适当的分频产生需要的定时信号；也可以采用信号；也可以采用单稳电路单稳电路或或简易定时电简易定时电路路（如常用的（如常用的555555定时器）定时器）由外接由外接RCRC电路电路
2、控制定时时间。但是，这种定时电路在硬控制定时时间。但是，这种定时电路在硬件接好后，定时范围不易由程序来改变和件接好后，定时范围不易由程序来改变和控制，使用控制，使用不甚方便不甚方便，而且定时，而且定时精度也不精度也不高。高。3.3.可编程的定时可编程的定时 10.2 Intel 8253可编程定时器可编程定时器/计数器计数器 一、一、8253的基本功能和内部结构的基本功能和内部结构 1.8253 1.8253 的基本功能的基本功能2.82532.8253的内部结构的内部结构 图10.1 8253的内部结构示意图图10.2 计数器内部逻辑图控制单元 初值寄存器 减 1 计数器 输出锁存器 内 部
3、 总 线 CLK GATE OUT 控制单元 初值寄存器 减 1 计数器 输出锁存器 内 部 总 线 CLK 决定三个计数器和控制字寄存器中哪一个能进行工决定三个计数器和控制字寄存器中哪一个能进行工作，并控制内部总线上数据传送的方向。作，并控制内部总线上数据传送的方向。接收从接收从CPU来的控制字，并由控制字的来的控制字，并由控制字的D7、D6位的位的编码决定该控制字写入哪个计数器的控制寄存器，控制编码决定该控制字写入哪个计数器的控制寄存器，控制寄存器只能写入，不能读出。寄存器只能写入，不能读出。当当8253用作用作计数器计数器时，加在时，加在CLK引脚上脉冲的间隔引脚上脉冲的间隔可以是不相等
4、的；当它用作可以是不相等的；当它用作定时器定时器时，则在时，则在CLK引脚应引脚应输入精确的时钟脉冲，输入精确的时钟脉冲，8253所能实现的定时时间，取决所能实现的定时时间，取决于计数脉冲的频率和计数器的初值，即：于计数脉冲的频率和计数器的初值，即：定时时间定时时间=时时钟脉钟脉冲周期冲周期Tc预置的计数初值预置的计数初值n。对对8253来讲，外部输入到来讲，外部输入到CLK引脚上的时钟脉冲引脚上的时钟脉冲频率不能大于频率不能大于2MHZ，否则需分频后才能送到，否则需分频后才能送到CLK端。端。二、二、8253的引脚信号的引脚信号 图10.3 8253PIT管脚图8 7 6 5 4 3 2 1
5、22 23 2019 21911 1015 14 13 18 16 17CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2D0D1D2D3 D4 D5 D6D7 A1A0VCCGNDWRRDCS图8-38253的引脚信号24 128 7 6 5 4 3 2 122 23 2019 21911 1015 14 13 18 16 17CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2D0D1D2D3 D4 D5 D6D7 A1A0VCCGNDWRRDCS图8-38253的引脚信号24 12 1.1.与与CPU的接口信号的接口信号 0 0 1
6、1 0 0 1 1 2.2.与与外部设备外部设备的接口信号的接口信号三、三、8253的工作方式的工作方式 1.方式方式0计数结束中断方式计数结束中断方式 (Interrupt on Terminal Count)CW=10LSB=4WRCLKGATEOUT43210FFa.方式0 正常计数CW=10LSB=4WRCLKGATEOUT43210FFa.方式0 正常计数CW=10 LSB=3 WR CLK GATE OUT 3 2 2 2 1 0 FF CW=10 LSB=3 WR CLK GATE OUT 3 2 2 2 1 0 FF GATE为低电平，为低电平，暂停计数暂停计数；当当GATE重
7、新为高电平时又重新为高电平时又恢复计数恢复计数。CW=10LSB=3WRCLKGATEOUT32121FF0C.方式0 计数过程中改变计数值LSB=2CW=10LSB=3WRCLKGATEOUT32121FF0C.方式0 计数过程中改变计数值LSB=2新的初值立即有效新的初值立即有效 2.方式方式1 可编程的单稳态触发器可编程的单稳态触发器 (Programmable One Short)LSB=3 WR CLK GATE OUT 3 2 1 0 FF 3 2 CW=12 LSB=3 WR CLK GATE OUT 3 2 1 0 FF 3 2 CW=12 这种方式由这种方式由外部门控信号外部
8、门控信号GATE上升沿触发上升沿触发，使输出端，使输出端变为低电平，产生一单拍负脉冲信号，脉冲宽度由计数变为低电平，产生一单拍负脉冲信号，脉冲宽度由计数值决定。值决定。LSB=3WRCLK321321CW=12 0GATEOUT终止原来的计数过程，开始终止原来的计数过程，开始新一轮计数新一轮计数 LSB=2 WR CLK GATE OUT 4 2 1 0 FF 3 FE CW=12 LSB=4 LSB=2 WR CLK GATE OUT 4 2 1 0 FF 3 FE CW=12 LSB=4 新的初值新的初值下轮计数有效下轮计数有效 3.方式方式2 比率发生器、分频器比率发生器、分频器 (Ra
9、te Generator)方式方式2用门控信号达到同步计数的目的，用门控信号达到同步计数的目的，波形图如图波形图如图10.6(a)、(b)、(c)、(d)所示。所示。CW=14LSB=3WRCLKGATEOUT3213213a.方式2 正常计数CW=14LSB=3WRCLKGATEOUT3213213a.方式2 正常计数减到1时，输出端OUT变为低电平，减到0时，输出OUT又变成高电平，从初值开始新的计数过程,1CW=14LSB=3WRCLKGATEOUT322323b.方式2 GATE信号的作用1CW=14LSB=3WRCLKGATEOUT322323b.方式2 GATE信号的作用GATE信
10、号为低电平终止计数，而恢复为高电平后的第一个时钟下降沿重新从初值计数。由此可见，GATE一直维持高电平时，计数器方能作为一个N分频器。4 CW=14 LSB=5 WR CLK GATE OUT 3 2 1 4 5 3 4 CW=14 LSB=4 LSB=5 WR CLK GATE OUT 3 2 1 4 5 3 新的初值下次有效新的初值下次有效 4.方式方式3 方波发生器方波发生器(Square Wave Generator)方式3的工作过程同方式2，只是输出的脉宽不同，波形如图10.7(a)、(b)、(c)、(d)所示。32143CW=16LSB=4WRCLKGATEOUT42143a.方式
11、3 计数值为偶数时的波形32143CW=16LSB=4WRCLKGATEOUT42143a.方式3 计数值为偶数时的波形计数器减到N/2时，输出端OUT变为低电平；减到0时，OUT又变成高电平，并重新从初值开始新的计数过程。此时,OUT输出完全对称的方波 3215CW=16LSB=5WRCLKGATEOUT214354b.方式3 计数值为奇数时的波形3215CW=16LSB=5WRCLKGATEOUT214354b.方式3 计数值为奇数时的波形计数减到（N+1）/2以后，输出端OUT变为低电平 近似方波 2144CW=16LSB=4WRCLKGATEOUT214343c.方式3 GATE信号的
12、作用2144CW=16LSB=4WRCLKGATEOUT214343c.方式3 GATE信号的作用计数器重新装入初值并重新开始计数计数器重新装入初值并重新开始计数 5 4 3 2 1 4 3CW=16LSB=5WRCLKGATEOUTLSB=4d.方式3 计数过程中改变计数值5 4 3 2 1 4 3CW=16LSB=5WRCLKGATEOUTLSB=4d.方式3 计数过程中改变计数值若若GATE一直维持高电平一直维持高电平,在计数结束后的下一计数周期开始在计数结束后的下一计数周期开始新的计数新的计数;若写入新的初值后，遇到门控信号的上升沿，则终止现行计若写入新的初值后，遇到门控信号的上升沿，
13、则终止现行计数过程，从下一个时钟下降沿开始按新的初值进行计数。数过程，从下一个时钟下降沿开始按新的初值进行计数。5.方式方式4 软件触发选通方式软件触发选通方式 (Software Triggered Strobe)用方式4工作时，GATE门控信号只是用来允许或不允许定时操作的，定时的执行由程序装入的初值决定，波形图如图10.8(a)、(b)、(c)所示。CW=18LSB=3WRCLKGATEOUT3210FFa.方式4 正常计数CW=18LSB=3WRCLKGATEOUT3210FFa.方式4 正常计数CW=18LSB=3WRCLKGATEOUT333210FFb.方式4 GTAE信号的作用
14、CW=18LSB=3WRCLKGATEOUT333210FFb.方式4 GTAE信号的作用GATE=1，允许计数；GATE信号变低，禁止计数，输出维持当时的电平，直到GATE变成高电平后继续计数，从OUT端输出一个负脉冲。CW=18LSB=3WRCLKGATEOUT321210FFc.方式4 计数过程中改变计数值LSB=2CW=18LSB=3WRCLKGATEOUT321210FFc.方式4 计数过程中改变计数值LSB=2新值是立即有效的新值是立即有效的6.方式方式5 硬件触发选通方式硬件触发选通方式 (Hardware Triggered Strobe)方式5为硬件触发选通方式，完全由GAT
15、E端引入的触发信号控制定时和计数，波形图如图10.9(a)、(b)、(c)所示。OUTLSB=3WRCLKGATECW=1A 3 2 1 0 FF 3OUTb.方式5 时GATE信号的作用LSB=3WRCLKGATECW=1A3 2 3 2 1 0 FFOUTb.方式5 时GATE信号的作用LSB=3WRCLKGATECW=1A3 2 3 2 1 0 FF门控信号上升沿任何时候到来都会立即触发一个计数过程门控信号上升沿任何时候到来都会立即触发一个计数过程 c.方式5 时计数过程中改变计数值3 2 1 0 FF FF 4 3CW=1ALSB=3WRCLKGATEOUTLSB=4c.方式5 时计数
16、过程中改变计数值3 2 1 0 FF FF 4 3CW=1ALSB=3WRCLKGATEOUTLSB=4新的计数初值在下一个门控信号上升沿触发后有效。新的计数初值在下一个门控信号上升沿触发后有效。四、四、8253的控制字与初始化编程的控制字与初始化编程 1.82531.8253的控制字的控制字 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0计数器 读/写格式 工作方式 数制0 二进制 1 二 十进制（BCD）000 方式0 001 方式1 10方式2 11方式3 100 方式4 101 方式500 计数器锁存命令 10 只读/写高8位 01 只读/写低8位 11 首先写低8位 然后写高8位00
17、 选择计数器0 01选择计数器1 10选择计数器2 11非法选择图图10.10 8253控制字格式控制字格式2.82532.8253的初始化编程的初始化编程 例如，在某微机系统中，例如，在某微机系统中，8253的的3个计数器的端口地址分别为个计数器的端口地址分别为3F0H、3F2H和和3F4H，控制字寄存器的端口地址为，控制字寄存器的端口地址为3F6H，要求，要求8253的通道的通道0工作于方式工作于方式3，BCD计数，并已知对它写入的计数计数，并已知对它写入的计数初值初值n=1234（十进制数），则初始化程序为：（十进制数），则初始化程序为：MOV AL,00110111B；控 制 字：选
18、择 通 道；控 制 字：选 择 通 道 0，先 读，先 读/写 低 字 节，写 低 字 节，；后高字节，方式后高字节，方式3，BCD计数计数 MOV DX,3F6H；指向控制口；指向控制口 OUT DX,AL；送控制字；送控制字 MOV AL,34H；计数值低字节；计数值低字节,代表代表0011 0100 BCD MOV DX,3F0H；指向计数器；指向计数器0端口端口 OUT DX,AL；先写入低字节；先写入低字节 MOV AL,12H；计数值高字节；计数值高字节,代表代表0001 010 BCD OUT DX,AL；后写入高字节；后写入高字节 五、应用举例五、应用举例 1.82531.82
19、53定时功能的应用定时功能的应用 中断请求信号CPU总线OUT0 图10.11 8253用于定时中断 由于系统每隔由于系统每隔100ms定时中断一次，则采样频率定时中断一次，则采样频率为为10Hz，可选用，可选用方式方式2来实现。当来实现。当8253定时器工作在定时器工作在方式方式2时，在写入控制字与计数初值后，定时器就启时，在写入控制字与计数初值后，定时器就启动工作，每到动工作，每到100ms时间，即计数器减到时间，即计数器减到1时，输出时，输出端端OUT0输出一个输出一个CLK周期的低电平，向周期的低电平，向CPU申请中申请中断，断，CPU在中断服务程序中完成数据采集，同时按在中断服务程序中完成数据采集，同时按原设定值重新开始计数，实现了计数值的自动重装。原设定值重新开始计数，实现了计数值的自动重装。2.82532.8253计数功能的应用计数功能的应用外部事件产生外部事件产生A0 A1 A3A9 译码译码 电路电路图10.12 8253用于外部事件的计数 3.82533.8253计数通道的级联应用计数通道的级联应用 通道通道1通道通道210秒定时输出秒定时输出图10.13 8253通道的级联
