微型计算机原理及接口技术第8章8253

计数器/定时器的内部结构
8253内部包含三个完全一样的计数器/定时器通道， 每个通道的工作是完全独立的
每个通道包含：
① 一个8位控制字寄存器：由编程设定该通道的工作方式、读 写格式和数制
② 一个16位计数初值寄存器：由程序设定初始计数值，可分 成高8位和低8位两个部分，可作8位寄存器使用
③ 一个计数器执行部件（实际的计数器）：实际上是一个16 位减法计数器，它的起始值是初始寄存器的值，由程序设 定。可分成高8位和低8位两个部分
优点：电路结构简单，价格便宜，通过 改变电阻或电容值，可以在一定的定时 范围内改变定时时间
缺点：电路在硬件已连接好的情况下， 定时时间和范围就不能由程序来控制和 改变，而且定时精度也不高
555定时器外部引脚和内部结构
可编程硬件定时
定时原理：利用可编程定时器/计数器芯 片附加硬件电路实现定时
输出信号的波形由工作方式决定，同时还要受 到GATE引脚上的门控信号控制，它决定是否 允许计数
计数器/定时器的定时功能
当加到CLK引脚上的脉冲为精确的时钟脉 冲，可实现定时的功能。
定时时间决定于计数脉冲的频率和计数 器的初值。
定时时间＝时钟脉冲周期×预置的计数初值
计数器/定时器的计数功能
方式1：可编程单稳态输出方式
写入控制字后OUT初始状态：高电平 门控信号GATE的作用：①高电平或低电平均不起作用；
②只有在GATE发生由低到高的正跳变，输出OUT由高
到低跳变，并开始计数；③在计数过程中，若GATE产 生负跳变，不影响计数；④在计数器回0之前，GATE 又产生由低到高的正跳变，8253又将初始值装入，重 新开始计数，使生成脉冲加宽。 计数过程中OUT状态：保持低电平 计数结束OUT状态：发生由低到高的正跳变。 计数器回0后，是否重新计数：否 应用：用于定时
数据总线缓冲器
说明：
8位双向三态缓冲器 8253与系统数据总线接口，通常连接低8
位数据总线D7～D0
功能：
1) 写入8253 编程控制字 2) 读取8253某一通道的计数值 3) 向8253某一通道写入计数初值
读写控制电路
控制信号：
读/写命令RD、WR 片选信号CS，用来选通8253芯片 端口选择信号A1、A0，用来选择8253内部的四个端口
方式3：方波发生器
写入控制字后OUT初始状态：高电平 门控信号GATE的作用：①高电平允许计数； ②在计数
过程中，GATE变为低电平时，禁止计数；③当GATE 产生正跳变时，又把预置的计数初值装入计数器，重 新开始计数。 计数过程中OUT状态：如果计数初值为偶数，则产生 占空比为1:1(n/2:n/2)的方波；如果计数初值为奇数， 则产生占空比为(n+1)/2 : (n-1)/2的方波，n为计数值 计数结束OUT状态：继续输出方波 计数器回0后，是否重新计数：是，如果在计数过程中 重新写入新的计数值，不影响当前的计数过程，即当 计数值为0时，一个计数周期结束，8253将按新写入的 计数值进行计数。 应用：用于分频
方式5：硬件触发选通
写入控制字后OUT初始状态：高电平 门控信号GATE的作用： ①高电平或低电平均不起作用；
②只有在GATE发生由低到高的正跳变，开始计数；③ 在计数过程中，若GATE产生负跳变，不影响计数；④ 在计数器回0之前，GATE又产生由低到高的正跳变， 8253又将初始值装入，重新开始计数。 计数过程中OUT状态：保持高电平 计数结束OUT状态：输出一个时钟周期的负脉冲 计数器回0后，是否重新计数：如果在计数过程中写入 新的计数值，但没有触发脉冲，计数过程不受影响； 计数器回0后，当GATE出现正跳变触发脉冲时，自动 将计数值装入执行部件，又重新计数 应用：用于硬件触发计数的场合
方式4：软件触发选通
写入控制字后OUT初始状态：高电平 门控信号GATE的作用：①高电平允许计数； ②在计数
过程中，GATE变为低电平时，禁止计数；③当GATE 变为高电平后，又把预置的计数初值装入计数器，重 新开始计数。 计数过程中OUT状态：保持高电平 计数结束OUT状态：输出一个时钟周期的负脉冲 计数器回0后，是否重新计数：否，若要继续计数，则 必须重新装入计数初值，由此称为软件触发方式 应用：用于软件触发计数的场合
不同之处：
8253最大输入时钟频率为2MHz，8254最大输入时钟可达 5MHz，8254-2达10MHz
8254有读回功能，可同时封锁1～3通道的计数值和状态值， 供CPU读取，8253每次只能锁存和读取一个通道的计数值， 不能读取状态值
8253外部引脚
引脚名 D7~D0 CLK0~CLK2
读写功能：RD、WR、CS、A1、A0共同完成读写功能 8总地0线址88的AA1 1A、0的A0连连接82：53由的于A18、08A80系，统分数配据给线82为538四位个，端地口址 8常连部088各8226个55A33端1的的A口DA017地的、~D址连A00都连接；使数：地用据8址0偶线8总6地的系线址低统的，8的A位08数，0置8据地为6才总址0，可线总这以为线样通1的68过位A22其5，、3低通内A18
0 0 0 方式0 0 0 1 方式1 x 1 0 方式2 x 1 1 方式3 1 0 0 方式4 1 0 1 方式5
计数格式说明
BCD格式说明： ①计数值范围：0000～9999H，其中0000表示最大值10000，即104; ②当预置了n=1234H，表示预置了一个十进制数1234。
二进制格式说明： ①计数值范围：0000～FFFFH，其中0000表示最大值65536，即216 ②当预置了n=1234H，表示预置了一个十六进制数1234H，即十进制数4660。
8253编程控制字
D7
D0
SC1 SC0 RL1 RL0 M2 M1 M0 BCD
1 BCD码计数 0 2进制计数
0 0 选择通道0 0 1 选择通道1 1 0 选择通道2 1 1 无效
0 0 计数器锁存，供CPU读取
0 1 只读/写计数器低位字节
1 0 只读/写计数器高位字节
1
1
先读/写计数器低位字节， 后读/写高位字节
当用8253作外部事件计数器时，在CLK 引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， 这种情况下可以作计数器使用。
可以用在工业生产中对产品的计数
计数器/定时器输入脉冲的分频
对8253，外部输入到CLK引脚上的时钟 脉冲频率不能大于2MHz。
如果大于2MHz，则必须经分频后才能送 到CLK端。
优点：①灵活方便；②由微处理器的时 钟信号提供时间基准，因这种时钟信号 由晶体振荡器产生，故计时精确稳定； ③不占用CPU的时间，提高了CPU的利用 率；④应用广泛
Intel 8253简介
可以完成定时和计数功能，称为Programmable Interval Timer, PIT
内部有三个独立的、完全相同的16位计数器通道 最高计数频率能达到2MHz Intel 8254是8253的增强型产品，它与8253引脚兼容，
8253门控信号的控制功能
工作方式 GATE为低电 GATE为上升沿（硬件启 平或下降沿 动）
方式0
禁止计数 －
GATE为高电平 （软件启动）
允许计数
方式1 方式2 方式3 方式4
－
禁止计数， 使输出变高 禁止计数， 使输出变高 禁止计数
从初始值开始计数，下一 － 个时钟后OUT变低电平
GATE0~GATE2
OUT0~OUT2 RD WR CS A0 A1
信号名
数据线，双向，三态 计数器的输入时钟脉冲输 入端 计数器的门控脉冲输入端 计数器的输出端 读信号，输入 写信号，输入 片选信号，输入 8253内部端口选择线，输 入
8253内部结构
1、数据总线缓冲器 2、读/写控制逻辑 3、计数器0～2 4、控制字寄存器
第八章 可编程计数器/定时器 8253及其应用
计算机定时方法 Intel 8253简介 8253外部引脚 8253内部结构 8253编程控制字 8253初始化编程步骤 8253工作方式 8253应用举例
计算机定时方法
软件定时 不可编程硬件定时 可编程硬件定时
位数据线与8253进行通信。
8253的端口寻址
引脚
CS
A1
0
0
0
0
0
1
0
1
1
×
寻址的端口 A0
0
计数器0
1
计数器1
0
计数器2
1
控制字寄存器
× 本芯片没有被选中
8253输入信号的组合功能
CS RD WR A1 A0 0 1 0 0 0 写入计数器0
功能
0 1 0 0 1 写入计数器1
0 1 0 1 0 写入计数器2
8253初始化编程步骤
刚接通电源，8253处于未定义状态，在 使用之前必须用程序把它们初始化为所 需的特定模式，这个过程称为初始化编 程
对8253进行初始化编程，按下列步骤进 行：
① 写入控制字 ② 写入计数初值
8253初始化举例
在某微机系统中，8253端口基地址为 3F8H(端口地址均为偶地址)，要求8253 的通道1工作于方式3，并对它写入计数 初值1234H， BCD码格式计数。写出初 始化程 DX,3FAH
MOV DX,3FEH
MOV AL,34H
MOV AL,01110111B
OUT DX,AL
OUT DX,AL
MOV AL,12H
OUT DX,AL
8253的工作方式概述
方式0计数结束中断方式 方式1可编程单稳态输出方式 方式2比率发生器 方式3方波发生器 方式4软件触发选通 方式5硬件触发选通
④ 一个输出锁存器：用来锁存计数器执行部件的值，必要时 CPU可对它进行读取
计数器/定时器的工作原理
每个通道工作时，都是对输入到CLK引脚上的 脉冲按2进制或10进制格式进行计数
计数采用倒计数法，先对计数器预置一个初值， 再把初值装入实际的计数器，然后，开始递减 计数
每输入一个时钟脉冲，计数器的值减1，当计 数器的值减为0时，便从OUT引脚输出一个时 钟信号。
0 1 0 1 1 写入控制字寄存器
0 0 1 0 0 读计数器0
0 0 1 0 1 读计数器1
0 0 1 1 0 读计数器2
0 0 1 1 1 无操作
1 × × × × 本芯片未被选中
0 1 1 × × 无操作
计数器/定时器0～2
计数器/定时器的内部结构 计数器/定时器的工作原理 计数器/定时器的定时功能 计数器/定时器的计数功能 计数器/定时器的输入脉冲的分频
方式0：计数结束中断方式
写入控制字后OUT初始状态：低电平 门控信号GATE的作用：①高电平允许计数；
②如果在计数过程GATE为低电平，则暂停计 数；③GATE回到高电平后，继续往下计数。 计数过程中OUT状态：保持低电平 计数结束OUT状态：发生由低到高的正跳变， 可以通过8259A向CPU发出中断请求信号。 计数器回0后，是否重新计数：否 应用：用于工业生产中对产品的计数
软件定时
定时原理：让机器循环执行某一条或一 系列指令，这些指令本身并没有具体的 执行目的，但由于执行每条指令都需要 一定的时间，重复执行这些指令就会占 有一段固定的时间。
优点：灵活方便，节省费用 缺点：CPU的利用率太低
不可编程硬件定时
定时原理：利用555定时器加上外接电阻 和电容就能构成定时电路
方式2：比率发生器
写入控制字后OUT初始状态：高电平 门控信号GATE的作用：①高电平允许计数； ②在计数
过程中，若GATE变为低电平时，禁止计数；③当 GATE由低变高的正跳变时，又把预置的计数初值装入 计数器，重新开始计数。 计数过程中OUT状态：保持高电平 计数结束OUT状态：产生一个时钟周期的负脉冲。 计数器回0后，是否重新计数：是，如果在计数过程中 重新写入新的计数值，不影响当前的计数过程，即当 计数值为0时，一个计数周期结束，8253将按新写入的 计数值进行计数。 应用：用于分频