微机原理实验38253频率测量实验

实验二8253原理及其在数字计数器中的应用
一、实验目的
1．了解电子计数器工作原理
2．了解测频原理
3．了解8253定时器/计数器的功能及接口方法
4．掌握8253的应用编程
二、实验任务
1．分析本实验板8253硬件接口电路原理，它与微机的系统的接口方式，所使用的端口地址
2．熟悉8253工作原理之后，编写出8253的初始化程序，并运行通过
3．编写出采用测频原理的8253测频和显示程序
三、实验原理
1．测频原理
电子计数器的测频原理如图2－1 所示，工作时间波形如图2－1 所示。

显示
fx为输入待测信号频率，f0为时钟脉冲的频率。

Fx和F0两个计数器在同一时间T内分别对fx和f0进行计数，时间T由计数器F0的计数值确定。

计数器Fx的计数值Nx=fx ×T,计数器F0的计数值N0＝f0×T。

由于Nx/fx＝N0/f0＝T
则被测频率fx为
fx＝（Nx/N0）×f0
2.实验模板组成原理框图
（1）Fx、F0计数器：
F0计数器：由8253计数器0和计数器1级联而成的计数器
Fx计数器：由8253的计数器2构成的计数器
（2）时钟发生器：
由4MHZ的晶振经过二分频后得到的2MHZ时钟
（3）开门脉冲发生器：
开门脉冲发生器由D触发器构成，开门信号由软件产生，经out3到D1端，当软件发出开
门信号后，D 触发器的翻转产生一个开门前置脉冲（经与非门G 输出），完成
8253内的三个计数器从初值锁存器往计数器打入初值的置数脉冲作用。

（4）实验板上的I/O 口地址和功用
实验板上有6个I/O 端口，分别如下
03H ：输出口（out3），从D3位发出闸门信号（0为关，1为开） 00H ：输入口（in2），从D2位读入F0计数器关闸门信号 C0H ：输入/输出端口 ，8253计数器0 的读写口 C1H ：输入/输出端口，8253计数器1的读写口。

C2H ：输入/输出端口，8253计数器2的读写口。

C3H ：输出端口，8253计数器的控制寄存器的端口。

OUT3Q Q GATE F X F O
图2—1 原理框图和时间波形
OUT3图2—2 逻辑框图
3．8253简介
8253
161718
OUT2GATE2CLK2
OUT1GATE1CLK1
131415
11109
OUT0GATE0CLK021
22
23
2019
CS RD WR A0A1
2412V CC GND
D0--D7
图2—3 8253的内部组成原理图 图2—4 8253的外部引脚结构
可编程定时器/计数器8253，有三个独立16位二进制减法计数器（或4位十进制计数器）最高频率可达2MHZ 。

每个通道均可有各自的输入端（clk ），输出端（out ），门控端（gate ）。

8253有6种工作方式，可以通过编程设置为六种工作方式。

分别为：方式0 ：计完最后一个数时中断
方式1： 可编程单拍脉冲 方式2：速率发生器 方式3：方波速率发生器 方式4：软件触发选通 方式5：硬件出发选通
8253的工作方式的选定和读写操作是通过写入器工作方式控制字来实现的，工作方式控制字的定义如下:
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
8253的三个计数器及控制字操作各编程操作的地址，由最低两位地址线A1，A0选择，地址分配表见下表
表4－1 8253通道及操作地址分配
4．频率输入通道
由74ls14构成的频率输入通道把输入的信号整形成脉冲。

四、实验步骤
1．连接实验板电源，检查led显示，把信号源接到实验板的测频输入FX端。

2．8253初始化（INIT8253）
8253初始化包括写入工作方式控制字和写入计数初值。

工作方式控制字包括选定六种工作方式之一、设定读（计数结果）写（初值）操作方式和设定BCD计数或二进制计数等等。

根据本实验要求，8253计数器0和计数器2 可设置为工作方式2，计数器1设置为工作方式0。

数制方面可以用BCD码也可以用二进制计数
3．计数结果的读取
对8253计数器2的读数。

8253的16位计数器的计数结果要两次读出，高位和低位字节的读出方式由方式控制字重的RL1、RL2决定，有两种读出方式：直接读数和锁存读数由于8253是减法计数器，要得到实际计数值还要用初值减去读出的计数值。

4．被测信号频率的计算
由前述多周期同步测频原理，被测信号频率fx＝（NX/N0）×f0，需要通过计算获得。

本实验板上f0的时钟频率是2MHZ。

5．计数器闸门的开启
计数器闸门由输出口out3（地址03H）的D3位控制，状态由低变高产生一个打入脉冲6．测频程序设计
根据前面所述的测频原理，结合模块化程序设计要求，编写程序。

7．测频程序的调试
写出源程序在pc机上调试通过。

8．实验结果的记录
改变Fx的值，记录十次测试结果。

五、实验器材
1．EPP接口电子综合实验平台一块。

2．函数发生器一台
3．直流稳压电源一台
4．示波器一台
5．pc机一台
六、预习要求
1．阅读有关8253芯片资料。

2．对照原理图，认真阅读有关实验原理，理解并消化实验电路板硬件电路。

3．读懂参演示程序
七、报告要求
1．画出实验程序流程图，给出调试好的实验程序清单，并加以注释；
2．讨论实验结果，总结编程与调试的心得体会。

八、思考题
1．根据图4-2，为什么C/T1要用方式0？图中C/T1和C/T0级联，C/T1是对C/T0的溢出计数，其目的是什么？若只用C/T1（或C/T0）对2μHz标准时钟计数以确定闸门时间T，那么最大T为多少？ 65535(0FFFF) / 2,000,000 = 0.0327675(s)
2．写出你对本实验的体会，有何收获？。