7_-_实时时钟与计数器定时器接口

1 选中计数器0# 0 1 选中计数器1# 0 1 选中计数器2# 0 1 选中控制寄存 器
对计数器寄存器CR送初值 读输出锁存器OL当前值 对计数器寄存器CR送初值 读输出锁存器OL当前值 对计数器寄存器CR送初值 读输出锁存器OL当前值 由控制字格式中SC1，SC0位 决定属于哪个计数器
12.2.2 8253/8254的工作方式
计数器0：定时中断
计数器0：方式3，计数值：65536，输出频率为 1.19318MHz÷65536＝18.206Hz的方波 门控为常启状态，这个方波信号不断产生 OUT0端接8259A的IRQ0，用作中断请求信号 每秒产生18.206次中断请求，或说每隔55ms （54.925493ms）申请一次中断 DOS系统利用计数器0的这个特点，通过08号中断 服务程序实现了日时钟计时功能
2 写入计数值
选择二进制时 计数值范围：0000H～FFFFH 0000H是最大值，代表65536 选择十进制（BCD码） 计数值范围：0000～9999 0000代表最大值10000
示例
计数值写入计数器各自的I/O地址
3 读取计数值
8位数据线，读取16位计数值需分两次 计数在不断进行，应该将当前计数值先行锁存，然 后读取： 向控制字I/O地址：给8253写入锁存命令 从计数器I/O地址：读取锁存的计数值
12.2 8253/8254定时计数器
3个独立的16位计数器通道 每个计数器有6种工作方式，按二进制或十进制 （BCD码）计数 每个计数器在开始工作前必须预制时间常数
每个计数器在工作过程中的当前计数值可被CPU 读出。（注：时间常数也可在计数过程中更改） 8254是8253的改进型
12.2.1 8253/8254的内部结构和引脚
示例
Biblioteka Baidu
D1
D0
BCD
计数器
读写格式
00 01 10 11
计数器0 00 计数器1 01 计数器2 10 非法 11
000 计数器锁存命令方式0 0 二进制 001 只读写低字节 方式1 1 BCD码 010 只读写高字节 方式2 011 方式3 先读写低字节 方式4 100 后读写高字节 方式5 101
8253有6种工作方式，由方式控制字确定 熟悉每种工作方式的特点才能根据实际应用 问题，选择正确的工作方式 不同工作方式的区分点： 输出波形 计数过程中门控信号的影响 启动触发方式
每种工作方式的过程类似： ⑴ 设定工作方式 ⑵ 设定计数初值 〔 ⑶ 硬件启动 〕 ⑷ 计数初值进入减1计数器 ⑸ 每输入一个时钟计数器减1的计数过程 ⑹ 计数过程结束
实验1
计数开始 计数开始
实验2
计数开始
12.2.3 8253/8254的编程
8253加电后的工作方式不确定 8253必须初始化编程，才能正常工作 写入方式控制字 写入计数初值 读取计数值 8254新增读回命令
1 写入方式控制字（A1A0＝11）
D7 D6 D5 D4 D3 D2
工作方式
12.3.2 扬声器控制
计数器2的输出控制扬声器的发声音调 计数器2只能工作在方式3，才能输出一定频率的方 波，经滤波后得到近似的正弦波，进而推动扬声器发 声 扬声器还受控于并行接口（8255芯片） 必须使PB0和PB1同时为高电平，扬声器才能发出 预先设定频率的声音
扬声器控制(频率设置)
speaker proc push ax mov al,1011 0110B;0b6h out 43h,al;写入控制字 pop ax out 42h,al;写入低8位计数值 mov al,ah out 42h,al;写入高8位计数值 ret endp
方式0 计数结束中断(一次有效)
写入控制字之后，相应的输出信号OUT就开 始变成低电平。 计数器写完计数值时，开始计数。当计数器 减到零时，OUT立即输出高电平。
① 方式0
② ④
⑤
⑥
WR
CLK GATE
4
4 3 2 1 OUT
0
④ ① ⑥② ⑤ 计 数 计设 计设 值 定 数 定 数 送 结计 过工 入 数 束 作 程 计 初 方 数 值 式 器
计数器1：定时刷新

需要重复不断提出刷新请求 门控总为高，选择方式2或3

2ms内刷新128次，即15.6s刷新一次
计数初值为18
8253初始化(定时刷新)
mov al,0101 0100B ;计数器1为方式2, ;采用二进制计数,只写低8位计数值 out 43h,al;写入方式控制字 mov al,18 ;计数初值为18 out 41h,al;写入计数值
读取计数值，要注意读写格式和计数数制
12.3 8253在PC机上的应用
IOR — RD IOW — WR A0 — A0 A1 — A1 T/CCS — CS OUT0 8253 +5V D Q OUT1 DRQ0 接至DMA控制器 IRQ0
D0～D7
1.19318MHz +5V PB0 PB1
D0～D7
2 与处理器接口
D0 ~ D7数据线
RD*读信号 CS*片选信号
A0 ~ A1地址线
WR*写信号
缺点：1. 在8254上电后初始化之前，其输出信号 OUT的电平不确定。 2. 没有输出比较、输入捕获功能。
CS
A1
A0
WR
RD
功
能
0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0
方式5
4
3
WR
CLK GATE 4 3 2 1 OUT 3 2 1 3 2 1
计数开始的时刻
需要注意 •当控制字写入8253时，所有的控制逻辑电路自动复 位，这时输出端OUT进入初始状态。 •处理器写入8253的计数初值只是写入了预置寄存器， 要经过一个时钟上升沿和一个时钟下降沿，减法计数 器才开始工作。
④在微机控制系统中，控制某工序定时启动。
[计数电路]如果记录外设提供的具有一定随机性 的脉冲信号时，它主要反映脉冲的个数（进而获知 外设的某种状态），常又称为计数器。 计数举例： ①对零件和产品的计数； ②对大桥和高速公路上车流量的统计。
定时功能的实现方法
软件延时——是利用CPU每执行一条指令都需要 几个固定的指令周期的原理，运用软件编程的方式 进行定时。利用微处理器执行一个延时程序段实现。 不可编程的硬件定时——采用分频器、单稳电路 或简易定时电路控制定时时间 可编程的硬件定时——软件硬件相结合、用可编 程定时器芯片构成一个方便灵活的定时电路
WR CLK GATE OUT
CW
n=3
3
2
1
3
2
1
重新记数
重新记数
方式3 方波发生器
与2方式基本相同，也具有自动装入时间常数（计数初 值）的功能，不同之处在于： 工作在3方式，引脚OUT输出的不是一个时钟周期的 负脉冲，而是占空比为1：1或近似1：1的方波；当计 数初值为偶 数时，输出在前一半的计数过程中为高电 平，在后一半的计数过程中为低电平。 由于3方式输出的波形是方波，并且具有自动重装计 数初值的功能，因此，8253一旦计数开始，就会在输 出端OUT输出连续不断的方波。
CLK0 CLK1 CLK2 GATE0 GATE1 GATE2
CLK
DACK0 BRD OUT2
接至扬声器驱动器
12.3.1 定时中断和定时刷新


从阅读初始化程序段 看计数器0作为定时中断的作用

将计数器1作为定时刷新 看如何编写初始化程序段
8253初始化(定时中断)
mov al,0011 0110B ;计数器0为方式3，采用二进制计数， ;先低后高写入计数值 out 43h,al;写入方式控制字 mov al,0 ;计数值为0 out 40h,al;写入低字节计数值 out 40h,al;写入高字节计数值
CPU送数据同时输出一数 锁存器 8253 OUT 据选通信号，锁存数据。 STB 方式4可编程控制选通信号 发出时间。 控制字写入8253后，计数器输出OUT为高电平 在写入计数初值后，而且GATE为高电平时，开始计 数，计数到0后输出一个时钟周期的低电平脉冲。 门控信号GATE＝1时允许计数，GATE＝0禁止计数。 软件触发选通体现在当GATE为高电平时，写入计数 初值后开始计数。
计数初值存于预 置寄存器； 在计数过程中， 减1计数器的值不 断递减，而预置寄 存器中的预置不变。 OUT 输出锁存器用于 写入锁存命令时， 锁定当前计数值
1 计数器的3个引脚
CLK时钟输入信号——在计数过程中，此引脚上 每输入一个时钟信号（下降沿），计数器的计数值 减1 GATE门控输入信号——控制计数器工作，可分成 电平控制和上升沿控制两种类型 OUT计数器输出信号——当一次计数过程结束 （计数值减为0），OUT引脚上将产生一个输出信 号
0
8253的0方式时序波形
方式1 可编程单稳脉冲
写入计数初值后，计数器并不立即开始工作； 等待到GATE上升沿，才开始工作，使输出OUT 变成低电平； 直到计数器值减到零后，输出才变高电平。 计数到0，初值自动重置。 [单稳态触发器]只有一个稳态，一个触发脉冲 使触发器进入暂稳态，经过一段可调的时间间隔 后，又回到稳态。
D0--D7
方式4 WR CLK GATE
4
3
4 3 2 1 OUT
3 2
3 2 1
方式5 硬件触发选通信号
工作特点是由GATE上升沿触发计数器开始工作。 当写入计数初值后，计数器并不立即开始计数，而 要由门控信号的上升沿启动计数。 在计数过程中（或者计数结束后），如果门控再次 出现上升沿，计数器将从原装入的计数初值重新计数。 硬件触发选通：GATE信号一般由硬件产生。
第12章 实时时钟与计数器/定时器接口
概述
可编程计数器/定时器芯片8254
8254在PC机中的应用
12.1 定时器和计数器概述
定时控制在微机系统中极为重要 [定时器]由数字电路中的计数电路构成，通 过记录高精度晶振脉冲信号的个数，输出准 确的时间间隔。定时器强调的是精确的时间。
定时举例： ①一天24小时的计时，称为日时钟。 ②在监测系统中，对被测点的定时取样。 ③在读键盘时，为去抖，一般延迟一段时间，再 读。
D7～D0
数据总线 缓冲器 内 RD WR A0 A1 部 读写控制 逻辑 数 据 控制字 寄存器 总 线 计数器1 CLK 1 GATE OUT 1
1
计数器0
CLK 0 GATE OUT 0
0
CS
计数器2
CLK 2 GATE OUT 2
2
计数器结构示意图
预置寄存器 CLK
减1计数器 GATE 输出锁存器
CLK WR ① GATE OUT 4 3 2 1
n=4
0
GATE ② OUT ③ WR GATE OUT n=3
4
n=2
4
3
2
1
0
3
2
1
0
2
1
0
8253的1方式时序波形
方式2 频率发生器（分频器）
写入控制字之后，输出端OUT变为高电平。 计数器写完计数值时，开始计数。当计数器减到1时， OUT变为低电平。 完成一次计数过程，输出端OUT又变为高电平，开 始一个新的计数过程，周而复始。 对于计数初值N，输出端OUT 输出的信号的周期是 计数值N×时钟CLK的周期T，N-1个时钟周期为高，1 个时钟周期为低，为负脉冲 。 输出负脉冲的周期为时钟周期的N倍，频率是1/N， 称为分频器，可以用来给自动控制中的实时检测，实 时控制提供时钟信号。
方式3
WR
4
CLK
GATE 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1
4 3 2 1
OUT
方式3
当计数值为奇数时，在前（N+1）／2计数期间， OUT输出高电平，而后（N-1）／2个计数期间， OUT输出为低电平。
WR CW n=5
CLK
GATE 5 OUT 4 3 2 1 5 4 3
方式4 软件触发选通信号
①
② 4
④
⑤
⑥
④ ⑥ ② ⑤ ① 计 ③ 计数设 计 设 硬 数值定 数 定 送 结件 过计 入工 束启 程数 计作 动 初 数方 值 器式
方式1
WR CLK GATE ③
4
3
2
1
0
OUT
方式1
在计数器工作期间，当GATE又出现一个上升 沿时，计数器重新装入原计数初值并重新开始 计数。 如果工作期间对计数器写入新的计数初值， 则要等到当前的计数值计满回零且门控信号再 次出现上升沿后，才按新写入的计数初值开始 工作。
方式0
门控信号GATE位高电平时，计数器工作；为 低电平时，计数器停止工作，计数值保持不变。 在计数器工作期间，如果重新写入新的计数值， 计数器将按新写入的计数值重新工作。
CLK ① WR OUT WR
n=5 5 n=5 5 n=9 9 8 4 3 2 1 0 4 3 2 1 0
② GATE
OUT ③ WR OUT 4 n=4 4 3 2 1 4