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1、10.1 定时/计数技术概述 10.2 可编程定时器/计数器8253/8254 10.3 8253在微机系统中的应用 第10章 定时/计数技术及接口 第一，计算机系统本身需要一个时间基准，以保证计 算机在确定时刻完成规定动作。 10.1 定时/计数技术概述 第10章 定时/计数技术及接口 10.1.1 系统的时间基准 计算机为什么需要时间基准？ 计算机系统的时间基准：主时钟频率（简称主频） 第二，用计算机构成的测控系统常被要求能提供一些 定时和计数的功能 。 10.1.2 系统定时分类 软件定时： 用循环程序实现 定时： 简单硬件定时：用硬件电路实现 硬件定时： 可编程硬件定时：用可编程芯片实
2、现 （软、硬件结合方式） 第10章 定时/计数技术及接口 第10章 定时/计数技术及接口 举例： MOV CX，100 ;占用时钟周期数为m1 L1：MOV BX，50 ;占用时钟周期数为m1 L2：DEC BX ;占用时钟周期数为m2 NOP ;占用时钟周期数为m3 JNZ L2 ;占用时钟周期数为m4 NOP ;占用时钟周期数为m3 LOOP L1 ;占用时钟周期数为m5 1. 软件定时 ：让CPU执行一段具有固定延时时间的循环程序来实 现的延时。是实现系统定时或延时控制的最简单的方法。 优点：不需要外加硬件电路且定时精确。 缺点：定时时间越长，CPU的开销越大，而且不能响应中断， 否则定
3、时就不准确。 则：定时时间t = T 100 50（m2+ m3 + m4 ）+ m1+ m3 +m5+ m1 设T为主频率对 应的时钟周期 第10章 定时/计数技术及接口 2. 硬件定时: 由硬件电路来实现的定时。 优点减轻CPU的负担，使得在定时期间CPU能做 其它工作。 不可编程的硬件定时555时基电路等 缺点：不易修改定时参数，时间长了器件会 老化。 可编程硬件定时8253定时/计数器等 优点：定时参数和工作方式可由软件来控制 ，定时过程不需要CPU干预。 10.2.1 8253主要特性 单一正5V电源，NMOS工艺制成。 片内具有3个独立的16位减法计数器（或称计数通道）。 计数频率
4、为02MHz。 两种计数方式：即二进制或BCD方式计数。 六种工作方式，既可对系统时钟脉冲计数实现定时， 又可对外部事件进行计数。 可由软件或硬件控制开始计数或停止计数。 第10章 定时/计数技术及接口 10.2 可编程定时器/计数器8253/8254 10.2.2 8253 内部结构 第10章 定时/计数技术及接口 1. 数据总线缓冲器：三态、双向8位寄存器 CPU写入的命令 传送的信息： CPU写入的计数初值 CPU读出的当前计数值 8254增加了回读命令：CPU可读出当前状态 第10章 定时/计数技术及接口 2. 读/写逻辑 读/写逻辑接收由CPU发来的读、写信号和地址信号 等，选择读出
5、或写入寄存器，控制芯片完成读写操作。 3. 控制字寄存器 控制字寄存器接收CPU送来的控制命令。选择计数 器及相应的工作方式。 控制字寄存器只能写入，不能读出。 第10章 定时/计数技术及接口 4. 计数器 8253有三个独立的计数通道 16位的计数单元（减1计数器） 每个通道的组成： 16位初值寄存器（只写） 16位输出锁存器锁存当前计数值 控制单元控制该计数器的工作方式 第10章 定时/计数技术及接口 第10章 定时/计数技术及接口 图10.2 计数器的内部逻辑 计数初值寄存器：用于存放计数初值（定时常数或 称分频系数），最大计数值为65536（64K）。 计数初值是在初始化时装入计数初值
6、寄存器的 ，计数初值在计数过程中保持不变。 计数单元：用于进行减1计数操作，每来一个时钟脉 冲，它就作一次减1运算，直至将计数初值减为零。 当前计数值锁存器：用于锁存减1计数器的内容，以 供CPU读出。 第10章 定时/计数技术及接口 计数器工作原理： 初始化时 首先向计数通道装入计数初值，送入计数初值寄存器 然后送到计数单元（减1计数器）。 计数启动后（GATE允许），在时钟脉冲CLK作用 下，计数单元进行减1计数，直到计数值减到0，OUT输 出端产生相应动作时，计数结束。计数初值寄存器的内 容在计数过程中保持不变。 需要读出当前计数值时，发锁存命令，锁存器锁定 当前计数值，之后可读出当前计
7、数值。 第10章 定时/计数技术及接口 8253 的 引 脚 图 第10章 定时/计数技术及接口 10.2.3 8253外部特性 8253的引脚分为两部分： 1. 与CPU连接的引脚 CPU写入的命令 D7D0：数据线（双向,三态） 传送 CPU写入的计数初值 CPU读出的当前计数值 ：写信号，用于控制完成写操作 ：读信号，用于控制完成写操作 A1、A0：地址线，用于寻址8253内部的4个端口 ：片选信号，用于选中 8253芯片 第10章 定时/计数技术及接口 表10.1 8253端口操作中各信号组合所实现的功能 第10章 定时/计数技术及接口 2. 与外设的接口引脚 CLK02：计数时钟，输
8、入。用于输入定时脉冲或计 数脉冲信号。 GATE02：门控信号，输入。用于外部控制计数器的 启动计数和停止计数的操作。 OUT02：计数输出端。当计数器从初值开始完成计数 操作时，OUT引脚上输出相应的信号。 第10章 定时/计数技术及接口 8253 控 制 字 的 格 式 D7D6D5D4D3D2D1D0 0=二进制 1=十进制 工作方式选择 000=方式0 001=方式1 X10= 方式2 X11= 方式3 100=方式4 101=方式5 通道寻址 00=通道0 01=通道1 10=通道2 11=不用 读写操作 00=锁定当前计数值 01=读/写计数器低 8 位 10=读写计数器高8位 1
9、1=先读/写计数器低8位 再读/写计数器高8位 第10章 定时/计数技术及接口 10.2.4 8253方式控制字（CW） 第10章 定时/计数技术及接口 例：选择2号计数器，工作在方式3 ，计数初值为533H（2个字节 ），采用二进制计数。设8253的端口地址为304H307H。则其初始化 程序段为: 方波发生器 （1） 工作方式编程举例 工作方式3为输出方波 10.2.5 8253控制字的应用 MOV DX，307H ；命令口 MOV AL，10110110 B ；2号计数器的初始化命令字 OUT DX，AL ；写入命令寄存器 MOV DX，306H ；2号计数器数据口 MOV AX，533
10、H ；计数初值 OUT DX，AL ；选送低字节到2号计数器 MOV AL，AH ；取高字节送AL OUT DX，AL ；后送高字节到2号计数器 （2）读当前计数值 在事件计数器的应用中，需要读出计数过程中的当前计 数值，以便根据这个值做计数判断。 例：要求读出并检查1号计数器的当前计数值是否是全“1”。 设 8253的端口地址为304H307H ，假定只读低8位。程序段为： MOV DX, 307H ；命令口 L： MOV AL，01000000B ；1号计计数器的锁锁存命令 OUT DX，AL ；写入命令寄存器 MOV DX，305H ；指向1号计计数器数据端口 IN AL，DX ；读读1
11、号计计数器的当前计计数值值 CMP AL，0FFH ；比较较 JNE L ；非全“1”，再读读 HLT ；是全“1”，暂暂停 第10章 定时/计数技术及接口 初始化编程的具体步骤为： 1. 写入计数器的控制字，规定其工作方式等； 2. 写入计数初值。 若规定只写低8位，则写入的为计数值的低8位， 高8位自动置0； 若规定只写高8位，则写入的是计数值的高8位， 低8位自动置0； 若规定写16位计数值，则分两次写入，先写的必 是低8位，后写的必是高8位。 第10章 定时/计数技术及接口 10.2.6 8253 初始化编程 解： 1按要求找出所用计数器的控制字 选计数器0 只写低8位 选工作方式0
12、二进制计数 选计数器1 只写高8位 选工作方式2 BCD计数 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 例10.1： n某微机系统中8253的端口地址为40H43H，要求计数器0 工作在方式0，计数初值为FFH，按二进制计数；计数器1工 作在方式2，计数初值为1000，按BCD码计数。试写出初始 化程序段。 计数器0的 控制字： 计数器1的 控制字： 第10章 定时/计数技术及接口 2初始化程序段 MOV AL，10H ；写通道0控制字 OUT 43H，AL MOV AL， 0FFH ；写通道0计数初值 OUT 40H，AL MOV AL， 65H ；写通道1控制字 OU
13、T 43H，AL MOV AL， 10H ；写通道1计数初值 OUT 41H，AL 第10章 定时/计数技术及接口 例10.2： 设8253端口地址为FFF0HFFF3H，要求计数器2 工作在方式5，二进制计数，初值为F03FH。试按上 述要求完成8253的初始化。 解： 选计数器2 先写低8位 选工作方式5 二进制计数 再写高8位 1控制字 第10章 定时/计数技术及接口 2初始化程序段 MOV DX，0FFF3H ；DX指向控制端口 MOV AL， 0BAH ；写控制字 OUT DX，AL MOV DX，0FFF2H ；DX指向通道2 MOV AL， 3FH ；写初值低8全 OUT DX，
14、AL MOV AL， 0F0H ；写初值高8位 OUT DX，AL 第10章 定时/计数技术及接口 10.2.7 8253工作方式 通常，在时钟脉冲CLK的上升沿，门控信号GATE被采样。不同工作 方式，门控信号的触发有具体规定，或用电平触发，或用边沿触发。 方式0、4中，门控信号为电平触发； 方式1、5中，门控信号为上升沿触发； 方式2、3中，既可用电平触发，也可用上升沿触发。 在时钟脉冲的下降沿，计数器作减1计数。0是计数器所能容纳的最大 值，因为用二进制计数时，16位计数器中，0相当于216；用BCD码计数 时，0相当于104。 几条基本原则： n控制字写入计数器时，所有的控制逻辑电路立
15、即复位，输出端OUT进 入初始状态（高电平或者低电平）。 n初值写入以后，要经过一个时钟上升沿和一个时钟下降沿，计数执行 部件才开始计数。 第10章 定时/计数技术及接口 工作方式及其特点 8253中有三个独立的计计数器，每个计计数器都可编编程选择选择 六种工作方式之一。 主要从三个方面区别这别这 六种工作方式： 其一是他们们的输输出波形不同； 其二是启动计动计 数器的触发发方式不同； 其三是计计数过过程中门门控信号对计对计 数操作的影响不同。 另外：计计数过过程中可以写入新的初值值，对对于不同的工 作方式，新的初值值对计对计 数过过程的影响不同。 第10章 定时/计数技术及接口 1.方式0 -计数结束产生中断 图3.4 8253的0方式时序波形 n=5 n=5 CLK OUT WR WR GATE OUT WR OUT 54321 0 54321 0 n=9 98 n=4 4321 0 图10.4 方式0输出波形图 正常计数 GATE影响 新的初值影响 第10章
