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1、第7章 可编程接口芯片及应用,本节介绍8253-5定时/计数器接口 计数器定时器概述 8253的工作原理 8253的应用举例,第十三讲 接口电路 2006.12.11（星期二）,7.1 计数器定时器概述,在计算机系统中往往需要一些时钟，以便实现定时控制或延迟控制，如定时扫描、定时中断、定时检测等等。 在另外一些场合往往需要计数器，以便对事件进行计数。而定时功能通常是通过计数来实现的，因此一般将两者融为一体。,定时控制或计数事件举例,1分时系统的程序切换 2向外部设备输出周期性定时控制信号 3定时时间到发出中断申请 4外部事件统计达到规定值发出控制信号或提出中断请求,计数器和定时器的功能,两个方
2、面： (1)作为计数器，在设置好计数常数(即定时初值)后，便开始减1计数，减到“0”时，输出一个信号。 (2)作为定时器，在设置好定时常数后，便进行减1计数，并按定时常数不断地输出为时钟周期整倍数的定时间隔。 两者区别是，作计数器时，在减到0以后，输出一个信号后便结束；作定时器时，不断产生定时脉冲信号。,实现定时的方法,主要有三种方法来实现定时功能 软件定时 不可编程的硬件定时 可编程的硬件定时,软件定时,方法： 让机器循环执行某一条或一系列指令 特点： 通过正确选取指令和合适的循环次数，便很容易实现定时功能 灵活方便节省费用，最简单的定时。 CPU的利用率太低,不可编程硬件定时,专用的芯片：
3、 例如：555 特点： 外接电阻R和电容C 电路结构简单，价格便宜。 定时时间和范围不能由程序控制和改变,可编程硬件定时,方法： 由微处理器的时钟信号提供时间基准 利用硬件电路和中断方法控制定时 定时时间和范围完全由软件来确定和改变 硬件部分称为可编程定时器/计数器电路 特点： CPU利用率高 定时时间由软件设置，使用灵活方便。 定时精确，获得广泛应用。,8253芯片介绍,定时器/计数器芯片8253-5是Intel系列的定时器/计数器芯片，被广泛应用于PC机系列，提供系统定时和系统发声源。 同8253相兼容的芯片有8254-2等，它们的主要区别是计数频率不同。8253-5的计数频率为5MHz，
4、而8254-2则可达10MHz。,7.2 8253的工作原理,主要介绍以下内容 8253框图 8253引脚信号 8253工作方式 8253编程方法,8253的内部框图,如上图所示，8253由外部数据接口、内部控制电路以及3个计数器通道所组成。 (1)数据总线缓冲器 这是8253和CPU数据总线的接口部件，是8位、双向、三态的缓冲器，CPU访问8253时所有数据都经过这个缓冲器传送。 (2)读/写控制逻辑 这是8253内部操作的控制电路，它从系统控制线上接收输入信号，然后转变成8253内部操作的各种控制信号。,(3)控制字寄存器 当A1和A0都为1时，访问控制字寄存器，它从数据总线上接收CPU送
5、来的控制字，并由控制字的D6，D7的编码决定控制字写入哪个通道的控制寄存器，由寄存在每个通道的控制字寄存器里的控制字，决定每个计数器通道的工作方式、选择计数器是按二进制或二十进制计数、并选择每个计数器初值的写入顺序。,(4)通道0计数器、通道1计数器和通道2计数器 8253由3个同样的计数通道组成，每个计数通道都有CLK和GATE两根输入引脚和OUT一根输出引脚。从编程的角度看，每个计数通道的结构如下图所示。 外部输入到8253的CLK引脚上的时钟脉冲频率不能大于2MHz。如果大于2MHz，则必需经分频后才能送到CLK端。,8253的计数通道结构,8253的引脚信号图,8253寄存器寻址,A1
6、A0引脚接线方法 1,8088系统的接线方法 只要将A1A0分别与地址总线的最低两位A1,A0相连即可。比如，在以8088为CPU的PC/XT机中，地址总线高位部分(A9A4)用于I/O端口译码，形成选择各I/O芯片的片选信号，低位部分(A3A0)用于各芯片内部端口的寻址。若8253的端口基地址为40H，则通道0，1，2和控制字寄存器端口的地址分别为40H，41H，42H和43H。,8253引脚信号,8253的3个计数通道在结构和功能上是完全一样的，每个通道都有一个时钟输入引脚CLK、一个输出引脚OUT和一个门控引脚GATE。下面介绍这3根引脚的功能。,8253引脚信号,CLK 时钟输入引脚
7、每个通道的计数器单元CE，对CLK输入脉冲进行计数。CLK脉冲可以是系统时钟脉冲，也可以由系统时钟分频或者是其它脉冲源提供。这个输入脉冲可以是均匀的、连续的、周期精确的，也可以是不均匀的、断续的、周期不定的。 若8253用作分频器，工作于定时器方式时，则CLK输入是连续的、周期精确的时钟脉冲，而OUT输出必定是频率降低的、周期精确的时钟脉冲。 若8253用作计数器，这时要求CLK输入只是脉冲的数量，而不是脉冲的时间间隔，所以CLK可以输入周期不定的脉冲。当然也可以输入周期确定的脉冲。当计数到预置的数值后，就从OUT端输出一个脉冲。若CLK的脉冲周期不定，则OUT输出的脉冲周期也不确定。,825
8、3引脚信号,OUT 脉冲输出引脚 减1计数到零/定时时间到的脉冲输出引脚。不管8253工作于何种方式，当计数器减1计数到零时，在OUT引脚上必定有电平或脉冲信号输出。 GATE 门控输入引脚 这是一根外部控制计数器工作的信号线，通常当GATA为低电平时，就禁止通道的计数单元计数。,8253控制字寄存器,控制字寄存器是一种只写寄存器，在对8253进行编程时，由CPU用输出指令向它写入控制字，来选定计数器通道，规定各计数器通道的工作方式，读写格式和数制。控制字的格式如下图所示。,8253的控制字格式,8253控制字说明1,SC1SC0通道选择位 由于8253内部有3个计数通道，需要有3个控制字寄存
9、器分别规定相应通道的工作方式，但这3个控制字寄存器只能使用同一个端口地址，在对8253进行初始化编程，设置控制字时，需由这两位来决定在向哪一个通道写入控制字。选择SC1SC000，01，10分别表示向8253的计数器通道02写入控制字。SC1SC0=11时无效。,8253控制字说明2,RL1RL0读写操作位 用来定义对选中通道中的计数器的读写操作方式。当CPU向8253的某个16位计数器装入计数初值，或从8253的16位计数器读入数据时，可以只读写它的低8位字节或高8位字节。RL1RL0组成4种编码，表示4种不同的读写操作方式 。,读/写操作字段的定义,RL1RL0=01，表示只读写低8位字节
10、数据，只写入低8位时，高8位自动置为0。 RL1RL0=10，表示只读写高8位字节数据，只写入高8位时，低8位自动置为0。 RL1RL0=11，允许读写16位数据。由于8258的数据线只有8位(D7D0)，一次只能传送8位数据，故读写16位数据时必须分两次进行，先读写计数器的低8位字节，后读写高8位字节。 RL1RL0=00，把通道中当前数据寄存器的值送到16位锁存器中，供CPU读取该值。,8253控制字说明3,M2M1M0工作方式选择位 8253的每个通道都有6种不同的工作方式，即方式05。当前工作于哪种方式，由这3位来选择。每种工作方式的特点、计数器的输出与输入及门控信号之间的关系等问题，
11、将在后面作进一步介绍。,8253控制字说明4,BCD计数方式选择位 当BCD位为1时，采用BCD码计数，写入计数器的初值用BCD码表示，初值范围为00009999H，其中0000表示最大值10000，即104。例如，当我们预置的初值n=1200H时，就表示预置了一个十进制数1200。 当BCD位为0时，则采用二进制格式计数，写入计数器中的初值用二进制数表示。在程序中，二进制数可以写成16进制数的形式，所以初值范围为0000FFFFH，其中0000表示最大值65536，即216。这时，如果我们仍预置了一个初值n=1200H，就表示预置了一个十进制数4608。,8253初始化编程步骤,刚接通电源时
12、，诸如8253之类的可编程外围接口芯片通常都处于未定义状态，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芯片进行初始化编程时，需按下列步骤进行： (1)写入控制字 (2)写入计数初值,8253初始化编程举例,在某微机系统中，8253的3个计数器的端口地址分别为4E0H、4E2H和4E4H，控制字寄存器的端口地址为4E6H，要求8253的通道0工作于方式3，并已知对它写入的计数初值n1234H，则初始化程序如下：,MOV AL,00110110B ;选择通道0，先读/写低字节 ;后高字节，方式3，二进制计数 MOV DX, 4E6H ;指向控制口 OUT
13、 DX, AL ;送控制字 MOV AL, 34H ;计数值低字节 MOV DX, 4E0H ;指向计数器（通道）0 端口 OUT DX, AL ;先写入低字节 MOV AL, 12H ;计数值高字节 OUT DX, AL ;后写入高字节,门控信号的控制功能,门控信号GATE在各种工作方式中的控制功能如下表所示，其中符号“”表示无影响。,工作方式,方式0,方式1,方式2,方式3,方式4,方式5,GATE为低电平或下降沿,禁止计数,禁止计数,使输出变高,禁止计数,使输出变高,禁止计数,GATE为上升沿,从初始值开始计数,下一,个时钟后输出变为低电平,从初值开始计数,从初值开始计数,从初值开始计数
14、,GATE为高电平,允许计数,允许计数,允许计数,允许计数,8253的工作方式,8253的每个通道都有6种不同的工作方式，现在介绍如下： 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,8253工作方式0的时序图,8253工作方式1的时序图,8253工作方式2的时序图,8253工作方式3的时序图,8253工作方式4的时序图,8253工作方式5的时序图,9.3 8253应用举例,8253芯片可以用在微型机系统中，构成各种计数器、定时器电路或脉冲发生器等。使用8253时，先要根据实际需要设计硬件电路，然后用
15、输出指令向有关通道写入相应的控制字和计数初值。也就是对8253进行初始化编程。此后8253就可以工作了。 由于8253的3个计数通道是完全独立的。因此可以分别对它们进行硬件设计和软件编程， 使三个通道工作于相同或不同的工作方式。,用8253产生各种定时波形,某个以8086为CPU的系统中使用了一块8253芯片，通道的基地址为310H，所用的时钟脉冲频率为1MHz。 指定3个计数通道分别完成以下功能： (1)通道0工作于方式3，输出频率为2kHz的方波 (2)通道1产生宽度为480s的单脉冲 (3)通道2方式2，输出负脉冲，时间常数为26。 据此设计的硬件电路如下图所示。,8259应用举例1,8
16、253定时波形产生电路,A,9,A,8,A,7,A,6,A,5,A,4,A,3,A,0,A,2,A,1,8086,CPU,G1,G2A,G2B,C,B,A,Y,4,74LS138,CLK,0,CLK,1,CLK,2,GATE,0,OUT,0,GATE,1,OUT,1,GATE,2,OUT,2,D,7,D,0,WR,RD,A,0,CS,8253,1MH,z,方波,+5V,2KH,z,方波,480s宽单脉冲,负脉冲,A,1,M/IO,RD,WR,D,7,D,0,初始化程序清单1,;通道0初始化程序 MOV DX, 316H ;控制口地址 MOV AL, 00110111B ;通道0控制字，先读写低字节 ;后高字节，方式3，BCD计数 OUT DX, AL
