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1、第6章,定时/计数技术,第6章 定时/计数技术,学习目标： 掌握定时/计数器的基本概念、分类、特点及适用场合； 理解8253-5的内部结构； 掌握8253-5的方式控制字含义，难点是8253-5的6种工作方式间的区别； 掌握8253-5初始化编程的方法； 重点掌握8253-5的编程及应用。,第6章 定时/计数技术,本章目录： 6.1 定时/计数器概述 6.2 可编程定时/计数器8253-5 习题与思考题,6.1 定时/计数器概述,6.1.1 定时/计数器的基本概念 6.1.2 定时/计数器的分类,返回上一级,6.1.1 定时/计数器的基本概念,定时器:以时钟信号作为计数脉冲的计数器，它主要用以
2、产生不同标准的时钟信号或是不同频率的连续信号， 计数器:以外部事件产生的脉冲作为计数脉冲的计数器，它主要是用以对外部事件发生的次数进行计量。 动态存储器的定时刷新,系统日历时钟,喇叭声源，测控系统中定时和延时等。,返回上一级,6.1.2 定时/计数器的分类,计算机系统中定时/计数器分类： 软件定时/计数器 硬件定时/计数器 可编程定时/计数器,返回上一级,1软件定时/计数器,软件定时/计数器是实现系统定时控制或延时控制的最简单的方法。 程序设计者可选择不同的指令条数和不同的循环次数来实现不同的时间延迟。 软件定时/计数器多用于较短时间的定时，而且不能响应中断。软件定时/计数器不需要外加硬件电路
3、并且定时精确。,返回上一级,2硬件定时/计数器,硬件电路实现，成本低，使用方便。 缺点是一旦元件设定就不能改变、电路调试较麻烦、时间长电阻电容器件会老化，造成电路工作不稳定，影响定时准确度和稳定性。,返回上一级,3可编程定时/计数器,将定时/计数器电路做成通用的定时/计数器并集成到一个芯片上，定时/计数器工作方式又可由软件来控制选择。 这种定时/计数器芯片可直接对系统时钟进行计数，通过写入不同的计数初值，可方便地改变定时与计数时间，且定时期间不需要CPU管理。,返回上一级,6.2 可编程定时/计数器8253-5,6.2.1 8253-5主要特性 6.2.2 8253-5的引脚与功能结构 6.2
4、.3 8253-5内部结构 6.2.4 8253-5方式控制字 6.2.5 8253-5的六种工作方式 6.2.6 8253-5初始化编程 6.2.7 8253-5的应用举例,返回上一级,6.2.1 8253-5主要特性,Intel 8253-5是可编程定时器/计数器芯片，24引脚双列直插式封装。 主要特性： 单一的+5V电源，N沟道MOS工艺制成。片内具有3个独立的16位减法计数器（或计数通道），每个计数器最高计数频率为2MHZ。 功能： 计数与定时，还可用作频率发生器、分频器、实时钟、单脉冲发生器等。,返回上一级,6.2.2 8253-5的引脚与功能结构,返回上一级,8253-5与CPU的
5、接口引线,D7D0：三态双向数据线。 WR：写控制信号，输入，低电平有效。连接CPU的 IOW。 RD：读控制信号，输入，低电平有效。连接CPU的 IOR。 A1，A0：地址线，输入。用于选择3个计数器中的一个及选择控制字寄存器。 CS：片选信号，输入，低电平有效。连接译码电路输出端。,返回上一级,8253-5外设的接口引线,CLK02：计数器0、1、2的时钟输入端。用于输入定时脉冲或计数脉冲信号。 GATE02：计数器0、1、2的门控脉冲输入端。由外部设备来控制计数器的启动计数或停止计数的操作。 OUT02：计数器0、1、2的输出端。当相应的计数器计数减到零时，该端输出标志信号。,返回上一级
6、,6.2.3 8253-5的内部结构,返回上一级,1数据总线缓冲器 双向三态，可直接挂接在总线上，由CPU通过它向计数器写入计数器初始值，也可以由CPU通过该缓冲器读出计数器的计数值，通过编程可确定8253-5的工作方式，编程的控制字便由该缓冲器送至控制器寄存器。 2读/写逻辑电路 由片选信号控制该芯片选中否，当选中时（CS=0），该控制逻辑根据读写命令及送来的地址信息控制整个芯片的工作。,返回上一级,3控制字寄存器 接收数据总线缓冲器的信息，若是控制字，则用来控制计数器的工作方式，若是数据，则装入计数器作为计数初值。该寄存器是8位的，只能写不能读。 4计数器 8253-5的3个计数器是相互独
7、立的，而且内部结构完全相同，计数器是16位减法计数器。每个计数器中都有一个时钟输入端CLK和门控输入GATE，一个输出OUT。计数器的计数方式可以是二进制或十进制。,返回上一级,计数器内部结构图,在每个计数器的内部，有计数寄存器、锁存器，都是16位寄存器，也可作为8位寄存器来用,返回上一级,6.2.4 8253-5方式控制字,作为一个可编程的定时/计数器，它的全部工作特点都由方式控制来确定，并由CPU向8253-5写操作，即将方式控制字写入控制寄存器。 芯片的三个计数器是独立的，但写入方式控制字的地址只有一个（A1A0=11），所以就要在控制字内指出本次写入的方式控制字是属于哪一个计数器的，然
8、后再考虑对哪个通道的操作或工作方式的指定。,返回上一级,8253-5方式控制字的格式,返回上一级,读计数值的办法,1读之前先停止计数： 在读之前，可用GATE信号停止计数器工作，然后用IN指令读取计数值，具体读取格式取决于控制字的D5D4位。若D5D4=11，则同一端口地址要读两次，先读的是低位字节，后读的是高位字节；D5D4=10，则只读一次，读出的是高位字节；D5D4=01，只读一次，且读出的是低位字节。,返回上一级,2读之前先送计数锁存命令 第一步，用OUT指令写入锁存控制字D5D4=00到控制寄存器，其它位按要求设定。这样就将计数器当前计数值锁存到8253-5内部的锁存器中。 第二步，
9、用IN指定读取被锁存的计数值，读取格式取决于控制字的D5D4两位的状态。,返回上一级,6.2.5 8253-5的六种工作方式,1方式0 计数结束产生中断 2方式1 可编程单稳触发器 3方式2 分频器 4方式3 方波发生器 5方式4 软件触发选通脉冲 6方式5 硬件触发通选脉冲,返回上一级,1方式0 计数结束产生中断,写入CW，OUT立即变成低电平，当写入计数初值后的第一个下降沿，计数器从初值开始减1计数，减到0时，输出端OUT变成高电平。,返回上一级,GATE=1时，允许计数； GATE=0时，暂停计数，恢复为高电平后，继续计数。但不影响输出端OUT的电平。,返回上一级,如果在计数过程中写入新
10、的初值，那么，在写入新值后的下一个时钟下降沿计数器将按新的初值计数。 如果新的计数值是16位的，在写入第一个字节后，计数器停止计数，写入第二个字节后，计数器按新初值开始计数，即新的初值立即有效。,返回上一级,2方式1 可编程单稳触发器,写入CW后，时钟上升沿使OUT变成高电平，写入计数初值，由GATE上升沿到来后，并且在下一个时钟的下降沿，使输出OUT变为低，同时计数器从初值开始减1计数。计数过程中OUT端一直维持低电平。当计数减到0时，输出端OUT变为高电平，维持到下一次触发。,返回上一级,GATE门控信号的作用： 第一，在计数结束后，若再来一个门控信号上升沿，则在下一个时钟的下降沿又从初值
11、开始计数，而不需重新写入计数初值。 第二，在计数过程中，若来一个GATE门控信号上升沿，则在下一个时钟下降沿从初值起重新计数。,返回上一级,如果在计数过程中写入一个新的计数值时，则不会立即影响计数过程，在出现下一个GATE门控信号的上升沿到来后的第一个时钟下降沿，才终止原来的计数过程，而按新值开始计数。 若计数结束前没有触发的门控上升沿，则原计数过程将正常结束，OUT输出高电平，直到下一个门控上升沿到来后的第一个时钟下降沿，才按新的初值计数。,返回上一级,3方式2 分频器,当写入控制字后，时钟的上升沿使输出端OUT变成高电平，在GATE为高电平的情况下，写入计数初值后的第一个时钟下降沿开始减1
12、计数。减到1时，输出端OUT变为低电平，减到0时，输出端OUT又变成高电平，同时从初值开始进行新的计数过程，形成循环计数过程。,返回上一级,门控信号GATE为低电平暂停计数； 由低电平恢复为高电平后的第一个时钟下降沿重新从初值开始计数。,返回上一级,如果在计数过程中改变初值， 一是在门控信号GATE一直维持高电平时，则新的初值不影响当前的计数过程，但在计数结束后的下一个计数周期将按新的初值计数。 二是若在写入新的初值后，遇到门控信号的上升沿，则结束现行计数过程，从下一个时钟的下降沿开始重新按照初值进行计数。,返回上一级,4方式3 方波发生器,与方式2类似，主要区别在于OUT的输出波形不同。,返
13、回上一级,当计数初值为偶数时，写入控制字后的时钟上升沿，输出端OUT变成高电平，写入计数初值后的第一个时钟下降沿，计数器从初值开始减1计数。减到N/2时，输出端OUT变为低电平，减到0时，输出端OUT又变成高电平，并重新从初值开始计数。若GATE=1，则一直重复同样的计数过程。输出端OUT的波形是连续的方波，故称方波发生器。 当计数初值为奇数时，计数器从初值开始减1计数。减至到（N1）/2时，输出端OUT变成低电平，减到0时，OUT端又变成高电平，并重新开始一个计数过程。这时输出端的波形为连续近似方波。,返回上一级,在正常计数过程中，即GATE一直保持高电平时，设写入的计数初值为N，当计数初值
14、为偶数时，OUT端的输出波形为连续方波，时钟周期的高电平和低电平各占N/2个时钟周期。计数初值为奇数时，OUT 端的输出波形为近似的连续方波。有（N+1）/2个时钟周期的高电平，（N-1）/2个时钟周期的低电平。,返回上一级,5方式4 软件触发选通脉冲,当写入控制字后，时钟上升沿使输出端OUT变成高电平，写入计数初值后，第一个时钟下降沿使计数器开始减1计数，减到0时，输出端OUT变低一个时钟周期，然后自动恢复成高电平，并一直维持高电平，除非写入新的计数初值。,返回上一级,GATE=1时，允许计数，GATE=0时，禁止计数，并使输出端OUT保持原电平。 在任何时候由软件写入计数初值，只要当时GA
15、TE=1，就会立即触发一个计数过程（但计数过程不自动重复），称为软件触发。,返回上一级,6方式5 硬件触发通选脉冲,写入控制字后，时钟上升沿使输出端OUT变成高电平，写入计数初值后，计数器并不开始计数，在门控信号GATE的上升沿到来时，由下一个时钟下降沿计数器开始减1计数，计数器减到0，输出端OUT变低为一个时钟周期，然后又自动恢复成高电平，并一直保持高电平。,返回上一级,在计数过程中，再次GATE上升沿时，则立即终止计数，并在下一个时钟下降沿时，从初值开始重新计数。计数结束以后，GATE的上升沿出现时，计数器从时钟的下降沿开始初值减1计数，而不用重新写入初值。即当门控信号GATE上升沿在任何
16、时候到来时，立即触发一个计数过程。 当在计数过程中写入新的计数初值时，新的初值直到下一个门控信号GATE上升沿到来后，由下一个时钟的下降沿，开始减1计数。若无门控信号GATE上升沿触发，新初值的写入不会影响现行的计数过程。若在计数结束后写入新的初值时，也要GATE上升沿触发后才有效。,返回上一级,8253-5的工作方式表,返回上一级,6.2.6 8253-5初始化编程,1写控制字，规定其工作方式。控制字都写入同一控制端口，对应地址A1A0=11。 2写计数初值。要写入指定计数器对应的端口地址 若规定只写低8位，则高8位自动置0； 若规定只写高8位，则低8位自动置0； 若规定写16位计数值，则先写低8位，后写高8位。 控制字D0=0时，即二进制计数，初值为0000HFFFFH；D0=1时，十进制方式，其值为00009999；初值为0000时计数值最大。,返回上一级,例6.1,某微机系统中8253-5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
