可编程定时器计数器接口芯片

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1、Ch12 可编程定时器计数器接口芯片,教学内容： 基本原理 基本结构、引脚 控制字 6种工作方式及时序 初始化 应用举例,教学重点 可编程定时/计数器8253/8254工作方式和编程 教学难点： 6种工作方式和时序 8253 安排一次实验,12 可编程计数器/定时器8253-5,8253-5是Intel公司生产的三通道16位的可编程计数器/定时器。与其外形引脚及功能兼容的同类计数器/定时器有8254-2。两者的差异主要是工作的最高频率，8253-5为5MHz,8254-2为10MHz。 12.1 8253-5的引脚与功能结构 12.2 8253-5的内部结构和寻址方式 12.3 8253-5的

2、6种工作方式及时序关系 12.4 8253应用举例,返回,8253/8254定时计数器的主要功能：,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,8254是8253的改进型 主频10MHZ 增加了状态寄存器 注意：以8253为例讲解,12.1 8253-5的引脚与功能结构,8253-5是一种24脚封装的双列直插式芯片。 8253-5的功能体现在两个方面,即计数与定时。两者的工作原理在实质上是一样的，都是利用计数器作减1计数，减至0发信号。数据线 D0D7 引脚名称和分类 控制线 A0、A1 RD WR CS 电源Vcc GND 计数器输入输出信号 CL

3、K 02GATE 02 OUT 02,返回,8253-5引脚和功能示意图,8253-5各引脚的定义,D0D7: 数据线。 A0、A1: 地址线，用于选择3个计数器中的一个及选择控制字寄存器。 RD：读控制信号，低电平有效。 WR：写控制信号，低电平有效。 CS：片选信号，低电平有效。,返回,8253-5各引脚的定义（续）,CLK 02：计数器0、1、2的时钟输入端。 GATE 02：计数器0#、1#、2#的门控制脉冲输入端，由外部设备送入门控脉冲。 OUT 02： 计数器0#、1#、2#的输出端，由它接至外部设备以控制其启停。,12.2 8253-5的内部结构和寻址方式,1.内部结构 2.寻址

4、方式,返回,1、内部结构,单个计数器结构示意图,计数初值存于预置寄存器； 在计数过程中， 减法计数器的值不断递减， 而预置寄存器中的预置不变。 输出锁存器用于写入锁存命令时， 锁定当前计数值,8253内部结构,8253-5的内部结构如图8.3所示。它有3个独立结构完全相同的16位计数器和1个8位控制字寄存器以及数据缓冲器、读写控制逻辑共六部分组成。在每个计数器内部，又可分为计数初值寄存器CR、计数执行部件CE和输出锁存器OL 3个部件，它们都是16位寄存器，也可以作8位寄存器来用。在计数器工作时，通过程序给初值寄存器CR送入初始值，该初始值再被送入执行部件CE进行减1计数；而输出锁存器OL则用

5、来锁存CE的内容，该内容可以由CPU进行读出操作。,返回,单个计数器也称为通道。计数器0=通道0； 计数器1=通道1；计数器2=通道2,8253内部结构示意图,2、寻址方式,8253-5内部有3个计数器和1个控制字寄存器，可通过地址线A0、A1，读写控制线RD、WR与选片CS进行寻址，并实现相应的操作。,返回,12.3 8253-5的6种工作方式及时序关系,8253-5的方式控制字格式如图8.4所示，各计数器有6种可供选择的工作方式，以完成定时、计数或脉冲发生器等多种功能。 格式字说明（见图8.4） D0-定义进制 D1、D2、D3-定义六种工作方式 D4、D5定义操作方式 D6、D7定义计数

6、器 方式控制字只能写入，不能读出。编程时首先要设定方式控制字（通过输出指令）。,方式控制字格式,方式控制字格式,00 计数器0 01 计数器1 10 计数器2 11 非法,00 计数器锁存命令 01 只读写低字节 10 只读写高字节 11 先读写低字节 后读写高字节,000 方式0 001 方式1 010 方式2 011 方式3 100 方式4 101 方式5,0 二进制 1 十进制,控制字写入控制字I/O地址（A1A011）,问题：内部结构中控制字寄存器只有一个， 如何区分写入控制字是哪个计数器的控制字）,在8253的初始化编程中，由CPU向8253的控制字寄存器写入一个控制字，它规定了82

7、53的工作方式。 （1） 计数器选择(D7D6) 控制字的最高两位决定这个控制字是哪一个通道的控制字。由于三个通道的工作是完全独立的，所以需要有三个控制字寄存器分别规定相应通道的工作方式。但它们的地址是同一个，即A1A0=11控制字寄存器的地址。,控制字格式说明：,所以，需要由这两位来决定是哪一个通道的控制字。因此，对三个通道的编程需要向同一个地址(控制字寄存器地址)写入三个控制字，它们的D7D6位分别指定不同的通道。在控制字中的通道选择与通道计数器的地址是两回事，不能混淆。计数通道的地址是用作CPU向计数器写初值，或者从计数器读取当前的计数值。,（2） 数据读/写格式(D5D4) CPU向计

8、数通道写入初值和读取它们的当前状态时，有几种不同的格式。例如，写数据时，是写入8位数据还是16位数据，若是8位计数，可以令D5D4=01只写低8位，则高8位自动置0；若是16位计数，而低8位为0，则可令D5D4=10，只写入高8位，而低8位就自动为0；在令D5D4=11时，16位计数就先写入低8位，后输入高8位。 在读取计数值时，可令D5D4=00，则把写控制字时的计数值锁存，以后再读取。,（3） 工作方式(D3D2D1) 8253的每个通道可以有6种不同的工作方式，由这三位决定。每一种方式的特点，随后介绍。 （4） 数制选择(D0) 8253的每个通道有两种计数制：二进制和二十进制，由这位决

9、定。在二进制计数时，写入的初值的范围为0000HFFFFH，其中0000H是最大值，代表65536；在二十进制时，写入的初值的范围为00009999，其中0000是最大值，代表10000。,8253-5的6种工作方式及时序关系（续）,1. 方式计数结束产生中断 掌握内容 2. 方式1 可编程单稳触发器 3. 方式2 分频器 4. 方式3 方波频率发生器 -掌握内容 5. 方式4 软件触发选通脉冲 6. 方式5 硬件触发选通脉冲 6种方式下的工作状态是不同的，输出的波形也不同，是有门控GATE作用所引起的。要注意每种工作方式的初始化设置。,返回,8253的6种工作方式及时序关系（难点）,通过写入

10、方式控制字可以规定各计数器的工作方式，以完成定时、计数或脉冲发生器等多种功能。 方式控制字只能写入，不能读出。编程时首先要设定方式控制字（通过输出指令）。 每种工作方式学习时要注意门控信号的作用以及计数器初值装入的方式。 初值（一次有效、多次有效、自动装入、计数过程中改变计数值）GATE（电平/上升沿，计数中改变门控信号），OUT（起始电平、单脉冲、连续波形） 要注意每种工作方式的工作原理、特点以及时序图,1. 方式0 (计数结束产生中断), 设 定 工 作 方 式, 设 定 计 数 初 值, 计 数 值 送 入 计 数 器, 计 数 过 程, 计 数 结 束,8253的每个计数通道都有6种不

11、同的工作方式可供选择。这6种工作方式的区别在于：它们启动计数器进行计数的触发方式不同；计数过程中，门控信号GATE对计数操作的影响不同；计数结束后，OUT输出线上的输出波形不同。 下面我们将分别讨论这6种工作方式的工作过程和特点。,方式0计数结束产生中断,8253-5在方式0（如图8.5所示）工作时的特点： （1）在WR为低电平有效时向计数器写入控制字CW，当写入CW后，OUT端将输出低电平作为起始电平；在WR的上升沿将计数初值写入初值寄存器CR，当计数初值装入计数器后，输出端仍将保持低电平，直到计数初值减至0为止。在计数过程中，若GATE端的门控信号为高电平，则当CLK端每来一个计数脉冲，计

12、数器就进行减1计数，,方式0时序图,方式0计数结束产生中断（续）,在计数值减为0时，OUT端输出变为高 电平；若要使用中断，则可以用此正跳变电平向CPU发中断请求。 （2）GATE为计数控制门。方式0的计数过程可由门控信号GATE控制暂停，即当GATE=1时，允许计数；GATE=0时，停止计数。GATE信号的变化并不影响输出OUT端的状态。,返回,方式0 计数结束产生中断（续1）,（3）计数过程中可重新装入计数初值。如果在计数过程中，重新写入某一计数初值，则在写完新的计数值后，计数器将从该值重新开始进行减1计数。注意，若写入的计数值为2个字节，则在写入第1个字节（低字节）时，计数器将中止原来的

13、计数过程；而在写入第2个字节（高字节）时，计数器将按新的初值重新计数。,方式0 计数结束产生中断（续2）,8253-5利用方式0既可计数，也可定时。 当作计数器使用时，应将待计数的事件以脉冲信号方式从CLK端输入，将计数初值预置到计数器中，以完成减1计数功能，直到计数值减至0由OUT端发正跳变结束信号，表示计数已到。 当作定时器使用时，应根据要求定时的时间和CLK的周期计算出定时系数，将它预置到计数器中，可在计数完成时计算出定时时间。,2. 方式1(可编程单稳脉冲), 设 定 工 作 方 式, 设 定 计 数 初 值, 硬 件 启 动, 计 数 值 送 入 计 数 器, 计 数 过 程, 计

14、数 结 束,方式1 可编程单稳触发器,8253-5按方式1（如图8.6所示）工作时，有以下特点： （1）当写入控制字后，OUT端将输出高电平作为起始电平。当计数初值送到计数器后，若无GATE的上升沿，不管此时GATE输入的触发电平是高电平还是低电平，都不会开始减1计数，而必须等到GATE端输入一个正跳变触发脉冲时，计数过程才会开始。,方式1时序图,方式1 可编程单稳触发器（续）,（2）计数器工作时，由GATE输入触发脉冲的上升沿使OUT变为低电平，每来一个计数脉冲，计数器作减1计数，当计数值减为0时，OUT再变为高电平。OUT端输出的单稳负脉冲的宽度为计数器的初值乘以CLK端输入脉冲周期。,返

15、回,方式1 可编程单稳触发器（续）,（3） 如果在计数器未减到0时，门控端GATE又来一个触发脉冲，则在GATE为低电平期间，并不影响计数过程，仍继续作减1计数；但在GATE的上升沿，则由下一个时钟脉冲开始，计数器将从初始值重新作减1计数。当减至0时，输出端又变为高电平。这样，会使输出脉冲宽度延长。 在方式1时，计数值也是一次有效，每输入一次计数值，只产生一个负极性单脉冲。,3、方式2 分频器,方式2是n分频计数器，n是写入计数器的初值。在此方式下，计数器既可以用软件启动，也可以用硬件启动。一旦计数启动，计数器就可以自动重复工作。当写入控制字后，OUT端输出变为高电平作为起始电平。当计数初值写

16、入计数器后，从下一个时钟脉冲起，计数器开始作减1计数。当减到1时，OUT端输出将变为低电平。再经过一个时钟周期，计数值减到0后，OUT又恢复为高电平，于是形成一个不对称形脉冲。,返回,方式2时序图,4、方式3 方波频率发生器,方式3类似于方式2，也有两种启动方式，并具有自动装入计数初值的功能，但输出的波形为方波或者为近似对称的矩形波。当写入控制字后，OUT端开始输出低电平作为起始电平，当装入计数值n后，OUT端输出立即跳变为高电平。如果当前GATE为高电平，则立即开始作减1计数。,方式3（方波频率发生器）,方式3 方波频率发生器（续）,当计数值n为偶数时，每当计数值减到n/2时，则OUT端由高电平变为低电平，并一直保持计数到0，一旦计数为0时OUT端又由低变高并重新给计数器装入初值； 当n为奇数时，输出分频波高电平宽度为（n+1）/2计数脉冲周期，低电平宽度为（n-1）/2计数脉冲周期。 如果在计数过程中，GATE变为低电平，则暂停减1计数。,返回,方式3 方