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1、南京理工大学自动动化学院2011年11月5.1 概述 定时控制在微机系统中具有极为重要的作用。例如，微机控制系统中常需要定时中断、定时检测、定时扫描等；实时操作系统和多任务操作系统中要定时进行进程调度。 IBM PC系列机的日时钟计时、DRAM刷新定时和扬声器音调控制都采用了定时控制技术。 在电力系统继电保护中，要通过对交流信号的定时采样计算电气参数的有效值。1.定时功能的实现方法 软件延时 利用微处理器执行一个延时程序段实现 不用硬件，但占用CPU时间、定时精度不高，随系统时钟频率改变 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 定时电路简单、定时时间可以在一定范围改
2、变 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 具有多种工作方式、能够输出多种控制信号DELAYPROCMOVCX,1000DELAY1:NOPLOOPDELAY1RETDELAYENDP2.定时器和计数器 定时控制在微机系统中具有极为重要的作用，计数是许多过程控制领域常用的功能 它们都是由数字电路中的计数电路构成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。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），常又称为计数器例如：脉冲式电能表、自来水表、燃气表的度数计
3、量等接口电路：微机可以通过接口电路接收外部设备送 来的信息或将信息发送给外部设备。分类：可以提供使微机正常工作所需要的辅助 电路；输入/输出接口电路包括并行接口、串行接口、 专用接口等，提供CPU与接口直接进行操作的“通道”每个部件或接口内部都包含有一组寄存器，这些寄存器通常称为端口，每个端口有一个端口地址。5.1.2 端口的概念I/O接口的典型结构控制总线总线 CB地址总线总线 ABI/O接口电电路数据控制状态态数据总线总线 DBCPU外设控制寄存器状态态寄存器数据寄存器端口通常分为三类：用来传输数据的称为数据端口；用来存放设备或者部件状态的称为状态端口；用来存放CPU发出的命令的称为控制端
4、口。CPU通过数据端口完成数据传输，因此，数据端口一般是可读可写的；CPU通过状态端口可以检测外设和接口部件当前的状态，因此，状态端口一般是只读的；CPU通过控制端口传输命令以便控制接口和设备的动作，因此，控制端口一般是只写的。5.2 可编程定时器/计数器8253计数/定时的功能对外部事件发生次数进行计数计算机系统经常用到定时信号，如DRAM刷新定时 计数和定时本质上是相同的，它们都是对一个输入脉冲进行计数，如果输入脉冲的频率一定，那么记录脉冲的个数与所需的时间是一一对应的关系。使用同一个芯片，既能计数、又能定时 定时/计数器例如输输入脉冲频频率为为2MHz，那么计计数2106计时计时 1秒
5、8253的功能与结构 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 每个计数器的计数速率可高达2MHz 所有的输入输出都与TTL兼容。8254是8253的改进型8253的内部结构数据总线缓冲器读写控制逻辑控制字寄存器计数器0计数器1计数器2内部数据总线D7D0CSRDWRA0A1CLK0CLK1CLK2GATE0GATE1GATE2OUT0OUT1OUT28253有四个端口地址时钟输入信号门控信号计数器输出信号8253的引脚8253定时时/计计数器引脚图图D7D6D5D4D3D2D1D0CLK0OUT0GATE0GNDVCCWRRDCSA1A0CLK2
6、OUT2GATE2CLK1GATE1OUT18253123456789101112242322212019181716151413数据引脚计计数器0计计数器1计计数器2通道地址选择选择读读写控制及片选选1. 计数器预置寄存器GATECLKOUT减1计数器输出锁存器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。输出锁存器用于写入锁存命令时，锁定当前计数值2.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，计数工作受到门控信号GATE的控制。 GATE门控输入信号控制计数器工作，可分成电平控制和上
7、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。3.与处理器接口 D0D7数据线 A0A1地址线 CS*片选信号 RD*读信号 WR*写信号CS* A1 A0I/O地址读操作RD*写操作WR*0 0 00 0 10 1 00 1 140H41H42H43H读计数器0读计数器1读计数器2无操作写计数器0写计数器1写计数器2写控制字系统机A1A0=00 计数器001 计数器110 计数器211 控制字寄存器5.2.2 8253的初始化编程 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 写入控制字 写入计数初值 读取
8、计数值D7D6D5D4D3D2D1D01.写入方式控制字计数器读写格式工作方式数制D7D6D5D4D3D2D1D000计数器001计数器110计数器211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0001方式1x10方式2x11方式3100方式4101方式50二进制1十进制控制字写入控制字I/O地址（A1A011）2.写入计数值 选择二进制时 计数值范围：0000HFFFFH 0000H是最大值，代表65536 选择十进制（BCD码） 计数值范围：00009999 0000代表最大值10000计数值写入计数器各自的I/O地址3.读取计数值 对8
9、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。读取计数值，要注意读写格式和计数数制4. 8253的编程命令初始化1）写入控制字2）按控制字要求写入计数初值例：设三个计数器的端口地址为70H、71H、72H，控制端口地址73H。计数器0，工作模式2，仅使用低8位，初值为100，计数值使用二进制。MOV AL, 14HOUT 73H, ALMOV AL, 100OUT 70H, AL方式控制字：00010100计计数器0只读读写低字节节方式2二进进制5.读取通道当前的计数值
10、8253任一通道的当前计数值，CPU都可用输入指令读取。8253的通道计数器是16位的，要分两次读至CPU，为避免在CPU的两次读出过程中出错，在进行读出操作前必须对相应通道进行锁存，锁存的办法有两种： 利用GATE信号使计数过程暂停。 向8253的控制口写入一个令通道锁存器 锁存的控制字。 例：设三个计数器的端口地址为70H、71H、72H，控制寄存器端口地址73H。读出计数器0的当前计数值，放在BX中MOV AL, 0HOUT 73H, ALIN AL, 70H ；先读读低字节节MOV BL, ALIN AL, 70H ；后读读高字节节MOV BH, AL方式控制字：00000000计计数
11、器0锁锁存方式0二进进制5.2.3 8253的工作方式 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 每种工作方式的过程类似：写入方式控制字，设定工作方式。A1A0=11写入预置寄存器，设定计数初值。硬件启动方式1，5需要硬件启动。计数初值进入减1计数器。每输入一个时钟，计数器减1的计数过程。计数器减至0，计数过程结束。方式0，2-4 送入初值值后计计数过过程开始 在这种方式下，写入控制字之后，输出端OUT为低电平作为初始电平，并且在计数值到达0之前一直保持低电平。在写入计数初值到预置寄存器后的下一个脉冲下降沿,计数初值经预置寄存器装
12、入减1计数器,计数器开始计数,CLK引脚上每来一个脉冲,计数器的计数值减1 。当计数到达0时，输出端OUT为高电平，并且一直保持高电平，除非写入新的计数值。 方式0：计数结束中断唯一 计数结束时，OUT输出一个从低到高的信号，可作为中断请求信号使用，在中断服务程序中对其写入新的计数值，故方式0又称为“计数结束中断”方式。 GATE信号可控制计数过程：GATE为高时，允许计数；GATE为低时，暂停计数。当GATE重新为高电平时，接着当前的计数值继续计数！(只有方式0！）。 计数期间重置计数值，则在写入新计数值后重新开始计数过程。 方式0：计数结束中断方式0：计数结束中断GATEOUTCLK031
13、244方式0WR设设定工作方式设设定计计数初值值控制字计计数值值计计数初值值打入减1计计数器来一脉冲计计数减1计计数过过程计计数结结束 写入控制字之后，输出端OUT以高电平作为起始电平，计数初值送到初值寄存器后，计数器等待门控信号触发，门控信号GATE上升沿到来时，边沿触发器触发，在其后时钟脉冲的下降沿时，计数初值送到计数执行部件，输出端OUT变为低电平，开始计数并在计数到达0以前一直保持低电平。计数到0，OUT输出变高。若再次触发，计数初值重装计数执行部件，则可再产生一个单稳脉冲。 方式1：可编程单稳脉冲( 硬件可重触发单稳 )GATEOUT 计数过程中写入新计数值，将不影响当前计数；但若再
14、次由GATE触发启动，则按新值开始计数。 计数过程结束前再次触发，则重装初值，从头开始计数。GATE触发后变为低不影响计数过程。方式1：可编程单稳脉冲(硬件可重触发)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数结束GATEOUTCLK031244方式1WR 写入控制字之后，输出端OUT变为高电平作为初始状态，当计数初值写入初值寄存器后，下一个时钟脉冲的下降沿时，计数器初值被写到计数执行部件，然后计数执行部件作减1计数。计数过程中OUT始终保持高电平，减到1（不是减到0）时，输出OUT变为低电平。经过一个CLK周期OUT恢复为高，初值重装计数器且计数器开始重
15、新计数。 计数过程中装入新值，不影响现行计数；但从下个周期开始按新计数值计数。 GATE为低电平，将禁止计数，并使OUT为高，GATE变高电平，计数器重装初值，开始计数。 方式2：频率发生器（分频器）方式2：频率发生器（分频器）03124GATEOUTCLK4方式2031240312403124WR5.OUT变变高重装初值值开始新的计计数2.写入计计数初值值4.计计数到1 OUT变变低一个CLK1.写入方式控制字3.减1计计数过过程 写入控制字之后，输出端OUT出现高电平作为起始电平。计数初值送到初值寄存器后，下一个时钟脉冲到来时，计数执行部件获得初始计数值，并开始作减1计数。当计数计到一半时
16、，输出变为低电平，计数器继续作减1计数，计数到终值时，输出变为高电平，从而完成一个周期。之后，马上自动进入下一个周期。由此不断进行下去，产生周期为N个时钟脉冲宽度的输出。 方式3：方波发生器(分频器) 若计数值为奇数，则前一半多一个时钟脉冲的时间(N/2+1)输出为高，随后(N/2-1)输出为低。 计数过程中GATE应保持高电平。GATE变低停止计数，GATE由低变高后重装初值并开始计数。 将频率为f的时钟脉冲信号变成频率为f/N的时钟脉冲信号方式3：方波发生器03124GATEOUTCLK4方式3031240312403124WR写入方式控制字后输输出OUT变变高作为为初始态态写入计计数初值值后下一个脉冲的下降沿计计数初值值打入减一计计数器开始记记数过过程 当计计数计计到一半时时，输输出变为变为 低电电平，计计数器继续继续 作减1计计数n计计数到终值时终值时 ，输输出变为变为 高电电平，从而完成一个周期并直接装入计计数初值进值进 入下一个周期 写入控制字之后，输出端OUT变为高电平作为初始电平，计数初值送到初值寄存器，再经过一个时钟周期，计数执行部件获得计数初值，并开始计数。当计数器
