微机原理第8章8253及其应用

微机原理与接口微机原理与接口学习可编程接口芯片的方法学习可编程接口芯片的方法可编程接口芯片从以下几个方面掌握：可编程接口芯片从以下几个方面掌握：芯片的功能芯片的功能 芯片的工作方式芯片的工作方式 芯片的编程方法芯片的编程方法 与与CPU如何连接如何连接 完成各种实际应用完成各种实际应用第八章第八章 可编程计数器可编程计数器/定时器定时器8253及其应用及其应用了解了解82538253的功能的功能熟悉熟悉82538253的工作方式的工作方式掌握掌握82538253的编程方法的编程方法掌握每种工作方式下掌握每种工作方式下GATEGATE对对OUTOUT的影响的影响学会使用学会使用82538253计数和定时功能计数和定时功能(P304)第八章第八章通常按计数的实现方法可将计数器操作分为通常按计数的实现方法可将计数器操作分为增量增量计数器计数器和和减量计数器减量计数器两种。增量计数器是指当计数脉两种。增量计数器是指当计数脉冲（事件）到来后，计数的计数值加冲（事件）到来后，计数的计数值加“1”1”；减量计数；减量计数器反之。器反之。增量计数器常用于对事件的累计，而减量计数常增量计数器常用于对事件的累计，而减量计数常用于限量计数。增量计数关心的是用于限量计数。增量计数关心的是当前计数的量当前计数的量，减，减量计数关心的是量计数关心的是计数终到的时刻计数终到的时刻。在微机系统或微机应用系统，特别是控制系统在微机系统或微机应用系统，特别是控制系统中，经常有计数和计时的要求。如汽车里程表中，经常有计数和计时的要求。如汽车里程表 的公的公里计数，电话通话时间计时等。这些应用在计算机中里计数，电话通话时间计时等。这些应用在计算机中的处理方法不外乎两种：的处理方法不外乎两种：软件方法软件方法和和硬件方法。硬件方法。第八章第八章采用采用可编程可编程的计数的计数/定时芯片完成。定时芯片完成。定时值及其可调整范围，都可以通过软件编程确定和定时值及其可调整范围，都可以通过软件编程确定和改变，功能灵活使用方便。（改变，功能灵活使用方便。（软硬件结合软硬件结合）可编程计数器可编程计数器/定时器定时器Intel 8253就是这种芯片。就是这种芯片。采用电子器件构成定时或延时电路采用电子器件构成定时或延时电路。电路电路触发后延时时间的长短由电路中的定时元件的触发后延时时间的长短由电路中的定时元件的RCRC值值（RCRC时间常数）所决定，这种定时方法的缺点是，要时间常数）所决定，这种定时方法的缺点是，要改变定时间隔必须改变电路元件，不灵活。（纯硬件）改变定时间隔必须改变电路元件，不灵活。（纯硬件）就是根据所需要的时间常数来设计一个延就是根据所需要的时间常数来设计一个延迟子程序，这样作的优点是节省硬件，但耗费迟子程序，这样作的优点是节省硬件，但耗费CPUCPU的的资源较多，降低了资源较多，降低了CPUCPU效率，且编写软件略显麻烦，效率，且编写软件略显麻烦，通常延迟时间较小且重复次数有限的情况下，使用该通常延迟时间较小且重复次数有限的情况下，使用该方法。方法。8.1 8253的工作原理的工作原理(P304)计数器计数器/定时器的功能定时器的功能:对外部事件发生次数进行计数对外部事件发生次数进行计数;产生计算机系统需要的定时信号。产生计算机系统需要的定时信号。计数和计时本质上是相同的，它们都是对一个输计数和计时本质上是相同的，它们都是对一个输入脉冲进行计数。入脉冲进行计数。计数器的输入信号可以是随机信号，计数器的输入信号可以是随机信号，定时器的输入信号要求具有固定周期。定时器的输入信号要求具有固定周期。计数器计数器/定时器需要做到三个基本功能：定时器需要做到三个基本功能：可以设定工作方式、计数值可以设定工作方式、计数值可以控制何时开始计数，还可以暂可以控制何时开始计数，还可以暂停或重新写入计数值停或重新写入计数值1.1.计数计数/计时结束时要有提示计时结束时要有提示如果输入脉冲的频率一定，那么记录脉冲的个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。与所需的时间是一一对应的关系。例如例如输入脉冲频率输入脉冲频率为为2MHz，那么计数，那么计数2 106 计时计时1秒。秒。8253的工作原理的工作原理一个计数器一个计数器/定时器的组成定时器的组成:控制字寄存器控制字寄存器决定工作模式（决定工作模式（8位）位）状态寄存器状态寄存器反映工作状态反映工作状态初值寄存器初值寄存器计数的初值（计数的初值（16位）位）计数输出寄存器计数输出寄存器当前计数值当前计数值(16位位)。计数器计数器执行计数操作，执行计数操作，CPU不能访问。（不能访问。（16位）位）输入计数器脉冲输入计数器脉冲门控门控信号输入端信号输入端输出端输出端8253的工作原理的工作原理计数器计数器/定时器的组成定时器的组成:首先，首先，CPU把把控制字写入控制寄控制字写入控制寄存器，计数初值写存器，计数初值写入初值寄存器；入初值寄存器；计数从初值开计数从初值开始，每当始，每当CLKCLK脉冲脉冲信号出现一次，计信号出现一次，计数值数值在门控信号在门控信号GATEGATE控制下控制下决定决定是否减是否减1 1；当计数值减到当计数值减到0，从，从OUT端输出规定的信号；端输出规定的信号；CLKCLK信号出现时信号出现时,计数器是否减计数器是否减1,1,由门控信号由门控信号GATEGATE控制。控制。8253的工作原理的工作原理一、一、8253A8253A的内部结构和引脚信号（的内部结构和引脚信号（P305P305）82538253的内部结构图的内部结构图接接CPU或系统或系统总线总线8253的工作原理的工作原理一、一、8253A8253A的内部结构和引脚信号的内部结构和引脚信号1 12 23 34 45 56 67 78 89 9101011111212242423232222212120201919181817171616151514141313D7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D0CLK0CLK0OUT0OUT0GATE0GATE0GNDGNDCLK1CLK1OUT1OUT1GATE1GATE1CLK2CLK2OUT2OUT2GATE2GATE2A1A1A0A0VCCVCCWRWRRDRDCSCS8253825382538253管脚图管脚图 8253的三个计数通道在结构上和功能上完全一样，的三个计数通道在结构上和功能上完全一样，每个通道均有两个输入引脚每个通道均有两个输入引脚CLK和和GATE，一个输出信，一个输出信号号 引脚引脚OUT。8253 是是24引脚双列直插式芯片，引脚双列直插式芯片，它与它与CPU的接口引线如下：的接口引线如下：D7D0是数据线引脚，是数据线引脚，RD和和WD分别是读写控制引脚，分别是读写控制引脚，CS是片选信号。是片选信号。A1,A0是片内地址是片内地址选择引脚。选择引脚。由由CPU输入的控制信号输入的控制信号CS、RD和和WR 与与A1,A0组组合实现的功能见教材合实现的功能见教材P322表表8-1。8253的工作原理的工作原理一、一、8253A8253A的内部结构和引脚信号的内部结构和引脚信号 8253输入信号组合的功能表输入信号组合的功能表CS RD WR A1 A0 功能功能 0 0 0 1 0 0 1 对计数器对计数器A1A0设置计数初设置计数初值值 1 0 0 1 0 1 1 设置控制字或给一个命令设置控制字或给一个命令 0 0 0 0 1 0 1 从计数器从计数器A1A0读出计数值读出计数值 1 0 8253的工作原理的工作原理一、一、8253A8253A的内部结构和引脚信号的内部结构和引脚信号8253作为定时器使用时，其定时时间计算公式为：作为定时器使用时，其定时时间计算公式为：例：例：在某系统中，在某系统中，8253的的CLK上的计数脉冲频率为上的计数脉冲频率为，8253计数器的初值是计数器的初值是n=500。定时时间定时时间=时钟脉冲周期时钟脉冲周期tclk 预置的计数初值预置的计数初值n注意：注意：8253 外部输入引脚外部输入引脚CLKi上的时钟脉冲频率不上的时钟脉冲频率不能大于能大于2MHz。的时钟脉冲周期为的时钟脉冲周期为T=2 s，则，则定时时间定时时间=2 s 500=1ms8253的工作原理的工作原理一、一、8253A8253A的内部结构和引脚信号的内部结构和引脚信号在对在对8253进行编程时，由进行编程时，由CPU向它写控制字，来向它写控制字，来选定计数器通道，并规定所选计数器的工作方式。控选定计数器通道，并规定所选计数器的工作方式。控制字格式：制字格式：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SC1 SC0 RW1 RW0 M2 M1 M0 BCD 00：选择通道：选择通道001：选择通道：选择通道110：选择通道：选择通道211：无效：无效00：计数器锁存：计数器锁存01：读写低字节：读写低字节10：读写高字节：读写高字节11：先低，后高：先低，后高000：方式：方式0001：方式：方式1X10：方式：方式2X11：方式：方式3100：方式：方式4101：方式：方式51:BCD0:2进制进制BCD:00009999H;二进制：二进制：0000FFFFH;BCD:1200H=1200;二进制：二进制：1200H=4608微机原理与接口微机原理与接口计数初值为计数初值为0000时，如何计数？时，如何计数？初值写进去之后，门控信号允许时，计数过程是：初值写进去之后，门控信号允许时，计数过程是：1、初值放入计数当前值寄存器、初值放入计数当前值寄存器2、CLK到来一个脉冲当前值寄存器减到来一个脉冲当前值寄存器减13、判断当前值是否为、判断当前值是否为0，如果不为，如果不为0，返回，返回2，否则当前，否则当前一次计数结束。一次计数结束。BCD:初值可以为初值可以为00009999H;当初值为当初值为0时，先减时，先减1得得9999H，到最后减为到最后减为0，进行了，进行了10000次计数，所以初值次计数，所以初值0相当于相当于10000二进制：二进制：0000FFFFH;初值初值0000H相当于相当于65536CLKCLK确定的情况下，一个定时器的最长定时时间确定的情况下，一个定时器的最长定时时间=？对应的计数初值是？对应的计数初值是？8253的工作原理的工作原理二、二、82538253的初始化步骤和门控信号的功能的初始化步骤和门控信号的功能1.初始化步骤：初始化步骤：(1)写入控制字；写入控制字；(2)按控制字要求写入计数初值。按控制字要求写入计数初值。计数初值计数初值=fCLK/fOUT=TOUT/TCLK例例(P309)(P309)：82538253的地址为的地址为3F0H3F0H、3F2H3F2H、3F4H3F4H、3F6H3F6H要求要求82538253的计数器的计数器0 0工作于方式工作于方式3 3，BCDBCD码计数，码计数，计数器初值计数器初值n=1234H,n=1234H,初始化程序为：初始化程序为：MOVMOV AL,37HAL,37HMOVMOV DX,3F6HDX,3F6HOUTOUT DX,ALDX,ALMOVMOV AL,34HAL,34HMOVMOV DX,3F0HDX,3F0HOUTOUT DX,ALDX,ALMOVMOV AL,12HAL,12HOUTOUT DX,ALDX,AL8253的工作原理的工作原理二、二、82538253的初始化步骤和门控信号的功能的初始化步骤和门控信号的功能2.门控信号控制功能：门控信号控制功能：（P310P310）门控信号门控信号GATE的控制功能如教材的控制功能如教材P310表表8-2所所示，由表可知：示，由表可知：方式方式0 0，4 4时：门控信号为时：门控信号为电平触发电平触发 方式方式1 1，5 5时：门控信号为时：门控信号为上升沿触发上升沿触发 方式方式2 2，3 3时：门控信号为时：门控信号为电平或上升沿触发电平或上升沿触发三、三、82538253的工作方式的工作方式 （P310P310）工作方式决定以下内容：工作方式决定以下内容：1 1）门控信号的影响门控信号的影响 高电平允许高电平允许:当当GATE=0，即使出现，即使出现CLK，也不，也不计数计数 方式方式0，2，3，4 上升沿允许上升沿允许（上升沿触发）（上升沿触发）方式方式1，5，2，38253的工作原理的工作原理三、三、82538253的工作方式的工作方式写入控制字后，写入控制字后，OUT的状态的状态计数过程中，计数过程中，OUT的状态的状态计数终了，计数终了，OUT的状态的状态3 3）计数操作可否重复计数操作可否重复不可重复不可重复模式模式0，4自动重复自动重复模式模式2，3条件重复条件重复模式模式1，5工作方式决定以下内容：工作方式决定以下内容：2 2）OUT信号的状态信号的状态8253的工作原理的工作原理三、三、82538253的工作方式的工作方式1.方式方式0：计数结束中断方式计数结束中断方式特点：特点：CLKWRCWOUTN=44321GATE0可作为可作为INTRINTR信号信号 计数器只计数一遍；计数器只计数一遍；计数过程中，可由门控信号控制暂停计数计数过程中，可由门控信号控制暂停计数；在计数过程中可改变计数值。在计数过程中可改变计数值。写入新值后，计数器按新写入新值后，计数器按新值重新开始计数值重新开始计数8253的工作原理的工作原理三、三、82538253的工作方式的工作方式2.方式方式1：可编程单稳态输出方式可编程单稳态输出方式特点：特点：若计数值为若计数值为N，则输出脉冲宽度为，则输出脉冲宽度为N*CLK；计数计数到到0，可由，可由GATE上升沿再次触发，输出一个上升沿再次触发，输出一个脉冲，不需重新赋值；脉冲，不需重新赋值；若计数过程中，门控信号再次触发，计数器在触若计数过程中，门控信号再次触发，计数器在触发信号的下一个发信号的下一个CLKCLK重新开始计数；重新开始计数；CLKWRCWOUTN=3321GATE3 若计数过程中，若计数过程中，CPU改变计数值，但计数过程不受改变计数值，但计数过程不受影响，再次触发后，按新值重新计数。影响，再次触发后，按新值重新计数。8253的工作原理的工作原理三、三、82538253的工作方式的工作方式3.方式方式2：比率发生器（分频器）比率发生器（分频器）P312P312特点：特点：计数器能连续工作；计数器能连续工作；计数计数过程中，若过程中，若GATE变低，计数器暂停工作，变低，计数器暂停工作，GATE变变高后，计数器重新取出初值，开始计数；高后，计数器重新取出初值，开始计数；计数过程中，计数过程中，若写入新的初值，对当前的计数过程若写入新的初值，对当前的计数过程无影响，但下一个计数过程，以新的初值开始计数；无影响，但下一个计数过程，以新的初值开始计数；CLKWRCWOUTN=44321GATE43218253的工作原理的工作原理三、三、82538253的工作方式的工作方式4.方式方式3：方：方波发生器（波发生器（P312P312）特点：特点：同同 方式方式2的三个特点，不同的是：的三个特点，不同的是：初值为偶数时，每来一个脉冲，计数值减初值为偶数时，每来一个脉冲，计数值减2 2 初值为奇数时，初值为奇数时，第一个第一个CLKCLK使计数器减使计数器减“1”1”，其后每一，其后每一个个CLKCLK使计数器减使计数器减“2”2”，到，到“0”0”后，改变输出状态，同后，改变输出状态，同时重新装入计数值。时重新装入计数值。接着第一个接着第一个CLKCLK使计数值减使计数值减“3”3”，以后每个以后每个CLKCLK使计数值减使计数值减“2”2”，直到计数值为，直到计数值为“0”0”，重，重复上述过程。复上述过程。CLKWRCWOUTN=44242GATE42428253的工作原理的工作原理三、三、82538253的工作方式的工作方式5.方式方式4：软件触发选通软件触发选通（P313P313）N值写入后，如值写入后，如Gate为高，则下一个为高，则下一个CLK开始开始计数，相当于软件启动；计数，相当于软件启动；GATE=“1”,允许计数，允许计数，GATE=“0”,禁止计数，因禁止计数，因此，要做到软件启动，必须使此，要做到软件启动，必须使GATE=“1”；CLKWRCW特点：特点：OUTN=44321GATE0 写一次初值，只计一次；计到写一次初值，只计一次；计到0时，产生低电平维时，产生低电平维持一个周期后变高持一个周期后变高 计数过程中改变计数值，按新值重新计数到计数过程中改变计数值，按新值重新计数到0；8253的工作原理的工作原理三、三、82538253的工作方式的工作方式6.方式方式5：硬件触发选通硬件触发选通（P314P314）N值写入后，值写入后，计数器并不计数计数器并不计数,当当GATE的上升沿出现的上升沿出现时时,取出初值开始计数；取出初值开始计数；计数过程中改变计数值，计数过程中改变计数值，若没有若没有GATE的触发的触发,不影不影响计数过程响计数过程,当计数到当计数到“0”后后,若有若有GATE触发触发,则按则按新的计数值计数新的计数值计数.CLKWRCW特点：特点：OUTN=54321GATE0555微机原理与接口微机原理与接口8253的工作原理的工作原理三、三、82538253的工作方式的工作方式6种工作方式主要区别种工作方式主要区别：u OUT输出波形不同。输出波形不同。u 启动计数器的触发方式不同。启动计数器的触发方式不同。u 计数过程中门控信号计数过程中门控信号GATE对计数操作的影对计数操作的影响不同。响不同。u有的工作方式具备有的工作方式具备“初值自动重装初值自动重装”的功能。的功能。初值自动重装的功能是：当计数值减到规定初值自动重装的功能是：当计数值减到规定的数值（通常为的数值（通常为0）后，计数初值将会自动地）后，计数初值将会自动地重新装入计数器。重新装入计数器。8253的工作原理的工作原理三、三、82538253的工作方式的工作方式6 6种工作方式小结：种工作方式小结：方式方式0 0：计数初值计数初值N写入写入CR后，当后，当GATE为高电平时为高电平时,经经过过N个时钟脉冲之后个时钟脉冲之后OUT由由0到到1跳变跳变方式方式1 1：计数初值计数初值N写入写入CR后，由后，由GATE上升沿触上升沿触发发,OUT输出一个负的单脉冲输出一个负的单脉冲 方式方式2 2：计数初值计数初值N写入写入CR后后,当当GATE为高电平时为高电平时,8253的工作原理的工作原理三、三、82538253的工作方式的工作方式6 6种工作方式小结：种工作方式小结：方式方式4 4：计数初值计数初值N写入写入CR后后,触发计数（此时触发计数（此时GATE必必须须为高电平为高电平），经），经N个时钟脉冲个时钟脉冲,输出端产生选通负输出端产生选通负脉冲信号脉冲信号,宽度宽度=1个个CLK 只计一次只计一次方式方式3 3：计数初值计数初值N N写入写入CR后，当后，当GATE为高电平时为高电平时,n,n为为偶数时偶数时OUT输出一系列方波输出一系列方波 ()。N值为奇数值为奇数时时,输出矩形波，高低电平时间不同输出矩形波，高低电平时间不同(差一个时钟周差一个时钟周期期)。方式方式5 5：计数初值计数初值N写入写入CR后，硬触发后，硬触发(GATE输入输入一个一个正脉冲正脉冲)后后,经经N个时钟脉冲个时钟脉冲,输出端产生选通负脉冲输出端产生选通负脉冲信号信号,宽度宽度=CLK微机原理与接口微机原理与接口8.2 8253的应用举例的应用举例 (P315)实际应用例子的解题思路：实际应用例子的解题思路：确定端口地址确定端口地址确定计数初值确定计数初值-确定工作方式确定工作方式确定电路图确定电路图编程（写入控制字、初值）编程（写入控制字、初值）82538253的编程只需要初始化。初始化之后，芯片的编程只需要初始化。初始化之后，芯片自动工作，无需程序干扰自动工作，无需程序干扰注意：用到多个通道时，对每个通道都要依次注意：用到多个通道时，对每个通道都要依次写控制字，写初值。写控制字，写初值。微机原理与接口微机原理与接口8255的工作原理的工作原理接口芯片地址接口芯片地址注意：注意：端口地址及片选信号的产生选择端口地址及片选信号的产生选择8253A8253A的的A A1 1、A A0 0：与与8086CPU8086CPU的的A A2 2、A A1 1相连；相连；与与8088CPU8088CPU的的A A1 1、A A0 0相连。相连。A1A1A0A08位位80888253端口地址端口地址:A1 A00 00 11 01 1X0HX1HX2HX3H80868253低低8位位A2A1A1A0A2 A1A00 00 11 01 10000端口地址端口地址:X0HX2HX4HX6H微机原理与接口微机原理与接口8253的应用举例的应用举例例例1 1：fCLK/fOUT TOUT/TCLK 微机原理与接口微机原理与接口8253的应用举例的应用举例例例1 1：A9A0=1100010XX0 310H316H480us宽单脉冲宽单脉冲CLK0808674LS1388253CLK1CLK2GATE0OUT0GATE1OUT1GATE2OUT21MHzCSA1A0RDWRD7 D0D7 D0WRRDA1A2A0A3A4ABCG2BG2AG1A5A6A7A8A9M/IO2KHzY4负脉冲负脉冲+5V微机原理与接口微机原理与接口;通道通道0方式字及初值方式字及初值MOV DX,316HMOV AL,00110111BOUT DX,ALMOV DX,310HMOV AL,00HOUT DX,ALMOV AL,05H；通道；通道1方式字及初值方式字及初值MOV DX,316HMOV AL,01110011BOUT DX,ALMOV DX,312HMOV AL,80HOUT DX,ALMOV AL,04HOUT DX,AL；通道；通道2的方式字及初值的方式字及初值MOV DX,316HMOV AL,10011011BOUT DX,ALMOV DX,314HMOV AL,26HOUT DX,AL8.2 8253的应用举例的应用举例 (P315)例例2 2：+5V2MHz确定端口地址确定端口地址确定计数初值确定计数初值确定电路图确定电路图确定工作方式确定工作方式编程（写入控制字、初值）编程（写入控制字、初值）微机原理与接口微机原理与接口级联时每个计数器初值的计算级联时每个计数器初值的计算N0=Tout0/Tclk0=Tout0/Tout1=Tout0/(N1*Tclk1)N0*N1=Tout0/Tclk1=采取级联后，要使得级联的两个计数器的计数初采取级联后，要使得级联的两个计数器的计数初值的乘积为值的乘积为微机原理与接口微机原理与接口首先，选择工作方式要实现要实现每每5秒，即自动循环计数，那么方式秒，即自动循环计数，那么方式 0：只计数一次，不符合：只计数一次，不符合 1：每次要用上升沿才能触发计数，不行：每次要用上升沿才能触发计数，不行 2：只要：只要Gate为高电平就可以自动循环计数，为高电平就可以自动循环计数，满足满足 3：类似方式：类似方式2，也满足，也满足 4：Gate为高电平时，计数一次为高电平时，计数一次 5：必须用：必须用Gate上升沿才能触发计数，同上升沿才能触发计数，同18253的应用举例的应用举例例例2 2：+5V2MHz8253的应用举例的应用举例例例2 2：8253的应用举例的应用举例例例3 3：fCLK/fOUT fCLK/fOUT 微机原理与接口微机原理与接口P317 注意本题的端口地址注意本题的端口地址 MOV AL,00110101B;通道通道0 方式字方式字OUT 87H,ALMOV AL,00H ；通道；通道0 的计数初值低字节的计数初值低字节OUT 81H,ALMOV AL,50H ；通道；通道0 的计数初值高字节的计数初值高字节OUT 81H,ALMOV AL,01110111B ;通道通道1方式字方式字OUT 87H,ALMOV AL,00H ；通道；通道1 的计数初值低字节的计数初值低字节OUT 83H,ALMOV AL,80H ；通道；通道1的计数初值高字节的计数初值高字节OUT 83H,AL