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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第九章 计数器和定时器电路,9.1,概述,8253-PIT,的主要功能,8253-PIT,的内部结构,8253-PIT,的引线,9.2 8253-PIT,的控制字,9.3 8253-PIT,的工作方式,9.4 8253-PIT,的编程,9.5 Intel 8254-PIT,9.1.1 8253-PIT,的主要功能,Intel 8253,是一种实现定时和计数功能的外围电路，拥有,3,个独立的,16,位计数器，每个计数器都可通过程序设计的方法设定为实现定时功能的各种操作方式。,8253,有以下主要功能：,3,个独立的,16,位的计数器,每个计数器都可以按照二进制或二,-,十进制计数,每个计数器的计数速率可达,2MHz,6,种可编程的计数模式,9.1.2,8253-PIT,的,内部结构,8253,的内部结构如右图所示，,该芯片内部由数据总线缓冲器、控制寄存器、读写控制逻辑以及计数器等组成,8253,的,内部结构,一、数据总线缓冲器,该缓冲器为,8,位双向三态的缓冲器，可直接挂在数据总线上。通过它，一方面可以向控制寄存器写入控制字，向计数器写入计数初值；另一方面也可由,CPU,通过该缓冲器读取计数器的当前计数值,二、读写控制逻辑,读写逻辑的功能是接收来自,CPU,的控制信号，包括读信号 、写信号 、片选信号 和芯片内部寄存器的寻址信号,A,1,、,A,0,，,并完成对,8253,各计数器的读写操作,三、,控制字寄存器,接收来自,CPU,的控制字，并由控制字,D,7,、,D,6,位的编码决定该控制字写入哪一个计数器的控制寄存器中,四、,计数器,8253,有,3,个独立的计数器通道，每个通道的结构完全相同，如下图所示。每一个通道有一个,16,位减法计数器，还有对应的,16,位初值寄存器和输出锁存器。计数开始前写入的计数初值存于初值寄存器；计数过程中，减法计数器的值不断递减，而初值寄存器中的初值不变。输出锁存器则用于写入锁存命令时锁定当前计数值,8253,每个计数器的内部逻辑图,9.1.3 8253,的引脚信号,8253,有,24,条引脚，双列直插式封装，如右图所示,一、与,CPU,一侧的接口信号,D,0,D,7,，,三态双向数据线。,与,CPU,数据总线相连，用于传递,CPU,与,8253,之间的,数据信息、控制信息和状态信息,片选信号，输入，低电平有效。有效时，表示,8253,被选中，允许,CPU,对其进行读写操作。通常连接到,I/O,端口地址译码电路的输出端,写信号，输入，低电平有效。用于控制,CPU,对,8253,的写操作，可与,A,1,、,A,0,信号配合以决定是写入控制字还是计数初值,读信号，输入，低电平有效。用于控制,CPU,对,8253,的读操作，可与,A,1,、,A,0,信号配合读取某个计数器的当前计数值,A,1,、,A,0,，地址输入线。用于寻址,8253,内部的,4,个端口，即,3,个计数器和一个控制字。一般与,CPU,低位的地址线相连，,8253,的读写操作逻辑如表,9-1,所示,表,9-1 8253,读,/,写操作逻辑,A,1,A,0,操作功能,0,1,0,0,0,计数初值装入计数器,0,0,1,0,0,1,计数初值装入计数器,1,0,1,0,1,0,计数初值装入计数器,2,0,1,0,1,1,写控制寄存器,0,0,1,0,0,读计数器,0,0,0,1,0,1,读计数器,1,0,0,1,1,0,读计数器,2,二、与外部设备的接口信号,CLK,，时钟脉冲输入端，用于输入定时脉冲或计数脉冲信号。,CLK,可以是系统时钟脉冲，也可以由其他脉冲源提供,GATE,，门控输入端，用于外部控制计数器的启动计数和停止计数的操作。,OUT,，计数输出端。在不同方式的计数过程中，,OUT,引脚上输出相应的信号,9.2 8253-PIT,的控制字,一、,8253-PIT,的方式控制字,8253,的方式控制字有,4,个主要功能：,(1),从,3,个计数器中选择一个,(2),确,定计数器数据的读写格式,(3),确,定计数器的工作方式,(4),选择计数器的计数方式,方式控制字的格式如下图所示，其中，,X,表示没有使用位，通常设置为,0,8253(8254),的控制字格式,8253-PIT,的控制字,计数器选择,(D,7,D,6,),决定这个控制字是哪一个通道的控制字。由于,3,个通道的工作是完全独立的，所以需要有,3,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,A,1,A,0,11(,控制字寄存器的地址,),。所以，需要由这,2,位来决定是哪一个通道的控制字,读,/,写格式,(D,5,D,4,),CPU,向计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,若低,8,位计数,则令,D,5,D,4,01,只写低,8,位，高,8,位自动置,0,；,若高,8,位计数,则令,D,5,D,4,10,只写高,8,位，低,8,位自动为,0,；,若,16,位计数,则令,D,5,D,4,11,，,先写入低,8,位，后写入高,8,位；,令,D,5,D,4,00,，,则把当前计数器中的值锁存到输出寄存器中，以便读取,工作方式,(D,3,D,2,D,1,),8253,的每个通道可以有,6,种不同的工作方式，由,D,3,D,2,D,1,三位决定，具体情况在,9.3,节中详细介绍,数制选择,(D,0,),8253,的每个通道都有两种计数制：二进制和二,-,十进制,(BCD,码,),，由,D,0,位决定。在二进制时，写入初值的范围为,0000H,FFFFH,，,其中,0000H,是最大值，表示,65536,。在二,十进制时，写入初值范围为,0000,9999,，其中,0000,表示最大值,l0000,。,因为计数器是先减,1,，,再判断是否为,0,，所以写入,0,实际代表最大计数值,9.3 8253-PIT,的工作方式,8253,的每一个计数器都可以按照控制字的规定有,6,种不同的工作方式。下面结合时序波形图介绍各种工作方式的计数过程,一、方式,0(,计数结束中断方式,),计数过程,当写入方式,0,控制字后，,OUT,立即变为低电平，并且在计数过程中一直维持低电平。若,GATE,1,，,写入初值后，,CLK,第,1,个下降沿到，计数值装入计数器，随后每一个,CLK,脉冲下降沿到，计数器减,1,。计数器减到零时，,OUT,输出变为高电平，并且一直保持到该通道重新装入计数值或重新设置工作方式为止,注,:,下面的约定适用于所有的工作方式波形图：,计数器编程采用二进制方式，只对低字节操作,计数器的片选信号 一直处于低电平；,CW,表示控制字,(Control Word),；,CW=10,表示,10H,写入计数器；,LSB,表示计数器的低字节；,图下的数字表示计数值：上面的数是高字节，下面的数是低字节；,N,表示一个不确定的计数值,方式,0,波形图,GATE,信号的影响,门控信号,GATE,可以用来控制计数过程，,GATE,为低电平时暂停计数，当,GATE,重新为高电平时又恢复计数,新的初值对计数过程的影响,方式,0,是写一次计数值，只计数一遍，计数器不会自动重装初值重新开始计数。如果在计数过程中写入新的计数初值，则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，即新的初值是立即有效的,方式,0,小结,方式,0,波形图,二、方式,1 (,可编程单拍脉冲）,这种方式由外部门控信号,GATE,上升沿触发，产生一单拍负脉冲信号，脉冲宽度由计数初值决定。,计数过程,写入控制字后，,OUT,输出为高电平。写入计数初值之后，计数器并不立即开始计数，而要等到,GATE,上升沿后的下一个,CLK,输入脉冲的下降沿，,OUT,输出变低，计数才开始。,结束时，,OUT,输出变高，从而产生一个宽度为,N,个,CLK,周期的负脉冲,方式,1-,正常计数的时序图,方式,1,小结,GATE,信号的影响,方式,1,中，,GATE,信号的作用可从两个方面进行说明,:,第一，在计数结束后，若再来一个,GATE,信号上升沿，则下一个时钟周期的下降沿又从初值开始计数，而不需要重新写入初值，即门控信号可重新触发计数,第二，在计数过程中，若再来一个,GATE,信号的上升沿，也在下一个时钟下降沿从初值起重新计数，即终止原来的计数过程，开始新的一轮计数,新的初值对计数过程的影响,如果在计数过程中写入新的初值，不会立即影响计数过程，只有下一个门控信号到来后的第一个时钟下降沿，才终止原来的计数过程，按新值开始计数。即新的初值下次有效,方式,1,小结,方式,1,波形图,三、方式,2,(,速率发生器、分频器,),这种方式的功能如同一个,N,分频计数器，输出是输入时钟按照计数值,N,分频后的一个连续脉冲,计数过程,写入控制字后的第一个,CLK,时钟上升沿，输出端,OUT,变成高电平。若,GATE,1,（高电位）,，写入计数初值后的第一个时钟下降沿开始减,1,计数,减到,1,时，输出端,OUT,变为低电平，减到,0,时，输出,OUT,又变成高电平，同时从初值开始新的计数过程。,因此，方式,2,能自动重装初值，输出固定频率的脉冲，也称之为分频器,方式,2-,正常计数的时序图,方式,2,小结,GATE,信号的影响,方式,2,中，,GATE,信号为低电平时终止计数，而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。由此可见，,GATE,一直维持高电平时，计数器为一个,N,分频器,新的初值对计数过程的影响,如果在计数过程中写入新的初值，且,GATE,信号一直维持高电平，则新的初值不会立即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，即新的初值下次有效,方式,2,波形图,四、方式,3,(,方波速率发生器,),计数过程,方式,3,的计数过程按计数初值的不同分为两种情况：,（,1,）,计数初值为偶数,写入控制字后的第一个时钟上升沿，输出端,OUT,变成高电平。若,GATE,1,，,写入计数初值后的第一个时钟下降沿开始减,2,计数。减到,N/2,个,CLK,时，输出端,OUT,变为低电平；再减到,0,时，输出端,OUT,又变成高电平，并重新从初值开始新的计数过程。可见，输出端,OUT,的波形是连续的方波，故称方波发生器,（,2,）计数初值为奇数,写入控制字后的时钟上升沿，输出端,OUT,变成高电平。若,GATE,1,，,写入计数初值后的第一个时钟下降沿开始减,1,计数，然后再减,2,计数，减到,(N+1)/2,个,CLK,以后，输出端,OUT,变为低电平；再减到,0,时，输出端,OUT,又变成高电平，并重新从初值开始新的计数。这时输出的波形为连续的近似方波,四、方式,3 (,方波速率发生器,),方式,3,的工作波形如下图所示,方式,3,：计数初值为偶数,方式,3,：计数初值为奇数,四、方式,3,小结,GATE,信号的影响,GATE,l,，,允许计数，,GATE,0,，,禁止计数；,如果在输出端,OUT,为低电平期间，,GATE,变低，则,OUT,将立即变高，并停止计数。当,GATE,变高以后，计数器重新装入初值并重新开始计数,新的初值对计数过程的影响,如果在计数过程中写入新的初值，而,GATE,信号一直维持高电平，则新的初值不会立即影响当前的计数过程，只有在计数结束后的下一个计数周期，才按新的初值计数。若写入新的初值后，遇到门控信号的上升沿，则终止现行计数过程，从下一个时钟下降沿开始按新的初值进行计数,方式,3,波形图,五、方式,4 (,软件触发选通方式,),计数过程,写入方式控制字后，,OUT,输出高电平,若,GATE,1,，,写入初值后的下一个,CLK,脉冲开始减,1,计数，计数到达,0,值,(,注意：不是减到,1),，,OUT,输出为低电平，持续一个,CLK,脉冲周期后再恢复到高电平,方式,4-,正常计数,方式,4,小结,门控信号的影响,GATE,1,时，允许计数；,GATE,信号变低，禁止计数，输出维持当时的电平。这种方式依赖于装入计数值触发工作，因此，称为软件触发选通方式,新的初值对计数过程的影响,在计数过程中改变计数值，则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，即新值是立即有效的,方式,4,波形图,六、方式,5 (,硬件,触发选通方式,),计数过程,写入控制字后，输出,OUT,即为高电平。写入计数初值后，计数器并不立即开始计数，而是由门控脉冲的上升沿触发。,计数结束,(,计数器减到,0),，输出一个持续时间为一个,CLK,时钟周期的负脉冲，然后输出恢复为高电平。直到,GATE,信号再次触发。,输出负脉冲可以用作选通脉冲，它是通过硬件电路产生的门控信号上升沿触发得到的，所以叫硬件触发选通方式,方式,5-,正常计数,六、方式,5,小结,门控信号的影响,若在计数过程中，又有一个门控信号的上升沿，则立即终止当前的计数过程，且在下一个时钟下降沿，又从初值开始计数，如果计数过程结束后，来一个门控上升沿，计数器也会在下一个时钟的下降沿，又从初值开始减,1,计数，即门控信号的上升沿任何时候到来，都会立即触发一个计数过程。,新的初值对计数过程的影响,如果在计数过程中写入新的初值，则新的初值不会立即影响当前的计数过程，只有到下一个门控信号上升沿到来后，才从新的初值开始减,1,计数。即新的计数初值在下一个门控信号上升沿触发后有效,方式,5,波形图,9.4 8253,几种工作方式的比较,一、计数值,N,与输入,CLK,和输出,OUT,的关系,8253,在不同工作方式下，计数值,N,与输入,CLK,时钟脉冲和输出,OUT,的关系是不同的，如表,9-2,所示,表,9-2,计数值,N,与输入,CLK,和输出,OUT,的关系,方式,功能,N,与,CLK,和,OUT,的关系,0,计完最后一个数中断,写入,N,后，过,N+1,个,CLK,输出变高,1,硬件再触发单拍脉冲,宽度为,N-1,个,CLK,的正脉冲,2,速率发生器,每,N,个,CLK,，,输出,N-1,个,CLK,高, 1,个,CLK,低,3,方波速率发生器,N,为偶数：输出为,N/2,个,CLK,高，,N/2,个,CLK,低的方波；,N,为奇数：输出为,(N+1)/2,个,CLK,高，,(N-1)/2,个,CLK,低的方波,4,软件触发选通,写入,N,后过,N+1,个,CLK,，,输出一个,CLK,宽度的负脉冲,5,硬件触发选通,门控触发后过,N+1,个,CLK,输出一个,CLK,宽度的负脉冲,8253,几种工作方式的比较,二、启动计数和重复计数的条件,所有工作方式都必须设置计数值才能够开始工作，但不是所有的方式一经设置计数值就马上开始计数，需要有一定的条件才能工作。有些方式一经启动，计数器就永无休止的工作下去，而有些方式只能计数一次。如果要重复计数同样需要某些条件，这些条件如表,9-3,所示,表,9-3,启动计数和重复计数的条件,方 式,功 能,启动条件,重复条件,0,计完最后一个数中断,写计数值,写计数值,1,硬件再触发单拍脉冲,外部触发,外部触发,2,速率发生器,写计数值,自动,3,方波速率发生器,写计数值,自动,4,软件触发选通,写计数值,写计数值,5,硬件触发选通,外部触发,外部触发,8253,几种工作方式的比较,三、门控信号的作用,8253,在不同的工作方式下，门控信号,GATE,的作用如 表,9-4,所示,表,9-4,门控信号的作用,方 式,功 能,GATE,低或变为低,上升沿,高,0,计完最后一个数中断,禁止计数,-,允许计数,1,硬件再触发单拍脉冲,-,(1),启动计数,(2),下一,CLK,后使输出变低,-,2,速率发生器,(1),禁止计数,(2),立即使输出为高,(1),重新装入计数值,(2),启动计数,允许计数,3,方波速率发生器,(1),禁止计数,(2),立即使输出为高,启动计数,允许计数,4,软件触发选通,禁止计数,-,允许计数,5,硬件触发选通,-,启动计数,-,8253,几种工作方式的比较,四、在计数过程中改变计数值,8253,的六种工作方式都可以在计数器计数过程中改变计数值。新的计数值什么时候起作用，随工作方式不同而有差异，具体区别如表,9-5,所示,表,9-5,在计数过程中改变计数值,方式,功 能,改变计数值,0,计完最后一个数中断,立即有效,1,硬件再触发单拍脉冲,外部触发后有效,2,速率发生器,计数到,1,后有效,3,方波速率发生器,(1),外部触发后有效,(2),计数到,0,后有效,4,软件触发选通,立即有效,5,硬件触发选通,外部触发后有效,9.4 8253-PIT,的编程,8253,的初始化编程步骤：,当初始化,8253,某个计数通道时，,（,1,）首先把相应的方式控制字写入到控制字寄存器中，,（,2,）再根据控制字中数据读,/,写格式,(D,5,D,4,),位的规定，写入计数初值到对应的计数通道。,8253,工作过程中，任一通道的计数值，,CPU,可用输入指令读取。,CPU,读到的是执行输入指令瞬间计数器的当前值，但,8253,的计数器是,16,位的，所以要分,2,次读至,CPU,，,因此，若不锁存的话，在前后两次执行输入指令的过程中，计数值可能已经发生变化了,锁存当前计数值有下面,2,种方法：,利用,GATE,信号使计数过程暂停,向,8253,写入一个通道控制字，令,8253,通道的输出锁存器锁存。,8253,的每个通道都有一个,16,位输出锁存器，平时它的值随着通道计数器的值变化。当向通道写入锁存的控制字时，它把计数器的当前值锁存,(,计数器可继续计数,),，于是,CPU,读取的就是输出锁存器的值。当对计数器重新编程，或读取计数值后，自动解除锁存状态，它的值又随减法计数器变化,例,【,9-1,】,选用,计数器,0,计数，计数值为,1000,，分别用二进 制和二,十进制（,BCD,）,方式计数，用方式,3,计数，假设系统安排,8253,计数器,0,、,1,、,2,和控制端口的地址分别为：,220H,、,221H,、,222H,和,223H,，,试对计数器,0,编程初始化,MOV DX,，,223H,MOV AL,，,00110110,；,二进制方式计数,OUT DX,，,AL,；,送计数方式控制字,MOV DX,，,220H,MOV AX,，,1000D,；,十进制数,1000,送给,AX,OUT DX,，,AL,；,先送低,8,位,MOV AL,，,AH,OUT DX,，,AL,；,后送高,8,位,9.5 Intel 8254-PIT,8254,有,一种工作方式，称为,读回方式,。这种工作方式允许程序用一条命令就可锁存全部,3,个计数器的当前计数值和状态信息。读回命令的格式如下图所示，读回命令时控制字寄存器中的,D,6,和,D,7,位均为,1,。其中，使,D,1,位,(CNT,0,),、,D,2,位,(,CNT,l,),和,D,3,位,(CNT,2,),分别对应,3,计数器，为,1,选中计数器，为,0,不选中计数器，,D,4,位为,0,，表示将锁存状态信息，,D,5,位为,0,表示将锁存计数值。这样，,3,个计数器的当前计数值和状态信息就可以同时锁存，以便分时读出,
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