第九章定时器计数器8253

第十章可编程定时器/计数器接口芯片8253内容提要：1．8253的内部结构；2．8253的引脚功能；3．8253的工作方式；4．8253的编程；5．8253的应用举例。6．8253应用实验学习目标：1．掌握8253的工作方式和编程；2．掌握8253的编程结构及其引脚功能；3．掌握8253的应用。难点：8253的工作方式异同。学时：5实验学时：0作业：一、单项选择题1．8253有个独立的计数器。A）2B）3C）4D）62．当写入计数初值相同，8253的方式0和方式1不同之处为。A）输出波形不同B）门控信号方式0为低电平而方式1为高电平C）方式0为写入后即触发而方式1为GATE的上升边触发D）输出信号周期相同但一个为高电平一个为低电平。3．如果计数初值N=9，8253工作在方式3，则高电平的周期为个CLK。A）5B）6C）3D）44．8253的控制信号为CS=0、RD=0、WR=1、A1=0、A0=0表示。A）读计数器1B）读计数器0C）装入计数器1D）装入计数器05．与8253工作方式4输出波形、相同的是。A）方式1B）方式3C）方式2D）方式5二、多项选择题1．8253计数器工作在方式时，GATE的上升沿启动计数。A）0B）1C）2D）3E）4F）52．当8253的GATE信号由高变低时，方式停止计数。A）0B）1C）2D）3E）4F）5G）以上都不是3．8253计数器的计数值可以为。A）二进制数B）BCD数C）八进制数D）ASCII码4．8253六种工作方式中具有自动加载功能的是。A）方式0B）方式1C）方式2D）方式3E）方式4F）方式5三、填空题1．实时定时和计数有和两种实现方法。2．硬件定时分为和两种方法。四、应用题某系统利用8253-5定时器/计数器通道产生1KHZ重复方波，问通道0应工作在什么工作方式？若CLK0=2MHZ，试写出通道0的初始化程序。设8253-5端口地址为2F0H、2F2H、2F4H、2F6H。一、8253的内部结构1.数据总线缓冲器是8253与CPUDB连接的8位双向三态缓冲器，CPU通过它向8253写方式控制字到控制字寄存器中，写计数初值到计数通道，读取计数通道的当前计数值。2.读/写控制逻辑控制8253内部操作。当无效，8253的DB处于高阻状态，当有效，和A1、A0、、组合，对3个计数通道、控制字寄存器进行读/写操作，见表10.1。注意点：CPU对控制字寄存器只能写，不能读；CPU对计数通道写的是计数初值，读的是当前计数值。3.控制字寄存器8253初始化编程时，CPU写控制字到控制字寄存器，以选择计数通道及相应的工作方式。4.数通道0～28253内部包括3个功能完全相同和操作完全独立的计数通道，每个计数通道由16位减法计数器、16位计数初值寄存器和16位计数值锁存器组成。初始化时，向计数通道装入的计数初值，先送到计数初值寄存器中保存，然后送到减法计数器。计数器启动后，减法计数器对CLK的下降沿进行减1计数，在未锁定时把结果送入16位计数值锁存器中。当计数值减到0时，输出OUT信号，一次计数结束。计数初值寄存器的内容，在计数过程中保持不变。计数初值寄存器和计数值锁存器占用一个端口地址（即该计数通道口地址），CPU读取计数通道的当前计数值来自计数值锁存器。各通道可工作在计数器方式，此时被计数的事件以脉冲方式从CLK输入；各通道可工作在定时器方式，此时确定频率的时钟脉冲从CLK输入。计数初值=定时时间÷CLK周期各通道的启动、禁止、允许计数与门控信号GATE有关，GATE的作用OUT的输出波形随各通道工作方式不同而不同。二、8253的引脚功能1.与CPU相连的引脚D7～D0：双向三态DB；：读，：写，低电平有效；：片选；A1A0：片内端口选择。2.计数通道引脚CLK2～CLK0：计数脉冲输入；OUT2～OUT0：当计数值减到0时，OUT有输出，输出波形取决于通道工作方式；GATE2～GATE0：门控信号输入，是控制计数器工作的一个外部信号，它的作用是用来禁止、允许或启动计数过程的。每个计数通道均有6种不同工作方式，GATE信号的控制作用不同。GATE信号总是在CLK的上升沿被采样。三、8253的工作方式Intel8253的每个计数通道都有6种工作方式可供选用。这6种工作方式主要有5点不同。一是启动计数器的触发方式和时刻不同；二是计数过程中门控信号GATE对计数操作的影响不同；三是OUT输出波形不同；四是在计数过程中重新写入计数初值对计数过程的影响不同；五是计数过程结束，减法计数器是否恢复计数初值并自动重复计数过程不同。上述五点不同，有相互关联，学习时应灵活运用。1.方式0—计数结束时中断当写入控制字后，OUT立即变为低电平；启动计数方式：软启动。即仅当GATE为高电平时，在写入计数初值后的第一个CLK下降沿到来时，计数初值寄存器的内容装入到减法计数器中，此后减法计数器对每一个CLK下降沿作减法计数，直到计数结束。在计数过程中，OUT一直维持低电平，直至减法计数器减到0时，OUT变高。见图10.1～10.3。具有以下特点：1）计数器只计一遍。当计到0时，减法计数器不恢复计数初值，不开始重新计数，且OUT保持高电平。只有重新写入计数初值后，OUT才变低，开始新的计数；2）启动计数方式：软启动。3）GATE为低电平时，计数暂停，当GATE变高后就接着计数。在计数过程中，GATE的变化不影响OUT的状态。4）计数过程中可重新写入计数初值。如果是8位计数初值，在写入新的计数初值后，计数器将按新的计数初值重新开始计数；如果是16位计数初值，在写入第一个字节后，计数器停止计数，在写入第二个字节后，计数器按照新的计数初值开始计数。5）8253没有中断控制电路，也没有专用中断请求线。若要中断，则可用OUT的正跳变作为中断请求信号。2.方式1—可编程序的单拍负脉冲当写入控制字后，OUT立即变高，计数初值写入后，计数器并不开始计数，启动计数方式是硬启动。即要有GATE上升沿触发，在GATE信号上升沿之后的第一个CLK下降沿到来时将计数初值装入减法计数器，OUT立即变低，然后开始减1计数过程。在整个计数过程中，OUT维持低电平，直至计到0，OUT变高。因此OUT输出一个单拍负脉冲。若想再输出一个单拍负脉冲，必须再次用GATE上升沿触发，否则OUT维持高电平。见图10.4～10.6。具有以下特点：1）启动计数方式是硬启动。2）若初值为N，则OUT输出的单负脉冲低电平宽度为N个CLK周期；3）当计到0后，可再次有GATE触动启动计数器计数，输出一个同样宽度的单负脉冲，而不必再次送计数初值；4）在计数过程中，若计数器没有减到0，又有GATE上升沿触发，则OUT仍为低，计数器重新计数，直至计到0，OUT变高，其作用使OUT输出的单负脉冲宽度加宽。5）在计数过程中，若写入一个新的计数初值，这时计数过程不受影响，要等GATE再次触发后，才按新的计数初值重新开始计数。3.方式2—频率发生器当写入控制字后，OUT立即变高，写入计数初值后，如果GATE为高，则计数器立即开始计数。在计数过程中，OUT维持高电平，对每个计数脉冲作减2计数直至计到1时，OUT由高变低，经过一个CLK周期，OUT恢复为高，若GATE仍为高，计数器又开始重新计数。见图10.7。具有以下特点：1）启动计数方式是硬启动或软启动。2）能够连续工作。若CLK为一定频率的时钟脉冲，计数初值为N，只要保持GATE为高电平，则OUT输出波形的周期为N个CLK周期，其中高电平宽度为N-1个CLK周期，低电平宽度为1个CLK周期，见图10.7。3）若在计数过程中，GATE变为低电平，则计数器立即停止计数。在GATE变为高后的下一个CLK使减1计数器恢复计数初值，重新开始计数。4）在计数期间，如果向计数器写入新的计数初值，这对正在进行的计数过程没有影响，但在计到1输出一个CLK宽度的负脉冲后，计数器将按新的计数初值开始计数。4.方式3—方波发生器与方式2基本相同，也具有自动装入计数初值的能力，OUT输出波形也是周期性的，唯一不同的是OUT输出波形占空比不同。若初值N为偶数，在装入计数初值后，每一个CLK使减法计数器减2，当减到0，一方面OUT输出改变状态，另一方面又重新装入计数初值开始新的计数，OUT输出波形为方波，其重复周期为N个CLK周期；若初值N为奇数，则在装入计数初值后，第一个CLK使减法计数器减1，以后每个CLK使计数器减2，当计到0，OUT输出改变状态，同时重新装入计数初值，这以后第一个CLK使计数器减3，以后每一个CLK使计数器仍减2，直至计到0，OUT恢复高电平，重复上述过程。OUT输出波形重复周期为N个CLK周期，其中高电平宽度为（N+1）/2个CLK周期，低电平宽度为（N-1）/2个CLK周期。见图10.8、10.9。具有以下特点：和方式2类似，唯一不同的是OUT输出重复波形占空比不同。5.方式4—软件触发当写入控制字后，OUT立即变为高电平，启动计数方式是软启动，启动计数后则计数器开始减1计数，当计到0时，OUT变低，经过一个CLK周期，OUT输出一个宽度为一个CLK周期的负脉冲，见图10.10。具有如下特点：1）启动计数为软启动；2）计数初值一次有效，只有再次输入计数初值，才开始新的计数；3）在计数过程中，若GATE变低，则停止计数，待GATE变高后，不是继续计数，而是恢复计数初值重新计数，GATE不影响OUT；4）若在计数过程中，写入一个新的计数初值，对本次计数过程无影响，而是等到计数过程结束，新初值才装入到减法计数器，使下一次计数按新的初值进行。6.方式5—硬件触发当写入控制字后，OUT立即变为高电平，启动计数为硬启动，启动计数后，作减1计数，当计到0时，OUT变低，经过一个CLK周期，OUT又变高，停止计数，待到下一次GATE触发，才能再次从初值开始计数。见图10.11。具有以下特点：1）启动计数为硬启动；2）输出波形与方式4相同；3）在计数过程中，若有GATE触发，则计数器重新从初值开始计数，但不影响OUT；4）在计数过程中，若写入一个新的计数初值，只要没有GATE触发，不影响计数过程。现行计数计到0后，若有GATE触发，则按新的计数初值开始计数。但在计数过程中，若写入一个新的计数初值后，有GATE触发，则立即按新的计数初值重新开始计数。四、8253的编程方式控制字：写到控制字寄存器。格式：D7D6D5D4D3D2D1D0SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCDSC1SC0：计数器选择，00：计数通道0；01：计数通道1；10：计数通道2；11：非法。RL1RL0：规定CPU向计数通道写入的计数初值格式或规定CPU读取计数通道锁存器当前计数值格式。计数器可写入8位数据，也可写入16位数据，而写入的8位数据又可分为两种格式：仅写低8位，则高8位自动置0，或仅写高8位，则低8位自动置0。写入16位数据时，应先写入低8位，后写入高8位。若RL1RL0=00，锁存计数器当前值，使锁存器不随计数器值变化而变化；RL1RL0=01，只读/写低8位数据；RL1RL0=10，只读/写高8位数据；RL1RL0=11，读/写16位数据，先读/写低8位，后读/写高8位。M2M1M0：工作方式选择若M2M1M0=000，方式0；M2M1M0=001，方式1；M2M1M0=×10，方式2；M2M1M0=×11，方式3；M2M1M0=100，方式4；M2M1M0=101，方式5。BCD：BCD=1，计数器按BCD计数，计数初值0000～9999；BCD=0，计数器按二进制计数，计数初值0000～FFFFH。计数初值为0000时最大，对于BCD计数，0000代表10000；计数初值为0000时最大，对于二进制计数，0000代表10000H。计数初值必须跟在控制字之后，即先写控制字，后写计数初值。五、8253的应用举例例10.1用8253监视一个生产流水线，每通过100个工件。蜂鸣器响6s。频率为1000HZ。①硬件连接：硬件接口示意图如图10.12所示，工件从