第8章.计数器和定时器

第8章计数器和定时器Intel8253/82548.1概述8.28253的控制字8.38253的工作方式8.48253的初始化8.58253的读操作8.6Intel82548.78253在PC机中的应用8.8定时计数器的应用实例8.1概述8.1.18253的主要功能Intel8253具有以下主要功能：（1）一个芯片上有3个独立的16位计数器通道。（2）每个计数器都可以按照二进制或二－十进制计数。（3）每个计数器的计数速率可高达2MHz。（82C54-2计数频率可达到10MHz）。（4）每个通道有6种工作方式，可由程序设置和改变。（5）所有的输入输出都与TTL电平兼容。8.1.28253的内部结构8253的内部结构如图8-1所示。1．数据总线缓冲器8位双向三态缓冲器。CPU用I/O指令对8253进行读写的所有信息，都是通过这8条总线传送的。包括：（1）CPU在初始化编程时，写入8253的控制字。（2）CPU向某一通道写入的计数值。（3）CPU从某一个通道读取的计数值。2．读/写控制逻辑接受来自系统总线的输入信号，然后产生整个器件的工作控制信号。3．控制字寄存器它接受来自CPU的方式控制字，可以分别控制三个计数器的工作方式。它只能写入，不能读出。4．计数器0，计数器1，计数器2这是3个独立的计数器/定时器通道，每个通道的结构完全相同，如图8-2所示。每一个通道由一个16位的可预置值的减法计数器，一个16位预置寄存器，一个16位的输出锁存器构成。这3个通道的操作是完全独立的。在计数过程中，减法计数器的值不断递减，而预置寄存器的预置数不变。输出锁存器则用于写入锁存命令时锁定当前计数值。每个通道的减法计数器从预置值开始减1计数。当减法计数器的值减到零时，从OUT输出端输出一个信号。8.1.38253的引脚Intel8253的引脚如图8-3所示。D7～D0——数据线、双向、三态，用于连接CPU的数据总线。——片选信号、输入、低电平有效。只有当为0，选中8253。通常，接地址译码信号。A1、A0——片内寄存器选择信号（端口选择），输入。用于读写8253三个通道的计数器和1个控制寄存器——读信号、输入、低电平有效。当有效时，CPU可以从8253中读取数据。___写信号、输入、低电平有效。当有效时，CPU可以向8253写入数据或命令字。CSRDWR每一个通道有3个引脚。CLK：输入脉冲引脚。计数器就是对这个引脚上的脉冲进行计数。8253规定，加在CLK引脚的输入时钟周期不能小于380ns。GATE：门控信号输入引脚。这是控制计数器工作的一个外部信号。当GATE引脚为低电平（无效）时，通常都是禁止计数器工作；只有当GATE为高电平时，才允许计数器工作。OUT：输出引脚。当计数到0时，OUT引脚上必然有输出，输出信号的波形取决于工作方式。8253内部端口的选择是由引线A1和A0决定的，它们通常接至地址总线的A1和A0。各个通道的读/写操作的选择，如表8-1所示。8.28253的控制字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A1A0=11。因此，对三个通道的编程需要向这个地址写入3个控制字，它们的D7D6位分别指定不同的通道。2．数据读/写格式（D5D4）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。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，只写入低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；若是16位计数，高8位与低8位都不是0，就先写入低8位，后写入高8位。则可令D5D4=11。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3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，由这位决定。在二进制计数时，写入的初值的范围为0000H～FFFFH，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0000～9999，其中0000是最大值，代表10000。8.38253的工作方式8.3.1方式0——计数完成时中断在这种方式，当控制字CW写入控制字寄存器，则使OUT输出端变低，计数器还没有赋予初值，也不开始计数。要开始计数，GATE信号必须为高电平。则在写入计数初值以后，通道开始计数，在计数过程中，OUT信号线一直维持为低电平，直到计数到0时，OUT输出信号线才变为高电平。方式0过程如图8-5所示。其中，LSB=4表示计数值为4，只写低8位，最底下一行是计数器中的数值。方式0的主要特点是：（1）计数器只计数一遍。当计数到0时，并不恢复计数初值，不开始重新计数，且输出保持为高。只有在写入另一个计数值时，OUT变低，开始新的计数。（2）8253内部是在CPU写计数值的WR信号上升沿，将此值写入通道的预置寄存器，在WR信号上升沿后的下一个CLK脉冲，才将计数值由预置寄存器送至减1计数器作为初值，开始计数。所以，8253是在写计数值命令后经过一个输入脉冲，才将计数值装入减1计数器，下一个脉冲才开始计数。因此，如果设置计数初值为N，则输出信号OUT是在N+1个CLK脉冲之后才变高的。这个特点在方式1、方式2、方式4和方式5时也是同样的。（3）在计数过程中，可由门控制信号GATE控制暂停。当GATE=0时，计数暂停；当GATE变高后，就接着计数，其波形如图8-6所示。（4）在计数过程中可以改变计数值。若是8位计数，则在写入新的计数值后，计数器将按新的计数值重新开始计数，如图8-7所示。如果是16位计数，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，计数器便按照新的数值开始计数，即改变计数值是立即有效的。（5）8253内部没有中断控制电路，也没有专用的中断请求引线，所以若要用于中断，则可以用OUT信号作为中断请求信号，但是，需要有外接的中断优先权排队电路与中断向量产生电路。若8253的地址为04H～07H，要使计数器1工作在方式0，仅用8位二进制计数，计值为128，初始化程序为：MOVA1，50H；设控制字OUT07H，AL；输出至控制字寄存器MOVAL，80H；设置计数值OUT05H，AL；输出至计数通道18.3.2方式1——可编程序的单拍脉冲在这种方式下，当CPU写控制字后（的上升沿），输出OUT信号将保持为高电平（若原为低，则由低变高）。当CPU写完计数值后，计数器并不开始计数，直到外部门控制脉冲GATE启动之后的下一个输入CLK脉冲的下降沿开始计数，输出OUT变为低电平。在整个计数过程中，OUT都维持为低电平，直到计数到0，输出变为高电平，因此输出为一个单拍脉冲。若外部GATE再次触发启动，则可以再产生一个单拍脉冲，如图8-8所示。方式1的主要特点是：（1）若设置的计数值为N，则输出的单拍脉冲的宽度即为N个输入脉冲间隔。（2）当计数到0后，可再次由外部GATE触发启动，于是可再输出一个同样宽度的单拍脉冲，而不用再次送入一个计数值。（3）在计数过程中，外部可发出门控脉冲进行再触发。在再触发脉冲上升沿之后的一个CLK脉冲的下降沿，计数器将重新开始计数。如图8-9所示。（4）在计数过程中，CPU可改变计数值，这时计数过程不受影响，计数到0后输出为高。若再次触发启动，则计数器将重按新输入的计数值计数，即计数值是下次有效。如图8-10所示。若要使计数器0工作在方式1，按BCD计数，计数值为3000H。则初始化程序为：MOVAL，23H；设方式控制字OUT07H，AL；输出至控制字寄存器MOVAI，30H；设计数值OUT04H，AL；输出至计数器0的高8位注意：虽然计数值是16位的，但在控制字中规定为只写高8位，故低8位自动设置为0。8.3.3方式2——频率发生器在这种方式下，当CPU输出控制字后，输出OUT信号将变为高电平。在写入计数值后，计数器将立即自动对输入时钟CLK计数。在计数过程中输出始终保持为高电平，直至计数器减到l时，输出才变为低电平，经过一个CLK周期，输出又恢复为高电平，且计数器开始重新计数，如图8-11所示。方式2的一个突出特点是能够连续工作。如果计数值为N，则每输入N个CLK脉冲，输出一个脉冲。因此，这种方式可以作为一个脉冲速率发生器或用于产生实时时钟中断。方式2的主要特点是：（1）不用重新设置计数值，通道能够连续工作，输出固定频率的脉冲。（2）计数过程可由GATE控制脉冲。当GATE变低时，就暂停计数；在GATE变高后的下一个CLK脉冲使计数器恢复初值，重新开始计数，如图8-12所示。图8-13方式2在计数过程中改变计数值（3）在计数过程中可以改变计数值，这对正在进行的计数过程没有影响，但在计数到l时输出变低，过一个CLK周期输出又变高，计数器将按新的计数值计数，所以改变计数值是下次有效的，如图8-13所示。若要使计数器2工作在方式2，按二进制计数，计数值为02F0H。则初始化程序为：MOVAL，84H；写入控制字OUT07H，ALMOVAI，0FOHOUT06H，AL；写计数值的低8位MOVAL，02HOUT06H，AL；写计数值的高8位8.3.4方式3—方波发生器方式3和方式2的输出都是周期性的，它们的主要区别是：方式3在计数过程中输出有一半时间为高，另一半时间为低。所以，若计数值为N，则方式3的输出为方波，周期是N个CLK脉冲。在这种方式，当CPU设置控制字后，输出将为高，在写完计数值后就自动开始计数，输出保持为高；当计数到一半计数值时，输出变为低，直至计数到0，输出又变高，重新开始计数。如图8-14所示。方式3的主要特点是：（1）若计数值为偶数，在装入计数值后，每一个CLK脉冲都使计数值减2，当计数值减到0时，一方面使输出改变状态，另一方面又重新装入计数值开始新的计数，该过程就这样周而复始地进行若计数值为奇数，则在装入计数值后的第一个CLK脉冲使计数器减1，其后每一个CLK脉冲使计数器减2。当计数到0时，改变输出状态，同时重新装入计数值。这以后的第一个CLK脉冲使计数器减3，以后每一个CLK脉冲，计数器仍减2，直到计数器再次到0时，输出恢复为高，重复上述的过程，如图8-15所示。所以，如果计数值N是奇数，则输出有(N+1)/2个CLK脉冲周期为高，而在(N-1)/2脉冲周期为低。即OUT为高将比其为低多一个CLK周期时间。图8-15方式3在计数值为奇数时的波形（2）GATE信号能使计数过程重新开始。GATE=1允许计数，GATE=0禁止计数。如果在输出OUT为低期间，GATE=0，OUT将立即变高，停止计数。当GATE变高以后，计数器将重新装入初始值，重新开始计数。如图8-16所示。（3）若在计数期间写入一个新的计数值，并不影响现行的计数过程。但是若在方波半周期结束之前和新计数值写入之后收到GATE脉冲，计数器将在下一个CLK脉冲时装人新的计数值并以这个计数值开始计数。否则，新计数值将在现行半周结束时装入计数器。8.3.5方式4——软件触发选通在这种方式，当写入控制字后，输出OUT信号为高电平（原为高则保持为高，原为低则变为高）。当写入计数值后立即开始计数（相当于软件启动），当计数到0后，输出变低，经过一个输入时钟周期，输出又变高。计数器停止计数。故这种方式计数也是一次性的，只有在输入新的计数值后，才能开始新的计数，如图8-17所示。方式4有如下特点：（1）CPU写入计数值后的下一个CLK脉冲，把计数值写入计数器，再下一个CLK脉冲开始减数。因此，若设置的计数值为N，则是在写了计数值后的N+1个脉冲，才输出一个负脉冲。（2）当GATE=1时允许计数，而GATE=0时禁止计数。所以，要做到软件启动，则GATE应保