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第九章可编程计数器定时器8253及其应用(精)

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可编程计数器定时器8253及其应用

可编程计数器定时器8253及其应用

一、8253的内部结构和引脚信号
• 注意： • 8088为CPU连接，地址总线高位参与译码；低位用于 各芯片内部端口寻址。 • 若8253的端口基地址为40H • 通道0地址40H • 通道1地址41H • 通道2地址42H • 控制字寄存器端口地址43H
一、8253的内部结构和引脚信号
可以被CPU 访问
8-1 可编程计数器/定时器的工作原理
• 控制寄存器可以用来控制工作模式。 • 计数器/定时器的工作模式就是指时钟脉冲和门脉冲怎样配合来产 生输出。 • 归纳起来，计数器/定时器可以有下面几种工作模式： • (1)门脉冲控制时钟输入。当门脉冲来到时，时钟有效；门脉冲结 束时，时钟无效。 • (2)用门脉冲来重新启动计数。 • (3)用门脉冲停止计数。即原来在不停地计数，当门脉冲到来时， 计数停止，并使输出端OUT进入高电平。 • (4)单一计数。这种情况下和门脉冲没有关系，只要门脉冲端为有 效电平就行了。计数器进行计数时不断输出信号，计数到达“0” 时，输出停止。 • (5)循环计数。每当计数值到达“0”时，给出一个输出信号，然后 又从初始值寄存器获得计数初值，开始新的计数过程。
微型计算机原理与接口技术
第八章
可编程计数器/定时器8253及其应用
• 8-1 可编程计数器/定时器的工作原理 • 8-2 8253的工作原理 • 8-3 8253的应用举例
8-1 可编程计数器/定时器的工作原理
• 计算机系统中经常要用到定时信号，如动态存储器的 刷新定时、系统日历时钟的计时以及喇叭的声源等都 是用定时信号来产生的。 • 一般，定时信号可以用软件和硬件两种方法获得。 • 软件方法：根据所需的时间常数设计一个延迟子程序 优点：节省硬件；缺点：执行延迟程序期间，CPU一 直被占用，降低CPU效率。 • 硬件方法：使用计数器/定时器。主要思想根据需要定 时时间，用指令对计数器/定时器设置定时常数，启动 计数器/定时器，计到确定值时，自动产生一个定时输 出。 优点：计数时不占用CPU的时间；利用其产生中断信 号，可建立多作业环境。

微机第9章8253

微机第9章8253

0 0----选计数器0
0 1----选计数器1 1 0----选计数器2 1 1----无意义
写入控制口，地址A1A0=11
2、计数初值的写入
若规定只写低8位，则写入的为计数值的低8位， 高8位自动置0； 若规定只写高8位，则写入的为计数值的高8位， 低8位自动置0； 若是16位计数值，则分两次写入，先写低8位， 再写入高8位。
计数值写入计数器各自的 计数通道（端口地址）
注： ① 写入控制字后，所有控制逻辑电路复位， 输出端OUT进入初始状态。 ② CPU向8253写入的计数初值，要在CLK端输入一个 正脉冲后才能被真正装入指定通道（若在此CLK下降 沿之前读计数器，则其值是不定的）。 之后再次输入时钟脉冲（CLK）才开始计数，且每次 在脉冲的下降沿减1计数。 即：写入计数初值后，经过一个CLK，8253才开始计 数。
④ 当GATE变为低电平时计数 停止，再变为高电平时计数继 续进行。 ⑤若计数过程中重新送入初值， 则按新值重新计数。
（2）方式1——可重复触发单稳触发器
WR CLK GATE OUT 3 2 1 0 FFFE 3 2 方式1时序图 CW N=3
③计数过程中，再次给通道写入时间 ①写入CW后OUT变为高电平， GATE 常数，不影响现行操作过程，GATE再 上升沿触发后，OUT变为低并开始计数， 次触发后才按新的时间常数操作。 归零时OUT变为高电平。 ④计数过程中，GATE触发沿提前到来， ②GATE再来一次上升沿使OUT为低， 在下一个CLK的下降沿，计数器开始重 新计数，这将使输出单稳脉冲比原先 计数器以初值重新计数。 设定的计数值加宽。 可重复触发——当计数归零后，不用再次送计数值，只要给它触发脉冲，即 可产生一个同样宽度的单稳脉冲输出。

《微机原理与接口技术》第九章8253

《微机原理与接口技术》第九章8253

二、8253的内部结构
数据总线 缓冲器 读／写控 制电路 计数通道
通道控制 寄存器
三、 8253的管脚分配
控制线
数据线 通道选择
通道管脚
四、 8253的编程
8253只有一个控制字，8253的一个方式 控制字只决定一个计数通道的工作模式。 8253 的控制字格式如图所示。共分为 4 部 分，通道选择、计数器读 / 写方式、工作 方式和计数码的选择。
第9章 可编程接口芯片
可编程接口概术 可编程定时／计数器接口芯片8253


可编程接口概术
一个简单的具有输入功能和输出功能的 可编程接口电路如下图，它包括一个输入接口， 其组成主要是八位的三态门；一个输出接口， 其组成主要是八位的锁存器；另外还有八位的 多路转换开关及控制这个开关的寄存器FF。

9. 1 可编程定时／计数器接口芯片8253 一、功能
定时和脉冲信号的处理与接口是完全有别于 并行信号的，其特点是信号形式简单但需要连 续检测，下面介绍的INTEL8253可编程定时／ 计数器就是可以实现所要求这方面功能。8253 内部有3个独立的16位定时／计数器通道。计 数器可按照二进制或十进制计数，计数和定时 范围可在1—65535之间改变，每个通道有6种 工作方式，计数频率可高达2MHz以上。
4、方式3——方波发生器 方式2虽然可以作分频电路，但其输出 是窄脉冲，如果是方波，就只有选方式3
5、方式4——软件触发方式 方式4在工作过程中有以下特点：
a、 门控信号GATE为高电平，计数器开始减 1计数，OUT维持高电平； b、 当计数器减到0，输出端OUT变低，再经 过一个 CLK 输入时钟周期， OUT 输出又变 高。
解：1、电路。 需要两个通道，一个作为计数，选用通道0。另一 个产生1KHz信号，选用通道1。工作原理如下，传感 器电路把物理事件转换为脉冲信号输入到通道0计数， 当记录10000个事件后，通道0计数器溢出，GATE端输 出高电平，这时通道1开始工作，产生1KHz信号推动喇 叭发音。

可编程定时计数器8253的方式控制字及应用

可编程定时计数器8253的方式控制字及应用
过去由于缺乏科学的无功电力规划和优化的补
偿方案， 造成了无功补偿装置布局的不合理， 如供电 部门与用户、 变电所与配电网之间的补偿容量配置 不合理， 以及补偿设备装设的地点不合理， 不能达到 优化补偿的目的， 造成配电网络电压质量差， 配电网 络线损率高， 影响企业经济效益。无功损耗按电压 等级分， $ . # /0 级损耗占总损耗的 "$1 ， !$ /0 级占 按供电网络分， 输电 -$1 ， )" /0 及以上级占 )$1 ； 配电网络占 ’$1 。理论分析表明， 变 网络占 )$1 ， 电所的集中补偿主要是补偿主变压器本身的无功损 耗以及上级输电线路的损耗， 它不能降低配电线路
图&
控制系统示意图
（$） 为防止由直流电源侧引入的干扰， 保证控制 单元供电电源的稳定性， 各调节、 控制单元的 / &$ 0 电源， 在各单元输入端加 &’’ 1 #’’ " 2 的滤波电容 以吸收干扰脉冲。
%
其它安全可靠措施
（&） 为防止可控硅元件的误触发， 在可控硅控制 极上加防止干扰电容， 其容量约 ’ 3 ’.- " 负偏在 & 2， 1 # 0。 （#） 装高灵敏度的信号检测和保护环节， 以使其 及时报警和防止偶然因素造成的事故。对高灵敏度 的电平检测信号保护电路， 在信号输入端加小时间 常数的滤波电路， 防止干扰脉冲信号引起误动作。 对半导体逻辑电路， 也同样在信号输入端加小时间 常数的滤波电路， 保证动作可靠。
’
引言
定时 ! 计数器在计算机系统中， 尤其是在工业测 控系统中有着重要的作用。计算机是一种智能化机
器， 它严格按时序进行工作， 因此， 计算机离不开定 时与计数。在计算机构成的测控系统中， 还要求能 提供一些定时与计数的功能， 如定时中断、 定时检 测、 定时扫描、 定时处理以及所需的某种延时等。

第9章_3 可编程定时计数器8253

第9章_3 可编程定时计数器8253

OUT
2
1）写入计数值开始计数。周期性计数。 2）N=偶数，正负半周=N/2，N=奇数，正半周=(N+1)/2，负半周=(N-1)/2。 3）计数过程中GATE=0，暂停计数，GATE=1重新计数。 4）计数过程中改变计数值，下一周期按新的计数值计数
9.4 可编程的定时/计数器8253/8254 方式4——软件触发选通
9.4 可编程的定时/计数器8253/8254 8253的引线及内部结构：
D0～D7
CLK0
数据 总线 缓冲
计数器 #0 (CNT0) 计数器 #1 (CNT0) 计数器 #2 (CNT0)Biblioteka GATE0OUT0 CLK1
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CLK0 OUT0 GATE0 GND
9.4 可编程的定时/计数器8253/8254 方式5——硬件触发选通
WR GATE 启动计数 CLK CW=16 N=3
OUT
3 GATE OUT 3 2 3
3
2
1
0
0
GATE重复 启动计数
3
2
1
0
GATE
WR 计数中改 变计数值 OUT
CW=16
N=4
N=2 4 3 2 1 0 2 1
GATE
控制字 寄存器
•三个16位计数口： #0：CLK0、OUT0、GATE0 #1：CLK1、OUT1、GATE1 #2：CLK2、OUT2、GATE2
9.4 可编程的定时/计数器8253/8254 8253的口地址及操作：
•片内地址：A0，A1 •片选：CS •数据总线：D0～D7 •读/写信号： RD
D0 ；初始化通道0 D7 ；计数值100

微机原理与应用第九章

微机原理与应用第九章

；定义ICW2 ；定义ICW3 ；定义ICW4 ；定义OCW1
IR3上接有从 8259A
采用特殊完全嵌套方式、非 自动EOI结束方式、非缓冲方式
；定义OCW2
中断屏蔽字11010110
从8259A的初始化程序段
ICW1标志
MOV MOV OUT MOV MOV OUT MOV OUT MOV OUT MOV OUT MOV MOV OUT
中断请求的优先级别以循环方式类推。
例：假设当前正在处理IR2和IR6引入的中断请求，
中断源 ISR 内容 优先级 ISR 内容 优先级 ISR 内容 优先级 IR7 ISR7 0 7 0 4 0 0 IR6 ISR6 1 6 1 3 0 7 R5 ISR5 0 5 0 2 0 6 IR4 ISR4 0 4 0 1 0 5 IR3 ISR3 0 3 0 0 0 4 IR2 ISR2 1 2 0 7 0 3 IR1 ISR1 0 1 0 6 0 2 IR0 ISR0 0 0 0 5 0 1
ICW2
由当前的中断请求 IR7—IR0确定
ICW2的标志
A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0
A0 1
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0 0 0 0 ID2ID1ID0
从8259A的识别地址
1：表示IR端接有从8259A 0：表示IR端未接从8259A
2 1 ADI SNGL IC4
0
1：需要设置ICW4
0：不需要设置ICW4
标 志 位
1：单级使用 0：级联使用 1：调用地址间隔为4 0：调用地址间隔为8
ICW1的标志
1：电平触发 0：边缘触发

微机原理,第九章(2)8253定时器—计数器应用设计


…
=0
…
CS
§ 9.4 8253的总线接口方法
3. 与IBM PC机的连接
CPU接口 D7 外设接口 D7 RD WR A1 A0
=0
~ D0
IOR IOW A2 A1 AEN A15
~ D0
CLK0 GATE0 OUT0
IBM PC机 系统 总线
Intel 8253
CLK1 GATE1 OUT1
译码 电路
A3 A0
CS
CLK2 GATE2 OUT2
…
=0
xtwang@
…
8253应用举例
xtwang@
§ 9.4 8253的总线接口方法
EG1. 8088最大系统下，8253的地址范围为340H~343H。输 入时钟频率为2M赫兹，实现输出频率为1Hz的方波。画连接图，写 初始化程序和时常数赋值程序。
~ D0
8086 CPU 最小 方式 系统 总线
CLK0 GATE0 OUT0
M/IO A15
=0
A3 A0
译码 电路
CS
CLK2 GATE2 OUT2
图 8086最小方式系统总线与8253的连接框图 xtwang@
…
=0
…
§ 9.4 8253的总线接口方法
2.8086最大工作方式下的8253连接
计数器1： 工作方式2，时常数1012 计数器2： 工作方式1，时常数1000
时常数=1012，工作方式2 输出信号周期：1.102s
产生信号
CLK2 GATE2 CS OUT2
时常数=1000，工作方式1 减1计数，在1000第个周期电平变高，在第1012个周期， 由GATE上升沿触发，电平变低，开始下一轮计数

微机原理与接口技术9章8253


定时器/计数器
• 主要内容
– 定时与计数 – 可编程定时器/计数器接口芯片8253
定时与计数
• 定时技术在微机系统中必不可少
– 微机的工作在标准时钟控制下完成 – 为外设提供实时时钟 – 向外设定时发出控制信号
• 定时中断、定时检测、定时扫描、定时显示……
– 对外部事件进行计数
定时与计数
• 定时与计数
可编程定时/计数芯片8253
• 8253的工作方式
– 方式4——软件触发的选通信号发生器
• 波形图
可编程定时/计数芯片8253
• 8253的工作方式
– 方式4——软件触发的选通信号发生器
• 工作特点
– 计数由软件启动，每次写入计数初值只启动一次 计数 – 当计数值为N时，则间隔N＋1个CLK脉冲输出一 个负脉冲（计数一次有效） – 在计数过程中，可由GATE信号控制暂停。当 GATE＝0时，暂停计数；当GATE＝1时，继续计 数 – 在计数过程中写入新的计数初值，则按新的初值 重新开始计数
可编程定时/计数芯片8253
• 8253的工作方式
– 方式5——硬件触发的选通信号发生器
• 波形图
可编程定时/计数芯片8253
• 8253的工作方式
– 方式5——硬件触发的选通信号发生器
• 工作特点
– 计数由GATE上升沿启动，只要GATE端给触 发脉冲，则会装入计数值，并开始计数 – 在这种方式下，若设置的计数值是N，则在 GATE脉冲后，经过（N＋1）个CLK，OUT端 才输出一个负脉冲 – 在计数过程中修改计数初值，不会影响本次计 数，只有GATE端再次触发时，才按新的计数 值计数
微机原理与接口技术
第九章 8253

微机原理 可编程计数器定时器8253及应用共51页文档

23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
微机原理 可编程计数器定时 器8253及应用
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)

第9章计数器定时器8253

器将按新的初值重新计数。 • OUT端输出是一个约(N+1)TCLK宽度的负脉冲。
(2) 模式1—— 可编程的单稳态触发器
性质：
• 写入控制字，OUT端为高电平，计数初值装入该 计数器后，在GATE信号的上升沿后的下一个CLK 脉冲的下降沿开始计数，OUT变为低电平。在整 个计数过程中，OUT保持低电平，当计数器减为0 时，OUT变为高电平，输出一个单脉冲，若 GATE信号再由低变高，可再产生一个单脉冲，相 当一个单稳态。
读取计数值
对8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I/O地址：给8253/8254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
假设计数器的4个端口地址为70H、72H、74H、76H
MOV BH, AL
；BX中为计数器0的当前计数值
思考题
• 1 设8253端口地址为200H～203H，使用计数器1， 工作于方式3（方波发生器），二进制计数，计数 初值为3000H，请编写初始化程序。
；方法1，16位计数，先写低8位，后写高8位。根据题目写出 控制字为01110110B(76H)。 MOV DX,203H ；8253控制寄存器 MOV AL,76H ；二进制计数、方式3、先写低8 位、后 写高8位、计数器1 OUT DX,AL ；控制字写入控制字寄存器 MOV DX,201H ；计数器1 MOV AL,00H ；计数初值低8位 OUT DX, AL ；计数初值低8位写入计数器1 MOV AL,30H ；计数初值高8位 OUT DX, AL ；计数初值高8位写入计数器1
MOV AL, 0BBH ；控制字10111011B，BCD、方式5、 计数器2、先写低8位、后写高8位
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一、计数/定时的工作原理

CLK是计数输入信号，计数器对CLK端出现的脉冲个数 进行计数 •CLK端可以输入外部事件 •CLK端可以接入固定频率的时钟信号，从而实现 计时 OUT信号在计数结束时发生变化 •可将OUT作为外部设备的控制信号 •可将OUT作为向CPU申请中断的信号
CPU可以从计数输出寄存器读出当前计数值。 读前，应向控制寄存器发送锁存命令
边界

写入初值


三、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
计数器初值计算：N=fCLK/fOUT
例：设三个计数器的CR/OL端口地址为70H、71H、72H，控制 寄存器端口地址73H。计数器0，工作模式2，CR/OL仅使用低8 位，初值为100，计数值使用二进制 MOV AL, 14H OUT 73H, AL MOV AL, 64H OUT 70H, AL
例如输入脉冲频率为2MHz，那么计数2106
计时1秒
因此，使用同一个芯片，既能计数，又能计时——计时器/计数器
一、计数/定时的工作原理
组成：
控制寄存器——决定工作模式 状态寄存器——反应工作状态 初值寄存器——计数的初值 计数输出寄存器——CPU从中 读当前计数值 计数器——执行计数操作， CPU不能访问

定时和计数器

对不同信号的计数 定时器

对时钟信号进行计数 周期性 对外部脉冲进行计数 周期性、非周期性

计数器

8253计数/定时器


可编程（工作方式/计数值） 三个独立的计数器通道 对初值进行减一计数 二进制/BCD计数初值 计数对象的最高频率为2MHz
8253计数/定时器——原理
8253计数/定时器——编程

初始化操作——例

8253基址：3F0H、通道0、方式3、BCD初 值1234H 方式字：00110111→3F6H 初值：34H→3F0H、12H→3F0H

编程

8253计数/定时器——编程

GATE的控制作用
8253计数/定时器——工作方式

方式0——计数结束中断方式
三、8253的编程命令
例：设三个计数器的CR/OL端口地址为70H、71H、72H，控制 寄存器端口地址73H。计数器1，工作模式1，CR/OL使用16位， 初值为1234，计数值使用BCD MOV AL, 73H OUT 73H, AL MOV AX, 1234H OUT 71H, AL MOV AL, AH OUT 71H, AL
第九章 可编程计数器/定时器 8253及其应用
本章内容

定时处理方法 8253工作原理 8253应用
定时处理方法

定时

软件定时方式


CPU干预 指令执行时间作间隔 方式固定 硬件设定参数 程序设定、程序控制 中断

不可编程的硬件定时方式


可编程的硬件定时方式

定时处理方法
三、8253的编程命令
•读出命令
1）发出锁存命令，使当前计数值锁存在OL中 2）读OL，获得当前计数值
例：设三个计数器的CR/OL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, 0H OUT 73H, AL IN AL, 70H MOV BL, AL IN AL, 70H MOV BH, AL

8253CLK输入脉冲的最大频率

2MHz
8253计数/定时器——编程

控制字寄存器
8253计数/定时器——编程

初始化操作（三个通道单独初始化）

写入控制字




选择计数通道 设置工作方式 初值的访问方式 确定初值的数制（二进制/BCD） 计数器清零、OUT初始化 根据控制字的规定顺序
8253计数/定时器——原理

8088/8086的连接方式
8253计数/定时器——原理
一、计数/定时的工作原理
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 计数和计时本质上是相同的，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。
8253计数/定时器——原理

计数器的结构

16（8×2）位初值寄存器 16 （8×2）位计数器执行部件

减一计数

16 （8×2）位输出锁存器 GATE CLK OUT

计数器的控制


8253计数/定时器——原理

定时/计数器初值的计算
定时时间 = 时钟脉冲周期×预置的计数初值 定时频率 = 时钟脉冲频率÷预置的计数初值
8253计数/定时器——工作方式

方式0——计数结束中断方式

写入0方式工作字

OUT变低


写入初值后,CLK经历上升、下降后，才将 初值送入计数器执行部件 GATE必须为高 GATE中途为低，暂时停止计数（维持） 一次性，不重载 装入初值,即启动计数
8253计数/定时器——工作方式
8253计数/定时器——工作方式

方式2——比率发生器
8253计数/定时器——工作方式

方式2——比率发生器

写入工作方式字

OUT变高



GATE必须为高 OUT在最后一个CLK周期出现与CLK等宽 的负脉冲 计数到零，重载初值 GATE的上升沿，导致初值重载
8253计数/定时器——工作方式
控制寄存器 初始值寄存器
CLK
GATE
计数器
计数输出寄存器 OUT
状态寄存器
一、计数/定时的工作原理
工作原理：对CLK信号进行减1计数 首先，CPU把控制字写入控制寄存器，计数初始值写入 初值寄存器 计数从初值开始，每当CLK信号出现一次，计数值减1 当计数值减到0，从OUT端输出规定的信号 CLK信号出现时，计数器是否减1，由门控信号GATE控 制


方式1——可编程单稳态输出方式
8253计数/定时器——工作方式

方式1——可编程单稳态输出方式

写入工作方式字

OUT变高



GATE的上升沿才触使初值装入并启动计数， 并使OUT变低 若计数未满，再出现GATE的上升沿，重载 初值，延长计数时间 单稳——在规定的时长内（初值），多个 GATE信号，只被识别一次——多个GATE 信号→一个OUT输出周期