可编程定时器计数器8253及其应用.docx
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可编程定时器计数器8253及其应用
合用标准文案
第八章可编程准时器/计数器8253及其应用
【回顾】可编程芯片的看法，端口的看法。
【本讲重点】准时与计数的基本看法及其意义，准时/计数器芯片Intel8253的性能归纳，
内、外面结构及其与CPU的连接。
准时与计数
1．准时与计数
在微机系统或智能化仪器仪表的工作过程中，经常需要使系统处于准时工作状态，也许对外面过程进行计数。
准时或计数的工作实质均表现为对脉冲信号的计数，若是计数的对象是标准的内部时钟信号，由于其周期恒定，故计数值就恒定地对应于必然的时间，这
一过程即为准时，若是计数的对象是与外面过程相对应的脉冲信号（周期能够不相等），则此时即为计数。
2．准时与计数的实现方法
（1）硬件法
特地设计一套电路用以实现准时与计数，特点是需要开销必然硬设备，而且当电路制
成此后，准市价及计数范围不能够改变。
（2）软件法
利用一段延时子程序来实现准时操作，特点，无需太多的硬设备，控制比较方便，但
在准时期间，CPU不能够从事其余工作，降低了机器的利用率。
（3）软、硬件结合法
即设计一种特地的拥有可编程特点的芯片，来控拟定时和计数的操作，而这些芯片，
拥有中断控制能力，准时、计数到时能产生中断央求信号，所以准时期间不影响CPU的正
常工作。
准时/计数器芯片Intel8253
Intel8253是8086微机系统常用的准时/计数器芯片，它拥有准时与计数两大功能。
一、8253的一般性能归纳
1．每个8253芯片有3个独立的16位计数器通道；
2．每个计数器通道都能够依照二进制或二—十进制（BCD码）计数；
3．每个计数器的计数速率能够高达2MHz；
4．每个通道有6种工作方式，能够由程序设定和改变；
5．所有的输入、输出电平都与TTL兼容。
二、8253内部结构
8253的内部结构如图8-1所示，它主要包括以下几个主要部分：
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图8-18253的内部结构
1．数据总线缓冲器
实现8253与CPU数据总线连接的8位双向三态缓冲器，用以传达CPU向8253的控制信息、数据信息以及CPU从8253读取的状态信息，包括某时辰的实时计数值。
2．读/写控制逻辑
控制8253的片选及对内部相关存放器的读/写操作，它接收CPU发来的地址信号以实现片选、内部通道选择以及对读/写操作进行控制。
3．控制字存放器
在8253的初始化编程时，由CPU写入控制字，以决定通道的工作方式，此存放器只能写入，不能够读出。
4．计数通道0#、1#、2#：
这是三个独立的，结构相同的计数器/准时器通道，每一个通道包括一个16位的计数
存放器，用以存放计数初始值，一个16位的减法计数器和一个16位的锁存器，锁存器在
计数器工作的过程中，随从计数值的变化，在接收到CPU发来的读计数值命令时，用以锁
存计数值，供CPU读取，读取达成此后，输出锁存器又随从减1计数器变化。
三、8253的外面引脚
8253芯片是拥有24个引脚的双列直插式集成电路芯片，其引脚分布如图8－2所示。
8253芯片的24个引脚分为两组，一组面向CPU，另一组面向外面设备，各个引脚及其所传达信号的情况，介绍以下：
1．D7~D0：
双向、三态数据线引脚，与系统的数据线连接，传达控制、数据及状态信息。
2．RD：
来自于CPU的读控制信号输入引脚，低电平有效。
3．WR：
来自于CPU的写控制信号输入引脚，低电平有效。
4．CS：
芯片选择信号输入引脚，低电平有效。
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图8-28253的引脚
5．A1、A0：
地址信号输入引脚，用以选择8253芯片的通道及控制字存放器。
A0、A1的状
态与8253端口地址的对应关系以下表所示。
A1
A0
0
0
0＃通道
0
1
1＃通道
1
0
2＃通道
1
1
控制端口
6．VCC及GND：
+5V电源及接地引脚
7．CLKi：
i=0,1,2,第i个通道的计数脉冲输入引脚，8253规定，加在CLK引脚的输入时钟信号的频率不得高于，即时钟周期不能够小于380ns。
8．GATEi：
i=0,1,2,第i个通道的门控信号输入引脚，门控信号的作用与通道的工作方式相关。
9．OUTi：
i=0,1,2,第i个通道的准时/计数到信号输出引脚，输出信号的形式由通道的工作
方式确定，此输出信号可用于触发其余电路工作，或作为向CPU发出的中断央求信号。
四、8253的控制字
8253有一个8位的控制字存放器，其格式以下：
图8-38253的控制字
其中：
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D0：
数制选择控制。
为1时，表示采用BCD码进行准时/计数；否则，采用二进制进行准时/计数。
D3~D1：
工作方式选择控制。
000，0；001，1；X10，2；X11，3；100，4；101，5；
D5、D4：
读写格式。
00，计数锁存命令；01，读/写高8位命令；10，读/写低8位命令；11，先读/写低8位，再读写高8位命令。
D7、D6：
通道选择控制。
000通道；01，1通道；10，2通道；11，非法
1．8253的初始化编程
要使用8253，必定第一进行初始化编程，初始化编程包括设置通道控制字和送通道计数初值两个方面，控制字写入8253的控制字存放器，而初始值则写入相应通道的计数存放器中。
初始化编程包括以下步骤：
（1）写入通道控制字，规定通道的工作方式
（2）写入计数值，若规定只写低8位，则高8位自动置0，若规定只写高8位，
则低8位自动置0。
若为16位计数值则分两次写入，先写低8位，后写高8位。
D0：
用于确定计数数制，0，二进制；1，BCD码
【例1】设8253的端口地址为：
04H～0AH，要使计数器1工作在方式0，仅用8位二进制
计数，计数值为128，进行初始化编程。
控制字为：
01010000B=50H
初始化程序：
MOVAL，50H
OUT0AH，AL
MOVAL，80H
OUT06H，AL
【例2】设8253的端口地址为：
F8H～FEH，若用通道0工作在方式1，按二——十进制计
数，计数值为5080H，进行初始化编程。
控制字为：
00110011B=33H
初始化程序：
MOVAL，33H
OUT0FEH，AL
MOVAL，80H
OUT0F8H，AL
MOVAL，50H
OUT0F8H，AL
【例3】设8253的端口地址为：
04H～0AH，若用通道2工作在方式2，按二进制计数，计
数值为02F0H，进行初始化编程。
控制字为：
10110100B=0B4H
初始化程序：
MOVAL，0B4H
OUT0AH，AL
MOVAL，0F0H
OUT08H，AL
MOVAL，02H
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OUT08H，AL
2．读取8253通道中的计数值
8253可用控制命令来读取相应通道的计数值，由于计数值是16位的，而读取的瞬市价，要分两次读取，所以在读取计数值从前，要用锁存命令，将相应通道的计数值锁存在锁存器中，尔后分两次读入，先读低字节，后读高字节。
当控制字中，D5、D4=00时，控制字的作用是将相应通道的计数值锁存的命令，锁存计数值在读取达成此后，自动解锁。
如要读通道1的16位计数器，编程以下：
地址F8H～FEH。
MOVAL，40H；
OUT0FEH，AL；锁存计数值
INAL，0FAH
MOVCL，AL；低八位
INAL，0FAH；
MOVCH，AL；高八位
五、8253在系统中的典型连接
8253在系统中的连接如图8-4所示。
Intel8086
图8-4Intel8253在系统中的连接
六、8253的工作方式
8253共有6种工作方式，各方式下的工作状态是不一样的，输出的波形也不一样，其中比
较灵便的是门控信号的作用。
由此组成了8253丰富的工作方式、波形，下面我们逐个介绍：
1．几条基根源则
（1）控制字写入计数器时，所有的控制逻辑电路立刻复位，输出端OUT进入初始状态。
初始状态对不一样的模式来说不用然相同。
（2）计数初始值写入此后，要经过一个时钟周期上升沿和一个下降沿，计数执行部件才可
以开始进行计数操作，由于第一个下降沿将计数存放器的内容送减1计数器。
（3）平时，在每个时钟脉冲CLK的上升沿，采样门控信号GATE。
不一样的工作方式下，门控信号的触发方式是有详尽规定的，即也许是电平触发，也许是边沿触发，在有的模式中，
两种触发方式都是赞同的。
其中0、2、3、4是电平触发方式，1、2、3、5是上升沿触发。
（4）在时钟脉冲的下降沿，计数器作减1计数，0是计数器所能容纳的最大初始值。
二进制
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164
相当于2，用BCD数，相当于10
方式0的波形如8-5所示，当控制字写入控制字存放器后，出OUT就低，当数写入数器后开始数，在整个数程中，OUT保持低，当数到0后，OUT高；GATE的高低平控制数程可否行。
图8-5方式0波形
从波形中不看出，工作方式0有以下特点：
①数器只一遍，当数到0，不重新开始数保持高，直到入一新的数，
OUT才低，开始新的数；
②数是在写数命令后一个入脉冲，才装入数器的，下一个脉冲开始数，
所以，若是置数器初N，出OUT在N＋1个脉冲后才能高；
③在数程中，可由GATE信号控制停。
当GATE＝0，停数；当GATE＝1，
数；
④在数程中能够改数，且种改是立刻有效的，分成两种情况：
若是8位
数，写入新后的下一个脉冲按新数；若是16位数，在写入第一个字后，停止数，写入第二个字后的下一个脉冲按新数。
3．方式1—可程的硬件触拍脉冲
方式1的波形如8-6所示，CPU向8253写入控制字后OUT高，并保持，写入数后其实不立刻数，只有当外界GATE信号启后（一个正脉冲）的下一个脉冲才开始数，OUT低，数到0后，OUT才高，此再来一个GATE正脉冲，数器又开始重新数，出OUT再次低，⋯，所以出一拍脉冲。
图8-6方式1波形
从波形不看出：
方式1有以下特点：
①出OUT的度数初的脉冲；
②出受控信号GATE的控制，分三种情况：
数到0后，再来GATE脉冲，重新开始数，OUT低；
在数程中来GATE脉冲，从下一CLK脉冲开始重新数，OUT保持低；
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改数后，只有当GATE脉冲启后，才按新数，否原数程不受影响，仍行，即新的改是从下一个GATE开始的。
③数是多次有效的，每来一个GATE脉冲，就自装入数开始从数，所以在
初始化，数写入一次即可。
4、方式2—速率生器
方式2的波形如8-7所示，在种方式下，CPU出控制字后，出OUT就高，写入数后的下一个CLK脉冲开始数，数到1后，出OUT低，一个CLK今后，OUT恢复高，数器重新开始数，⋯，所以在种方式下，只需写入一次数，就能
工作，出相同隔的脉冲（前提：
GATE保持高），即周期性地出，方式2下，8253有以下使用特点：
①通道能够工作；
②GATE能够控制数程，当GATE低停数，恢复高后重新从初；（注意：
方式与方式0不一样，方式0是数）
③重新置新的数即在数程中改数，新的数是下次有效的，同方式
1。
图8-7方式2波形
5．方式3—方波速率生器
方式3的波形如8-8所示，种方式下的出与方式2都是周期性的，不一样的是周
期不一样，CPU写入控制字后，出OUT高，写入数后开始数，不一样的是减2数，
当数到一半数，出低，重新装入数行减2数，当数到0，出
高，装入数行减2数，循不仅。
在方式3下，8253有以下使用特点：
数偶数
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计数值为奇数
图8-8方式3时计数器的工作波形
①通道能够连续工作；
②关于计数值的奇偶，若为偶数，则输出标准方波，高低电平各为N/2个；若为奇数，则
在装入计数值后的下一个CLK使其装入，尔后减1计数，（N＋1）/2，OUT改变状态，再减至0，OUT又改变状态，重新装入计数值循环此过程，所以，在这种情况下，输出有（N＋1）/2个CLK个高电平，（N－1）/2个CLK个低电平；
③GATE信号能使计数过程重新开始，当GATE＝0时，停止计数，当GATE变高后，计数器重新装入初值开始计数，特别是当GATE＝0时，若OUT此时为低，则立刻变高，其余动作同上；
④在计数期间改变计数值不影响现行的计数过程，一般情况下，新的计数值是在现行半周
结束后才装入计数器。
但若中间遇到有GATE脉冲，则在此脉冲后即装入新值开始计数。
6．方式4—软件触发的选通信号发生器
方式4的波形如图8-9所示，在这种方式下，也是当CPU写入控制字后，OUT立刻变高，写入计数值开始计数，当计数到0后，OUT变低，经过一个CLK脉冲后，OUT变高，这种计数是一次性的（与方式0有相似之处），只有当写入新的计数值后才开始下一次计数。
图8-9方式4波形
方式4下，8253有以下使用特点：
①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）；
②GATE＝0时，禁止计数，GATE＝1时，恢复连续计数；
③在计数过程中重新装入新的计数值，则该值是立刻有效的（若为16位计数值，则装入第
一个字节时停止计数，装入第二个字节后开始按新值计数）。
7．方式5—硬件触发的选通信号发生器
方式5的波形如图8-10所示，在这种方式下，当控制字写入后，OUT立刻变高，写入计数值后其实不立刻开始计数，而是由GATE的上升沿触发启动计数的，当计数到0时，输出变低，经过一个CLK此后，输出恢复为高，计数停止，若再有GATE脉冲来，则重新装入计数值开始计数，上述过程重复。
方式5下，8253有以下使用特点：
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①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才一个负
脉冲；
②若在计数过程中又来一个GATE脉冲，则重新装入初值开始计数，输出不变，即计数值
多次有效；
③若在计数过程中更正计数值，则该计数值在下一个GATE脉冲后装入开始按此值计数。
图8-10方式5波形
尽管8253有6种工作模式，但是从输出端来看，仍不外乎为计数和准时两种工作方式。
作为计数器时，8253在GATE的控制下，进行减1计数，减到终值时，输出一个信号。
作为准时器工作时，8253在门控信号GATE控制下，进行减1计数。
减到终值时，又自动装入初始值，重新作减1计数，于是输出端会不断地产生时钟周期整数倍的准时时间间隔。
8．8253的工作方式小结
下面，我们对8253的6种工作模式的特点，作一番比较和总结。
（1）
方式2、4、5的输出波形是相同的，都是宽度为一个
CLK周期的负脉冲，但方式
2连
续工作，方式4由软件触发启动，方式5由硬件触发启动。
（2）
方式5与方式1工作过程相同，但输出波形不一样，方式
1输出的是宽度为N个CLK脉
冲的低电平有效的脉冲（计数过程中输出为低），而方式5输出的为宽度为一个CLK脉冲的负脉冲（计数过程中输出为高）。
（3）输出端OUT的初始状态，方式0在写入方式字后输出为低，其余方式，写入控制字后，输出均变未能高。
（4）任一种方式，均是在写入计数初值此后，才能开始计数，方式0、2、3、4都是在写入计数初值此后，开始计数的，而方式1和方式5需要外面触发启动，才开始计数。
（5）6种工作方式中，只有方式2和方式3是连续计数，其余方式都是一次计数，要连续工作需要重新启动，方式0、4由软件启动，方式1、5由硬件启动。
（6）门控信号的作用；经过门控信号GATE，能够干预8253某一通道的计数过程，在不一样的
工作方式下，门控信号起作用的方式也不一样样，其中0、2、3、4是电平起作用，1、2、3、5是上升沿起作用，方式2、3对电平上升沿都能够起作用。
（7）在计数过程中改变计数值，它们的作用有所不一样。
（8）计数到0后计数器的状态，方式0、1、4、5连续倒计数，变为FF、FE。
。
。
。
。
。
，而方式
2、3、，则自动装入计数初值连续计数。
七、8253的编程应用
【例4】在IBMPC/XT中，8253作为准时计数器电路，它的三个通道的作用分别为：
计数器0编程为方式3，GATE0固定为高电平，OUT0作为中断央求信号接至8259A中断控制器的第0级IRQ0。
这个准时中断（约55ms）用于报时时钟的时间基准。
计数器1编程为方式2，GATE1固定为高电平，OUT1的输出经过一个D触发器后作为8237A－5DMA控制器通道0的DMA央求DREQ0，用于准时（约15us）启动刷新动向RAM，这
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样在2ms内能够有132次刷新，大于
128次（128次是系统的最低要求）。
计数器2编程为方式3，1KHZ的方波输出，经过滤波，去除高频重量后送扬声器，GATE2
是8255的PB0，OUT输出经一与门控制，控制信号为8255的PB1，这样利用PB0、PB1同时
为高的时间来控制发长音还是发短音。
TN准时时间
准时时间
时钟频率F为，T=1/F
N＝
T
8253－5的地址为040H～043H，ROM－BIOS对8253－5的编程以下：
计数器0用于准时中断。
MOVAL，00110110B；00110110――二进制
OUT43H，AL
MOVAL，0；计数初值为0000，即为216
OUT40H，AL
OUT40H，AL；准时为：
840ns21655ms，即频率为――每秒产生次时
钟中断（CLK周期为：
1/1.19M）
计数器1用于准时DMA央求。
MOVAL，01010100B；01010100――二进制
OUT43H，AL
MOVAL，12H；计数初值为18D，准时：
840ns1815
s
OUT41H，AL
计数器2用于产生1KHZ的方波送至扬声器发声，声响子程序为
BEEP，入口地址为FFA08H。
BEEPPROCNEAR
MOVAL，10110110B；10110110——二进制
OUT43H，AL
MOVAX，0533H；计数初值为1331
OUT42H，AL
MOVAL，AH
OUT42H，AL
INAL，61H；取8255B端口
MOVAH，AL；存在AH
ORAL，03H；使PB1PB011
OUT61H，AL；输出至82255的B端口，使扬声器发声
SUBCX，CX；循环计数
G7：
LOOPG7
MOVBH，0
DECBX；BL的值为控制长短声，BL＝6（长），BL＝1（短）
JNZG7
MOVAL，AH；恢复8255B端口值，停止发声
OUT61H，AL
RET
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BEEPENDP
【例5】CPU8086，用8253的CH0（通道0），每隔2ms出一个脉冲，CLK2MHZ，达成件。
解析：
常数的算：
已知率F及定t，求数初N：
N1
t
NtF
F
用方式2，常数：
N2
1032106
4
103
控制字：
00110100——二制
端口地址：
CH0――00H；控制端口——06H
初始化程：
MOVAL，34H；00110100B
OUT06H，AL
MOVAX，4000
OUT00H，AL；先送低八位
MOVAL，AH
MOVAL，02H
OUT00H，AL；再送高八位
思虑：
若定20ms（即出50HZ的方波，工作方式2），CLK改4MHZ，CPU8086，
硬件又如何？
解析：
N4MHZ20ms80000（超65536，必考用两个通道）立刻第一的OUT出作第二的CLK入，取第二的OUT出最后果，超二，依次推。
此只需将算出的N分N1、N2、⋯作各的数初即可。
如本例可分解成420000。
程序从略。
【与思虑】
1．8253芯片共有几种工作方式？
每种方式各有什么特点？
2．某系中8253芯片的通道0~2和控制端口地址分FFF0H~FFF3H。
定通道0工作在方式2，CLK0＝2MHz，要求出OUT01kHz的速率波；定通道l工作在方式CLKl入外面数事件，每100个向CPU出中断求。
写出8253通道0和通道1的初始化程序。
3．写一程序，使IBMPC机系板上的声路出200Hz至900Hz率化的警声。
4．已知：
PC/XT微机系中用作定及数的8253芯片的通道40H，其主率z,
参P239~240，三个通道行初始化置。
（CNT2的出方波率2kHz）.
5．8253的通道2工作在数方式，外面事
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