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1、微机原理论文设计报告微机原理论文设计报告 题目：可编程定时/计数器8253的工作原理、使用方法及应用实例院（系）： 专业：姓名：学号：年级：指导教师：职称时间：2010年6月15日一、 可编程定时/计数器8253的工作原理8253可编程的计数器/定时器,其内部有三个独立的16位计数器/定时器通道,分别称为：计数器0通道、计数器1通道、计数器2通道。每个计数器通道均可按6种不同的方式工作,并且都可以按二进制或十进制计数。（一）、8253的主要功能1每个8253芯片有3个独立的16位计数器通道；2每个计数器通道都可以按照二进制或二十进制(BCD码)计数；3每个计数器的计数速率可以高达2MHz；4每

2、个通道有6种工作方式，可以由程序设定和改变；5所有的输入、输出电平都与TTL兼容。（二）、8253的内部结构8253的内部结构如下图所示，它主要包括以下几个主要部分：CLK0CLK2是计数器02的时钟脉冲输入端, GATE0GATE2是门控脉冲输入端, OUT0OUT2是输出端。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，用以传送CPU向8253的控制信息、数据信息以及CPU从8253读取的状态信息，包括某时刻的实时计数值。2读/写控制逻辑控制8253的片选及对内部相关寄存器的读/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

3、制字寄存器在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，此寄存器只能写入，不能读出。4计数通道0#、1#、2#：这是三个独立的，结构相同的计数器/定时器通道，每一个通道包含一个16位的计数寄存器，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，跟随计数值的变化，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，读取完毕之后，输出锁存器又跟随减1计数器变化。（三）、8253的外部引脚8253芯片是具有24个引脚的双列直插式集成电路芯片，其引脚分布如图82所示。8253芯片的24个引脚分为两组，一组面向CPU，另一组

4、面向外部设备，各个引脚及其所传送信号的情况，介绍如下：1D7D0：双向、三态数据线引脚，与系统的数据线连接，传送控制、数据及状态信息。2：来自于CPU的读控制信号输入引脚，低电平有效。3：来自于CPU的写控制信号输入引脚，低电平有效。4：芯片选择信号输入引脚，低电平有效。5A1、A0：地址信号输入引脚，用以选择8253芯片的通道及控制字寄存器。、的状态与8253端口地址的对应关系如下表所示。A1A0000通道011通道102通道11控制端口6VCC及GND：+5V电源及接地引脚7CLKi：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2.

5、6MHZ，即时钟周期不能小于380ns。8GATEi：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有关。9OUTi：i=0,1,2,第i个通道的定时/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它电路工作，或作为向CPU发出的中断请求信号。二、可编程定时/计数器8253的使用方法（一）、8253初始化编程要使用8253，必须首先进行初始化编程，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的控制字寄存器，而初始值则写入相应通道的计数寄存器中。初始化编程包括如下步骤：(1) 写入通道控制字，规定通道的工作

6、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码编程时,可选择计数器1工作在方式0。在8253的方式0工作方式中,从将计数初值写入计数器到开始减1计数之间,有一个时钟脉冲的延迟。若计数初值为n = 999,那么经过n + 1个即1000个脉冲时计数值减为0,并在OUT1端输出一正跳变,这可以作为中断请求。在中断服务子程序中CPU可以做其他处理,如送下一个包装箱等。设计数初值为1999 (要求一个包装箱内装工件2000) ,按十进制计数,先送低8位

7、,再送高8位,控制字为01110001B。初始化程序为:MOV AL, 01110001BAL, 01110001BMOV DX, 0356HOUT DX,AL ;送方式控制字MOV AL, 99HMOV DX, 0352HOUT DX,AL ;向通道1送计数初值低8位MOV AL, 19HOUT DX,AL ;向通道1送计数初值高8位图-8253控制字格式其中：D0：数制选择控制。为1时，表明采用BCD码进行定时/计数；否则，采用二进制进行定时/计数。D3D1：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；

8、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。00 ， 0通道；01，1通道；10，2通道；11，非法。（二）、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同的，输出的波形也不同，其中比较灵活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几条基本原则(1) 控制字写入计数器时，所有的控制逻辑电路立即复位，输出端OUT进入初始状态。初始状态对不同的模式来说不一定相同。(2) 计数初始值写入之后，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，因为第

9、一个下降沿将计数寄存器的内容送减1计数器。(3) 通常，在每个时钟脉冲CLK的上升沿，采样门控信号GATE。不同的工作方式下，门控信号的触发方式是有具体规定的，即或者是电平触发，或者是边沿触发，在有的模式中，两种触发方式都是允许的。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。二进制相当于216，用BCD码计数时，相当于1042方式0计数结束产生中断方式0的波形如图2-1所示，当控制字写入控制字寄存器后，输出OUT就变低，当计数值写入计数器后开始计数，在整个计数过程中，OUT保持为低，当计数到0后，O

10、UT变高；GATE的高低电平控制计数过程是否进行。图2-1 方式0波形从波形图中不难看出，工作方式0有如下特点：计数器只计一遍，当计数到0时，不重新开始计数保持为高，直到输入一新的计数值，OUT才变低，开始新的计数；计数值是在写计数值命令后经过一个输入脉冲，才装入计数器的，下一个脉冲开始计数，因此，如果设置计数器初值为N，则输出OUT在N1个脉冲后才能变高；在计数过程中，可由GATE信号控制暂停。当GATE0时，暂停计数；当GATE1时，继续计数；在计数过程中可以改变计数值，且这种改变是立即有效的，分成两种情况：若是8位计数，则写入新值后的下一个脉冲按新值计数；若是16位计数，则在写入第一个字

11、节后，停止计数，写入第二个字节后的下一个脉冲按新值计数。3方式1可编程的硬件触发单拍脉冲方式1的波形如图2-2所示，CPU向8253写入控制字后OUT变高，并保持，写入计数值后并不立即计数，只有当外界GATE信号启动后（一个正脉冲）的下一个脉冲才开始计数，OUT变低，计数到0后，OUT才变高，此时再来一个GATE正脉冲，计数器又开始重新计数，输出OUT再次变低，因此输出为一单拍负脉冲。图2-2 方式1波形从波形图不难看出：方式1有下列特点： 输出OUT的宽度为计数初值的单脉冲； 输出受门控信号GATE的控制，分三种情况：计数到0后，再来GATE脉冲，则重新开始计数，OUT变低；在计数过程中来G

12、ATE脉冲，则从下一CLK脉冲开始重新计数，OUT保持为低；改变计数值后，只有当GATE脉冲启动后，才按新值计数，否则原计数过程不受影响，仍继续进行，即新值的改变是从下一个GATE开始的。 计数值是多次有效的，每来一个GATE脉冲，就自动装入计数值开始从头计数，因此在初始化时，计数值写入一次即可。4、方式2速率发生器方式2的波形如图2-3所示，在这种方式下，CPU输出控制字后，输出OUT就变高，写入计数值后的下一个CLK脉冲开始计数，计数到1后，输出OUT变低，经过一个CLK以后，OUT恢复为高，计数器重新开始计数，因此在这种方式下，只需写入一次计数值，就能连续工作，输出连续相同间隔的负脉冲（

13、前提：GATE保持为高），即周期性地输出，方式2下，8253有下列使用特点： 通道可以连续工作； GATE可以控制计数过程，当GATE为低时暂停计数，恢复为高后重新从初值；（注意：该方式与方式0不同，方式0是继续计数） 重新设置新的计数值即在计数过程中改变计数值，则新的计数值是下次有效的，同方式1。图2-3 方式2波形5方式3方波速率发生器方式3的波形如图2-4所示，这种方式下的输出与方式2都是周期性的，不同的是周期不同，CPU写入控制字后，输出OUT变高，写入计数值后开始计数，不同的是减2计数，当计数到一半计数值时，输出变低，重新装入计数值进行减2计数，当计数到0时，输出变高，装入计数值进行

14、减2计数，循环不止。在方式3下，8253有下列使用特点：计数值为偶数计数值为奇数图2-4 方式3时计数器的工作波形 通道可以连续工作； 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，然后减1计数，（N1）/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，因此，在这种情况下，输出有（N1）/2个CLK个高电平，（N1）/2个CLK个低电平； GATE信号能使计数过程重新开始，当GATE0时，停止计数，当GATE变高后，计数器重新装入初值开始计数，尤其是当GATE0时，若OUT此时为低，则立即变高，其它

15、动作同上；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2-5所示，在这种方式下，也是当CPU写入控制字后，OUT立即变高，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2-5 方式4波形方式4下，8253有下列使用特点：当计数值为N时，则间隔N1个CLK脉冲输出一个负脉冲（计数一次有效）；GATE0时，禁止计数，GATE

16、1时，恢复继续计数；在计数过程中重新装入新的计数值，则该值是立即有效的（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2-6所示，在这种方式下，当控制字写入后，OUT立刻变高，写入计数值后并不立即开始计数，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之后，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有下列使用特点： 在这种方式下，若设置的计数值是N，则在GATE脉冲后，经过（N1）个CLK才一个负脉冲； 若在计数过程中又来

17、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； 若在计数过程中修改计数值，则该计数值在下一个GATE脉冲后装入开始按此值计数。图2-6 方式5波形尽管8253有6种工作模式，但是从输出端来看，仍不外乎为计数和定时两种工作方式。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。作为定时器工作时，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定时时间间隔。88253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、

18、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，但输出波形不同，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之后，才能开始计数，方式0、2、3、4都是在写入计数初值之后，开始计数的，而方式1和方式5需要外部触发启动，才开始计数。(5) 6种工作方式中，只

19、有方式2和方式3是连续计数，其它方式都是一次计数，要继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；通过门控信号GATE，可以干预8253某一通道的计数过程，在不同的工作方式下，门控信号起作用的方式也不一样，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对电平上升沿都可以起作用。(7) 在计数过程中改变计数值，它们的作用有所不同。(8) 计数到0后计数器的状态，方式0、1、4、5继续倒计数，变为FF、FE。，而方式2、3、，则自动装入计数初值继续计数。（三）、可编程定时/计数器8253的应用实例可编程定时/计数器8253在扬声

20、器中的应用扬声器驱动系统的硬件组成如图1所示。利用8253驱动扬声器发声是由系统插件上8255的外围电路来发出驱动信号的。如图1中的SPK DATA和TIM GATESPK就是接在8255的输出端口上。其中TIM GATESPK控制8253定时器来驱动扬声器，SPK DATA来控制扬声器的门电路。直接由门电路驱动发出的声音比较难听，通过滤波器滤掉杂波之后会更动听一些，所以最好如图1所示加一个滤波器。图1-扬声器驱动系统(1)首先以流程图的方式说明使用扬声器发声的过程，如图2所示：图扬声器发声程序结构流程图(2)可编程定时/计数器8253在扬声器中应用的编程。一般情况下，8255的输出端口地址为

21、61H，分配给8253的控制口地址为46H，3个计数器端口地址分别为40H，42H，44H，让计数器2工作在模式3下，可使8253作为定时器驱动扬声器发声。则编写程序如下：SOUND:PUSH F ;保存标志 CLI ；关中断 OR DH,DH ；DH中为发长音的个数 JZ K3 ；如不发长音，则转K3K1: MOV BL,6 ；如发长音，则置发音计数器 CALL BEEL ；调用发音程序K2: LOOP K2 ；延时，留发音间隙 DEC DH ；长音发完了吗？长音次数为DH JNZ K1 ；没有，则继续K3: MOV BL,1 ；如发完长音，则置短音计数器 CALL BEEL ；调用发音程序

22、K4: LOOP K4 ；发音之间留间隙 DEC DL ；继续发短音吗？ JNZ K3 ；是，则继续K5: LOOP K5 ；否，则留一个间隙 POP F ；标志恢复 RET ；返回BEEL:MOV AL,B6H ；B6H为控制字 OUT 46H,AL ；将计数器控制字送控制口 MOV AX,0533H ；将33H送低8位，05H送高8位 OUT 44H,AL MOV AL,AH OUT 44H,AL IN AL,61H MOV AH,AL OR,AH,03H ；接通扬声器03H=0000 0011B OUT 61H,AL ；扬声器驱动 SUB,CX,CX ；一次发音时间定时K6: LOOP K6 DEC BL ；BL中为发音计数器 JNZ K6 ；如未结束，则继续发音 MOV AL,AH ；发音结束，则恢复B端口信息 OUT 61H,AL ；扬声器驱动从程序中可以看到利用可编程定时计数器8253可以发出各种频率的声音，只要在程序中稍微更改一下输入时钟频率或计数初值即可实现。