1、第12章 实时时钟与计数器/定时器接口,概述 可编程计数器/定时器芯片8254 8254在PC机中的应用,12.1 定时器和计数器概述,定时控制在微机系统中极为重要 定时器由数字电路中的计数电路构成，通过记录高精度晶振脉冲信号的个数，输出准确的时间间隔。定时器强调的是精确的时间。,定时举例： 一天24小时的计时，称为日时钟。 在监测系统中，对被测点的定时取样。 在读键盘时，为去抖，一般延迟一段时间，再读。 在微机控制系统中，控制某工序定时启动。,计数电路如果记录外设提供的具有一定随机性的脉冲信号时，它主要反映脉冲的个数（进而获知外设的某种状态），常又称为计数器。 计数举例： 对零件和产品的计数
2、； 对大桥和高速公路上车流量的统计。,定时功能的实现方法,软件延时是利用CPU每执行一条指令都需要几个固定的指令周期的原理，运用软件编程的方式进行定时。利用微处理器执行一个延时程序段实现。 不可编程的硬件定时采用分频器、单稳电路或简易定时电路控制定时时间 可编程的硬件定时软件硬件相结合、用可编程定时器芯片构成一个方便灵活的定时电路,12.2 8253/8254定时计数器,3个独立的16位计数器通道 每个计数器有6种工作方式，按二进制或十进制（BCD码）计数 每个计数器在开始工作前必须预制时间常数每个计数器在工作过程中的当前计数值可被CPU读出。（注：时间常数也可在计数过程中更改）,8254是8
3、253的改进型,12.2.1 8253/8254的内部结构和引脚,计数器结构示意图,计数初值存于预置寄存器； 在计数过程中， 减1计数器的值不断递减，而预置寄存器中的预置不变。 输出锁存器用于写入锁存命令时， 锁定当前计数值,1 计数器的3个引脚,CLK时钟输入信号在计数过程中，此引脚上每输入一个时钟信号（下降沿），计数器的计数值减1 GATE门控输入信号控制计数器工作，可分成电平控制和上升沿控制两种类型 OUT计数器输出信号当一次计数过程结束（计数值减为0），OUT引脚上将产生一个输出信号,2 与处理器接口,D0 D7数据线 A0 A1地址线 RD*读信号 WR*写信号 CS*片选信号缺点：
4、1. 在8254上电后初始化之前，其输出信号OUT的电平不确定。2. 没有输出比较、输入捕获功能。,12.2.2 8253/8254的工作方式,8253有6种工作方式，由方式控制字确定 熟悉每种工作方式的特点才能根据实际应用问题，选择正确的工作方式 不同工作方式的区分点： 输出波形 计数过程中门控信号的影响 启动触发方式,每种工作方式的过程类似： 设定工作方式 设定计数初值 硬件启动 计数初值进入减1计数器 每输入一个时钟计数器减1的计数过程 计数过程结束,方式0 计数结束中断(一次有效),写入控制字之后，相应的输出信号OUT就开始变成低电平。 计数器写完计数值时，开始计数。当计数器减到零时，
5、OUT立即输出高电平。,设 定 工 作 方 式,设 定 计 数 初 值,计 数 值 送 入 计 数 器,计 数 过 程,计 数 结 束,方式0,门控信号GATE位高电平时，计数器工作；为低电平时，计数器停止工作，计数值保持不变。 在计数器工作期间，如果重新写入新的计数值，计数器将按新写入的计数值重新工作。,8253的0方式时序波形,方式1 可编程单稳脉冲,写入计数初值后，计数器并不立即开始工作； 等待到GATE上升沿，才开始工作，使输出OUT变成低电平； 直到计数器值减到零后，输出才变高电平。 计数到0，初值自动重置。 单稳态触发器只有一个稳态，一个触发脉冲使触发器进入暂稳态，经过一段可调的时
6、间间隔后，又回到稳态。,设 定 工 作 方 式,设 定 计 数 初 值,硬 件 启 动,计 数 值 送 入 计 数 器,计 数 过 程,计 数 结 束,方式1,在计数器工作期间，当GATE又出现一个上升沿时，计数器重新装入原计数初值并重新开始计数。如果工作期间对计数器写入新的计数初值，则要等到当前的计数值计满回零且门控信号再次出现上升沿后，才按新写入的计数初值开始工作。,8253的1方式时序波形,方式2 频率发生器（分频器）,写入控制字之后，输出端OUT变为高电平。 计数器写完计数值时，开始计数。当计数器减到1时，OUT变为低电平。 完成一次计数过程，输出端OUT又变为高电平，开始一个新的计数
7、过程，周而复始。 对于计数初值N，输出端OUT 输出的信号的周期是计数值N时钟CLK的周期T，N-1个时钟周期为高，1个时钟周期为低，为负脉冲 。 输出负脉冲的周期为时钟周期的N倍，频率是1/N，称为分频器，可以用来给自动控制中的实时检测，实时控制提供时钟信号。,方式3 方波发生器,与2方式基本相同，也具有自动装入时间常数（计数初值）的功能，不同之处在于： 工作在3方式，引脚OUT输出的不是一个时钟周期的负脉冲，而是占空比为1：1或近似1：1的方波；当计数初值为偶 数时，输出在前一半的计数过程中为高电平，在后一半的计数过程中为低电平。 由于3方式输出的波形是方波，并且具有自动重装计数初值的功能
8、，因此，8253一旦计数开始，就会在输出端OUT输出连续不断的方波。,方式3,当计数值为奇数时，在前（N+1）2计数期间，OUT输出高电平，而后（N-1）2个计数期间，OUT输出为低电平。,方式4 软件触发选通信号,控制字写入8253后，计数器输出OUT为高电平 在写入计数初值后，而且GATE为高电平时，开始计数，计数到0后输出一个时钟周期的低电平脉冲。 门控信号GATE1时允许计数，GATE0禁止计数。 软件触发选通体现在当GATE为高电平时，写入计数初值后开始计数。,CPU送数据同时输出一数据选通信号，锁存数据。方式4可编程控制选通信号发出时间。,方式5 硬件触发选通信号,工作特点是由GA
9、TE上升沿触发计数器开始工作。 当写入计数初值后，计数器并不立即开始计数，而要由门控信号的上升沿启动计数。在计数过程中（或者计数结束后），如果门控再次出现上升沿，计数器将从原装入的计数初值重新计数。 硬件触发选通：GATE信号一般由硬件产生。,计数开始的时刻,需要注意 当控制字写入8253时，所有的控制逻辑电路自动复位，这时输出端OUT进入初始状态。 处理器写入8253的计数初值只是写入了预置寄存器，要经过一个时钟上升沿和一个时钟下降沿，减法计数器才开始工作。,实验1,实验1,实验2,12.2.3 8253/8254的编程,8253加电后的工作方式不确定 8253必须初始化编程，才能正常工作写
10、入方式控制字 写入计数初值 读取计数值 8254新增读回命令,1 写入方式控制字（A1A011）,00 计数器0 01 计数器1 10 计数器2 11 非法,00 计数器锁存命令 01 只读写低字节 10 只读写高字节 11 先读写低字节后读写高字节,000 方式0 001 方式1 010 方式2 011 方式3 100 方式4 101 方式5,0 二进制 1 BCD码,示例,2 写入计数值,计数值写入计数器各自的I/O地址,示例,选择二进制时 计数值范围：0000HFFFFH 0000H是最大值，代表65536 选择十进制（BCD码） 计数值范围：00009999 0000代表最大值1000
11、0,3 读取计数值,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： 向控制字I/O地址：给8253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,12.3 8253在PC机上的应用,12.3.1 定时中断和定时刷新,将计数器1作为定时刷新 看如何编写初始化程序段,从阅读初始化程序段 看计数器0作为定时中断的作用,8253初始化(定时中断),mov al,0011 0110B;计数器0为方式3，采用二进制计数，;先低后高写入计数值out 43h,al ;写入方式控制字mov al,0 ;计数值为0out 40h
12、,al ;写入低字节计数值out 40h,al ;写入高字节计数值,计数器0：定时中断,计数器0：方式3，计数值：65536，输出频率为1.19318MHz6553618.206Hz的方波 门控为常启状态，这个方波信号不断产生 OUT0端接8259A的IRQ0，用作中断请求信号 每秒产生18.206次中断请求，或说每隔55ms（54.925493ms）申请一次中断 DOS系统利用计数器0的这个特点，通过08号中断服务程序实现了日时钟计时功能,计数器1：定时刷新,门控总为高，选择方式2或3,2ms内刷新128次，即15.6s刷新一次,计数初值为18,需要重复不断提出刷新请求,8253初始化(定时
13、刷新),mov al,0101 0100B ;计数器1为方式2, ;采用二进制计数,只写低8位计数值 out 43h,al ;写入方式控制字 mov al,18 ;计数初值为18 out 41h,al ;写入计数值,12.3.2 扬声器控制,计数器2的输出控制扬声器的发声音调 计数器2只能工作在方式3，才能输出一定频率的方波，经滤波后得到近似的正弦波，进而推动扬声器发声 扬声器还受控于并行接口（8255芯片） 必须使PB0和PB1同时为高电平，扬声器才能发出预先设定频率的声音,扬声器控制(频率设置),speaker procpush axmov al,1011 0110B;0b6hout 43
14、h,al ;写入控制字pop axout 42h,al ;写入低8位计数值mov al,ahout 42h,al ;写入高8位计数值ret speaker endp,扬声器控制(扬声器开),speakon procpush axin al,61hor al,03h;D1D0PB1PB011B，其他位不变out 61h,alpop axret speakon endp,扬声器控制(扬声器关),speakoff procpush axin al,61hand al,0fch;D1D0PB1PB000B，其他位不变out 61h,alpop axret speakoff endp,扬声器控制(主程序
15、),;数据段 freq dw 1193180/600;代码段mov ax,freqcall speaker ;设置扬声器音调call speakon ;打开扬声器声音mov ah,1 ;等待按键int 21hcall speakoff ;关闭扬声器声音,12.3.3 硬件延时,软件延时 MOV CX,N AGAIN:LOOP AGAIN ;17个时钟周期 ;延时时间约为N*T*17 IBM PC/XT BIOS中 SUB CX,CXG7:LOOP G7 ;CX=65536,250ms DEC BL ; 250ms延时的个数 JNZ G7,硬件延时 IBM PC让端口61H的PB4每隔15.08
16、5uS切换一次状态。 ;(CX)= 15.085uS的个数 WAITF PROC NEAR PUSH AX WAITF1: IN AL,61H AND AL,00010000B CMP AL,AH JE WAITF1 MOV AH,AL LOOP WAITF1 POP AX RET WAITF ENDP,0.5s的延时 33144*15.085uS= 0.5s MOV CX,33144 CALL WAITF 1.5s的延时 MOV BL,03BACK:MOV CX,33144 CALL WAITF DEC BL JNZ BACK,可编程硬件延时,利用日时钟每隔55ms中断一次不变的特点，可以编
17、写一段INT 1CH不随系统时钟频率变化的固定延时程序 由于日时钟中断的时间单位是55ms，所以无法实现更短时间的延时 这时只有利用实时时钟中断，不过它的最短延时约是1ms（976s）,12.3.4 扩充定时计数器的应用,例12.3.4.1 利用扩充定时计数器对外部事件的计数 例12.3.4.2 扩展定时时间 例12.3.4.3 监视一个生产流水线,例12.3.4.1,例12.3.4.1(初始化程序段),mov dx,203h ;设置方式控制字mov al,00010000B;10hout dx,al mov dx,200h ;设置计数初值mov al,64h ;计数初值为100out dx,
18、al,输出：明确向哪个端口输出什么数据 输入：清楚从哪个端口输入什么数据,例12.3.4.2,在一个实际的数据采集系统中，要求5s采一个数，现场的主时钟的振荡频率为25MHz。分析：选择工作方式3（方波发生器），连续工作对25M的脉冲分频。时钟周期Tckl25106 计数初值n=T/Tck=5(l25106 )=1.25107一个计数器最多的分频次数是65536，是不够用的。,采用两级计数器，用计数器0的输出OUT0作为计数器1的输入CLK1。计数器0的计数值为50000 (C350H )；计数器1的250 (FAH) 。则有：总的计数值=50000250=1.25 107计数器0：方式3（方
19、波发生器）控制宇36H计数器1：方式2（分频器）控制字54H设：控制口地址：CRPT；0号计数器：PRT0；1号计数器：PRT1,实现上述过程的程序如下：MOV AL，36HMOV DX，CRPTOUT DX，AL ；0号计数器方式3MOV AL，50HMOV DX，PRT0OUT DX，AL ；计数值低8位MOV AL，C3HOUT DX，AL ；计数值高8位MOV AL，54HMOV DX，CRPTOUT DX，AL ； 1号计数器方式2MOV AL，FAHMOV DX，PRT1OUT DX，AL ；计数值低8位,用8253监视一个生产流水线，每通过50个工件，扬声器响5秒钟，频率为100
20、0周。,8253设置： 通道0 方式2， BCD计数 n=50 方式字00010101 通道1 方式3 n=2500 BCD计数 方式字01110111,例12.3.4.3,设：通道0的地址为40H，通道1的地址为4lH，控制口地址 为43H。 主程序为： MOV AL，15H；通道 0初始化 OUT 43HAL MOV AL，50H ；计数初值 OUT 40H，AL STI；开中断 LOP: HLT JMP LOP ;等待中断,中断服务程序为： MOV AL，77H；通道 1初始化 OUT 43H，AL MOV AL，00H，计数初值 OUT 41H，AL MOV AL，25H OUT 41
21、H，AL CALL DL5S；延时 5秒 MOV AL，00H；通道 1的 GATE1置 0，停止计数 OUT 80H，AL IRET 本例中通道0工作于计数状态，通道工作于计时状态。,8253的控制字编程,；某个8253的计数器0、1、2端口和控制端口地址依次是40H43H ；设置其中计数器0为方式0，采用二进制计数，先低后高写入计数值 mov al,30h ；方式控制字：30H00 11 000 0B out 43h,al ；写入控制端口：43H,8253的计数初值编程,;某个8253的计数器0、1、2端口和控制端口地址依次是40H43H ;设置计数器0采用二进制计数,写入计数初值:1024(400H) mov ax,1024 ；计数初值：1024（400H）；写入计数器0地址：40H out 40h,al ；写入低字节计数初值 mov al,ah out 40h,al ；写入高字节计数初值,8253/8254的I/O地址,0 1 0 0 0,0 1 0 0 1,0 1 0 1 0,0 1 0 1 1,0 0 1 0 0,0 0 1 0 1,0 0 1 1 0,功 能,对计数器0设置计数初值,A1,A0,对计数器1设置计数初值,对计数器2设置计数初值,设置控制字,从计数器0读出计数值,从计数器1读出计数值,从计数器2读出计数值,
