1、第7章 输入输出接口,第7章 输入输出接口,主要内容： 7.1 I/O接口基础和传送方式 7.2 中断技术 7.3 定时器/计数器(8253/8254) 7.4 并行口8255A 7.5 A/D和D/A转换,学时分配： 18学时,2018/9/24,2,安阳工学院微机原理与应用,第三节 可编程定时/计数器8253,7.3 可编程定时/计数器8253,掌握: 引线功能及计数启动方法 6种工作方式及其输出波形 8253的使用: 芯片与系统的连接 芯片的初始化编程,2018/9/24,4,安阳工学院微机原理与应用,主要内容： 7.3.1 8253/8254定时计数器 7.3.2 8253编程 7.3
2、.3 8253在IBM PC系列机上的应用 7.3.4 8253在扩充定时计数器的应用 7.3.5 8253的应用,7.3 可编程定时/计数器8253,学时分配： 3学时,2018/9/24,5,安阳工学院微机原理与应用,定时/计数器的用途,可以实现定时与计数两个功能，可用于 系统时钟 DRAM刷新定时 定时采样 实时控制 脉冲的计数。,2018/9/24,6,安阳工学院微机原理与应用,如何实现定时？,软件方法：用一段程序实现延时 利用程序循环延迟指定的时间 缺点：CPU占用率？延时精度？兼容？ 硬件方法：定时/计数器电路 利用脉冲计数在设定的时间输出定时信号, 8253是一种硬件定时/计数器
3、芯片,2018/9/24,7,安阳工学院微机原理与应用,定时器和计数器,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 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,2018/9/24,8,安阳工学院微机原理与应用,定时功能的实现方法,软件延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,2018/9/24,9,安阳工学院
4、微机原理与应用,7.3.1 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,8254是8253的改进型,2018/9/24,10,安阳工学院微机原理与应用,一、8253/8254的内部结构和引脚,2018/9/24,11,安阳工学院微机原理与应用,内部结构及外部引线,DB,D7-D0,8253,A1,A0,WR,RD,CS,通道2,通道1,通道0,CLK0 GATE0 OUT0,CLK1 GATE1 OUT1,CLK1 GATE1 OUT1,A1 A0,IOW IOR 片选信号,2018/9/24,12,安阳工学院微机原理与
5、应用,内部结构及外部引线,连接系统端的主要引线： D7D0 CS RD WR A1，A0 用于选择四个编址部件之一,A1 A0 选 择 0 0 计数通道0 0 1 计数通道1 1 0 计数通道2 1 1 控制寄存器,2018/9/24,13,安阳工学院微机原理与应用,内部结构及外部引线,计数通道的主要引线（每通道均相同）： CLKn 时钟脉冲输入，计数器的计时基准。 GATEn 门控信号输入，控制计数器的启停。 OUTn 计数器输出信号，不同工作方式下产生不同波形。 （n = 02）,2018/9/24,14,安阳工学院微机原理与应用,8253的内部结构,2018/9/24,15,安阳工学院微
6、机原理与应用,计数器结构示意图,2018/9/24,16,安阳工学院微机原理与应用,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， 减法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,2018/9/24,17,安阳工学院微机原理与应用,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,2018/9/24,18,安阳工学
7、院微机原理与应用,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,2018/9/24,19,安阳工学院微机原理与应用,编程结构程序员的观点,计数器(3个)包括控制寄存器 存放控制命令字（只写） 占用4个地址 3个计数器，1个控制寄存器,16位初值寄存器 16位计数寄存器,（减法计数器）,2018/9/24,20,安阳工学院微机原理与应用,定时/计数的工作过程,1. 设置8253的工作方式2. 设置计数初值到初值寄存器3. 第一个CLK信号使初值寄存器的内容置入计数寄存器4. 以后每来一个CLK信号，计数寄存器减1 5. 减到0时，OUT端输出一特殊
8、波形的信号 注：以上计数过程中还受到GATE信号的控制,2018/9/24,21,安阳工学院微机原理与应用,计数启动方式,软件启动过程硬件启动过程,GATE端保持为高电平 写入计数初值后的第2个 CLK脉冲的下降沿开始计数,GATE端有一个上升沿 对应CLK脉冲的下降沿开始计数,程序指令启动软件启动 外部电路信号启动硬件启动,2018/9/24,22,安阳工学院微机原理与应用,二、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 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
9、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,2018/9/24,23,安阳工学院微机原理与应用,方式0 计数结束中断,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,2018/9/24,24,安阳工学院微机原理与应用,方式1 可编程单稳脉冲,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,2018/9/24,25,安阳工学院微机原理与应用,方式2 频率发生器（分频器）,2018/9/24,26,安阳工学院微机原理与应用,方式3 方波发生器
10、,2018/9/24,27,安阳工学院微机原理与应用,方式4 软件触发选通信号,2018/9/24,28,安阳工学院微机原理与应用,方式5 硬件触发选通信号,2018/9/24,29,安阳工学院微机原理与应用,各种工作方式的输出波形,讨论： 计数开始的时刻,2018/9/24,30,安阳工学院微机原理与应用,计数开始的时刻,需要注意： 处理器写入8253的计数初值只是写入了预置寄存器，之后到来的第一个CLK输入脉冲（需先由低电平变高，再由高变低）才将预置寄存器的初值送到减1计数器。 从第二个CLK信号的下降沿，计数器才真正开始减1计数。,实验： 计数开始的时刻,2018/9/24,31,安阳工
11、学院微机原理与应用,实验1,实验1,2018/9/24,32,安阳工学院微机原理与应用,实验2,2018/9/24,33,安阳工学院微机原理与应用,三、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 写入控制字 写入计数初值 读取计数值 8254新增读回命令,2018/9/24,34,安阳工学院微机原理与应用,1 写入方式控制字,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 1
12、00 方式4 101 方式5,0 二进制 1 十进制,控制字写入控制字I/O地址（A1A011）,示例,2018/9/24,35,安阳工学院微机原理与应用,2 写入计数值,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10000,计数值写入计数器各自的I/O地址,示例,2018/9/24,36,安阳工学院微机原理与应用,3 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： 向控制字I/O地址：给8253写入锁存命令 从计数器I/O
13、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,2018/9/24,37,安阳工学院微机原理与应用,7.3.2 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,2018/9/24,38,安阳工学院微机原理与应用,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（4
14、00H） 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,2018/9/24,39,安阳工学院微机原理与应用,例 写出8253的初始化程序。其中，3个CLK频率均为2MHZ。1、计数器0在定时100s后产生中断请求；2、计数器1用于产生周期为10 s的对称方波；3、计数器2每1ms产生一个负脉冲。编写8253的初始化程序。,编程举例,2018/9/24,40,安阳工学院微机原理与应用,方法：先确定各个计数器的工作方式，再计算其计数器的初值。,编程举例
15、,2018/9/24,41,安阳工学院微机原理与应用,1、计数器0工作在方式0，初值为100 s /0.5 s =200,可以只写低8位，二进制计数。所以控制字为：00010000B=10H,编程举例,2、计数器1工作在方式3，初值为10 s /0.5 s =20，可以只写低8位，二进制计数。所以控制字为：01010110B=56H,2018/9/24,42,安阳工学院微机原理与应用,3、计数器2工作在方式2，初值为1ms /0.5 s =2000,需要写16位，二进制计数。所以控制字为：10110100B=B4H,编程举例,2018/9/24,43,安阳工学院微机原理与应用,START： M
16、OV DX，0FF07HMOV AL，10H ；计数器0，只写计数值低8位，方式0，二进制计数OUT DX，ALMOV AL，56H ；计数器1，只写计数值低8位，方式3，二进制计数OUT DX，ALMOV AL，0B4H；计数器2，先写高8位再写低8位，方式2，二进制计数OUT DX, AL,编程举例,2018/9/24,44,安阳工学院微机原理与应用,MOV DX，0FF04HMOV AL, 200 ;计数器0计数初值OUT DX,ALMOV DX,0FF05HMOV AL,20 ;计数器1的初值OUT DX,ALMOV DX,0FF06HMOV AX,2000 ;计数器2的初值OUT D
17、X,ALMOV AL,AHOUT DX,AL,2018/9/24,45,安阳工学院微机原理与应用,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,2018/9/24,46,安阳工学院微机原理与应用,7.3.3 8253在IBM PC系列机上的应用,2018/9/24,47,安阳工学院微机原理与应用,一、定
18、时中断和定时刷新,从阅读初始化程序段 看计数器0作为定时中断的作用,将计数器1作为定时刷新 看如何编写初始化程序段,2018/9/24,48,安阳工学院微机原理与应用,定时中断,mov al,36h;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,al ;写入低字节计数值out 40h,al ;写入高字节计数值,8253初始化,2018/9/24,49,安阳工学院微机原理与应用,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
19、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,2018/9/24,50,安阳工学院微机原理与应用,计数器1：定时刷新,需要重复不断提出刷新请求,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18,2018/9/24,51,安阳工学院微机原理与应用,定时刷新,mov al,54h;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
20、式控制字mov al,18 ;计数初值为18out 41h,al ;写入计数值,8253初始化,2018/9/24,52,安阳工学院微机原理与应用,二、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；,2018/9/24,53,安阳工学院微机原理与应用,频率设置,speaker procpush axmov al,0b6hout 43h,al ;写入控制字pop axout 42h,al
21、 ;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,2018/9/24,54,安阳工学院微机原理与应用,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,2018/9/24,55,安阳工学院微机原理与应用,扬声器关,speakoff procpush axin al,61hand al,0fch;D1D0PB1PB000B，其他位不变out 61h,alpop axret
22、speakoff endp,扬声器控制,2018/9/24,56,安阳工学院微机原理与应用,主程序,;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,扬声器控制,2018/9/24,57,安阳工学院微机原理与应用,三、可编程硬件延时,利用日时钟每隔55ms中断一次不变的特点，可以编写一段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
23、实时时钟中断，不过它的最短延时约是1ms（976 s）,2018/9/24,58,安阳工学院微机原理与应用,日时钟,;延时开始mov ah,0int 1ah add dx,90 ;加5秒（51890）mov bx,dx ;期望值送bx repeat: int 1ah ;再读日时钟cmp bx,dx ;与期望值比较jne repeat ;不等，则循环 ;相等，延时结束,可编程硬件延时,2018/9/24,59,安阳工学院微机原理与应用,实时时钟,;延时开始mov cx,0mov dx,1952;延时1.952ms2976smov ah,86hint 15h;功能调用返回时，定时时间到,可编程硬件
24、延时,2018/9/24,60,安阳工学院微机原理与应用,7.3.4 扩充定时计数器的应用,例题1 利用扩充定时计数器对外部事件的计数例题2 为A/D转换电路提供可编程的采样信号,2018/9/24,61,安阳工学院微机原理与应用,例1,2018/9/24,62,安阳工学院微机原理与应用,初始化程序段,mov dx,203h ;设置方式控制字mov al,10hout dx,al mov dx,200h ;设置计数初值mov al,64h ;计数初值为100out dx,al,例9.2,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,2018/9/24,63,安阳工学院微机
25、原理与应用,例2,2018/9/24,64,安阳工学院微机原理与应用,初始化计数器0,mov al,14hmov dx,206hout dx,almov al,cnt0mov dx,200hout dx,al,例9.3,2018/9/24,65,安阳工学院微机原理与应用,初始化计数器1,mov al,52hmov dx,206hout dx,almov al,cnt1mov dx,202hout dx,al,例9.3,2018/9/24,66,安阳工学院微机原理与应用,初始化计数器2,mov al,96hmov dx,206hout dx,almov al,cnt2mov dx,204hout
26、 dx,al,例9.3,2018/9/24,67,安阳工学院微机原理与应用,7.3.5 8253的应用,与系统的连接 设置工作方式 置计数初值,编程,2018/9/24,68,安阳工学院微机原理与应用,与系统的连接示意图,CLK,GATE,OUT,D0D7,WR,RD,A1,A0,CS,DB,IOW,IOR,A1,A0,译码器,高位地址 A15-A2,8253,共三组,8253占用4个接口地址：计数器0计数器1计数器2控制寄存器,(决定8253的基地址),2018/9/24,69,安阳工学院微机原理与应用,初始化程序流程,写控制字,写计数值低8位,写计数值高8位,*,非必须,写入顺序： 可按计
27、数器分别写入控制字和初值。 也可先写所有计数器控制字，再写入它们的初值,2018/9/24,70,安阳工学院微机原理与应用,8253应用举例,采用8253作定时/计数器，其接口地址为0120H0123H。 输入8253的时钟频率为2MHz。 计数器0: 每10ms输出1个CLK脉冲宽的负脉冲 计数器1: 产生10KHz的连续方波信号 计数器2: 启动计数5ms后OUT输出高电平。 画线路连接图，并编写初始化程序。,2018/9/24,71,安阳工学院微机原理与应用,8253应用举例（续）,确定计数初值：CNT0： 10ms/0.5us = 20000CNT1： 2MHz/10KHz = 200
28、CNT2： 5ms/0.5us = 10000 确定控制字：CNT0：方式2，16位计数值 00 11 010 0CNT1：方式3，低8位计数值 01 01 011 0CNT2：方式0， 16位计数值 10 11 000 0,2018/9/24,72,安阳工学院微机原理与应用,8253应用举例（续）,CLK0,GATE0,OUT1,D0D7,WR,RD,A1,A0,CS,DB,IOW,IOR,A1,A0,译码器,8253,CLK2,GATE1,GATE2,+5V,CLK1,2MHz,OUT0,OUT2,？,线路连接图：,2018/9/24,73,安阳工学院微机原理与应用,8253应用举例 初始
29、化程序,CNT0： MOV DX, 0123H MOV AL, 34H OUT DX, AL MOV DX, 0120H MOV AX, 20000 OUT DX, AL,MOV AL, AH OUT DX, AL CNT1： CNT2：,2018/9/24,74,安阳工学院微机原理与应用,*如何读出当前计数值,第1种方法在计数过程中读计数值 先锁存当前计数值，再用两条输入指令将16位计数值读出。 第2种方法停止计数器再读 用GATE信号使计数器停止，再规定RL1和RL0的读写格式，然后读出。,2018/9/24,75,安阳工学院微机原理与应用,*扩展定时/计数范围,当定时长度不够时，可把2个
30、或3个计数通道串联起来使用，甚至可把多个8253串联起来使用。例如：CLK频率为1MHz，要求在OUT1端产生频率1Hz的脉冲。这时可将计数器0、1串联，工作方式都均为方式3，计数初值均为1000。连接方法见下页。,2018/9/24,76,安阳工学院微机原理与应用,扩展定时/计数范围,8253,OUT1,GATE1,CLK1,OUT0,GATE0,CLK0,+5V,+5V,1MHz,1KHz,1Hz,2018/9/24,77,安阳工学院微机原理与应用,8253小结,包含3个16位计数器通道 4个编址部件：CNT0/1/2和控制寄存器 每个计数器通道工作前必须初始化： 控制字和计数初值 6种工
31、作方式 每种工作方式：启动方式、输出波形、是否可重复计数等各不相同,2018/9/24,78,安阳工学院微机原理与应用,结束语,掌握定时/计数器8253的原理 掌握定时/计数器8253的使用方法,2018/9/24,79,安阳工学院微机原理与应用,复习题(三)：,7.318253A的功能作用?有哪些工作方式? 7.32当8253的输入信号 *CS=0、*RD=1、*WR=0且A1=A0=1时，此8253执行的操作是 。 7.33要产生对称方波，可考虑使用8253的方式 。 7.34 8253内每个计数通道的计数过程均为( )计数,2018/9/24,80,安阳工学院微机原理与应用,复习题题解(
32、三)：,7.318253A的功能作用?有哪些工作方式? 8253A起着计数或定时的作用，提供可编程的三个16位定时/计数器通道。它有方式0到方式5共6种工作方式，分别是：计数结束中断方式，可编程单程方式，频率发生器，方波发生器，软件触发的选通信号，硬件触发的选通信号。,2018/9/24,81,安阳工学院微机原理与应用,复习题题解(三)：,7.32当8253的输入信号 *CS=0、*RD=1、*WR=0且A1=A0=1时，此8253执行的操作是 接收一个控制字 。 7.33要产生对称方波，可考虑使用8253的方式 3（方波发生器）。 7.34 8253内每个计数通道的计数过程均为(减法)计数,
33、2018/9/24,82,安阳工学院微机原理与应用,复习题(三)：,7.35若使用8253定时，CLK的频率为2MHz，那么一个计数器的最大定时时间为，一个8253芯片共有 计数器：每个计数器有 工作方式。 7.36若8253中某一个定时器的定时时间为50ms，而计数值为50000D，则输入时钟脉冲CLK的频率应为 。,2018/9/24,83,安阳工学院微机原理与应用,复习题题解(三)：,7.35若使用8253定时，CLK的频率为2MHz，那么一个计数器的最大定时时间为 65536*0.5us=32768us ，一个8253芯片共有 3 计数器：每个计数器有 6 工作方式。 7.36若825
34、3中某一个定时器的定时时间为50ms，而计数值为50000D，则输入时钟脉冲CLK的频率应为 1MHz 。,2018/9/24,84,安阳工学院微机原理与应用,复习题(三)：,7.37已知某系统中8253芯片所占用的I/O地址为330H-333H，则该8253芯片内控制字寄存器口地址为( )。 7.38可编程计数器/定时器电路8253的工作方式共有( )，共有( )个I/O地址。 7.398253有三个特定的计数器/定时器，那么一个定时器最大定时间由( )。,2018/9/24,85,安阳工学院微机原理与应用,复习题题解(三)：,7.37已知某系统中8253芯片所占用的I/O地址为330H-3
35、33H，则该8253芯片内控制字寄存器口地址为( 333H )。 7.38可编程计数器/定时器电路8253的工作方式共有( 6种 )，共有( 4 )个I/O地址。 7.398253有三个特定的计数器/定时器，那么一个定时器最大定时间由(二进制计数方式和CLK频率共同决定)。,2018/9/24,86,安阳工学院微机原理与应用,复习题(三)：,7.40若8253的CLK0计数频率为2MHz，试问： 1.一个计数器的最大定时时间是多少？ 2.若用0#计数器周期性地产生5ms的定时中断，试对其进行初始化编程(口地址合理假设) 3.若要定时产生1秒种的中断，写出实现方法(硬件连接、工作方式、计数值，可
36、不编程),2018/9/24,87,安阳工学院微机原理与应用,复习题题解(三)：,7.401.计数周期t=1/2000000=0.5us 0.5us*65536=32768us=32.768ms 2.假设 8253 控制寄存器的端口地址为86H，0#计数器的初值寄存器端口地址为80H 计数初值为10000，采用方式2,2018/9/24,88,安阳工学院微机原理与应用,复习题题解(三)：,7.40 初始化程序为： MOV AL，34H OUT 86H，AL MOV AX，10000 OUT 80H，AL ；先写低字节 MOV AL，AH OUT 80H，AL ；后写高字节,2018/9/24,89,安阳工学院微机原理与应用,复习题题解(三)：,7.40 3.可以采用计数器级连的方式实现 即计数器0工作于方式2，且每次定时5毫秒，但其输出OUT0连接到计数器1的CLK1上，作为计数器1的计数时钟，其周期为5ms。 计数器1工作于方式0，计数初值为200，其OUT1连接到8259申请中断，则启动计数器后，经过1秒钟，OUT1申请中断。,2018/9/24,90,安阳工学院微机原理与应用,
