1、72 可编程定时器/计数器8254,在计算机系统或其控制系统中，经常要用到定时信号，如： 实时时钟，以实现定时控制和处理（定时中断、定时检测、定时扫描等）； 系统日历时钟的计时； 喇叭的声源； 使用计数器对外部事件计数。,实现定时的方法： 软件 根据需要设计一个延时子程序，借助指令的执行时间和循环次数，需对指令作严密的计算和精确的测试， 优点是节省硬件。缺点是占用微处理器，拼凑时间麻烦。 硬件 使用可编程计数器/定时器。与MPU并行工作，功能强，使用灵活，价格便宜，广泛应用。 （另有不可编程的硬件定时，如555，外接R、C作定时部件，可改变其值使定时在一定范围内改变，但硬件做好后不可改变。）,
2、Inter公司的8254是在微机系统中实现定时和计数功能的外围电路。 8254可用于事件计数、延时时间指示器、可编程单脉冲产生器、频率发生器等。 8254的通用性强，几乎适用于任何一种微处理器组成的系统中。,721 8254的主要功能 单一5V电源。 1一片上有3个独立的16位计数器通道。 2每个计数器都可以按照二进制或二一十进制计数。 3每个计数器的最大输入频率10MHz。 4每个通道有6种工作方式，可由程序设置和改变。 5所有的输入输出都与TTL兼容。,1,7.2.2 8254的内部结构及引脚,数据总线缓冲器,读/写逻辑,控制字寄存器,计数器0号,计数器1号,计数器2号,CLK0,GATE
3、0,OUT0,CLK1,GATE1,OUT1,CLK2,GATE2,OUT2,CS,A1,A0,WR,RD,内部数据总线,8,D0 D7,CPU所有对8254的读写信息均通过此处传输,寄存CPU对其初始化以及读写命令的控制字,GATE信号用于启动和停止计数器的工作,计数器对这个脉冲减1计数,计数到0时输出,CS A1 A0 选择端口 0 0 0 计数器0 0 0 1 计数器1 0 1 0 计数器2 0 1 1控制字寄存器,Atuo play,A1 A0 选择端口地址 0 0 计数器0 0 1 计数器1 可读写 1 0 计数器2 1 1 控制字寄存器，只能写 （需写三次，靠D7D6区分）,GAT
4、E：门控脉冲输入端，控制计数器工作的一个外部信号。低时通常禁止，高时（上升沿或高电平）允许计数器工作。可用GATE信号启动和停止计数器的工作。 OUT：输出端。计数到“0”时输出，波形取决于工作方式。 CLK：时钟脉冲或计数脉冲输入端。计数器对这个脉冲减1计数。,问题：定时器？计数器？ 若是均匀、连续、周期精确的脉冲信号，则输出也精确、分频的定时。,问题：定时器？计数器？ 若虽周期精确，但关心的只是脉冲的数量，非脉冲的间隔计数器。 周期不精确计数器。,结论：8254 工作的实质是用计数方式实现计数和定时。,计数器0 2： 三个完全相同且独立的计数器/定时器通道。 每个通道均包含： 一个16位的
5、减法计数器， 一个16位计数初值寄存器， 一个16位计数值输出锁存器， 控制和状态寄存器。 通道可作为16位或8位计数器使用。,每个计数器通道都有3个外部引脚。 每个通道都在输入脉冲CLK控制下按二进制或二一十进制（BCD）方式，从计数初值开始减1计数。当计数初值减到0时，从OUT输出端输出一信号。 在计数过程中，计数器受到门控信号GATE的控制。 计数器的输入与输出以及门控信号之间的关系，取决于工作方式。,723 8254编程命令 开机后，计数通道的状态是不定的，当使用时必需对其初始化编程。 编程命令有两类： 一类是写入命令，包括写入控制字，写入计数初值和锁存命令； 另一类是读出命令，包括读
6、出当前计数值和状态信息。,8254的编程流程如下： 写入控制字 写入计数初值 计数通道开始计数 如果需要读取某个计数通道的当前计数值，则发送锁存命令 读取某个计数通道的计数值和状态信息 如为软件触发计数器方式，可根据需要，再次写入计数初值，起动计数器方式工作。,18254控制字（A1A011） 控制字用来选择计数器、设定该计数器的工作方式和计数方式。,0 0 选择计数器00 1 选择计数器11 0 选择计数器21 1 读回命令,0 0 计数器锁存命令0 1 只读/写低字节1 0 只读/写高字节1 1 先读/写低字节 后读/写高字节,0 0 0 方式 0 0 0 1 方式 1 1 0 方式 2
7、1 1 方式 3 1 0 0 方式 4 1 0 1 方式 5,1= BCD计数，4位十进制0= 二进制计数器，16位,最大计数值是0000H（代表65536D或10000D），初值的范围为0000HFFFFH或0000H9999H。,2写计数初值 所有计数器的控制字写入同一地址单元（ A1A011 ，由D7D6来区分）。 各自的计数值写到各自的地址单元中。 1）同一计数器先写控制字后写初始值（但不一定紧跟，有些方式一写计数值就启动）。 2）初值按控制字要求写。 3）所有方式都可在计数过程中随时改写计数值（必须按照控制字所确定的格式）。,3锁存命令（控制字中RW1 RW0=00） 锁存命令是配合
8、读出命令使用的。 在读计数值时，必须先锁存后读数，避免读到不确定的值。 读取后，锁存器自动解除锁定，继续跟随减法计数器变化。 计数器0的锁存命令为00H； 计数器1的锁存命令为40H； 计数器2的锁存命令为80H。,4读计数值/状态字 1）读回命令（控制字中SC1SC0=11） 该命令可锁存全部3个通道的当前计数值和状态信息。,0 = 锁存选中计数器的计数值,0 =锁存选中计数器的状态,1= 选择计数器 0,1= 选择计数器 1,1= 选择计数器 2,当D5D4同时为0时，读某个计数器，第一次输入的是状态字节，第二次是锁存的计数值。,2）状态字 （读某个计数器）,1 = OUT引脚逻辑 10
9、= OUT引脚逻辑 0,1 = 空计数值 0 = 计数值有效,与8254控制字一致,7. 2.4 8254工作方式 可编程选择6种工作方式。其中2种定时器工作方式，4种计数器工作方式。输出波形与工作方式有关。 所有工作方式都遵守下面几条基本规则： 1当控制字写入某计数通道时，计数初值寄存器清零，复位内部逻辑电路，输出端OUT进入初始状态 (高电平或者低电平)。其状态改变与门控信号GATE无关。,2写计数初值时，在WR信号的上升沿，将初始值写入计数初值寄存器，在WR信号上升沿后的下一个CLK脉冲下降沿，才将计数初值由计数初值寄存器写入减法计数器，以后在每一个时钟脉冲CLK的下降沿作减1计数。 3
10、在时钟脉冲CLK的上升沿时，采样门控信号GATE。不同工作方式中，门控信号的触发方式不同：电平触发和上升沿触发（8254内部有边沿触发器来检测门控脉冲的上升沿）。,以下工作方式举例中， 使用计数通道0， 二进制计数， 只写低8位LSB（Least Significant Byte）。 一个时钟脉冲包括上升沿和下降沿，且8254的输出端波形变化、将计数初值送到减法计数器、减法计数器作减1操作都是在时钟脉冲下降沿进行的。,1方式0计数结束产生中断 可用于事件计数。 例7.9 要使计数器0工作在方式0，计数初值是4，8254端口地址为40H43H，则初始化程序为：MOV AL, 10H ；00010
11、000BOUT 43H, ALMOV AL, 04HOUT 40H, AL,在方式0，当控制字CW(Control Word)写入控制字寄存器，OUT输出端变低。 GATE信号为电平触发方式。 在写入计数初值后，通道开始计数，当减1计数到“0”时，OUT输出变高。,方式0的时序图 正常工作时序： GATE信号的影响：（电平控制） 计数过程中 改变计数值： （立即有效）,主要特点： 1）为软件触发方式（靠写入计数初值启动计数器工作），计数期间一直保持低电平，当计数到0时，输出保持为高电平，计数结束不恢复计数初值重新计数。 2）如果计数初值为N，在门控GATE一直保持高电平的条件下，输出端OUT要
12、在初始值写入后再过N+1个时钟，才变为高电平。,3）GATE电平控制。门控GATE=1时，减1计数，GATE变为0，则停止计数。 4）在计数过程中改变计数值是立即有效的。 实际应用中，常将计数结束后的上升跳变作为中断信号。可将OUT信号引脚作为中断请求信号，接至中断优先权排队电路或中断向量产生电路。,2方式1 可重复触发的单稳态触发器 这种方式可作为单稳态触发器，由外部触发信号送入GATE引脚，触发计数器工作，其OUT引脚输出单稳态脉冲。 主要特点： 1）为硬件触发计数器工作方式。 2）如果计数初值为N，则输出的单拍脉冲的宽度为N个输入脉冲间隔。,3）方式1为可重触发计数方式，在计数过程中，外
13、部又来一个上升沿触发信号，则在下一个时钟脉冲下降沿，对计数初值重新作减1计数，减为0时，输出端又变为高电平。 4）计数过程中写入新的计数初值，计数过程不受影响。当外部再次触发，则计数器将按新输入的计数值计数，即计数值是下次触发有效。,方式1的时序图 正常工作时序： GATE信号的影响：（上升沿触发）,方式1的时序图 计数过程中 改变计数值： （下次触发有效）,3方式2 频率发生器 （N（N1）分频计数器 ） 主要特点： 1）方式2为定时器工作方式，不用重新设置计数值，计数通道能够自动连续工作，输出固定频率的脉冲。 2）GATE保持高电平，则写入计数初值即可触发计数器计数称为软件同步。,方式2的
14、时序图 正常工作时序： GATE信号的影响：（电平和边沿） 计数过程中 改变计数值： （下次有效）,WRCLKGATEOUT,3）在方式2， GATE为高，正常计数； GATE变低，暂停计数。 GATE上升沿的下一个CLK时钟脉冲，计数初值重新装入减1计数器，开始计数。 即，GATE可用来同步计数器称为硬件同步。 4）在计数过程中改变计数值是下次有效的。,4方式3 方波发生器 除了输出波形不同外，其它控制方式与方式2类似。 方式3输出为方波或者为基本对称的矩形波。若计数值为N（N1），则方式3的输出周期是N个CLK时钟脉冲的方波。,方式3的时序图 正常工作时序（N=偶数）：正常工作时序（N=奇
15、数）：GATE信号的影响： （电平和边沿）,主要特点： 1）当输入控制字以后，输出端OUT立即变为高电平。 在写入初始值后的下一个时钟脉冲，减法计数器获得计数初值N作减2计数。 当N为偶数时，输出为对称的方波；当计数值N为奇数时，输出为矩形波。,2）计数减到0时，重新装入计数值，再减2计数。 3）在计数过程中改变计数值，新计数值将在当前半周结束时装入计数器。,回顾： 1. 8254的工作方式（方式0、1、2、3）。 （GATE、OUT、触发形式） 2. 8254是计数器？定时器？ （CLK、GATE、OUT） 2. 对可编程器件，上电后必须先初始化。 8254的初始化（对每一个计数器）： 方式
16、控制字 计数初值,7.2.6 8254编程应用 计数初值N的计算： 计数时，计数的个数即为计数初值； 定时时，一般给出要求的定时时间，求计数初值： CLK频率 N CLK频率定时时间 OUT频率,固定频率输入时，一个计数器最长定时时间： Nmax ？ Tmax CLK频率 CLK频率 例如：CLK输入频率为5MHZ时，一个计数器最大定时时间为： Tmax 65536 / 5 MHZ 13.1ms,65536,例7.16 某微处理器系统中有一片8254芯片， 通道1完成对外部事件计数，计满250次向MPU发出中断申请， 通道2 输出频率为1kHz的方波， 试编写8254的初始化程序。,由图分析：
17、 8254端口地址为18H、1AH、1CH和1EH。 CLK2= 2MHz (D触发器对4MHz分频）， OUT2=1kHz (方波，工作在方式3)。因此，通道2的计数值应为 2MHz / 1kHz = 2000。 两个通道均用BCD计数制。 通道1控制字为01110001B，计数值为250； 通道2控制字为10100111B，计数值为2000。,通道1控制字为01110001B，计数值为250 通道2控制字为10100111B，计数值为2000 MOV AL，71H ；通道1控制字 OUT 1EH，AL MOV AL，50H ；通道1计数值低8位 OUT 1AH，AL MOV AL，02H
18、；通道1计数值高8位 OUT 1AH，AL MOV AL，0A7H ；通道2控制字 OUT 1EH，AL MOV AL，20H ；通道2计数值高8位 OUT 1CH，AL ；8259A初始化（略）,例7.17 8254 通道 2 接有一发光二极管，要使发光二极管以点亮2s、熄灭2s的间隔工作，8254各通道端口地址分别为FFE9HFFEFH。试编程完成上述任务。图7.30 级连定时应用,分析：根据要求，8254通道2应输出一个占空比为1:1，周期为4s的方波。 通道1的CLK1输入时钟周期为1s，其输出最大定时时间为 1s65536 65.5ms 结论：使用一个通道达不到定时时间4s的要求。
19、方法：软件？硬件？,硬件级联扩充定时时间的方法： 将通道1的输出OUT1作为通道2的输入脉冲。 CLK1= 1MHz的脉冲，若让8254的通道1工作于脉冲发生器方式，且选定OUT1输出脉冲周期为4ms，则通道1的计数值为 ？,4000（1MHz /4ms）。,CLK1=OUT1，周期为4ms的脉冲，要求OUT2的波形为方波且周期为4s，故通道2的计数值为 ？ 通道1的控制字0110101B 通道2的控制字1010111B,1000（4s /4ms）。,由以上分析编程如下： MODEL TINY CODE STARTUP MOV DX，0FFEFH ；控制字端口地址 MOV AL，65H ；通道
20、1控制字 OUT DX，AL MOV AL，0A7H ；通道2控制字 OUT DX，AL ,MOV DX，0FFEBH ；通道1端口地址 MOV AL，40H ；通道1计数值高8位 OUT DX，AL MOV DX，0FFEDH ；通道 2端口地址 MOV AL，10H ；通道2计数值高 8位 OUT DX，AL EXIT END,作业：利用8254的计数器2控制扬声器，演奏一首乐曲。 提示:（1）输出方波；（2）方波的频率，即声音音调的频率；唱名的频率（Hz）：（3）节拍（延时一段时间）；（4）乐曲组织成数据表。,5方式4 软件触发选通 主要特点： 1）写入控制字后，输出立即为高电平。 计数
21、到0后，输出一个CLK脉冲宽度的负脉冲。 方式4时，靠写入初始值这个软件操作来触发计数器工作称为软件触发选通（ GATE为高时）。,2）GATE=1时，进行计数，GATE=0时，停止计数 。 3）在计数过程中又写入新的计数值，则在下一个时钟脉冲，将此计数值写入减法计数器，按新的计数值开始作减1计数。 这种通过写入新的计数值使计数器重新计数的方式，称作软件可重触发（立即有效）。,方式4的时序图 正常工作时序： GATE信号的影响：（电平控制） 计数过程中 改变计数值：（立即有效）,例7.13 要使计数器1工作在方式4，BCD计数，计数值为10000，8254端口地址为40H43H，则初始化程序为
22、： MOV AL，69H ；设置控制字 OUT 43H，AL ；写入控制字寄存器 MOV AL，00H ；设置计数值 OUT 41H，AL ；写入计数器1的高8位,6方式5 硬件触发选通 主要特点： 1）写入控制字后，输出端OUT变为高电平。 写入计数值后，必须有GATE的上升沿来到，在下一个CLK时钟脉冲将计数初值送到减法计数器。 减法计数器减1计数到0时，输出一个CLK宽度的负脉冲。 这种通过硬件电路产生的门控信号（上升沿）触发计数硬件触发选通。,方式5的时序图 正常工作时序： GATE信号的影响：（边沿触发计数）,方式5的时序图 计数过程中 改变计数值： （下次触发有效）,2）在计数过程
23、中，GATE端又来一个上升沿触发计数器，则在下一个时钟脉冲后，减法计数器将重新获得计数初值，并且减1计数到0为止。即方式5也是硬件可重触发的。 3）在计数过程中写入新的计数值，不影响当前输出周期。只有当GATE门控脉冲再次产生，才会触发计数器按新的计数初值开始计数（下一次有效）。,7 8254工作方式总结 8254的6种工作方式，但大类可分为计数器工作和定时器工作两种。 1）工作方式分类 方式0、1、4、5为计数器工作方式，方式2、3为定时器方式。 2）触发方式 方式0、4为软件触发，即写入计数初值后触发计数器计数；方式1、5为硬件触发，即写入计数初值，还需要GATE门控输入信号触发计数器计数
24、。,3）输出波形 8254的6种工作方式中方式2、4、5的输出波形是相同的，都是宽度为一个CLK时钟脉冲的负脉冲；方式0、1输出宽度为N个CLK时钟脉冲的低电平；方式3输出连续方波/矩形波。在6种方式中，只有方式0，在写入控制字后输出为低。其它5种方式，都是在写入控制字后输出为高。计数初值与输出波形关系见表7.10。 4）门控信号的作用 5）在计数过程中改变计数值 6）计数到0后计数器的状态,例7.15 若要使计数器2工作在方式2，按二进制计数，计数值为1110H，要在计数过程中读取该计数器的计数值。试对其进行初始化编程。 MOV AL，0B4H ；写控制字 OUT 73H，AL MOV AL，10H ；写计数初值 OUT 72H，AL MOV AL，11H OUT 72H，AL ,MOV BH，20H ；延迟 W： DEC BH CMP BH，0 JNZ W MOV AL，80H ；计数器2 锁存命令 OUT 73H，AL IN AL，72H ；读取计数器的计数值 （先低后高） MOV CL，AL IN AL，72H MOV AH，AL MOV AL，CL,
