1、浙江工業大學計算機學院實 驗 報 告實驗名稱 8253定時器實驗 姓 名 學 號 班 級 教 師 日 期 17一、實驗內容與要求1.1 實驗內容計數器方式2實驗：將8253芯片的計數器0的工作方式設置為方式2，計數器初值為N，用手動開關逐個輸入單脈沖，編程使計數值在屏幕上顯示，并同時用TPC-USB平臺上的LED燈觀察OUT0電平變化（當輸入第N倍數個脈沖后OUT0變低電平，LED燈由亮變滅，其余脈沖OUT0都是高電平，LED燈都處于亮狀態）。計數器方式3實驗：將計數器0、計數器1的工作方式分別設置為方式3，計數初值設為1000，并同時用TPC-USB平臺上的LED燈觀察OUT1電平變化（頻率

2、1Hz）。1.2 實驗要求(1) 具有一定的匯編編程的基礎，能編寫一些基本語句來實現實驗。實驗前根據實驗流程圖，寫出對應代碼；(2) 要了解8253定時/計數器芯片內部結構和外部引腳，了解芯片的硬件連接方法、時序關系、各種模式的編程及應用，能熟練地對其進行編程；(3) 熟悉實驗平臺TPC-USB了解各個接口的名稱與功能，進行實驗時能快速并正確地連接好實驗電路；(4) 計數器方式2實驗：連接PC與TPC-USB平臺，用微機實驗軟件運行程序，用手動開關逐個輸入單脈沖，在屏幕上能一次顯示計數值，當輸入第N倍數個脈沖后OUT0變低電平，TPC-USB平臺上的LED燈由亮變滅，其余脈沖OUT0都是高電平

3、，LED燈都處于亮狀態；(5) 計數器方式3實驗：連接PC與TPC-USB平臺，用微機實驗軟件運行程序，TPC-USB平臺上的LED燈能周期性地亮滅，頻率為1Hz。二、實驗原理與硬件連線2.1 實驗原理1、8253定時/計數器芯片的內部結構：圖1 8253內部結構圖(1)數據總線緩沖器：三態雙向8位寄存器，與系統數據總線相連，可寄存以下3種數據：Ø CPU向8253/8254寫入的工作方式命令字；Ø CPU向計數寄存器寫入的計數初值；Ø 從計數器讀出的當前計數值。(2)讀/寫控制邏輯：接收CPU發來的讀、寫、片選和地址信號，選擇相應的寄存器，進行讀寫操作。(3)控

4、制字寄存器：接收CPU發來的控制字（只寫）。 控制字的功能：Ø 選擇計數器；Ø 確定計數器的工作方式；Ø 確定計數初值的格式（高低8位或16位）；Ø 確定計數格式：二進制或BCD格式。(4)計數器 02：3個結構相同、相互獨立的計數器。每個計數器包含一個16位初值寄存器、一個16位減1計數器和一個16位輸出鎖存器。計數器內部結構如下圖所示：計數開始前需寫入初值。同時該值被送入減1計數器。MAX = 216-1。計數過程中，初值寄存器中的值保持不變。鎖存減1計數器的值，以供讀出和查詢。若想獲取當前計數值，不能直接從減1計數器讀出，而是必須先鎖存，再從鎖存器

5、讀出。條件滿足時，每個CLKê計數減1。減為0時，OUT 端輸出波形。2、8253的工作方式：8253A一共有6種工作方式：方式0計數期間低電平輸出（GATE高電平時計數）方式1計數期間低電平輸出（GATE上升沿重新計數）方式2周期性輸出負脈沖方式3周期性輸出方波方式4軟件觸發輸出單脈沖方式5硬件觸發輸出單脈沖6種工作方式的區別在于：Ø 輸出波形不同。Ø 啟動計數器的觸發方式不同。Ø 計數過程中門控信號GATE對計數操作的影響不同。本次實驗要用到的是方式2和方式3：(1)方式2周期性輸出負脈沖：1） 向計數器寫入方式2控制字后，WR的上升沿使OUT信號變

6、高。寫入初值后，在CLK下降沿進行減1計數。減為1時，OUT變低并維持一個周期，然后又變高，并自動裝入初值重新計數。工作時序如圖2所示。圖2 方式2特點1工作時序2） GATE為高電平允許計數，為低電平終止計數。待GATE恢復高電平后，計數器將按原來設定的計數值重新計數。工作時序如圖3所示。圖3 方式2特點2工作時序3） 若在計數過程中寫入新的計數初值不會影響正在進行的計數過程，必須等計數器減到1之后，計數器才裝入新的計數初值，并按新的初值進行計數。工作時序如圖4所示。圖4 方式2特點3工作時序(2)方式3周期性輸出方波：初值為偶數的工作時序如圖5所示。寫入方式字后，OUT信號變高。寫入初值后

7、開始減1計數；減到 n/2 時，OUT變低繼續計數；減到0時，OUT變高，并自動裝入初值重新計數。圖5 方式3計數初值為偶數的工作時序3、8253的編程：(1)8253的方式控制字：實驗中：計數器方式2實驗：將計數器0設置為方式2 對應的方式控制字：00010100B=14H;計數器方式3實驗：將計數器0設置為方式3 對應的方式控制字：00110110B=36H； 將計數器1設置為方式3 對應的方式控制字：01110110B=76H；(2)8253的初始化編程：初始化編程分兩步，即對所用到的計數器寫方式控制字；將計數初始值寫入相應的計數器。方式控制字要送到控制端口，即對應A1A0=11。計數初

8、值要送到相應的計數器端口：計數器0的初值要送到A1A0=00所對應的端口；計數器1的初值要送到A1A0=01所對應的端口；計數器2的初值要送到A1A0=10所對應的端口。2.2 硬件連線(1)計數器方式2實驗的連線如圖6所示：CS接端口地址280H287H，CLK0接單脈沖按鈕，GATE0接+5V電源，OUT0接LED燈。圖6 TPC-USB平臺計數器方式2實驗連線圖(2)計數器方式3實驗的連線如圖7所示：CS接端口地址280H287H，GATE0、GATE1接+5V電源，CLK1與OUT0連接，CLK0接1MHZ的時鐘脈沖。圖7 TPC-USB平臺計數器方式3實驗連線圖三、設計思路、步驟和程

9、序流程圖3.1 設計思路本次實驗做的是計數器實驗，需要用到8253定時/計數器芯片，了解芯片的內部結構后，理解芯片的計數原理，8253芯片的工作方式有多種，所做的實驗是方式2和方式3，理解了工作方式后，便可根據8253芯片的初始化編程步驟畫出程序流程圖，再根據流程圖，寫出實驗程序。根據實驗連接圖連接好電路，運行程序，便可達到計數和計時的目的。本次實驗采用方式2而不是方式0的原因：項計數器寫入方式2控制字后，OUT端輸出高電平作為起始電平。寫入計數初值后，計數器開始在CLK時鐘下降沿進行減1計數；當減到1時，OUT端將由高電平變為低電平并維持一個CLK周期寬度，然后OUT又變為高電平。并自動重新

10、裝入原計數初值，重新開始計數過程。這剛好與實驗內容相符，而方式0是自動減1的，而且無法自動重新裝入原計數初值。計數器方式3實驗的原理：計數器0工作在方式3下，方式3的特點是輸出方波，由于初始值為1000，所以相當于CLK0輸出1000個脈沖后，OUT0輸出一個方波；相對的，計數器1也工作在方式3下，初始值也為1000，相當于OUT0輸出1000個方波后，OUT1才輸出一個方波，歸結起來，CLK0的頻率是OUT1頻率的1000000倍，所以最后輸出的方波頻率為1HZ。3.2 實驗步驟(1) 按圖6連接好實驗電路；(2) 根據圖8流程圖編寫程序，并運行；(3) 用手動開關逐個輸入單脈沖，觀察屏幕顯

11、示結果和TPC-USB平臺上LED燈亮滅狀態；(4) 按圖7連接好實驗電路；(5) 根據圖9流程圖編寫程序，并運行；(6) 觀察TPC-USB平臺上LED燈亮滅狀態，和亮滅的頻率。3.3 程序流程圖圖8 TPC-USB平臺計數器方式2實驗流程圖圖8 TPC-USB平臺計數器方式3實驗流程圖四、程序清單與執行結果4.1 程序清單(1)計數器方式2實驗：code segment assume cs: codestart: mov al,14h ;設置8253通道0為工作方式2,二進制計數 mov dx,283h out dx,al mov al,14h mov dx,280h out dx,alA

12、A: ;mov al,0000000 ;鎖存 ;mov dx,283h ;out dx,al mov dx,280h in al,dx ;讀鎖存器 cmp al,9 ;判斷是否小于9 jbe PRINT mov ah,0 mov bl,10 div bl push ax mov dl,al add dl,30h ;將十位的數字轉換成ASCII碼 mov ah,2 ;顯示十位 int 21h pop ax mov al,ah PRINT: add al,30h ;將小于9的數字轉換成ASCII碼 mov dl,al mov ah,2 ;顯示存在dl中的個位 int 21h mov dl,0dh

13、;換行,回車 mov ah,02h int 21h mov dl,0ah mov ah,02h int 21h mov ah,06h ;判斷有無鍵按下 mov dl,0ffh int 21h jz AA ;若無，則繼續計數輸出 mov ah,4ch ;否則，退出 int 21h code endsend start(1)計數器方式3實驗：code segmentassume cs:codestart: mov dx,283h ;向8253寫控制字mov al,36h ;使計數器0為工作方式3out dx,almov ax,1000 ;寫入循環計數初值1000mov dx,280hout dx,

14、al ;先寫入低字節mov al,ahout dx,al ;后寫入高字節mov dx,283hmov al,76h ;使計數器1為工作方式3out dx,almov ax,1000 ;寫入循環計數初值1000mov dx,281h out dx,al ;先寫低字節mov al,ahout dx,al ;后寫高字節mov ah,4ch ;程序退出int 21hcode endsend start4.2 執行結果(1)計數器方式2實驗：連接好的實驗電路圖，如圖10所示：圖10計數器方式2實驗電路連接實物圖用手動開關逐個輸入單脈沖，觀察屏幕上顯示的內容，計數從20開始，每按一次開關，計數減1，減到1

15、后，又從20開始計數，如圖12、13、14所示；并同時用TPC-USB平臺上的LED燈觀察OUT0電平變化，當輸入第20倍數個脈沖后OUT0變低電平，LED燈由亮變滅，其余脈沖OUT0都是高電平，LED燈都處于亮狀態，如圖10所示。 當計數減到1時，輸出從高電平變成低電平，LED燈滅，如下圖11所示。之后再從20開始計數，如上圖1220這些圖所示。 圖11 計數值為01時的LED燈的情況當鍵盤有鍵按下時，程序退出，如下圖21所示：圖21 程序退出圖(2)計數器方式3實驗：連接好的實驗電路圖，如圖22、23所示：運行程序，觀察TPC-USB平臺上的LED燈觀察OUT1電平變化，發現LED等周期性

16、地亮滅，頻率為1Hz。五、程序調試說明和實驗感想5.1 調試說明(1)因為方式3的實驗比較簡單，我們先做的是方式3的，在程序運行時，就是無法達到理想的實驗結果，剛開始我還以為是代碼的問題，但在我按照流程圖從頭到尾比對之后，感覺代碼應該沒什么問題，而實驗箱我們又沒什么辦法檢測它是不是正常工作，在考慮了幾分鐘之后，找不出問題的我們只好找老師來幫忙看看代碼是否有問題，如果代碼沒什么問題，那問題大概就出在實驗設備上，結果老師一看，說代碼應該沒什么問題，讓我們把代碼拷到另外講臺上的設備上去試試。結果不出所料，是設備問題。在此我不得不對學校的實驗設備感到深深的無力感，因為學校里的實驗設備的芯片每次實驗基本

17、都是10個里有5個左右是壞的，這對我實驗的順利進行造成很大的阻礙，而且會浪費很多時間。(2)在經過老師的指導之后，我們重新寫了一份方式2的實驗代碼，結果運行時輸出的是F6、I5之類的結果，對此我感覺應該是和8259中斷實驗時一樣的問題，寄存器的使用上出了問題，但當時因為時間的緣故，我已經來不及修改，只好回來之后再解決。回來之后，我沒有在原來的基礎上對代碼進行修改，而是憑借對實驗的理解以及流程圖，重新又寫了一份，寫的時候我特意注意了一下寄存器的使用，然后將寫好的新的和實驗室寫的舊的進行比較，從而確定問題的大致所在，再進行細致的處理。5.2 實驗感想與收獲因為上次做8259中斷實驗準備不足，再加上匯編基礎比較差，所以在代碼編寫方面花了很多時間，于是這次就動力點小心思，在晚上找到有關這個實驗的代碼，拷貝過來，看懂，應付實驗。對于方式3這樣比較簡單的實驗，這個方法的確不會露餡，但對于方式2，這種方法就有點捉襟見肘了，特別是網上找的代碼不是十分精簡，盡管完善，但有點繞了，當時沒繞出來，浪費了很多時間。后來老師呵斥我們之后，在臺上向我們講解實驗的思路以及如何按照流程圖編寫匯編代碼之后，我才發現其實這實驗還是很簡單的嘛，我只要按照流程圖來就好了嘛，干嘛去投機取巧，結果卻偷雞不成蝕把米呢。而且通過這次實驗，我對實驗的流程