1、PAGE 第九章 計數器和定時器概述在計算機系統中經常要用到定時信號，可用硬件和軟件兩種方法來獲得。延時子程序是常用的軟件方法，當延長數比較大時，常常將延時子程序設計為循環程序。軟件延時優點是節省硬件，缺點是CPU一直被占用降低效率。如用硬件延時可用555等定時器芯片，可編程則用定時器計數器82538254等。方法是根據需要的定時時間，用指令對定時器設定定時常數,并用指令啟動定時器,于是開始計數,定時到產生輸出,突出的優點是不占用CPU的時間.9.1可編程計數器定時器的工作原理計數器與定時器的主要差別:作為計數器,減”1”到0后,輸出一個信號便結束;作為定時器時,則不斷產生信號.具體說,C/T

2、有如下用處:多任務分時系統中用來作為中斷信號實現程序的切換.可以往IO設備輸出精確的定時信號.作為一個可編程的波特率發生器.實現時間延遲.圖9.0是典型的計數器定時器原理圖大方框中有:4個寄存器(初始值寄存器,計數輸出寄存器,控制寄存器和狀態寄存器),它們都可被CPU訪問.輸入信號中有一個時鐘(CLK),它決定了計數速率.還有一個門脈沖(GATE),它是由設備送來的,作為對時鐘的控制信號.計數到達”0”時,輸出端OUT有信號,可作中斷請求信號,也有用來啟動一個外設的輸入輸出操作.任何時候都可將計數器的值傳輸到計數輸出寄存器中而被讀出,讀出過程不會干擾計數,因而計數輸出寄存器起到了一個緩沖作用.

3、計數到達”0”時,一方面會在輸出引腿OUT上輸出一個信號,另一方面還會在狀態寄存器的對應位上反映出來.既可請求中斷,也可供軟件查詢.控制寄存器可用來控制工作模式,即門脈沖和時鐘脈沖怎樣配合產生輸出模式:門脈沖控制時鐘輸入,門脈沖到來時,時鐘有效.門脈沖結束時,時鐘無效.用門脈沖來重新啟動計數.用門脈沖停止計數,原來在計數,門脈沖一來,停止計數,OUT為高電平.單一計數,與門脈沖沒有關系(但須有效電平),計數到0,輸出停止.循環計數,計數到0,輸出信號,又從初值寄存器獲得初值,開始新的計數過程. 計數初值時鐘頻率TT為時間片的長度.9.2可編程計數器定時器82538253的結構和工作原理編程結構

4、Intel8253是NMOS工藝制成的可編程計數器定時器,最高計數速率為2.6MHz， 圖9.1是8253的編程結構圖8253內部有3個計數器，分別為計數器0，1，2，相互獨立工作。每個計數器內有一個計數初值寄存器CR、計數執行部件CE、輸出鎖存OL它們都是16位寄存器，但也可作為8位寄存器用。CPU可以通過輸入輸出指令訪問8253內部寄存器。8253的工作原理圖9.3是8253的工作原理圖圖9.4給出了8253的引腿圖計數器0，計數器1，計數器2每個計數器包含一個16位的初值寄存器，計數執行部件和一個鎖存器。各計數器的外部輸入輸出信號如下：計數器0：CLK0計數器0的時鐘輸入。 GATE0計

5、數器0的門脈沖控制輸入。 OUT0計數器0的輸出。計數器1、計數器2（略）總線數據緩沖器（3方面功能）。（通過它）往計數器設置計數初值。從計數器讀取計數值。往控制寄存器設置控制字讀寫邏輯電路A1、A0用來對3個計數器以及控制寄存器進行尋址RD、WR、CS含義明了。控制寄存器A1A011時，選中控制寄存器，可寫入控制字。表9.5 8253輸入信號與各功能的對應關系上表兩點說明：除了表中7種信號組合外，其它組合下，數據總線為高阻狀態。A1A0=11時，第一次寫入的一定是控制字，此后寫入的作為鎖存命令。2. 8253控制寄存器的格式圖 8253的控制寄存器的格式BCD位：1計數值為BCD碼格式，0為

6、二進制格式M2、M1、M0為模式選擇，共6中模式（05）RW1、RW0：讀寫指示位00對計數器進行鎖存操作，以便讀出。01只讀寫低8位字節10只讀寫高8位字節11先讀寫低8位字節，再讀寫高8位字節SC1、SC0：用來選擇計數器00計數器0 01計數器1 10計數器2 11無意義3. 8253的編程命令因為8253的控制寄存器和3個計數器分別具有獨立的編程地址，并且控制器本身的內容又確定了所控制的寄存器序號，所以編程沒有太多嚴格的順序規定。遵守下列兩條即可：對計數器設置初值前必須先寫控制字初值設置時，要符合控制字中的格式規定(即只寫高位還是只寫低位等)。編程命令有兩類，讀出命令和寫入命令：讀出命

7、令讀出命令用來讀取計數器當前的值。寫入命令（有3個）設置控制命令字:用來選擇計數器設定工作模式和計數格式.設置初始值:用來給出計數初值(8位或16位),16位要用兩條輸出指令.鎖存命令: 配合讀出命令,讀計數值時,先要將計數值在輸出鎖存器中鎖住.4. 8253的工作模式(共6種),共同原則如下:控制字寫入計數器時,所有控制邏輯電路立即復位,輸出端OUT進入初始態初始值寫入后，要經過一個時鐘上升沿和一個下降沿，執行部件開始計數通常門控信號在時鐘CLK的上升沿被采樣，門控信號觸發方式有邊沿和電平觸發兩種。模式0、4電平觸發；模式1、5上升沿觸發，2、3均可。 表7.2是經過歸納的各工作模式下受門控

8、信號影響的情況CLK的下降沿計數器作減1計數。0是計數器能容納的最大初始值。6種模式逐一介紹如下：模式0計數結束產生中斷8253作計數器用時一般工作在模式0，特點如下：控制字寫入后OUT起始電平為低電平,保持到計數達0,轉高電平直到寫入新計數值控制字和計數初值寫入后必須等下一個CLK,初值才送執行部件門控GATE=1并獲計數初值開始計數,此時GATE0則停止計數,但門控不影響OUT電平,所以計數時如有一段時間GATE=0, OUT低電平相應延長.計數過程中又有新計數值輸入,下一個CLK起按新計數值計數.2字節初值如在GATE=0時寫入初值,當GATE=1時計數開始,N個CLK后轉高電平圖9.4

9、模式0的時序圖模式1可重復觸發的單穩態觸發器寫入控制字后OUT起始低電平，GATE上升沿到來時下一CLK起OUT變低，直到計數到0計數到0，OUT轉高，直到下一次觸發后第1個CLK來前。如果計數初值為N，輸出OUT產生持續N個CLK的負脈沖。模式1可以重復觸發,一個負脈沖結束后,又來一個門控上升沿,重復上述過程如在輸出脈沖期間又來一個門控上升沿,則從下一CLK起又從初值減1延長如在輸出脈沖期間又寫入新計數值,當前輸出不受影響,除非又來一個門控信號,觸發后按新計數初值減1計數.圖9.5模式1的時序圖模式2分頻器控制寫入OUT高起始,計數值入下一CLK減1計數,減到”1”,OUT變低電平完成一次計

10、數后輸出OUT又為高電平,開始一個新的計數過程,周而復始對于初值N,輸出周期為N的信號,N-1高電平,1低電平門控GATE=1 時計數進行,=0停止計數.如在輸出脈沖期間GATE0,OUT仍將高電平,但下一CLK重新計數用門控信號來硬件同步.在計數器寫入控制字和初值后,如果GATE一直高電平下一CLK開始計數經過N-1個CLK,OUT變低,這種通過寫入初值同步為軟件同步.如計數期間寫入新計數值,GATE一直處于高電平,OUT不受影響,但下一輸出周期中按新計數值計數在計數到1之前,如寫入新計數值,GATE又出現上升沿,下一CLK按新計數圖9.6模式2分頻器的時序圖模式3方波發生器模式3和模式2類

11、似,但輸出為方波或者基本對稱的矩形波控制字輸入后OUT高起始電平,寫入計數值下一CLK開始計數,計到一半,OUT變低,直到計數終值又變高,產生周期N的輸出信號N為偶數,對稱方波,N為奇數時,高電平(N+1)/2,低電平(N1)/2GATE=1計數進行，0計數停止.OUT低時GATE變低OUT立即變高計數停止.在GATE又變高后,下一CLK開始重新計數.硬件同步.如果門控GATE一直高電平,寫入控制和計數值后下一CLK軟件同步正在計數時寫入新計數值不影響當前周期,但若又受門控上升沿下一CLK按新值計數.圖9.7是模式3的時序圖模式4軟件觸發的選通信號發生器控制字寫入后OUT高起始,計數值寫入后一

12、個CLK開始計數,減到0時OUT變低,維持1個CLK后,又變恒高,此負脈沖可作選通信號.計數初值到計數初值寄存器后,下一CLK開始計數,N個CLK后出1個負脈沖GATE=1進行計數,=0停止計數,輸出維持當時電平,只有減為0時才有負脈沖如計數時又寫入新計數值,下一CLK(雙字節從第2字節后)軟件同步模式4時主要靠寫入初值,來觸發計數器,產生負脈沖軟件觸發選通信號圖9.8模式4軟件觸發選通脈沖發生器模式5硬件觸發的選通信號發生器控制字寫入后OUT高起始,計數值寫入后必須有門控上升沿到來,才在下一CLK開始計數,計數到0時,輸出寬度為1個CLK的負脈沖:硬件觸發選通脈沖如計數初值為N,遇到門控上升

13、沿再過1個CLK,計數到N后輸出負脈沖.如果計數過程中,GATE又來上升沿,再過1個CLK,重獲計數初值減到0止如在計數中寫入新值,但無觸發脈沖,當前輸出周期不受影響,再受觸發時,按新初值計數.如在計數過程中寫入新值,本周期結束前又受觸發,則下一CLK圖9.9是模式5的時序圖可見模式5和模式4很相似，4用軟件觸發，5用硬件觸發。各工況兩點注意：時鐘周期和輸出周期的區別,輸出周期是OUT的輸出波形.8253的輸出波形都是在時鐘周期下降沿時產生電平的變化盡管8253有6種工作模式,從輸出端看,仍不外乎計數器 定時器.8253應用舉例例子,用8253級聯定時圖9.10 8253級聯定時應用要求825

14、3的OUT1發光二極管，亮1秒，熄滅1秒； OUT2發光二極管，亮2秒，熄滅2秒8253各通道地址為：FFE9HFFEFH,試編程。計數器0的CLK0來自2MHz經D觸發器轉化為T觸發器2分頻，OUT0作為計數器1、2的時鐘,CLK1、CLK2初始化程序段：通道0的控制字為：00 11 010 1B=35H通道1的控制字為：01 11 011 1B=77H通道2的控制字為：10 11 011 1B=0B7H地址分別為：0FFE9H0FFEFH各通道計數初值分別為：通道0計數初值(BCD碼)：2000通道1計數初值(BCD碼)：1000通道2計數初值(BCD碼)：2000 程序段如下：MOV D

15、X,0FFEFHMOV AL,35HOUT DX,AL ;寫通道0的控制字MOV AL,77HOUT DX,AL ;寫通道1的控制字MOV AL,0B7HOUT DX,AL ;寫通道2的控制字MOV DX,0FFE9HMOV AL,00OUT DX,AL ;寫通道0的計數初值低8位MOV AL,20HOUT DX,AL ;寫通道0的計數初值高8位MOV DX,0FFEBHMOV AL,00OUT DX,AL ;寫通道1的計數初值低8位MOV AL,10HOUT DX,AL ;寫通道1的計數初值高8位MOV DX,0FFEDHMOV AL,00OUT DX,AL ; 寫通道2的計數初值低8位MO

16、V AL,10HOUT DX,AL ;寫通道2的計數初值高8位1用8254測量外部頻率計數器0 方式0；計數器1 方式1；計數器2 方式0計數器2的GATE2恒為高電平，一旦寫入控制字OUT2即為初始低電平，寫入計數初值后開始計數，OUT2保持低電平直到計數到0，轉為高電平，不再變化。OUT2作為GATE1，計數器1被GATE1高電平觸發后，輸出單穩態負脈沖，此脈沖經過反相器變正脈沖后后作為GATE0。計數器0寫入計數初值后，等待GATE0成為高電平，GATE0高電平期間計數器0計數，GATE0降為低電平后停止計數，停止計數后讀取計數器0的計數值，頻率可求。例2用8253進行外部事件計數，要求

17、：用計數器0外部事件計數，計滿350向CPU發中斷請求利用計數器1產生頻率為1kHz的正弦波利用計數器2產生寬度為0.5ms的單穩態脈沖從圖上看出，端口地址為18H1EH,外部事件CLK0輸入計數器0工作在方式0，計滿350從OUT0發中斷請求計數器1輸入時鐘2MHz，方式3，產生1kHz方波計數初值為：1ms/0.5s=2000，有源濾波后成正弦波計數器2方式1，初值為500s0.5s1000 BCD碼計數器0的計數初值為350，地址為18H計數器1地址為1AH；計數器2地址為1CH;控制口1EH;初始化程序如下：MOV AL,31HOUT 1EH,AL;寫計數器0控制字MOV AL,50HOUT 18H,AL;寫計數器0計數初值低8位MOV AL,03HOUT 18H,AL;寫計數器0計數初值高8位MOV AL,77HOUT 1EH,AL;寫計數器1控制字MOV AL,