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1、第8章 计数器/定时器,计数器与定时器概述可编程计数器/定时器8253 定时器/计数器8253内部结构 8253的引脚功能 8253的控制字 8253的工作方式 8253编程举例 8253应用举例,8.1 计数器与定时器概述,1.计数功能对事件的个数进行计数。正计数：关心记录事件的次数。倒计数：关心预先设定事件次数发生完的时刻。可由硬件计数器实现，事件作为计数器的时钟，此时事件的出现频率不一定一成不变。,2.定时功能,取得给定的时间间隔。延时：某事件发生后间隔一定时间的时刻。时标：给定时间间隔的连续脉冲。可由硬件计数器来实现，一定频率的信号作为计数器的时钟，如果只计数到就终止，即为延时。如果连
2、续不断的计数即可输出时标。,3.计数器/定时器的用途,计数功能作为计数个数到中断信号。记录外部特定事件发生的个数。定时功能作为周期性定时中断信号。用于分时性操作系统。用作系统时钟基准。作为一个可编程波特率发生器。用于异步串行通讯。作为I/O设备输出定时信号。实现外设与CPU的同步。节约CPU的时间延时。作为音源。,8.2 可编程计数器/定时器8253,8.2.1可编程计数器/定时器工作原理1、计数功能设置计数初值，按减1或加1计数，减到0或加到溢出时输出一个信号，标志预置的计数值到。此时输入的计数脉冲的间隔不一定是固定的。计数功能关心的是计数脉冲的个数，而非脉冲的时间间隔。2、定时功能设定时常
3、数（计数初值），对输入的周期性脉冲进行减1或加1计数，计数为0时输出定时到脉冲，若连续计数便可按定时常数输出时钟周期整数倍的定时间隔信号。定时功能关心的是计数初值的写入时间与脉冲输出的时间间隔，要求输入的脉冲具有固定的频率。,8.2.2 定时器/计数器8253内部结构,Intel 8253是具有三个通道的16位定时器/计数器，可由软件设定6种工作方式。8253内部有三个独立的计数器通道：计数器0、1、2，结构完全相同。每个通道有6种工作方式，由控制寄存器选择。控制寄存器为8位，计数初值计数器CR16位，计数执行部件CE16位，计数输出锁存器OL16位。计数执行部件为16位的减法计数器，但16位
4、寄存器都可用于8位，便于与8位数据总线相连。每个通道可对外部输入CLK进行二进制或十进制减1计数。计数由引脚GATE控制。计数器归0时由OUT引脚输出信号。,8253的内部结构,8253内部每个计数器通道的结构图,8.2.3 8253的引脚功能,8253具有24个引脚，各引脚功能如下：D7D0 数据总线，双向三态，可直接与计算机系统数据总线相连。RD 读信号，输入，低电平有效，若有效则CPU从8253内部读取数据.WR 写信号，输入，低电平有效，若有效则CPU将数据写入8253内部寄存器。CS 片选信号，输入，低电平有效，与计算机连接时分配有效地址。A1 A0 内部计数器选择信号。8253内部
5、有三个计数通道，使用4个端口地址。,8253引脚功能,CLK0、CLK1、CLK2 通道0、通道1和通道2的计数时钟输入端，下降沿使通道减1。GATE0、GATE1、GATE2 门控制，输入，高电平有效或上升沿有效，有效时才允许计数器对输入时钟进行计数。OUT0、OUT1、OUT2 通道输出信号，当计数器计数到“0”时由此引脚输出一信号。,8.2.4 8253的控制字及工作方式,1.8253控制字控制字必须写入控制口，说明如下：SC1 SC0 计数器通道选择0 0 通道00 1 通道11 0 通道21 1 非法,8253控制字,RW1 RW0 计数器读写选择 0 0 计数器锁存0 1 只读写低
6、8位1 0 只读写高8位1 1 先低8位，再高8位M2 M1 M0 计数器工作方式选择0 0 0 方式00 0 1 方式1x 1 0 方式2x 1 1 方式31 0 0 方式41 0 1 方式5BCD 计数器计数模式选择 0 二进制计数器1 BCD码计数器,2.8253 编程命令,因各计数器有自己的端口地址，所以没有太多顺序要求，但必须遵守两条规定：设置计数初值前必须先写控制字设置计数初值时要与控制字中的D5 D4位规定的读写指示一致。命令字共4个：写控制字命令设置计数初值（时间常数）命令读出命令，读出当前计数值锁存命令，配合读出命令，先锁住，再读出。,3.8253工作方式,模式0 计数结束产
7、生中断控制字写入后OUT即变为低电平，当计数器为0时，输出OUT变为高电平，并停止现行操作。计数初值写入后在下一个CLK下降沿才送入计数器，因此OUT要在CPU写入计数初值后经N+1个CLK之后才变高。当GATE变为低电平时计数停止，再变为高电平时计数继续进行。若计数过程中重新送入初值，则按新值重新计数。,模式1 可重新触发单稳态触发器,写入控制字后OUT变为高电平，GATE上升沿后，下一个CLK的下降沿使得OUT为低电平并开始计数，回零时OUT变为高电平。GATE再来一次上升沿后会再次使OUT变为低电平，计数器以初值重新计数。再次给通道写入时间常数，不影响现行操作过程，GATE再次触发后才按
8、新的时间常数操作。,模式2 分频器,写入控制字后OUT为高电平，输入时间常数后，下一时钟开始计数，减到1时输出变为低电平，经过一个CLK输出变为高电平，计数重新开始。GATE=1计数进行，GATE=0计数停止，且下一个CLK下降沿计数器重新赋初值，GATE变为高电平，计数重新开始。计数期间送入新值，GATE若维持高电平，本周期继续进行，下一个周期按新值计数操作。在计数计到1之前，若写入新值，而GATE又出现上升沿，则在下一个CLK下降沿，以新值重新计数。,模式3 方波发生器,写入控制字后OUT为高电平,输入时间常数后，下一时钟开始计数，计到一半时输出变为低电平，计到终值时变为高电平，并开始下一
9、次计数过程。若N为偶数，高低电平持续时间相等；若为奇数，则高电平持续时间为（N+1）/2，低电平持续时间为（N-1）/2。GATE=1计数进行，GATE=0计数停止，OUT立即为高，计数器重新赋初值，GATE变高，在下一个CLK下降沿计数重新开始。计数期间送入新值，本周期继续进行，下一个周期按新值计数。,模式4 软件触发选通信号发生器,计数器主要是靠写入初始值这个软件操作来触发计数器工作的，每次通过写入新的初始值使计数器重新开始工作。OUT平时为高电平，计数到0时，输出OUT 变低，一个时钟周期后又变高。即只有在计数到0时，才输出负脉冲作为选通信号。GATE=1允许计数，GATE=0禁止计数，
10、GATE不影响OUT电平输出。计数期间送入新的时间常数，则下一个时钟按新值重新计数。,模式5硬件触发选通信号发生器,写入控制字后OUT变为高电平，输入时间常数后由GATE上升沿启动计数。计数为0时输出一个时钟的负脉冲，并停止现行操作。计数过程中，若GATE又来一个上升沿，则下一个时钟计数器重新赋值计数。计数过程中写入时间常数，当前周期不受影响，只有下一个 GATE上升沿才启动新值计数。,8.2.5 8253编程举例,使用8253时，必须首先进行初始化编程，其步骤为：先向控制口写入控制字；再向每个通道端口地址写入计数初值：若规定只写低8位，则高8位自动置0；若规定只写高8位，则低8位自动置0；若
11、规定写16位，则先写低8位，再写高8位。最大计数初值0：二进制：216=65536BCD码：104=10000,例1：8253计数器工作于模式3，计数器初值15，时钟脉冲频率为2MHz，确定OUT端输出方波的特性。解：TCLK=1/2 s=500ns计数器初值15为奇数，输出分频波高电平宽度：TCLK(N+1)/2=4s输出分频波低电平宽度：TCLK(N-1)/2=3.5s,例2：设8253的口地址为40H 43H，如要求8253的通道1工作于方式3，按BCD码计数，计数值为十进制6000；通道2工作于方式2，按二进制计数，计数初值为390，试编程初始化8253。,MOVAL，67H；控制字0
12、1,10,011,1 通道1，只装高8位，方式1，BCD码OUT43H，AL；送通道1控制字MOV AL，60H；计数初值为6000，只装高8位，低8位自动赋0 OUT41H，AL MOV AL，0B4H；10，11，010，0 通道2，16位，方式2，二进制OUT 43H，AL；送通道2控制字MOV AX，390；OUT 42H，AL；先写计数初值低8位MOV AL，AH；OUT 42H，AL；后写计数初值高8位,8253的读操作方法及编程举例,为了对计数器的计数值进行显示或实时处理，常需要读取计数通道的当前计数值，它是由CPU访问每个通道的计数值锁存器OL实现的。读当前计数值的端口地址和写
13、入计数初值的端口地址是相同的。读操作必须严格按控制字D5 D4位确定的格式进行：如果是8位计数，则 只 需 读一次；若是16位计数，则同一端口地址要读两次，第一次读入低8位计数值，第二次读入高8位计数值。8253有以下两种读当前计数值的方法,读之前先停止计数：可以在读之前用GATE信号控制计数器暂停计数，或由外部逻辑禁止所要读入的计数通道的CLK脉冲输入。如果不先停止计数，那么，分先后两次读入的高低字节的值可能不属于同一个16位计数值，所以最好先从外部禁止计数，然后执行类似如下程序读入（设8253的端口地址为E0H E3H）：IN AL，0E0H；读入通道0的低8位 MOV BL，AL IN
14、AL，0E0H；读入通道0的高8位 MOV BH，AL；读入的16位计数值存入BX中。,读之前先送计数值锁存命令：计数值锁存命令是控制字的一种特殊形式，需写入控制寄存器的端口地址。锁存命令的D7 D6位的编码决定所要锁存的计数通道，锁存命令的D5 D4必须为“00”（锁存命令标志）。锁存命令的低4位可以是全“0”。因此，三个计数器的锁存命令分别为：通道0是00H，通道1是40H，通道2是80H。例如，要读取通道2的计数值，程序如下：MOV AL，80H；10 00 0000B向通道2 发锁存命令OUT 0E3H，AL；锁存命令写入控制寄存器（锁住通道2的计数值）IN AL，0E2H；读通道2的
15、OL的低8位MOVBL，ALIN AL，0E2H；读通道2的OL的高8位MOV BH，AL,8.2.6 IBM PC/XT中的8253应用举例,8253的接口电路,8253与8088计算机连接说明,8253三个通道的时钟由PCLK经D触发器二分频得到，频率为：2.38636/2=1.1931816MHz,8253数据线D7D0接系统数据总线的低8位。8253的A1和A0分别接系统的A1和A0由74LS138，74LS30和74LS04译码选中8253,通道0定时OUT0接8259A的IR0，通道1刷新动态存储器，通道2控制扬声器发声。,通道0：为系统电子钟提供基准时间和软驱马达定时。计数器0为
16、模式3（方波发生器）GATE0固定高电平，OUT0作为中断请求接8259A中断控制器的IRQ0，OUT0输出时钟频率为1.19MHz/216=18.2Hz，即每秒产生18.2次输出信号，输出一个定时脉冲，产生一个中断请求（周期约55ms），计时软件据此计时。控制字为36H。通道1：作为DRAM刷新的定时信号。工作于模式2，计数值为12H=18（1.19MHZ/18分频），每隔15.12S产生一次刷新请求，此信号送到DMA 8237A-5的通道0，作为DMA请求信号。由8237A-5执行DMA操作完成DRAM一行的刷新。通道2：输出信号接扬声器，工作于模式3（方波发生器），初值为533H，方波频
17、率为1.19MHz/1331=894Hz,BIOS对8253的初始化程序,通道0：MOV AL，36H；控制字：00110110通道0，16位，方式3，二进制OUT 43H，AL；写入控制寄存器MOV AL，0；初值为0000H，计数65536次（最大）OUT 40H，AL；写入CR0的低8位计数值OUT 40H，AL；写入CR0的高8位计数值计数器0工作于方波发生器方式，对CLK（1.1931816MHz）进行65536分频。时钟周期Tc=1/1.19103 840ns计数器0的输出端OUT0接8259的IR0，每次归0产生一次中断请求，中断类型码由BIOS设置为8。OUT0端输出周期为T0
18、=840ns6553655ms，即每隔55ms定时时间发出一次中断请求。通道0的时间间隔是计算机系统时钟基础。OUT0端输出方波频率f0=1/T0 18.2，即每秒钟来18.2次中断。,通道1：,MOV AL，54H；控制字01010100 通道1，低8位，方式2，二进制OUT43H，AL；写入控制寄存器MOVAL，12H；初值为18OUT41H，AL；写入计数值低8位，高8位自动为0，通道1给DMA控制器提供时钟，用于定时（约15s）向DMA请求DRAM刷新，计数初值为12H。OUT1输出周期为：T1=840ns1815.12s，于是，2ms内可有132次刷新，大于IBM-PC/XT要求的D
19、RAM刷新在2ms内应有128次的规定。OUT1输出频率为f1=1/T1=66.1KHz的连续负脉冲。,通道2：,MOV AL，0B6H；控制字10110110 通道2，16位，方式3，二进制计数OUT 43H，AL；写入控制寄存器MOV AX，533H；初值为533HOUT 42H，AL；写入计数值低8位MOV AL，AH；OUT 42H，AL；写入计数值高8位。IN AL，62H；读入8255的B口数据MOV AH，AL；保护B口原值OR AL，03H；置1 PB1和PB0OUT 62H，AL；输出通道2：控制字为B6H，计数初值为533H=1331。OUT2输出方波周期T2840ns13
20、311.12ms，频率f2=1/T2=894Hz，894Hz的方波送至扬声器，驱动扬声器发声。扬声器发声还受8255的PB0和PB1控制。,8253应用举例,例：由8253的计数器0定时55ms 控制扬声器变调发声，响5.5秒后停止。说明8253计数器0的OUT0接8259A的IR0，由BIOS初始化，中断类型码为08H，并在完全嵌套方式下工作。8253计数器0由BIOS设置为模式3，定时时间为55ms。扬声器由8253的计数器2控制发声频率，发声允许由8255的PB0和PB1控制。,DOS功能调用25H号子功能为设置中断向量。入口参数AH=25H，AL=中断类型码DS:DX 中断服务程序入口
21、地址返回参数：无DOS功能调用35H号子功能为取中断向量入口参数AH=35H，AL=中断类型码返回参数ES:BX 中断服务程序入口地址中断服务程序为INT_08H保护现场和恢复现场；中断返回前要开中断并发EOI；中断返回IRET。每次定时器0中断使扬声器的发声频率的分频常数增加100，并使计数变量count增1。主程序查询count到100后停止扬声器发声，恢复中断向量，程序退出。,8253应用程序,data segmentold_int08h dd?count dw 0 constant dw 60 state db?data endsst_seg segment stack db 256
22、dup(?)st_seg endscode segmentassume cs:code,ds:data,Int_08h proc far;中断服务子程序 push ax push dsmov ax,datamov ds,axmov al,0b6hout 43h,almov ax,constantadd ax,100mov constant,axout 42h,almov al,ahout 42h,alinc countmov al,20h;发EOIout 20h,al,pop dspop axsti iretInt_08h endp;主程序main proc far mov ax,data m
23、ov ds,ax cli;关中断 mov ah,35h;取中断向量 mov al,08h int 21h mov word ptr old_int08h,bxmov word ptr old_int08h2,espush cs;设置新中断向量 pop ds mov ah,25h,mov dx,offset int_08h mov al,08h int 21h mov ax,data mov ds,ax;打开8255控制in al,61hmov state,al or al,3out 61h,alsti;开中断,;判断5.5S是否到main1:mov ax,count cmp ax,100 jc main1 mov al,state;恢复8255状态 out 61h,al mov ah,25h;恢复原中断向量 lds dx,old_int08h mov al,08h int 21h mov ax,4c00h;返回操作系统 int 21hmain endpcode ends end main,
