第10章計數器/定時器和多功能接口芯片湖南中醫藥大學王志輝本章重點為:8253/8254的編程結構；8253/8254的兩類控制字；8253/8254必須遵守的編程原則；8253/8254的兩類編程命令；8253/8254的6種工作模式的特點；82380的功能結構；82380的中斷模塊。定時器：在時鐘信號作用下，進行定時的減“1”計數，定時時間到（減“1”計數回零），從輸出端輸出周期均勻、頻率恒定的脈沖信號。定時器強調的是精確的時間或時間間隔。定時舉例：

①一天24小時的計時，稱為日時鐘。②在監測系統中，對被測點的定時取樣。③在讀鍵盤時，為去抖，一般延遲一段時間，再讀。④在微機控制系統中，控制某工序定時啟動。概述

計數器：

在外設脈沖信號作用下，進行減“1”計數，計數次數到（減“1”計數回零），從輸出端輸出一個脈沖信號。它主要反映脈沖的個數（進而獲知外設的某種狀態）。

計數舉例：①對零件和產品的計數；②對大橋和高速公路上車流量的統計等等。定時控制在微機系統中具有極為重要的作用，計數是許多過程控制領域常用的功能。它們都是由數字電路中的計數電路構成。在分時操作時作為中斷切換可以輸出精確的定時信號給I/O設備作為可編程的波特率發生器實現時間延遲或測量外部事件的時間對外部事件計數計數器、定時器的基本作用利用微處理器執行一個延時程序段實現不用硬件，但占用CPU時間、定時精度不高，隨系統時鐘頻率改變優點：不需添加硬件設備，只需編制有關延時程序缺點：增加CPU的開銷，時間越長，開銷越大，浪費CPU資源1.軟件定時定時功能的實現方法有三種（1+2）采用分頻器、單穩電路或簡易定時電路控制定時時間定時電路簡單、定時時間可以在一定范圍改變2.不可編程的硬件延時軟件硬件相結合、用可編程定時器芯片構成一個方便靈活的定時電路具有多種工作方式、能夠輸出多種控制信號3.可編程硬件定時

主要思路：計數器/定時器開始工作，此時CPU不必過問它的工作，而可以去作別的工作。計數器/定時器計數或定時達到確定值時，可以自動產生一個輸出。優點：計數或定時時，不占用CPU，并且利用計數/定時器產生中斷信號，還可以建立多作業環境，提高了CPU的效率?？删幊逃嫈灯?定時器具有兩種功能：一是作為計數器，設置好計數初值后，計數器被啟動，便開始減1計數，當減為0時，輸出一個信號；二是作為定時器，設置好計數初值后，啟動減1計數，按定時常數不斷的輸出為時鐘周期整數倍的定時間隔。3.可編程硬件定時

2、8253定時與計數器與CPU的關系8253定時與計數操作過程與CPU相互獨立，并行操作。

3、8253定時與計數結束時產生的脈沖信號可用于對某一事件進行控制，也可作用為一外部終端請求信號。8253在微機系統中可用作定時器和計數器。定時時間與計數次數是由用戶事先設定。W9-111主動工作態：總線主模塊

在主動工作狀態下，DMAC取代處理器CPU，獲得了對系統總線的控制權，成為系統總線的主控者，向存儲器和外設發號施令。被動工作態：總線從模塊

在被動工作狀態下，DMAC接受CPU對它的控制和指揮。例如：對DMAC進行初始化編程以及從DMAC讀取狀態等。簡述DMAC的2種工作狀態?簡述8237A的內部寄存器的類型和作用分別是什么?名稱位數數量功能當前地址寄存器164保存在DMA傳送期間的地址值，可讀寫當前字節計數寄存器164保存當前字節數，初始值比實際值少1，可讀寫基地址寄存器164保存當前地址寄存器的初始值，只能寫基字節計數寄存器164保存相應通道當前字節計數器的初值工作方式控制寄存器84保存相應通道的方式控制字，由編程寫入命令寄存器81保存CPU發送的控制命令狀態寄存器81保存8237A各通道的現行狀態請求寄存器41保存各通道的DMA請求信號屏蔽寄存器41用于選擇允許或禁止各通道的DMA請求信號暫存寄存器81暫存傳輸數據，僅用于存儲器到存儲器的傳輸DMAC8237A有哪幾種工作方式?1.單字節傳輸方式

每傳送一個字節，便釋放系統總線；若DREQ回到有效電平，則可繼續發送總線請求2.塊傳輸方式

可連續傳送多個字節。兩種結束方式：當字節計數器減為0時，使EOP信號有效；接口往EOP端送入有效電平，8237A釋放總線3.請求傳輸方式

每傳送1個字節，則對DREQ端進行測試。若DREQ端為無效電平，則暫停傳送，但仍繼續測試4.級聯傳輸方式將多個DMAC連在一起，一個為主，其余為從。從片收到外設的DMA請求后，不是向CPU申請總線，而是從片向主片申請，再由主片向CPU申請。屏蔽寄存器（只寫）用來禁止或允許通道的DMA請求。各通道相互獨立。復位使4個通道全被屏蔽。有單屏蔽寄存器和全屏蔽寄存器兩種形式：單通道屏蔽寄存器：每次只能屏蔽一個通道。14怎么實現DMAC的單通道開放功能?四通道屏蔽寄存器（全屏蔽寄存器）：可同時屏蔽4個通道。低4位全部置1，則屏蔽所有的DMA請求。低4位全部置0，則允許所有的DMA請求。1516與硬件的Reset信號功能相同。使得DMA控制器內部的命令寄存器、狀態寄存器、請求寄存器、暫存寄存器、字節指針都清0。使得屏蔽寄存器全置1，禁止所有的DMA請求。8237A執行復位命令后寄存器的值怎么變化?10.1可編程計數器/定時器的工作原理計數器/定時器的原理圖8253/8254的編程結構有三個計數器共用1個控制寄存器和1個狀態寄存器（只有8254有狀態寄存器）另外有計數初值寄存器和輸出寄存器每個計數器通過3個引腳（CLK、GATE、OUT）執行部件實際上是1個16位的減法計數器計數器的3個引腳CLK時鐘輸入信號——在計數過程中，此引腳上每輸入一個時鐘信號（下降沿），計數器的計數值減1GATE門控輸入信號——控制計數器工作，可分成電平控制和上升沿控制兩種類型OUT計數器輸出信號——當一次計數過程結束（計數值減為0），OUT引腳上將產生一個輸出信號8253/8254的外部信號三通道的16位定時/計數器;計數器的工作方式及計數常數分別由軟件編程選擇;可進行二進制或十進制計數或定時操作;最高計數頻率為2.6MHz，8254達10MHz;使用單電源+5V供電;輸入/輸出均與TTL電平兼容。8253/8254的外部信號8253/8254的編程結構（只有8254有狀態寄存器）計算機接口技術3．8253的管腳及功能計數器的門控信號輸入端GATE0~GATE2計數器的輸出端OUT0~OUT28253內部端口選擇線A1A0片選信號CS寫信號WR讀信號RD計數器的時鐘脈沖輸入端CLK0~CLK2數據線，雙向，三態D7~D0功能引腳8253/8254的I/O地址01000010010101001011001000010100110功能對計數器0設置計數初值CSRDA1A0WR對計數器1設置計數初值對計數器2設置計數初值設置控制字從計數器0讀出計數值從計數器1讀出計數值從計數器2讀出計數值10.38253/8254控制字、狀態字和編程命令控制字有兩類模式控制字計算機接口技術說明：⑴8253在工作前，必須先初始化，即先寫入控制字，通過設置控制字，可完成以下任務：選擇計數器；確定計數器讀寫格式；選擇計數器工作方式；確定計數的格式。⑵8253內部只有一個控制字寄存器，即只有一個控制端口地址。當三個計數器同時工作時，必須對三個計數器分別進行初始化。計算機接口技術對寫入計數初值的說明：先寫入控制字再寫計數初值；若初值是8位數，一次可完成初值的寫入。若初值16位，分兩次寫入（寫入方式按照控制字中的D5、D4進行）。每次寫入一個字節；不同計數器的計數初值寫到相應計數器通道中。（3）寫操作包括寫入控制字、寫入計數初值和鎖存命令。計算機接口技術（4）讀操作計數器在計數時，計數器的計數內容是動態變化的，需檢查當前計數值時要用到讀操作。步驟為：先向8253寫控制字（D5D4=00），鎖存當前計數值，再讀入。讀完后，鎖存功能自動失效。8254的鎖存控制字D7、D6、D0：固定值為110COUNT：若為0，鎖存計數器的當前值STAUS：若為0，鎖存計數器的狀態字D3、D2、D1：指出要鎖存的計數器狀態字OUT：若為1，表示OUT端為高電平NULLCOUNT：若為0，表示初值已經送入計數器D5~D0：與模式控制字的對應位含義相同8253/8254的狀態字8253/8254的編程命令編程命令包括兩類寫入命令，包括設置控制字命令設置初值命令鎖存命令讀出命令讀取計數器當前的值。對8254，還可讀取狀態字3.編程命令:編程有3條原則必須遵守：對計數器設置初始值前必須先寫控制字。初始值設置時，要符合控制字中的格式規定，即只寫低位字節還是只寫高位字節，或高低位字節都寫，控制字中一旦規定，具體初始值設定時就要一致。要讀取計數器的當前值和狀態字（僅8254），必須用控制字先鎖定，才能讀取。模式工作的基本原則：寫入控制字后，輸出端OUT進入初始狀態方式控制字設置后，在每個CLK脈沖的上升沿對門控信號GATE進行采樣、檢測在GATE有效的前提下，將計數初值寫入計數初值寄存器CR后，在下一個CLK脈沖的下降沿由CR的值自動置入計數執行部件CE計數單元的減1計數總是在CLK脈沖的下降沿進行48253/8254的工作模式計數器/定時器的工作模式指時鐘脈沖和門脈沖怎樣配合來產生輸出。8253/8254的工作模式6種工作模式計數結束產生中斷可重復觸發的單穩態觸發器分頻器方波發生器軟件觸發的選通信號發生器硬件觸發的選通信號發生器計算機接口技術工作過程寫入控制字，OUT立即變為低；寫入計數初值N到計數初值寄存器（CR），若GATE為高電平，下一個時鐘脈沖的下降沿將計數初值N裝入計數執行部件(CE)，才開始減1計數；GATE＝0時，暫停計數；當GATE＝1時，繼續計數；計數期間，OUT一直為低；當計數結束（計數值為0），OUT變為高，并一直保持。用途：方式0常用來對外部事件計數，利用OUT由低到高的變化產生中斷請求信號。

方式0計數結束中斷方式方式0：計數結束中斷①②⑤④⑥GATEOUTCLK

031244方式0WR①設定工作方式②設定計數初值④計數值送入計數器⑤計數過程⑥計數結束

1、方式0“一次有效”,計數結束產生中斷

1）、計數器寫完計數值時，開始計數，相應的輸出信號OUT就開始變成低電平。當計數器減到零時，OUT立即輸出高電平。18組11

3）、在計數器工作期間，如果重新寫入新的計數值，計數器將按新寫入的計數值重新工作。

2）、門控信號GATE位高電平時，計數器工作；為低電平時，計數器停止工作，計數值保持不變。18組118組2n=5CLKOUTWR①

543210圖8253的0方式時序波形WROUT③

n=998n=443210n=5WRGATEOUT②

54321044方式1特點①輸出OUT的寬度為計數初值的單脈沖；②輸出受門控信號GATE的控制，分三種情況：*計數到0后，再來GATE脈沖，則重新開始計數，OUT變低；*在計數過程中來GATE脈沖，則從下一CLK脈沖開始重新計數，OUT保持為低；*改變計數值后，只有當GATE脈沖啟動后才按新值計數，否則原計數過程不受影響，仍繼續進行，即新值的改變是從下一個GATE開始的。③計數值是多次有效的，每來一個GATE脈沖，就自動裝入計數值開始從頭計數，因此在初始化時，計數值寫入一次即可。用途：輸出穩態負脈沖信號

OUT端輸出負脈沖的寬度=計數初值N×時鐘脈沖寬度TCLK。方式1：可重復觸發的單穩態觸發器①②⑤④⑥①設定工作方式②設定計數初值③③硬件啟動④計數值送入計數器⑤計數過程⑥計數結束GATEOUTCLK

031244方式1WR2.模式1——可重復觸發的單穩態觸發器寫入控制字高電平檢測到GATE上升沿CR→CE，并開始計數計數為0，OUT變為高電平計數器第2個觸發上升沿計數初值N

2.

模式1

----另外一種解讀（GATE信號上升沿重新計數）

情況一：（1）寫入計數初值后，計數器并不立即開始工作；（2）門控信號GATE有效，才開始工作，使輸出OUT變成低電平；（3）直到計數器值減到零后，輸出才變高電平。見下圖中①。情況二：

在計數器工作期間，當GATE又出現一個上升沿時，計數器

重新裝入原計數初值并重新開始計數，見下圖中②。21組17

如果工作期間對計數器寫入新的計數初值，則要等到當前的計數值計滿回零且門控信號再次出現上升沿后，才按新寫入的計數初值開始工作，見下圖中所示③。21組121組16圖8253的1方式時序波形n=3WR③n=2OUT

3210210GATEn=4CLKGATEWROUT①

43210OUT②

4321GATE40計算機接口技術工作過程寫入控制字CW，OUT變高，并保持不變。寫入計數初值N，若GATE為高電平，則在下一個時鐘脈沖下降沿，將計數初值N裝入減1計數器CE，開始減1計數。當計數值減為1時，OUT由高變低，減為0時，OUT又變為高，即OUT輸出一個時鐘周期的負脈沖；同時，自動將計數初值N裝入計數執行部件CE，開始新一輪計數。用途：分頻器

若計數器的初值為N，則OUT輸出的波形頻率為時鐘脈沖頻率的N分之一。方式2分頻器

3.模式2——分頻器高電平GATE有效，立即將CR→CE，并開始計數計數為1，輸出1個負脈沖定時器兩種計數器同步方式：軟件同步硬件同步計算機接口技術工作過程寫入控制字CW，OUT變高，并保持不變。寫入計數初值N，若GATE為高電平，在下一個時鐘脈沖下降沿，將計數初值N裝入減1計數器CE，開始減1計數。當計數到一半時，OUT由高變低，減1計數器繼續計數，計數到0時，OUT由低變高。之后，周而復始地自動進行計數過程。當計數初值為偶數時，OUT輸出對稱方波；當計數初值為奇數時，OUT輸出不對稱方波。用途：方波發生器，也可作為分頻器。方式3方波發生器4.模式3——方波發生器高電平GATE有效，立即將CR→CE，并開始計數N為偶數，完全對稱的方波N為奇數，矩形波，高電平為3T定時器計算機接口技術工作過程寫入控制字CW，OUT變高，并保持不變。寫入計數初值N，若GATE為高電平，在下一個時鐘脈沖下降沿，將計數初值N裝入減1計數器CE，開始減1計數。當減1計數器的值為0時，OUT變為低電平，經過一個CLK時鐘周期，OUT變為高電平。

用途：產生單個負脈沖信號，負脈沖寬度為1個時鐘周期。方式4軟件觸發方式5.模式4——軟件觸發的選通信號發生器計數為0，輸出1個負脈沖高電平GATE有效，立即將CR→CE，并開始計數計數器靠寫入初值來觸發計數器工作計算機接口技術工作過程寫入控制字CW，OUT變高，并保持不變。寫入計數初值N，只有當GATE信號的上升沿到來后，在下一個CLK脈沖的下降沿，才將計數初值N裝入減1計數器，開始減1計數。當減1計數器的值為0時，OUT變為低電平，經過一個CLK時鐘周期，OUT變為高電平。

用途：產生單個負脈沖信號，負脈沖寬度為1個時鐘周期。方式5硬件觸發方式

6.模式5——硬件觸發的選通信號發生器高電平檢測到GATE上升沿CR→CE，并開始計數計數為0，輸出1個負脈沖第2個觸發上升沿5方式------單次負脈沖輸出（硬件觸發）

5方式工作特點是由GATE上升沿觸發計數器開始工作。①在5方式工作方式下，當寫入計數初值后，計數器并不立即開始計數，而要由門控信號的上升沿啟動計數。30組1

②在計數過程中（或者計數結束后），如果門控再次出現上升沿，計數器將從原裝入的計數初值重新計數。30組2CLKWROUT①

n=5GATE543210圖8253的5方式時序波形OUT②

GATE54543210使用注意最大初值0=65536CLK與OUT的周期區別在CLK的下降沿8253的各部件才產生改變模式0，4的gate是電平觸發，1，5為上升沿觸發（邊沿觸發器），2，3都可以賦初值后的下個CLK才裝到執行部件，開始計數計算機接口技術

8253工作方式總結：六種方式作用：方式0：可用來實現定時或對外部事件進行計數；方式1：可用來產生單脈沖；方式2：可用來產生序列負脈沖，每個負脈沖的寬度和CLK脈沖的周期相同；方式3：用來產生連續的方波。方式2、3都能實現對時鐘脈沖進行N分頻；方式4：產生一個負脈沖，可用來計數；方式5：與4波形相同，產生一個負脈沖，可用來計數；58253/8254的應用舉例（自學）用8253/8254為A/D子系統提供采樣信號的例子：CLK1的頻率為F/NOUT1的負脈沖寬度為MNOUT0的脈沖頻率為F/L10.6