文章目录

• 定时与计数
• 微机系统中的定时类型
• 外部定时方法及硬件定时器
• • 定时方法
  • 外部硬件定时器
• 可编程定时/计数器82C54A
• • 82C54A的外部连接特性与内部结构
  • 外部连接特性
  • 内部结构
  • 82C54A的命令字
  • • 方式命令
    • 锁存命令
    • 读回命令（8253不具有这种功能）
    • 状态字
  • 82C54的工作方式与功能
  • • 0方式：事件计数器
    • 1方式：可编程单稳态触发器
    • 2方式：分频器
    • 3方式：方波发生器
    • 4方式：软件触发选通
    • 5方式：硬件触发选通
    • 82C54的输出基本波形
    • 82C54的启动方式与停止方式
    • 小结：6种工作方式的比较
  • 82C54A的计数初值计算及装入
  • 82C54A的初始化
• 定时/计数器的应用
• • 例题

定时与计数

1. 定时
   ① 一天24小时的计时，称为日时钟。
   ② 在监测系统中，对被测点的定时取样。
   ③ 在读键盘时，要去抖动。一般采用延迟一段时间（10ms-20ms）后再去读。

2. 计数
   ① 对零件和产品的计数。
   ② 对大桥和高速公路上车流量的统计，等等。

3. 定时与计数的关系
   定时的本质是计数，这里‘数’是时间单位，如s,ms,us,ns。
   因此，定时与计数本质上都是计数，但它们所计的‘数’来源是不同的。

微机系统中的定时类型

1. 定时系统

(1)内部定时：

• 产生运算器、控制器等CPU内部的控制时序
• 是CPU硬件决定，固定不变，小ns级。

(2)外部定时：

• 外设在实现某种功能时所需要的时序。如Centronics,A/D。
• 可由硬件（外部定时器）实现，也可由软件（延时程序）实现。

(3)外部定时和内部定时是相互独立的两个定时系统。

2. 时需配合

• 内部定时固定不变，外部定时随外设而变
• 对于微机系统，必须要依据计算机内部定时的规定来设计外部定时机构，使其既符合计算机内部定时的规定，又满足外部设备的工作时序要求，叫作时序配合。

外部定时方法及硬件定时器

定时方法

1. 软件定时
   是利用CPU内部定时机构，运用软件编程去循环执行一段程序而产生的等待延时。

• 优点：不需要增加硬件设备，只需编制相应的延时程序以备调用。
• 缺点：①CPU执行延时程序增加了CPU的时间开销。延时时间越长，CPU的效率也越低。
  ②受CPU主频的影响，通用性差

2. 硬件定时
   采用外部定时器进行定时。

• 优点：①是独立于CPU的定时，不占用CPU时间，定时时间可长可短，使用灵活。
  ②定时准确，定时时间不受主机频率影响，具有通用性，得到广泛的使用
• 缺点需要有硬件的支持

外部硬件定时器

1. 不可编程定时器

• 采用中小规模集成电路构成的定时电路，常见的定时器件有单稳触发器等，利用外接电容、电阻的组合，可实现一定范围的定时,电路简单。
• 连接好后，定时间隔和范围不便改变，不灵活。

2. 可编程定时器

• 定时间隔和范围可由程序设定或改变，使用灵活。
• 如Intel 82c54A。

可编程定时/计数器82C54A

定时原理

定时器三要素：
① 稳定、准确的震荡频率。
② 控制定时开始。
③ 定时时间到后输出的波型。

82C54A的外部连接特性与内部结构

外部连接特性

(1)面向CPU的信号线:

• 数据线:D0-D7
• 地址线:CS(片选信号)
  A0、A1(片内端口地址)
• 读/写线:RD(I/O读),WR(I/O写)

(2)面向I/O设备的信号线

• 时钟信号:CLK0-CLK2(输入)，用于计数脉冲
• 门控信号:GATE0-GATE2(输入)，用于定时/计数的启动/停止、允许/禁止
• 输出信号:OUT0-OUT2(输出)，用于定时/计数完成后的输出

面向CPU的信号线

1. 数据总线D0-D7：为三态输入输出线。用于将8253与系统数据总线相连。
2. 片选线CS：为输入信号，低电平有效。当为低电平时，CPU选中82C54,并可以对82C54进行读/写操作；当为高电平时，CPU没有选中82C54。CS由CPU输出的地址码经译码产生。
3. 读信号RD：为输入信号，低电平有效。
4. 写信号WR：为输入信号，低电平有效。
5. 地址线A1,A0:这两根线接到系统地址总线的A1,A0上，用于片内寻址。

面向I/O设备的信号线
6. 计数器时钟信号CLK：CLK为输入的计时脉冲信号。
7. 计数器门控选通信号GATE：为输入的计时启动、允许/禁止信号。
8. 数器输出信号OUT：为定时到的输出信号。

内部结构

82C54内部模块：6个模块，结构如下图示

各组成部分的含义：

1. 数据总线缓冲器：它是一个三态、双向8位寄存器，用于将8253与系统数据总线D0-D7 相连。
2. 读/写逻辑：用于读/写控制和片选。
3. 控制命令寄存器：它接收CPU送来的控制字。
4. 计数器：3个独立的16位计数器（计数通道），其内部结构完全相同，均由16位计数初值寄存器、减法计数器、以及当前计数器锁存器三部分组成

1. 计数初值寄存器（16位）
   用于存放计数初值（定时常数、分频系数），其长度为16位，故最大计数值为65536（64KB）。在初始化时同减1计数器的初值一起装入。计数初值寄存器的计数初值，在计数过程中保持不变。
2. 减1计数器（16位）
   用于进行减1计数操作，每来一个时钟脉冲，它就作减1运算，直至将计数初值减为0
3. 当前计数值锁存器（16位）
   用于锁存减1计数器的内容，以供读出和查询。由于减法寄存器的内容不断变化，需先锁存才能读出。
   

82C54A的命令字

82C55A有3个命令字。3个命令字是：方式命令、锁存命令和读回命令。其中方式命令是必须的，其它两个命令根据需要使用。

注意：这三个命令字使用同一个端口，按方式命令在先，其它命令在后的循序写入端口。

方式命令

• 初始化定时/计数器82C54A
• 选定计数通道及其工作方式、读/写字节的顺序以及计数码制
  

例：使用计数器T1工作在4方式，向通道写时间常数3F8H，二进制计数。设307H是命令寄存器的地址，305H是定时器1的地址，则初始化程序段为：

    MOV  DX，307H        ；命令口
    MOV  AL，01111000B   ；方式字
    OUT  DX，AL
    MOV  DX，305H        ；T1数据口
    MOV  AL，0F8H        ；低8位计数值             
    OUT  DX，AL
	MOV  AL，03H	       ；高8位计数值
	OUT  DX，AL

锁存命令

将减1寄存器的内容锁存到输出寄存器中，以供CPU读取。

锁存命令格式：

读当前计数值为什么要先锁存计数值？
减1计数器是16位的，而定时器的数据线是8位的，必须读两次才能读出16位数据，在两次读操作时可能使减1计数器的内容发生变化。

例：要求在计数器通道1的计数过程中读取当前的计数值，并把读取的计数值装入到AX寄存器中。设4个端口的地址为：304H（通道0），305H（通道1），306H（通道2），307H（命令寄存器）

    MOV DX，307H
	MOV	AL，0100XXXXB		；锁存计数器1
	OUT DX，AL
	MOV DX，305H
	IN AL，DX			；读低字节
	MOV BL，AL
	IN AL，DX			；读高字节
	MOV AH，AL
	MOV AL，BL

读回命令（8253不具有这种功能）

读回命令与前面的锁存命令不同，它既能锁存计数值又能锁存状态信息，而且一条读回命令可以锁存3个计数通道的当前计数值与状态。

读回命令格式：

注意：读回命令只是一个锁存的功能，要读回计数值和状态还要发一条读命令。

含义：
D1，D2，D3用于选择3个计数器
1：选中，0：未选中；
D4，D5用于选择读当前状态还是当前计数值
0：要读取，1：不读取

例：

• 若读取计数器2的当前计数值，
  则读回命令=11011000B
• 若读取计数器2的当前状态，
  则读回命令=11101000B
• 若读取计数器2的当前计数值和状态，
  则读回命令=11001000B
• 读取三个计数器的当前计数值和状态，
  则读回命令=11001110B

状态字

状态字中的低6位D0-D5与方式字中的低6位是相同的；

D6位计数器的输出状态，1：输出引脚为逻辑1，0：输出引脚为逻辑0

D7表示是否有空计数值，1：空计数值，0：计数值有效

82C54的工作方式与功能

82C54的工作方式：有6种工作方式，不同的工作方式主要体现在输出波形、计数过程、初值装入，启动方式、停止方式、以及典型应用上。

0方式：事件计数器

• 软件启动：写入计数初值，启动计数器开始计数。OUT变为低电平，并维持直至减法计数器减到0
• 计数结束，OUT产生上升沿（可用于申请中断），停止工作，维持高电平直至再次写入新的计数值
• 门控信号GATE用于开放和禁止计数。当GATE=1时允许计数。当GATE=0时，禁止计数
• 计数过程中可随时修改初值重新开始计数

例：使计数器T1工作在0方式，进行16位二进制计数，计数初值的高低字节分别为0AH和35H。其初始化程序段为

      MOV   DX，307H      	；命令口
      MOV   AL，01110000B 	；方式字
      OUT   DX，AL                    
      MOV   DX，305H     	；T1数据口
      MOV   AL，35H     	；计数值低字节
      OUT   DX，AL
      MOV   AL，0AH      	；计数值高字节
      OUT   DX，AL         

1方式：可编程单稳态触发器

• 硬件启动：GATE出现0->1的跳变后开始计数，OUT变为低电平
• OUT输出的负脉冲，其宽度可由程序控制（通过计数初值）
• 在写入控制字和初始化计数值之后，计数器处于待命状态
• 在一个单稳脉冲期间，将一个新计数值写入计数器，当前单稳态不受什么影响
• 计数结束，自动停止，OUT变为高电平，并维持直至GATE再次启动

例：使计数器T2 工作在1方式，进行8位二进制计数，并设计数初值的低8位为0E0H。

    MOV   DX，307H               ；命令口
    MOV   AL，10010010B          ；方式字
    OUT   DX，AL
    MOV   DX，306H               ；T2数据口
    MOV   AL，0E0H               ；低8位计数值
    OUT   DX，AL

2方式：分频器

• 软件启动：写入计数初值后，开始计数
• 计数器计数期间，输出OUT为高电平，计数器减到1时，输出一个CLK宽度的负脉冲，并自动重新装入原计数初值，开始下一轮计数，如此反复
• 门控信号GATE用于开放和禁止计数。当GATE=1时允许计数。当GATE=0时，禁止计数
• 分频系数是计数初值。改变计数初值，即可获得不同频率的OUT脉冲
• 计数过程中修改初值不影响本轮计数过程
• 计数结束，不能自动停止，需外加停止信号

例：使计数器T0 工作在2方式，进行16位二进制计数，计数初值0100H。其初始化程序段为

    MOV   DX，307H               ；命令口
    MOV   AL，00110100B          ；方式字
    OUT   DX，AL
    MOV   DX，304H               ；T0数据口
    MOV   AL，00H                ；低8位计数值
    OUT   DX，AL
    MOV   AL，01H                ；高8位计数值
    OUT   DX，AL

3方式：方波发生器

• 软件启动：写入计数初值后，开始启动计数
• 产生占空比为1：1或接近1：1的连续方波，方波的周期等于计数初值×时钟脉冲周期。前 N/2或（N+1）/2 个CLK，OUT为高，后N/2或（N-1）/2 个CLK，OUT为低。
• 计数结束后，自动重装，继续下一轮计数。
• 计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。
• 门控信号GATE用于开放和禁止计数。当GATE=1时允许计数。当GATE=0时，禁止计数。
• 计数结束，不能自动停止，需外加停止信号。

4方式：软件触发选通

• 软件启动：写入计数初值，开始计数，OUT输1
• 单负脉冲发生器，不自动重复计数
• 减1计数到0时，OUT输出一个宽度为一个时钟周期的负脉冲，并停止工作，直至再次写入一个新的计数值
• 计数过程中修改初值不影响本轮计数过程
• 门控信号GATE用于开放和禁止计数。当GATE=1时允许计数。当GATE=0时，禁止计数。

5方式：硬件触发选通

• 硬件启动：写入计数初值后，由GATE启动计数，OUT输出1
• 单负脉冲发生器，不自动重复计数
• 减1计数到0时，OUT输出一个宽度为一个时钟周期的负脉冲，并停止工作
• 计数过程中修改初值不影响本轮计数过程

82C54的输出基本波形

82C54的启动方式与停止方式

1. 启动方式

• 软件启动
  • GATE=1时，计数初值写入减1计数器，就开始计数，计数过程中要求GATE保持为1。
  • 由OUT指令实现
  • 82C54A的0、2、3、4方式采用软件启动
• 硬件启动
  • 计数初值已经写到减1计数器中，由GATE信号的上升沿开始计数
  • 由外部信号控制
  • 82C54A的1、5方式采用硬件启动

2. 停止方式

• 强制停止：对于重复计数/定时过程，自动重装初值，计数反复进行，不能自动停止。可通过置GATE=0来中止计数。如2方式和3方式。
• 自动停止：对单次计数或定时过程，一旦计数完毕则自动停止，无需外加中止信号。如0、1、4、5方式。如要求暂时中止计数，可置GATE=0。

小结：6种工作方式的比较

1. 方式0和方式1：共同点是：输出OUT波形类似，OUT在计数开始时为0，并在计数过程中保持不变；在计数结束时变为1。并可作为中断请求信号，无自动重装载。不同点是：GATE对计数的影响及启动计数器的触发信号不同。0方式靠软件启动，1方式靠硬件启动。
2. 2方式和3方式：共同点是：具有自动再装入的能力（减到0时自动装入）。所以，OUT可输出连续的波形。不同点在于：方式2在计数过程中输出高电平，每当减到1时输出一个宽度为1个TCKL的负脉冲。方式3在计数过程中，输出1/2初值的正负方波。
3. 方式4和方式5：相同点是：OUT输出波形相同，在计数过程中为高电平，在计数结束后输出一负脉冲,并无自动装入的能力。不同点在于：两种方式的计数触发方式不同，方式4靠软件启动(写入计数初值)，方式5靠硬件启动（GATE的上升沿）。

82C54A的计数初值计算及装入

同时装入初值寄存器和减法计数器，产生不同的定时。

1. 计数初值的计算

2. 计数初值的装入

• 8位时间常数可一次装入；16位时间常数分两次装入，先低后高
• 重装：2方式和3方式具有自动重装载能力，其它方式需人工重装计数初值

3. 计数初值的范围

• 二进制码的范围是0000H-0FFFFH，BCD码的范围是0000-9999
• 0000为最大值，因为82C54是先减1后判断，所以0000代表二进制数216=65536和十进制数的104=10000
• 实际应用中，若计数初值大于单个寄存器的范围，则可将两个或多个计数器串联起来

82C54A的初始化

• 初始化是根据用户的设计要求，利用方式命令写一段程序，以确定使用82C54A的哪个计数器通道、哪种工作方式、哪一种读写顺序及哪种计数码制
• 若同时使用两个或三个通道，则需分别写两个或三个初始化程序段（因为三个通道独立），这些程序段使用同一个方式命令端口
• 初始化内容：

1. 设置方式命令字
2. 设置计数初始值

定时/计数器的应用

两种情况：

• 利用系统配置的定时/计数器资源。
• 利用用户扩展的定时/计数器。

两者不同之处：

• 端口地址不同。前者由系统指定，用户不能更改；后者由用户指定，用户可以更改。
• 前者的工作方式、通道具体用途，已通过系统初始化确定，固定不变；后者的工作方式、通道用途，没有确定，用户设计时安排，使用灵活。

在微机系统中82C54：

• 通道0用于日时钟的中断请求。
• 通道1用于DRAM的刷新请求。
• 通道2用于扬声器的发声。

系统的应用配置如下：

例题

例1：利用计数通道2产生896HZ的方波使扬声器发声。

初值的计算：

T=1.19318MHZ/896HZ=1331=533H

	MOV AL，10110110B	；初始化方式字
	OUT 43H，AL
	MOV AX，533H		；初值为533H
	OUT 42H，AL		；先低后高
	MOV AL，AH
	OUT 42H，AL	

例2：计数通道0每55ms产生一次中断请求

初值的计算：

T=1.19318MHZ/（1/55ms）≈65536

	MOV AL，00110110B	；初始化方式字
	OUT 43H，AL
	MOV AX，0H		；初值为00H（最大值）
	OUT 40H，AL		；先低后高
	MOV AL, AH
    OUT 40H，AL

例3：计数通道1每15us请求一次DMA传送

初值的计算：

T=1.19318MHZ/（1/15us ）≈12H

	MOV AL，01010100B	；初始化方式字
	OUT 43H，AL
	MOV AL，12H		；初值为12H
	OUT 41H，AL