现代微机原理与接口技术接口第6章.ppt

1,第6章 定时与计数技术6.1 概 述,6.1.1 定时与计数,1.定时,定义：提供的时间基准。,分类：内部定时、外部定时。,2.计数,定时与计数本质上是一致的。,计数的信号随机，定时的信号具有周期性。,3.应用,2,6.1.2 定时方法,1.软件定时,通过软件指令周期方法定时，如执行循环程序。,增加CPU负担，通用性差，一般用于短延时。,2.不可编程硬件定时,采用中小规模IC构成。,不增加CPU负担，成本低，定时值不可改变。,3.可编程硬件定时,采用可编程计数器完成，软件可改变计数值。,可编程定时/计数器：实质上定时和计数本质上都是脉冲计数器，定时计的是内部基准时钟源产生的脉冲，计数是计外部脉冲。,3,6.1.3 定时/计数器基本原理,1.内部逻辑,CPU接口：译码、操作,外设接口：时钟信号、控制、输出,内部逻辑：REG,2.工作过程,设初值、控制、输出,4,6.2 Intel 8254,8253825482801BA。,6.2.1 8254-2基本功能,3个独立的16位定时/计数器（T/C）；,每个T/C功能：可按二、十进制（BCD）计数；有6种不同的工作方式；最高频率10MHz；(82801BA为14.31818MHz)有读回状态功能。(8253没有),5,6.2.2 8254-2结构与引脚,1.内部逻辑,总线缓冲器8位R/W：写工作方式、计数初值、当前计数值,6,2.计数器内部逻辑,CR：16位 写入两次、清零,CE：16位 写入、计数、输出,OL：16位 先锁存再读出,状态REG：8位 先锁存再读出,注意：GATE信号的作用与应用，重写CR的效果。,计数初值：N=fCLKi/fOUTi,在不同工作方式及定时/计数时的应用不同。,7,3.外部引脚,8,4.CPU操作功能及命令,I/O端口地址：8254提供四个端口(使用A1A0)；,命令：初始化设置工作方式、设置计数器初值；操 作重写计数器初值、取状态命令。,状态：当前计数值、工作方式及当前状态。,I/O端口操作冲突时解决方法：,写工作方式与写读取状态命令采用特征位方法；,读取当前计数值或读取状态采取时序方法。,8254命令关系表：,9,A1 A0,10,6.2.3 8254-2命令及编程,1.工作方式控制字（A1A0=11),特征位：D7D6=0010、D5D4=0111；D7D6选择计数器：00T/C0；01T/C1；10T/C2 D5D4选择读/写方式：01只写低字节；10只写高字节；11先写低字节再写高字节（16位）D3D2D1选择工作方式：000101六种工作方式，X10方式2，X11方式3,例：MOV AL，01110100B；T/C1，先低后高字节 OUT 43H，AL；方式2，二进制方式,11,2.计数初值,(1)不同通道的计数初值写到不同地址中；A1A0=0010(2)每次写入一个字节；(3)根据控制字定义，决定高、低字节写入方法。(4)初始值的范围是：,二进制为65536(0000H)1(0001H)。十进制为10000(0000H)1(00001H)。,12,3.T/C初始化,(1)工作方式控制字(2)设置计数初值,例:MOV AL，01110101B;T/C1,先低后高字节,方式2,BCDOUT 43H，ALMOV AX,2000H;计数初值为2000 OUT 41H,AL;MOV AL,AH OUT 41H，AL;MOV AL，00010110B;T/C0,只低字节,方式3,二进制 OUT 43H，AL OUT 40H，50H;计数初值为50H（80）,注意：(1)每个使用的T/C均要初始化；(2)计数初值的设置与T/C的CLK密切相关；(3)计数初值的设置方法由控制字决定。,13,4.T/C数据读取,(1)读取当前计数值方法1工作方式控制字(A1A0=11)D7D60001，D5D4=00,(a)锁存当前计数值或禁止计数(b)读取当前计数值,例：MOV AL，01000101B；T/C1,锁存；先低后高字节,方式2,BCD OUT 43H，AL IN AL，41H MOV AH，AL IN AL，41H XCHG AH，AL；AX为T/C1当前计数值,14,(2)读取当前计数值方法2使用读回命令,特征位：D7D6=11。(A1A0=11),功能选择：锁存状态D5D4=10；锁存计数值D5D4=01；锁存状态与计数值 D5D4=00。(先读状态再读计数值）,计数器选择：D1=1T/C0，D2=1T/C1，D3=1T/C2,特点：控制字同时只能锁存单个通道，读回命令可同时锁存多个通道。,15,例：MOV AL，11010100B；T/C1,锁存计数值 OUT 43H，AL IN AL，41H；MOV AH，AL IN AL，41H XCHG AH，AL；AX为当前计数值 MOV AL，11011010B；T/C0、T/C2锁存计数值 OUT 43H，AL IN AL，40H；MOV AH，AL IN AL，40H XCHG AH，AL；AX为T/C0当前计数值 IN AL，42H；MOV AH，AL IN AL，42H XCHG AH，AL；AX为T/C2当前计数值,16,(3)读取计数器当前状态使用读回命令,例：MOV AL，11100100B;T/C1,锁存状态值 OUT 43H，AL IN AL，41H；若AL=00110101，表示T/C1;为方式2,BCD码，先低后高;读/写，当前OUT为低电平 MOV AL，11100010B;T/C0,锁存状态值 OUT 43H，AL IN AL，40H；若AL=00010110，表示T/C0;为方式3，二进制码，只有低；字节，当前OUT为低电平,读出的状态字格式：,17,6.2.4 8254-2工作方式,1.方式0计数结束时中断,特点：一次计数；GATE高允许、下降暂停、低禁止、上升继续计数；WR#写重写后下一脉冲下降沿重新计数；OUT在控制字或计数初值写完时变低、计数值为0时变高(N+1个低)。,18,2.方式1硬件可重触发单稳,特点：一次计数；GATE上升重新、高与下降和低不影响计数；WR#写重写在下次GATE从0到1的跳变时有效；OUT在写入控制字后变高，开始计数时变低、计数值为0时变高(N个低)。,19,3.方式2频率发生器,特点：多次计数；GATE上升重新、高允许、下降停止、低禁止计数；WR#写重写在下次计数时有效；OUT在计数值为1时输出宽度为1个CLK的负脉冲(周期为N，频率为1/N)。,20,4.方式3方波发生器,特点：多次计数；GATE上升重新、高允许、下降停止、低禁止计数；WR#写重写在下次计数时有效；OUT在写入控制字后变高，计数开始后，采用每脉冲计数减2：当计数初值为偶数时，计数到0时反向。脉冲宽度Tn/2 当计数初值为奇数时，OUT变高的第一CLK减1后装入 CE，其余每个脉冲计数减2。OUT正脉冲时，计数到0的下一个CLK时OUT反向OUT正脉冲宽度为T(n+1)/2；OUT负脉冲时在计数到0时反向。负脉冲宽度为T(n-1)/2,21,特点：一次计数；GATE上升重新、高允许、下降停止、低禁止计数；WR#写重写会立即重新计数（软件触发）；OUT在写入控制字及计数当中为高电平，计数值为0时输出1个CLK的负脉冲。,5.方式4软件触发选通,22,6.方式5硬件触发选通,特点：一次计数；GATE上升重新、高与下降和低不影响计数；WR#写重写在下次GATE从0到1的跳变时有效；OUT在计数值为0时输出1个CLK的负脉冲。,23,24,6.2.5 8254-2应用举例,1.分频器设计,用8254(地址40H43H)将5MHz的脉冲变为1Hz的脉冲。,初值=fCLK/fOUT=510665536，怎么办？,MOV AL，00110111B；T/C0 OUT 43H，ALMOV AX,5000HOUT 40H，ALMOV AL,AHOUT 40H，ALMOV AL，01110101B；T/C1 MOV AX,1000HOUT 41H，ALMOV AL,AHOUT 41H，AL,需要2个T/C级联，T/C0采用方式3产生连续分频方波，做T/C1的CLK，T/C1 采用方式2产生1Hz脉冲。两个T/C的GATE统一控制。,25,2.占空比4:5的方波发生器,8254的CLK0的时钟频率是8KHz，问1）T/C0最大定时时间是多少？2）要求8254端口地址为90H、92H、94H和96H，请使用74LS138译码器加简单门电路完成地址连线。3）现在要求使用该8254产生周期为9秒，占空比为4:5的方波，请在上面的电路图中完成电路，并编写初始化程序。,答：1）TCLK0=1/fCLK0=1/8000=0.125ms最大定时时间655360.25ms=8.192秒,26,2),CLK1,GATE1,3),27,MOV AL，00110111B；T/C0 OUT 96H，ALMOV AX,8000HOUT 90H，ALMOV AL,AHOUT 90H，ALMOV AL，01110111B；T/C1 MOV AX,9HOUT 92H，ALMOV AL,AHOUT 92H，AL,28,3.包装流水线控制,某产品的包装流水线中，一个包装箱能装24罐饮料。装箱时希望流水线上每通过24罐饮料，流水线要停4秒以等待包装箱封口，然后继续通过下一箱的24罐。流水线就是这样周而复始的运作。试利用一片8254来完成流水线控制中的定时和计数功能。假设8254的端口地址为8CH8FH，采用的时钟频率是2KHz。,29,思路：用8254的计数通道1作为计数器，用于24个罐的计数；计数通道2作为定时器，定时为4S。当计数通道1的OUT脚出现0到1的跳变的时候，将启动计数通道2开始定时，而计数通道2定时阶段将控制计数通道1停止计数，只有其定时结束并停止定时阶段才可再次启动计数通道1开始计数。,计数通道1工作在方式2，计数初值24计数通道2工作在方式1，计数初值8000,30,；初始化程序；计数通道1初始化MOVAL,01010100BOUT8FH,ALMOVAL,24OUT8DH,AL；初始化计数通道2MOVAL,10110010BOUT8F,ALMOVAX,8000OUT8EH,ALMOVAL,AHOUT8EH,AL,31,6.3 8254在微机中应用,PC系列机定时系统结构框图,来自主板上74LS138的Y2，地址范围是40H5FH，加上A1A0两根地址线，组成8254的端口地址是40H、41H、42H、43H。,返回1,返回2,32,6.3.1 计数器0系统定时器,工作方式：3方式，计数初值：65536。,1.系统定时器,连接到8259A的IRQ0(中断类型号为8)上。fOUT0=1.1931816MHz/65536=18.2Hz，即：每秒产生18.2次中断用于日时钟计时。,应用：系统BIOS的INT 8H用作日时钟计时；INT 8H调用INT 1CH作为用户定时中断接口。,2.软盘驱动器马达自动延迟控制,33,6.3.2 计数器1动态存储器定时刷新控制,工作方式：2方式，计数初值：18。,连接到8237的DREQ0上，定时产生负脉冲。脉冲宽度=1/1.1931816MHz=838ns，脉冲周期=18/1.1931816MHz=15.08s，即：每隔15.08s产生一个脉冲用于刷新。,34,6.3.3 计数器2扬声器音频发生器,工作方式：3方式，计数初值：由调用程序控制。,与8255的PB口D1信号“与”后连接到扬声器上，控制扬声器发声频率及时长。,8255控制发声：8254的OUT2=1，CPU控制8255的PB口的D1位的电平实现；8254控制发声：8255的PB口的D1位为高电平，控制8254的T/C2的OUT2实现。通过改变OUT2的方波信号频率，就可以改变扬声器发声的音调。CR预置值CLK2脉冲频率/发声的频率,转图,35,；功能：按照指定的时间间隔发896Hz声音；调用：CX=指定时间；返回：无BEEP PROC FARIN AL，61HMOV AH，AL PUSH AXMOV AL，10110110BOUT 43H，ALMOV AX，0533H；=1.1931816MHz/896HzOUT 42H，ALMOV AL，AHOUT 42H，ALPOP AX,36,OR AL，03H；置61H端口D0、D1均为1,；打开扬声器OUT 61H，ALNOPL1：LOOP L1；延迟AND AL，FD；置61H端口D1为0，；封锁OUT2输出OUT 61H，ALMOV AL，AHOUT 61H，ALRETBEEP ENDP,转图,37,6.4 实时钟电路及其应用,6.4.1 MC146818特性及工作原理,MC146818外部引脚图,38,MC146818在系统中连接框图,39,实时钟工作原理示意图,40,COMS RAM实时钟信息存放位置表,可以用INT 1A功能读取或设置这些值。,41,6.4.2 实时钟状态寄存器,6.4.3 RT/CMOS RAM操作,815EP芯片组82801BA的RTC电路包含128字节标准CMOS RAM 区和128字节扩展CMOS RAM区。,访问RT/CMOS RAM的端口地址范围从70H77H。其中，70H和71H用来访问标准CMOS RAM 区，72H,73H用来访问扩展CMOS RAM 区。,状态寄存器A状态寄存器B状态寄存器C状态寄存器D,42,MOVAL，6H；6H是存放星期几的单元偏移地址OUT70H，AL；送地址端口JMP$+2；芯片I/O延时要求INAL，71H；读数据端口MOVAH,AL；AH中存放的是当前“星期几”的信息；0表示星期日,43,6.4.4 CMOS 密码的破解,基本原理是破坏CMOS中的设置，使得开机后必须重新设置CMOS，从而破解密码。,movAL,2EHout 70H,AL movAL,00H out 71H,AL movAL,2FHout 70H,AL movAL,00H out 71H,AL,CMOS中偏移为2EH和2FH的位置放的是标准校验和,44,6.5 Win32编程中的时钟,6.5.1 使用基于WM_TIMER消息的定时器,1.使用Win32 SDK函数 必须使用include“Windows.h”必须使用User32.lib,45,46,UINT_PTR SetTimer(HWND hWnd,/handle to window UINT_PTR nIDEvent,/timer identifier UINT uElapse,/time-out value TIMERPROC lpTimerFunc/timer procedure);,BOOL KillTimer(HWND hWnd,/handle to window UINT_PTR uIDEvent/timer identifier);,47,LONG APIENTRY MainWndProc(HWND hwnd,/handle to main window UINT message,/type of message WPARAM wParam,/additional information LPARAM lParam)/additional information switch(message)case WM_TIMER:/Process the timer event.case WM_DESTROY:/Destroy the timer.KillTimer(hwnd,IDT_MOUSETRAP);PostQuitMessage(0);break;,48,2.使用MFC类CWnd的成员函数,UINT SetTimer(UINT nIDEvent,/Specifies a nonzero timer/identifier.UINT nElapse,/Specifies the time-out value,/in milliseconds.void(CALLBACK EXPORT*lpfnTimer)(HWND,UINT,UINT,DWORD)/Specifies the address of the/application-supplied TimerProc callback function that processes/the WM_TIMER messages.If this parameter is NULL,the/WM_TIMER messages are placed in the applications message/queue and handled by the CWnd object.);,BOOL KillTimer(int nIDEvent);,49,void CMainFrame:OnStartTimer()m_nTimer=SetTimer(1,2000,0);void CMainFrame:OnStopTimer()KillTimer(m_nTimer);void CMainFrame:OnTimer(UINT nIDEvent)MessageBeep(0 xFFFFFFFF);/Beep/Call base class handler.CMDIFrameWnd:OnTimer(nIDEvent);,50,缺点：WM_TIMER消息的优先级比较低，定时时间不能精确保证。定时精度低，最小精度为54.915ms,约18.2次/秒。,51,6.5.2 使用多媒体定时器,1.使用Win32 SDK函数必须使用#include Mmsystem.h 必须使用Winmm.lib,52,53,1.确定最大和最小周期,MMRESULT timeGetDevCaps(LPTIMECAPS ptc,/Pointer to a TIMECAPS structure.UINT cbtc/Size,in bytes,of the TIMECAPS structure);,typedef struct UINT wPeriodMin;/Minimum supported resolutionUINT wPeriodMax;/Maximum supported resolution TIMECAPS;,54,2.建立最小时间精度,MMRESULT timeBeginPeriod(UINT uPeriod/Minimum timer resolution,in milliseconds,for the application or device driver.);,MMRESULT timeEndPeriod(UINT uPeriod);和上面的timeBeginPeriod是一对，其中uPeriod 要完全一样，timeBeginPeriod是启动定时器的时候用，timeEndPeriod是结束定时器时用。,55,3.启动和取消定时器,MMRESULT timeSetEvent(UINT uDelay,/Event delay,in milliseconds.UINT uResolution,/Resolution of the timer event,in milliseconds.LPTIMECALLBACK lpTimeProc,/Pointer to a callback function that is called once upon expiration of a single event or periodically upon expiration of periodic events.DWORD dwUser,/User-supplied callback dataUINT fuEvent/Timer event type.TIME_ONESHOT/TIME_PERIODIC);,MMRESULT timeKillEvent(UINT uTimerID);,56,获取定时器最小周期,#define TARGET_RESOLUTION 1/1-millisecond target resolution TIMECAPS tc;UINT wTimerRes;if(timeGetDevCaps(,57,设置回调函数,UINT SetTimerCallback(NPSEQ npSeq,/sequencer data UINT msInterval)/event interval npSeq-wTimerID=timeSetEvent(msInterval,/delay wTimerRes,/resolution(global variable)OneShotCallback,/callback function(DWORD)npSeq,/user data TIME_ONESHOT);/single timer event if(!npSeq-wTimerID)return ERR_TIMER;else return ERR_NOERROR;,58,void CALLBACK OneShotTimer(UINT wTimerID,UINT msg,DWORD dwUser,DWORD dw1,DWORD dw2)NPSEQ npSeq;/pointer to sequencer data npSeq=(NPSEQ)dwUser;npSeq-wTimerID=0;/invalidate timer ID(no longer in use)TimerRoutine(npSeq);/handle tasks,回调函数,59,void DestroyTimer(NPSEQ npSeq)if(npSeq-wTimerID)/is timer event pending?timeKillEvent(npSeq-wTimerID);/cancel the event npSeq-wTimerID=0;,取消定时器,