微机系统与接口教学资料第9章可编程记数定时器接口.ppt

1,第八章 可编程定时/计数器,陆尧胜 杨仁桓 主讲暨南大学信息科学技术学院电子工程系,微机系统与接口,2,可编程定时计数器接口芯片8253,功能:定时和脉冲信号的处理与接口是完全有别于并行信号的，其特点是信号形式简单但需要连续检测，下面介绍的INTEL8253可编程定时计数器就是可以实现所要求这方面功能。8253内部有3个独立的16位定时计数器通道。计数器可按照二进制或十进制计数，计数和定时范围可在165535之间改变，每个通道有6种工作方式，计数频率可高达2MHz以上。,3,8253的管脚分配,通道管脚,数据线,通道选择,控制线,4,8253的编程:,8253只有一个控制字，8253的一个方式控制字只决定一个计数通道的工作模式。8253的控制字格式如图所示。共分为4部分，通道选择、计数器读/写方式、工作方式和计数码的选择。,5,D7、D6：选择计数器，11为非法；D5、D4：控制计数器读/写的字节及读写高低字节的顺序；00-锁存命令；01-只读/写一个低字节；10-只读/写一个高字节；读/写2个字节，先低后高；D3、D2、D1：选择计数器的工作方式，自方式0至方式5；D0：计数器码制，0-二进制，1-二十进制。,6,编程结构程序员的观点,计数器(3个)包括控制寄存器 存放控制命令字（只写）占用4个地址 3个计数器，1个控制寄存器,16位初值寄存器16位计数寄存器,（减法计数器）,7,定时/计数的工作过程,1.设置8253的工作方式 2.设置计数初值到初值寄存器 3.第一个CLK信号使初值寄存器的内容置入 计数寄存器 4.以后每来一个CLK信号，计数寄存器减1 5.减到0时，OUT端输出一特殊波形的信号注：以上计数过程中还受到GATE信号的控制,8,计数启动方式,软件启动过程硬件启动过程,GATE端保持为高电平写入计数初值后的第2个 CLK脉冲的下降沿开始计数,GATE端有一个上升沿对应CLK脉冲的下降沿开始计数,程序指令启动软件启动外部电路信号启动硬件启动,9,五、工作方式,方式0计数结束中断方式1可重复触发的单稳态触发器方式2频率发生器方式3方波发生器方式4软件触发选通方式5硬件触发选通,10,工作方式,方式0,软件启动，不自动重复计数。装入初值后OUT端变低电平，计数结束OUT输出高电平。,(计数结束中断),11,1、方式0计数结束中断方式 工作方式0有如下特点：a、门控信号GATE必须为1，计数器才能计数；b、计数时通道输出端OUT一直为0；c、通道计数器计数到0后，OUT由0到1，同时计数器停止工作。,12,方式1,硬件启动（GATE上升沿触发），不自动重复计数。装入初值后OUT端变高电平，计数开始OUT端变为低电平，计数结束后又变高。,(单稳态触发器),方式1,13,2、方式1可编程序的单个负脉冲（单稳）方式1工作过程如下：a、门控信号GATE是触发信号，上升沿有效。即开始计数是由GATE的上升沿触发的；b、触发后，通道计数器开始计数，输出端OUT由高变低；c、计数器计数到0，OUT再由低变高。,方式1,14,方式2,软、硬件启动，自动重复计数。装入初值后OUT端变高电平，计数到最后一个CLK时OUT输出负脉冲，并连续重复此过程。GATE=1允许计数；=0后停止计数。恢复=1后，按原定的计数值重新开始计数。,(频率发生器),方式2-频率发生器,15,3、方式2频率发生器（自动装入时间常数的N分频器）方式2的特点如下：a、GATE门为1，计数器才能工作，对CLK端上的脉冲进行计数；b、当计数器“减”计数到1时，OUT由高变低，再经过一个CLK周期，即计数器计数到0时，输出端OUT又跳变为高。方式2输出周期性负脉冲信号，其宽度固定为一个CLK周期；c、当计数器的值减为0时，自动重新装入计数初值，实现循环计数。,16,17,工作方式3,方式3,软、硬件启动，自动重复计数。装入初值后OUT端变高电平，然后OUT连续输出对称方波：,(方波发生器),前 N/2或（N+1）/2 个CLK，OUT为高，后N/2或（N-1）/2 个CLK，OUT为低。,18,4、方式3方波发生器 方式2虽然可以作分频电路，但其输出是窄脉冲，如果是方波，就只有选方式3,19,方式4,方式4,软件启动，不自动重复计数。装入初值后输出端变高电平，计数结束输出一个CLK宽度的负脉冲,(软件触发选通),20,5、方式4软件触发方式方式4在工作过程中有以下特点：a、门控信号GATE为高电平，计数器开始减1计数，OUT维持高电平；b、当计数器减到0，输出端OUT变低，再经过一个CLK输入时钟周期，OUT输出又变高。,方式4,21,方式4软件触发方式,22,方式5,方式5,硬件启动，不自动重复计数。OUT端波形与方式4相同,(硬件触发选通),23,6、方式5硬件触发方式 这种工作方式同方式4很相似，当控制字写入控制寄存器后，输出端OUT变高。同方式4不同的一点是当计数值写入通道计数器后，通道并未被触发，也就是计数器并不立即开始计数。只有当GATE信号的上升沿触发通道后，通道计数器才开始计数。,24,方式5硬件触发方式,25,各种工作方式特点,方式0（计数结束中断）计数过程中，GATE端应保持高电平。每写入一次初值计数一个周期，然后停止计数。OUT端输出是一个约(N+1)TCLK宽度的负脉冲。计数过程中可随时修改初值重新开始计数。方式1（单稳态触发器）门控信号GATE端的跳变触发计数，可重复触发。若下一次GATE上升沿提前到达，则OUT端负脉冲拉宽为两次计数过程之和。计数过程中写入新初值不影响本次计数。,26,各种工作方式特点,方式2（频率发生器）GATE为计数的控制信号：GATE变低计数停止，再变高时的下一个CLK下降沿，从初值开始重新计数。每个计数周期结束时（减到1时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。计数过程自动重复进行。计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。方式3（方波发生器）OUT输出方波，前半周期为高，后半周期为低。计数过程中修改初值不影响本半轮计数过程。其余的与方式2 类似。,27,各种工作方式特点,方式4（软件触发选通）计数过程中，GATE端应保持高电平。每写入一次初值，计数一个周期，然后停止计数。每个计数周期结束时（减到0时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。方式5（硬件触发选通）写入初值时，GATE端应保持低电平。GATE每出现一次正脉冲，计数一个周期，然后停止计数。每个计数周期结束时（减到0时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。,28,8253的工作方式小结,8253的六种工作方式可归为两类，一个是充当频率发生器，另一类主要是作计数器来使用。下面我们就从这个角度来讨论总结OUT和GATE门的作用。,29,与频率发生器有关的工作方式8253有两种方式与频率发生器有关，即方式2和发生3，对OUT端，方式2提供给用户的是负脉冲，方式3提供给用户的是方波。在这个两种方式下，GATE信号要始终保持为高。,30,与计数器有关的工作方式 有方式0、1和方式4、5。启动方式有两种：一种是CPU把时间常数写入相应通道后，计数器就开始工作，可称之为软件启动方式。在这种启动方式下，GATE要始终保持为高电平，所以方式0和方式4可以称为软件启动方式。另一种是硬件启动计数器，即CPU把时间常数写入计数器后，即使GATE为高电平，计数器并不工作。只有GATE发生跳变，其上升沿启动计数器工作，所以方式1和方式5就可以称为硬件启动方式。计数器溢出时，OUT有两种输出形式，要么是电平，要么是负脉冲。前者有方式0方式1，后者有方式4和方式5。,31,8253应用举例,例1：现有一个高精密晶体振荡电路，输出信号是脉冲波，频率为1MHz。要求利用8253做一个秒信号发生器，其输出接一发光二极管，以0.5秒点亮，0.5秒熄灭的方式闪烁指示。设8253的通道地址为80H86H（偶地址）,32,解：1、时间常数计算 这个例子要求用8253作一个分频电路，而且其输出应该是方波，否则发光二极管不可能等间隔闪烁指示。频率为1MHz信号的周期为1微妙，而1Hz信号的周期为1秒，所以分频系数N可按下式进行计算：,33,由于8253一个通道最大的计数值是65536，所以对于N1000000这样的大数，一个通道是不可能完成上述分频要求的。由于 即取两个计数器，采用级联方式。2、电路,34,3、工作方式选择 由于通道1要输出方波信号推动发光二极管，所以通道1应选工作方式3。对于通道0，只要能起分频作用就行，对输出波形不做要求，所以方式2和方式3都可以选用。这样对于通道0，我们取工作方式2，BCD计数；对于通道1，我们取工作方式3，二进制计数（当然也可选BCD计数）,35,4、程序mov al,00110101b；通道0控制字out 86h,almov al,00；通道0初始计数值out 80h,almov al,10hout 80h,almov al,01110110b；通道1控制字out 86h,al mov al,0e0h；通道1初始计数值，03E8H=1000BCDout 82h,almov al,03hout 82h,al,36,例2：计件系统。计件系统的功能就是记录脉冲的个数。一个脉冲代表一个事件，比如交通道路检测系统中通过检测点的车辆，工业控制系统中流水线上已加工好的工件。要求在计件过程中，PC机可以显示当前计数器的内容，当完成10000个工件记录后，系统发出1KHz信号推动喇叭发音通知用户。,37,解：1、电路:需要两个通道，一个作为计数，选用通道0。另一个产生1KHz信号，选用通道1。工作原理如下，传感器电路把物理事件转换为脉冲信号输入到通道0计数，当记录10000个事件后，通道0计数器溢出，GATE端输出高电平，这时通道1开始工作，产生1KHz信号推动喇叭发音。,38,2、工作方式选择 对于通道1，由于要产生1KHz信号，故选用工作方 式3。对于通道0，要求初始计数值写入计数通道后，计数器就可以工作，则通道0的启动方式应是软件启动。另外由于要求计数溢出后产生一个信号来启动一个事件，即喇叭发音，故可选的工作方式为方式0和方式4，对于图所示方案，通道1的GATE信号由通道0的OUT信号产生，这个OUT信号应该是电平型的，所以通道0应选用方式0。,39,3、时间常数 N010004、程序,