微机原理与接口技术第89章.ppt
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1、第8章 可编程计数器/定时器,8253及其应用,8.0 计数/定时方法简介8.1 8253的工作原理8.2 8253的应用举例,8.0 计数/定时方法简介,软件定时(软件延时),CPU执行指令需要花费固定的时间,执行一段没有目的的指令可以达到定时的效果。灵活方便,节省费用。CPU利用率低。,不可编程硬件定时,以逻辑门配合RC组成定时电路,如555等。通过改变RC值,调整定时时间。定时精度不高。RC值容易随外部环境变化而变化,可编程硬件计数/定时,利用晶体振荡器产生高频时间基准,送至可编程硬件进行分频后,通过指令设定定时初值,到达预定时间后,自动形成一个输出信号到CPU的中断引脚,提出中断请求。
2、CPU占用率低,定时时间可设。,注:将晶体振荡器输出改为外部脉冲输出,则可实现计数功能。,8.1 8253的工作原理,数据总线缓冲器,控制寄存器,计数器2,O,O 读/写控制逻辑,O,计数器1,CLK1GATE1OUT1,CLK2GATE2OUT2,D0D7,RD,WRA0A1,CS,计数器0,CLK0GATE0OUT0,计数器 0,计数初值寄存器,低8,高8执行部件,输出锁存寄存器,D0,D7,8253基本原理图,8253内部结构及引脚,一、8253作用,定时,软件定时:让机器执行一段程序,安排循环来实现定时,容易实现,定时时间调整方便,定时不精确,占用了CPU资源,降低了CPU的利用率。,
3、硬件定时:可编程定时/计数硬件芯片,定时值、定时范围可以很容易的由软件改变,具有使用灵活、功能较强等特点。,外部事件计数,外部事件计数就是对外部脉冲信号计数。产生脉冲信号的外部原因就是外部事件。,如高速公路入口处一个专用计算机检测系统,它可以自动对进入高速公路的车辆进行计数,8253/8254定时计数器,3个独立的16位计数器通道每个计数器有6种工作方式,按二进制或十进制(BCD码)计数,8254是8253的改进型,OUT输出,计数脉冲,可预置初值计数器计数初值,8253定时/计数器的工作原理定时/计数器的核心部件为可预置初值计数器。预置初值后开始计数,CLK信号每输入一个脉冲,计数值减1,一
4、直减到0,并且OUT脚同时产生相应输出信号,该信号可用作中断请求。要注意定时器,的容量即位数,CLK输入,GATE门控信号,四大部分:数据总线缓冲器、读写控制逻辑、控制字寄存器以及三个独立的16位的计数器通道。这三个计数器分别是计数器0通道、计数器1通道和计数器2通道。,(1)数据总线缓冲器:8位的双向三态缓冲器。用于暂存数据,,使用在以下几个方面:,CPU在初始化编程时,向8253写入控制字。CPU向某一通道写计数初值。CPU从某一通道读计数初值。,(2)读写控制逻辑电路:接受输入的RD、WR、CS、A1、A0等信,号组合产生出对8253要执行的操作,见操作表。,(3)控制字寄存器:只能写入
5、,不能读出。8初始化编程时,写,入控制字决定通道的工作方式。,(4)3个计数器:分别为0、1和2,是3个独立的计数定时通道,都可按不同的方式工作。每个计数器内部都包含一个16位的预置初始值寄存器。一个可预置数减法计数器和一个锁存器。,数据总线缓冲器,双向三态的8位数据缓冲器,实现8253和CPU之间的数据接口,读写控制电路,片选信号 CS,A1A0的组合:选择三个通道一个控制寄存器,共4个端口,读信号 RD 和写信号WR 由CPU提供,低电平有效。,计数器通道0、通道1和通道2CLK:计数器的脉冲输入端,GATE:计数器的门控信号,OUT:计数器的输出信号,一般与计数溢出有关。8253计数器工
6、作在减1状态,每输入一个计数脉冲,计数器值减l,,16位计数器,GATE,当计数器计数到零时,CLKOUT信号有效通知外设计数器产生溢出,OUT,计数器:将要计数的次数预置到该通道计数器中定时器:从CLK输入一固定频率的时钟脉冲,再根据要求定时的时间计算出定时所需的计数值或称时间常数,并预置到计数器中计数值定时时间/时钟脉冲周期,计数器的使用,.,.,写 8253的控制字,写入控制寄存器(A1,A0=11)写入计数值,写到相应的计数器。8253控制寄存器格式,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,BCD,M1,M2,M3,RW1 RW0,SC0,SC1,工作方式选择000:方式000
7、1:方式1010:方式2101:方式5,计数值写入顺序00:读计数值(锁存)01:写低8位,高8位为010:写高8位,低8位为011:先写低8位,后写高8位,计数器选择00:计数器001:计数器110:计数器211:*8254读回,计数值形式0:二进制1:BCD码,二、初始化编程步骤和门控信号的功能,8253初始化,通过8253的控制端口向控制字寄存器写入相应通道的控制字,控制字包括如下信息:指定通道的工作方式,对通道计数器的读写方式,通道计数器计数时所采用的数制;,通过8253的通道端口向相应的通道计数器写入初始计数值。如果在控制字中已确定16位的读写方式,则要对通道端口写操作两次,第一次写
8、初始计数值的低8位,第二次写高8位。,8253的编程控制字分为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。,计数器选择(SC1、SC0),计数器读/写方式(RLl、RL0),计数器的锁存操作8253一旦初始化后,就不需要CPU参与而自动计数。为了读出计数值时不干扰实际计数过程,同时读出的值又是稳定的,就要求对通道计数器中的计数值进行锁存。,硬件锁存暂停计数,GATE,暂停计数,软件控制命令锁存每一个通道都有一个输出锁存器(16位),平时它的值随通道计数器的值变化,当向通道写入锁存的控制命令时,它把计数器的现行值锁存而计数器的计数过程照样进行。这样,CPU读取的是锁存器中的值。当
9、重新写入一个命令字或CPU读取计数值后,计数通道会自动解除锁存状态。锁存控制字:0000XXXXB,先读低8位,后读取高8位(不锁存):1000H,0F00H,BCD计数制:写入初值范围为0000到9999,而0000是最大值,代表10000二进制计数制:写入初值范围为0000到FFFFH,其中0000为最大值,代表65536。,工作方式选择(M2、M1、M0)控制字的D5D4为00,表示的是锁存命令。这时控制字中的低4位无,效,8253的工作方式,方式0计数结束中断方式,方式1可编程序的单独负脉冲方式2速率发生器方式3方波发生器方式4软件触发方式方式5硬件触发方式,方式0计数结束中断方式,方
10、式0的作用,用户可以在设定时间上产生中断信号,工作方式0特点:,门控信号GATE必须为1,计数器才能计数;计数时通道输出端OUT一直为0;,通道计数器计数到0后,OUT由0到1,同时计数器停止工作。,OUT输出的从低到高的正跳变或高电平可作为中断请求信号INTR,向CPU发出中断请求。,在计数过程中,GATE信号为低电平时,停止计数,一旦GATE变高,则继续计数,INT8086,;置8255A方式控制字;8255A置位/复位控制字,使PC00;置8253通道0方式控制字;置8253通道0时间常数,MOV AL,10011010BOUT 8255控制口,ALMOV AL,00HOUT 8255控
11、制口,ALMOV AL,30HOUT 8253控制口,ALMOV AL,40HOUT 通道0端口,ALMOV AL,38HOUT 通道0端口,AL中断程序中有关程序段如下:,;8255置位/复位控制字,使PC01,MOV AL,00000001BOUT 8255控制口,AL,家庭厨房系统,方式1可编程序的单稳态输出方式,单稳电路,在输入的激励下产生固定宽度脉冲的电路,当输入端输入一个不低于规定的最小宽度的脉冲后,单稳电路就输出一个用户事先设定宽度的脉冲。,8253的方式1就是一个可编程单稳电路,方式1工作过程,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;,触发
12、后,通道计数器开始计数,输出端OUT由高变低;计数器计数到0,OUT再由低变高。,PWNTclk,PW:输出的负脉冲宽度;N:初始计数值,Tclk:CLK端的脉冲周期,方式2比率发生器方式2是一个可编程的分频电路,它把输入信号CLK分频后以脉冲的形式由OUT输出,而分频系数就是用户事先对通道计数器写入的初始计数值,工作方式,(OUT初始为高电平),GATE门为1,计数器才能工作,对CLK端上的脉冲进行计数;当计数器“减”计数到1时,输出端由高变低,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。所以方式2输出周期性负脉冲信,号,其宽度固定为一个CLK周期;当计数器的值减为0时
13、,自动重新装入计数初值,实现循环计数,方式2计数初值重载,在计数过程中,如果GATE信号为低电平,则停止计数,待GATE信号变为高电平后,从初始值开始重新计数。,方式2定时波形图,方式3方波发生器,工作方式:,当控制字写入控制寄存器后,输出端OUT变高。,当计数初值写入通道,且GATE为高电平时计数器开始计数,OUT保持高电平。若计数初值n为偶数,则当计数值减到n2时,输出端OUT变为低电平。然后此,低电平一直保持到计数值减为0,OUT再次变为高电平。,当计数值减到0时计数器重新装入计数值,实现循环计数。,当计数值N为偶数时,输出端OUT输出重复周期为NCLK,占空比为1:1的方波。,当计数初
14、值N为奇数,输出重复周期为NCLK,但占空比为(N+1)/2(N-1)/2,因而输出是近似方波。,方式4软件触发方式,软件触发方式:CPU通过指令触发一个选通信号给外部设备,选通信号在触发后设定时间点上发出。选通信号作用:锁存器STB,打印机STB,CPU通过触发8253的某个通道,定时启动一个事件或工作过程,或CPU启动某个事件的命令延迟了设定时间后才执行。,方式4中,当写入控制字后,输出端OUT变为高电平。当计数初值写入通道后,CPU就完成了对通道的触发。当计数器计数到0时,通道的OUT端就输出负脉冲。,方式4工作过程,门控信号GATE为高电平,计数器开始减1计数,OUT维持高电平;当计数
15、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。,所以输出端OUT在计数器溢出时产生一个宽度为1个CLK周期的负脉冲。而这个负脉冲就可以做为外设的选通信号。,若在计数过程中,GATE信号变低,则停止计数;到GATE信号变高,重新开始从初值减1计数。,GATE0,5V,8253通 道 0CLK0OUT0,CP RD,D SD Q,送家用电器,+5V,220V,5V,C R方式4下的家庭厨房系统,早晨启动你的计算机,在8点钟执行对8253通道0的初始化程序,关掉CPU,方式5硬件触发方式,硬件触发方式,外部通过一个有效沿触发信号启动一个选通信号给外部设备,选通信号在触发
16、后设定时间点上发出。,工作过程,当控制字写入控制寄存器后,输出端OUT变高;当计数值写入通道计数器后,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(所以方式5称硬件触发);,当计数值减到0,输出端OUT变低,再经过一个CLK时钟周期,OUT端输出又变高。(输出端OUT输出的也是一个宽度固定为1个CLK周期的负脉冲),计数器的计数值减到0后,将自动重新装入计数值,但并不开始计数,待到再一次有GATE的上升沿触发才开始计数。,8253通道0,D SD QCP RD,送家用电器,+5V,220V,C R,CLK0 OUT0GATE05V,早晨8点前的任何一个时刻启动你的
17、计算机,对8253通道0的初始化程序,关掉CPU在8点时,按下开关,计数开始计数5V,8253的工作方式小节,与频率发生器有关的工作方式,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。GATE信号均要始终保持为高。,与计数器有关的工作方式,2161 0 0 0 0 0 0N=,例题: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)解答:,(1)8253作一个分频电路,而且其输出应该是方波(2)分频系
18、数N:,1 S 1000000 S,1 S 1 S,N=1000000=1000 1000=N1 N 2,1MHz,8253通 道 0CLK 0 OUT 0GATE 0,1KHz,8253通 道 1CLK 1 OUT 1GATE 1,5V通道0首先把1MHz信号1000分频,产生1KHz的信号,通道1再把1KHz信号1000分频,结果就得到的1Hz信号(3)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。(4)初始化:通道0:工作方式2,BCD计数;通道1:工作方式3,二进制计数,MOV AL,0
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