第 8 章 定时计数控制接口

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1、第 8 章定时计数控制接口 主讲：邹建伟 邹建伟制作 版权所有2013 2 概述 定时控制在计算机系统中具有极为重要 的作用。 定时中断（日时钟） 设备超时断定 定时检测、定时扫描等 操作系统进（线）程调度：时间片。 性能测定 邹建伟制作 版权所有2013 3 概述 微机系统实现定时功能，主要有三种方法： (1) 软件延时 (2) 不可编程的硬件定时 分频器将系统时钟进行适当分频产生需要的定时信 号； 也可以采用单稳电路或简易定时电路（如常用的 555定时器）由外接RC电阻、电容电路控制定时时 间。 (3) 可编程的硬件定时 软件硬件相结合、用可编程定时器芯片构成一个方 便灵活的定时电路 In

2、tel公司的8253和8254可编程定时器 邹建伟制作 版权所有2013 4 概述 可编程的硬件定时原理 定时器主要由数字电路中的计数电路构成， 通过记录高精度晶振脉冲信号的个数，输出 准确的时间间隔 软件控制计数器计数脉冲的个数 邹建伟制作 版权所有2013 5 8.1 8253/8254定时计数器 Intel 8253/54是可编程间隔定时器 （ Programmable Interval Timer），同样也可 以用作事件计数器（Event Counter）。 每个8253/54芯片有3个独立的16位计数器通道， 每个计数器有6种工作方式， 可以按二进制或十进制（BCD码）计数。 Int

3、el 8254是8253的改进型，内部工作方式和 外部引脚与8253完全相同，只是增加了一个读 回命令和状态字。所以，后面论述的8253同样 适用于8254。 邹建伟制作 版权所有2013 6 8.1 8253/8254定时计数器 利用8253/54，可以方便实现 实时时钟（Real time clock） 事件计数（Event counter） 数字化的单稳态触发器（Digital one-shot） 可编程频率发生器（Programmable rate generator） 方波发生器（Square ware generator） 邹建伟制作 版权所有2013 7 8.1.1 8253/8

4、254的内部结构和引脚 图8-1 8253的内部结构 邹建伟制作 版权所有2013 8 8.1.1 8253/8254的内部结构和引脚 图8-2 8253的引脚图 邹建伟制作 版权所有2013 9 1. 计数器 8253有3个相互独立的计数器通道，每个 通道的结构完全相同 CLK时钟输入信号： 在计数过程中，此引脚 上每输入一个时钟信号，计数器的计数值减 1。 GATE门控输入信号：控制计数器工作，可 分成电平控制和上升沿控制两种类型。 OUT计数器输出信号：当一次计数过程结束 （计数值减为0），OUT引脚上将产生一个 输出信号。 邹建伟制作 版权所有2013 10 8253/8254的计数通

5、道结构 计数器通道内部逻辑图计数器通道内部逻辑图 16位计数单元位计数单元(Count Element, CE) 16位位 计数初值寄存器计数初值寄存器 (CR: Count Reg.) 16位位 输出锁存器输出锁存器 (Output Latch, OL) D7D0 D7D0 低低8位位 高高8位位 低低8位位高高8位位 CLK GATE OUT 控制逻辑控制逻辑 邹建伟制作 版权所有2013 11 2. 与处理器接口 这部分信号有数据线D0D7、读信号 RD# 、写信号 WR# 、地址信号A0、A1 和片选 CS# 表8-1 8253的端口选择 邹建伟制作 版权所有2013 12 8.1.2

6、 8253/8254的工作方式 1. 方式0：计数结束中断 2. 方式1：可编程单稳脉冲 3. 方式2：频率发生器（分频器） 4. 方式3：方波发生器 5. 方式4：软件触发选通信号 6. 方式5：硬件触发选通信号 邹建伟制作 版权所有2013 13 描述 当写入控制字后，OUT立即变为低电平， 保持低电平直到计数器到达0后再变为高 电平。如果没有再写入新的计数值或新 的控制字的话，将持续保持高电平不变。 计数器到达0后，紧接着的一个计数脉冲 会将CE中的计数值变为FFFFH，如果还 有后续计数脉冲输入，则将继续变为 FFFEH、FFFDH、 邹建伟制作 版权所有2013 14 1. 方式0：

7、计数结束中断 图8-3 工作方式0的波形 邹建伟制作 版权所有2013 15 计数开始的时刻 需要注意：处理器写入8253的计数初值只是写入了 预置寄存器，之后到来的第一个CLK输入脉冲（需 先由低电平变高，再由高变低）才将预置寄存器的 初值送到减1计数器。从第二个CLK信号的下降沿， 计数器才真正开始减1计数。 出处：教材第3版 第188页第15行 以后CLK引脚上每输入一个时钟信号（下降沿）， 计数器的计数值减1。 出处：教材第3版 第188页第22行 能否理解成下降沿减1计数器？ 邹建伟制作 版权所有2013 16 实验1 计数开始计数开始 感谢山西省太原理工大学常晓明教授提供实验结果感

8、谢山西省太原理工大学常晓明教授提供实验结果 实验1 计数开始计数开始 计数开始计数开始 邹建伟制作 版权所有2013 17 感谢山西省太原理工大学常晓明教授提供实验结果感谢山西省太原理工大学常晓明教授提供实验结果 实验2 计数开始计数开始 邹建伟制作 版权所有2013 18 问题讨论 通过本例，请大家 思考理论（原理）与实践（工程）的关系 体会教学实践环节（上机、实验）的重要性 同时，还请大家注意 大学的常规教学侧重理论（原理）的掌握 大家需要加强实践（实验）、积累实际经验 你还能提供这样的实例吗？ 邹建伟制作 版权所有2013 19 Intels Data sheet Mode Defini

9、tions The following are defined for use in describing the operation of the 82C54. CLK PULSE: a rising edge, then a falling edge, in that order, of a Counters CLK input. TRIGGER: a rising edge of a Counters GATE input. COUNTER LOADING: the transfer of a count from the CR to the CE. 邹建伟制作 版权所有2013 20

10、Intels Data sheet(cont.) After the Control Word and initial count are written to a Counter, the initial count will be loaded on the next CLK PULSE. 邹建伟制作 版权所有2013 21 其他问题 总是在一个脉冲的上升沿检测GATE的状 态 如果在GATE=0的情况下写入计数初值， 下一个脉冲将预置寄存器的计数初值送 入减 1计数器，但不能开始计数，只有 当GATE=1后，在N个脉冲后OUT 变为高 电平。 邹建伟制作 版权所有2013 22 其他问题

11、 计数过程中写入新值到CR 新值完成写入CR后， CLK端的下一个脉冲， 将预置寄存器CR中的计数初值送入减 1计数 器CE，并按新值开始计数过程 如果在计数过程中GATE变为0，将暂停 计数；当GATE恢复为1后，恢复继续计 数，下一个脉冲开始减 1计数器过程。 邹建伟制作 版权所有2013 23 2. 方式1：可编程单稳脉冲 图8-4 工作方式1的波形 邹建伟制作 版权所有2013 24 其他问题 一次新的触发，就会重新加载计数值 向CR写入的新值，只有在新的一次触发 后才起作用 邹建伟制作 版权所有2013 25 3. 方式2：频率发生器（分频器） 图8-5 工作方式2的波形 邹建伟制作

12、 版权所有2013 26 方式2：频率发生器（分频器） 实现功能：脉冲波发生器或分频器 典型用于实时时钟中断 OUT输出保持高电平直到计数器到达1时， OUT将输出一个计数脉冲宽度的低电平， 然后又恢复成高电平，计数器重新加载 初始值，并重复这一过程 邹建伟制作 版权所有2013 27 其他问题 计数过程中向CR写入新值 新值完全写入CR后， 只有到下一个计数周 期才会起作用 GATE=1，允许计数，GATE=0，禁止计 数。如果在OUT变低期间GATE变为低能 电平，OUT立即变高。 在计数期间GATE由低变高（trigger）， 则下一个脉冲将预置寄存器CR中的计数 初值从新送入减 1计数

13、器CE，因此GATE 可以作为同步信号。 邹建伟制作 版权所有2013 28 4. 方式3：方波发生器 图8-6 工作方式3的波形 邹建伟制作 版权所有2013 29 其他问题 若N为奇数，（N+1）/2 高（N-1）/2 低 计数过程中向CR写入新值 新值完全写入CR后，只有到下一个计数周期才会起 作用 GATE=1，允许计数，GATE=0，禁止计数。如 果在OUT变低期间GATE变为低能电平，OUT立 即变高。 在计数期间GATE由低变高（trigger），则下一 个脉冲将预置寄存器CR中的计数初值从新送入 减 1计数器CE，因此GATE可以作为同步信号。 邹建伟制作 版权所有2013 3

14、0 5. 方式4：软件触发选通信号 图8-7 工作方式4的波形 邹建伟制作 版权所有2013 31 其他问题 写入初始值，相当于“软件触发 （trigger）信号” GATE=1，允许计数，GATE=0，禁止计 数。GATE不影响OUT。 计数过程中向CR写入新值 新值完全写入CR后，下一个脉冲就会加载新 值到CE中 邹建伟制作 版权所有2013 32 6. 方式5：硬件触发选通信号 图8-8 工作方式5的波形 邹建伟制作 版权所有2013 33 其他问题 一次新的触发，就会重新加载计数值 向CR写入的新值，只有在新的一次触发 后才起作用 邹建伟制作 版权所有2013 34 各种工作方式的输出

15、波形 方式方式 0 方式方式 1 方式方式 2 方式方式 3 方式方式 4 方式方式 5 0 N0N0 N0/N110 NN/2N/20/N0 N0 1 N0 1N0 1 邹建伟制作 版权所有2013 35 小结 (1) 微处理器写入方式控制字，设定工作方式。 (2) 微处理器写入预置寄存器，设定计数初值。 (3) 对方式1和方式 5，需要硬件启动，即 GATE端出现一个上升沿信号；对其他方式， 不需要这个过程（但根据实际需要合理控制 GATE信号），直接进入下一步，即设定计数 值后软件启动。 (4) CLK端的下一个脉冲，将预置寄存器的计数 初值送入减 1计数器。 邹建伟制作 版权所有2013 36 小结 (5) 计数开始， CLK端每出现一个脉冲 （ GATE为高电平时），减1计数器就将 计数值减 1，减1操作是在一个脉冲的下 降沿时刻完成的。当然，计数过程要受 到 GATE信号的控制，GATE为低电平时， 不进行计数。 (6) 当计数值减至 0，一次计数过程结束。 通常OUT端在计数值减至0时发生改变， 以指示一次计数结束。 邹建伟制作 版权所有2013 39 小结 表8-2 计数值N与输出波形 邹建伟制作 版权所有2013 40 小结 表8-3 门控信号的作用 邹建伟