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1、第八章 定时与计数技术第八章 定时与计数技术 Intel 8253 8254及其应用 及其应用 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 内容内容 8 1 概述概述 8 2 可编程计数器可编程计数器 定时器定时器8253 一 内部结构和引脚信号一 内部结构和引脚信号 二 二 8253的初始化编程的初始化编程 三 三 8253的工作方式的工作方式 四 四 Intel 8254 8 3 8253的应用举例的应用举例 中国科
2、学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 8 1 概述概述 各种应用系统中常要求 各种应用系统中常要求 外部实时时钟实现延时控制或计时 外部实时时钟实现延时控制或计时 要求能对外部事件计数 要求能对外部事件计数 实现定时的三种方法 实现定时的三种方法 1 1 软件定时软件定时软件定时软件定时 由由CPU执行指令序列所花费的时间来构成一定的时间 间隔 从而达到定时的目的 优点是不需要专门的硬 件设备 缺点 执行指令序列所花费的
3、时间来构成一定的时间 间隔 从而达到定时的目的 优点是不需要专门的硬 件设备 缺点 浪费了宝贵的浪费了宝贵的CPU资源 一般用于短 延时 资源 一般用于短 延时 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 2 不可编程的硬件定时 不可编程的硬件定时 如利用单稳态电路或如利用单稳态电路或555芯片实现 优点 结构简单 价格便宜 缺点 定时时间和范围不能由程序控制和改变 不够灵活 芯片实现 优点 结构简单 价格便宜 缺点 定
4、时时间和范围不能由程序控制和改变 不够灵活 时序波形时序波形时序波形时序波形 稳态稳态稳态稳态 td 触发信号暂稳态触发信号暂稳态 单稳单稳态态 电路电路 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 3 可编程的硬件定时可编程的硬件定时 用可编程硬件电路实现 定时和范围由软件确定和改 变 由 用可编程硬件电路实现 定时和范围由软件确定和改 变 由CPU的时钟信号提供精确时间基准 的时钟信号提供精确时间基准 该方法的优点主
5、要有 定时准确 灵活方便 该方法的优点主要有 定时准确 灵活方便 CPU的 利用率高等 的 利用率高等 微机系统中经常使用的可编程计数器微机系统中经常使用的可编程计数器 定时器有 定时器有 Zilog公司 公司 Z80 CTC Intel公司 公司 Intel 8253输入频率 输入频率 0 2MHz Intel 8253 5输入频率 输入频率 0 5MHz Intel 8254输入频率 输入频率 0 5MHz Intel 8254 2输入频率 输入频率 0 10MHz 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大
6、学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 内容内容 8 1 概述概述 8 2 可编程计数器可编程计数器 定时器定时器8253 一 内部结构和引脚信号 二 一 内部结构和引脚信号 二 8253的初始化编程 三 的初始化编程 三 8253的工作方式 四 的工作方式 四 Intel 8254 8 3 8253的应用举例的应用举例 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系
7、8 2 可编程计数器可编程计数器 定时器定时器8253 8253 8253 的主要功能 的主要功能 的主要功能 的主要功能 1 具有三个独立的具有三个独立的16位计数通道 位计数通道 2 每个计数通道可按二进制或每个计数通道可按二进制或BCD码计数 码计数 3 每个计数通道有六种工作方式 每个计数通道有六种工作方式 4 全部输入输出都与全部输入输出都与TTL电平兼容电平兼容 82548254是是是是82538253的改进型的改进型的改进型的改进型 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中
8、国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 一 内部结构和引脚信号一 内部结构和引脚信号 8253封装 封装 24 脚脚DIP封装封装 内部组成 由与内部组成 由与 CPU的接口电 路 内部控制电 路以及 的接口电 路 内部控制电 路以及3个结构 完全相同的计数 器 个结构 完全相同的计数 器 定时器定时器 CNT0 CNT2 三个计数通 道 所组成 三个计数通 道 所组成 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术
9、大学电子工程与信息科学系 数据 总线 缓冲器 数据 总线 缓冲器 读读 写 逻辑 写 逻辑 控制字 寄存器 控制字 寄存器 计数器计数器 0 计数器计数器 1 计数器计数器 2 CLK0 GATE0 OUT0 CLK1 GATE1 OUT1 CLK2 GATE2 OUT2 D7 D0 RD WR A0 A1 CS 内 部 总 线 内 部 总 线 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 1 1 数据总线缓冲器数据总线缓
10、冲器数据总线缓冲器数据总线缓冲器 这是这是8253与与CPU的数据总线的数据总线 D D 连接的连接的8 位双向三态缓冲器 位双向三态缓冲器 CPU用输入输出指令对用输入输出指令对8253进行读写操作时的 所有信息都通过这个缓冲器传送 进行读写操作时的 所有信息都通过这个缓冲器传送 2 2 读读读读 写控制逻辑写控制逻辑写控制逻辑写控制逻辑 这是这是8253内部操作的控制电路 它从系统控制总 线上接收输入信号 然后转换成 内部操作的控制电路 它从系统控制总 线上接收输入信号 然后转换成8253内部操作的 各种控制信号 内部操作的 各种控制信号 8253的端口地址分配如下表 的端口地址分配如下表
11、 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 3 计数器计数器计数器计数器0 0 计数器 计数器 计数器 计数器1 1 计数器 计数器 计数器 计数器2 2 这是三个计数器这是三个计数器 定时器通道 每一个都由定时器通道 每一个都由16位的可设 置计数初值的减1计数器构成 位的可设 置计数初值的减1计数器构成 三个通道的操作是完全独立的 每个通道都有两个输入 引脚 三个通道的操作是完全独立的 每个通道都有两个输入 引脚C
12、LK和和GATE以及一个输出引脚以及一个输出引脚OUT 从编程的角度看 从编程的角度看 8253的结构框图如下图所示 的结构框图如下图所示 CS A1 A0读操作 读操作 RD 写操作 写操作 WR 读计数器读计数器0 读计数器读计数器1 读计数器读计数器2 无操作无操作 写计数器写计数器0 写计数器写计数器1 写计数器写计数器2 写控制字写控制字 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电
13、子工程与信息科学系 计数器的 编程结构 计数器的 编程结构 8 6 位控制寄存器 位控制寄存器 16位输出锁存器位输出锁存器 16位计数 初值寄存器位计数 初值寄存器 16位减位减1 计数器计数器 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 控制寄存器及计数初值寄存器可由控制寄存器及计数初值寄存器可由CPU写入 写入 8253的控制寄存器是的控制寄存器是8位的 位的 CPU每次写入的控制字 中有两位 每次写入的控制字 中
14、有两位 D7 D6 是选择写入哪个计数通道 是选择写入哪个计数通道 CNT 因此可以认为 每个计数通道中有一个 因此可以认为 每个计数通道中有一个6 位控制寄存器 位控制寄存器 初值寄存器中存放的是初值寄存器中存放的是CPU写入 预置 的计数初 值 在计数过程中 减 写入 预置 的计数初 值 在计数过程中 减1计数器的值不断减计数器的值不断减1 而初值 寄存器中的初值不变 而初值 寄存器中的初值不变 输出锁存器用于写入锁存命令时锁定当前计数值 输 出锁存器的内容可由 输出锁存器用于写入锁存命令时锁定当前计数值 输 出锁存器的内容可由CPU读出读出 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技
15、术大学电子工程与信息科学系 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 计数器的计数器的计数器的计数器的3 3个引脚说明 个引脚说明 个引脚说明 个引脚说明 1 CLK 时钟输入信号时钟输入信号 在计数过程中 此引脚上每输入一个时钟信号 下 降沿 计数器的计数值减 在计数过程中 此引脚上每输入一个时钟信号 下 降沿 计数器的计数值减1 2 GATE门控输入信号门控输入信号 控制计数器工作 可分成电平控制和上升沿控制两 种类型 控制计数器工作 可分成电平控制和上升沿控制两 种类型 3 OUT计数
16、器输出信号计数器输出信号 当一次计数过程结束 计数值减为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 引脚上 将产生一个输出信号 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系中国科学技术大学电子工程与信息科学系 4 控制字寄存器控制字寄存器 当地址信号当地址信号A1A0 11时 访问控制字寄存器 时 访问控制字寄存器 控制字寄存器从数据总线上接收控制字寄存器从数据总线上接收CPU送来的控制字 并由控制字的 送来的控制字 并由控制字的D7 D6两位的编码决定控制字写入哪 个通道的控制寄存器中去 两位的编码决定控制字写入哪 个通道的控制寄存器中去 由寄存在每个通道内的控制寄存器的内容决定该通道 的工作方式 选择计数器是按二进制还是 由寄存在每个通道内的控制寄存器的内容决定该通道 的工作方式 选择计数器是按二进制还是BCD数计 数 并确定每个计数器初值的写入顺序 数计 数 并确定每个计数器初值的写入顺序 控制字格式以及各位的含义如下
