第7章串并行接口技术

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1、7.1 定时、计数技术,一、概述二、可编程计数器/定时器8253/8254三、Intel 8253/8254的应用,一、概 述,1、定时与计数 控制系统与计算机中，常常需要有定时信号，以实现定时或延时控制。如定时中断，动态存储器的定时刷新等。此外，还需要有计数功能，以实现对外部事件的计数，当外部事件发生的次数达到规定值后，向计算机发出中断请求，进而实现相应的控制或处理。 定时的本质就是计数，当计数信号是周期信号时，计数就可以用于定时。如以秒为单位计数，则计数60次就是1分，计满60分就是1小时，计满24小时就是1天,2、实现定时和计数的三种方法软件方法：采用软件定时，让计算机执行一个专门的指令

2、序列，由执行指令序列中每条指令所花费的时间构成一个固定的时间间隔，从而达到定时或延时的目的。不可编程的硬件定时：采用电子器件构成定时或延时电路，通过调整电路中定时元件的数值，可实现调整定时或延时的数值和范围。可编程的硬件定时：在微机系统中采用软硬件结合的方法，即采用可编程定时的电路器件实现定时。如：Intel 8253/8254，Zilog CTC，MC6840等。8253-5（5MHz）和8254-2（10MHz）的引脚和功能都是兼容的。,二、可编程计数器/定时器8253-PIT,1、8253-PIT的主要功能 Intel 8253-PIT是具有3个16位计数器通道的可编程计数器/定时器芯片

3、，主要功能如下：(1) 具有3个独立的16位计数通道；(2) 每个计数通道都可按2进制或BCD进制计数；(3) 8253-PIT每个计数通道的计数速率最高可达2MHz， 8253-5（5MHz）， 8254-2（10MHz）；(4) 每个通道有6种工作方式，可由程序设置改变；(5) 全部输入输出都与TTL电平兼容。,2、8253的结构框图,如图7.1所示8253由与CPU接口、内部控制电路以及三个计数器通道组成。,图7.1 Intel 8253结构框图,1)数据总线缓冲器：CPU用输入输出指令对8253进行读写操作时的所有信息都通过该缓冲器传送。2)读/写逻辑：这是8253内部操作的控制电路，

4、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。3)控制字寄存器：通过该寄存器CPU可以设置三个 计数器通道的工作方式。4)计数器0，1，2：这是3个独立的计数/定时通道，是16位的可设置计数初值的减法计数器。如图7.2所示，是每个计数通道的结构。内有计数初值寄存器CR，计数执行部件CE和输出锁存器OL及控制字寄存器。其中CE作减法计数。,计数器1,计数器2,计数器0,3、8253的引脚,8253与CPU接口的引脚，除了没有复位信号RESET引脚外，其他与8255相同。如图7.3所示，(a)是引脚图，(b)是8253的功能结构。,1)CLK CLK为时钟输入引脚，用

5、以输入计数执行部件CE（减法计数器）的计数脉冲信号。2)OUT 它是通道输出信号引脚，从功能上来说也可称为“计数到零/定时时间到”输出引脚。8253的基本功能就是对外部输入到CLK引脚的脉冲进行减法计数。3)GATE 它是门控输入信号引脚，当GATE为低电平时禁止计数器工作，通常GATE为高电平或有上升沿跳变时计数器才能工作。,4、8253的工作方式,8253有6种工作方式，每个通道均可以通过编程选择工作方式。计数启动方式： 软件启动：GATE端为高电平，置入计数初值后的第2个CLK脉冲的 下降沿就开始计数 硬件启动：GATE端要求有一个上升沿跳变，对应CLK脉冲的下降 沿开始计数工作方式：方

6、式0：计数到零产生中断请求。软件启动。 方式1：硬件可重复触发的单稳态触发器。硬件启动。(3)方式2：分频器。软、硬件启动。(4)方式3：方波发生器（用得最多的方式）。软、硬件启动。(5)方式4：软件触发选通。软件启动。(6)方式5：硬件触发选通。硬件启动。,（1)方式0 计数到零产生中断请求,如图7.4所示，CPU写入控制字CW，在WR的上升沿，OUT输出变低或保持低。,初值由CR到CE, CPU将计数初值N写入计数初值寄存器CR（图中初值为4），在WR上升沿之后的第一个CLK脉冲的下降沿将CR的内容送入计数执行部件CE。 当GATE=1时，在CR内容送入CE后的每一个CLK脉冲下降沿使CE

7、减1计数，在计数过程中OUT一直保持低直到计数为零。 计数器减到0时，OUT由低跳到高电平，此输出信号可作为中断请求。在方式0中，当GATA=0时，技术暂停，当GATA变高后就接着计数。如图7.5所示。在计数过程中也可改变计数初值。在写入新的计数初值后，计数器将立即按新的计数值重新开始计数，即改变计数初值是立即有效的，参见图7.6,（2)方式1 硬件可重复触发的单稳态触发器, 若设置初值为N，则输出为N个CLK周期宽度的负脉冲。 计数到零时，可再次由GATE上升沿触发，输出同样宽度的负脉冲，而不必重新写入初值，即可重复触发如图7.7所示。, 在计数过程中（输出负脉冲期间），可由GATE上升沿再

8、触发，如图7.8所示。 在计数过程中，CPU可改变初值，这时计数过程不受影响，计数到0后输出变高。当再次触发时，计数器才开始按新的计数初值计数。即改变计数初值是下次有效的。,（3）方式2 分频器, 不用重新设置计数初值，通道能连续工作。如果初值为N，则每输入N个CLK脉冲，输出一个负脉冲，负脉冲的宽度为1个CLK周期，重复周期为N倍的CLK周期。 计数过程中可由GATE信号控制，当GATE信号变低时，立即暂停现行计数；当GATE信号变高后，从计数初值开始重新计数，如图7.9所示。 如果在计数过程中，CPU重新写入计数初值，则对于正在进行的计数无影响，而是从下一个计数操作周期开始按新的计数值改变

9、输出脉冲的频率，如图7.10。,图7.9 方式2中门控信号GATA的作用,图7.10 方式2计数过程中改变初值,（4）方式3 方波发生器, 注意初值N为偶数或奇数时，输出信号的差别。N为偶数时，输出对称方波，周期为N个CLK宽度；N为奇数时，输出有N+1/2个CLK周期的高电平和N-1/2个CLK周期的低电平。,图7.11 方式3时序图, 在计数过程中，GATE信号变低则暂停现行计数过程，直到GATE变高，将从计数初值开始重新计数。 如果要求改变输出方波的频率，则CPU可在任何时候重新写入初值，并从下一个计数操作周期开始改变输出方波频率,（5）方式4 软件触发选通, 若初值为N ，则写入初值后

10、的N+1个CLK脉冲才输出一个负脉冲，负脉冲的宽度为一个CLK周期，如图7.12。 当GATE=1时，允许计数；GATE=0时，禁止计数。 在计数过程中改变初值，则按新的初值重新计数，即改变初值是立即有效的。,图7.12 方式4时序图,(6)方式5 硬件触发选通方式, 初值为N，则在门控GATE上升沿触发后。经过N+1个CLK脉冲，才输出一个CLK周期的负脉冲，如图7.13。,图7.13 方式5时序图, 若在计数过程中再次出现门控GATE触发信号。则将从初值开始重新计数，但OUT输出的高电平不受影响，如图7.14。 若在计数过程中改变初值，只要在计数到0之前不出现新的门控触发信号，则原计数过程

11、不受影响；等计数到0并出现新的门控触发信号后，再按新的计数初值计数。若在写入了新的计数初值后，在未计数到0之前有门控触发信号出现，则立即按新的计数初值重新开始计数。,图7.14 方式5中门控信号GATA的作用,(7) 六种工作方式总结, 时钟周期和输出周期的区别 输出波形在时钟下降沿产生电平变化,计数值N与输出波形的关系,门控信号GATE的作用, 方式2（分频器）、方式4（软件触发选通）和方式5（ 硬件触发选通），它们的输出波形相同，都是宽度为 1个CLK周期的负脉冲。区别是：方式2是自动重复工作的，而方式4需要由软件（设置计数初值）触发启动，方式5需要由硬件（门控GATE信号）触发启动。 方

12、式5（硬件触发选通）与方式1（硬件触发单稳），触发信号相同，但输出波形不同：方式1输出为宽度是N个CLK周期的负脉冲（计数过程中输出为低） ，而方式5输出为宽度是1个CLK周期的负脉冲（计数过程中输出为高）。, 6种工作方式中，只有方式0，写入控制字后输出为低；其余5种方式，都是写入控制字后输出为高。 6种工作方式中的任何一种方式，只有在写入计数值后才能开始计数。方式0、2、3、4都是写入计数初值后，计数过程就开始了。而方式1和方式5在写入计数初值后，需由外部GATE信号的触发启动，才能开始计数过程。 6种工作方式中，只有方式2（分频器）和方式3（方波发生器）为自动重复工作方式，其他4种方式都

13、是一次 性计数，要继续工作需要重新启动。 图7.15是8253六种工作方式下的输出波形图。,图7.15 8253六种工作方式下的输出波形图,5、8253的初始化编程,(1)内部寄存器寻址 一片8253占用四个连续的端口地址，分别对应于三个计数初值寄存器端口和一个控制寄存器端口。3个通道共用一个控制端口，用控制字的D7和D6两位来表示作用于哪个通道。8253内部寄存器的寻址如下表所示：,表7-1：8253内部寄存器的寻址,(2)8253的控制字：如图7.16所示,图7.16 8253/8254方式控制字格式,(3)初始化编程顺序 对于每个计数通道进行初始化时，必须先写入控制字，然后写入计数初值。

14、这是因为计数初值的写入格式是由控制字的D5和D4两位编码决定的。写入计数初值时，必须按控制字规定的格式写入。例1：若用8253的计数通道1，工作在方式0，按8位二进制计数，初值为128，试编写初始化程序，设口地址为48H- 4BH。解：控制字为01010000=50H， 8位计数初值为80H moval，50H；设置通道1控制字 out4BH， al moval， 80H；写通道1计数初值，只写低 out49H， al ；8位,例2：若用8253通道1，工作在方式1，按二-十进制计数，计数初值为2010，口地址同上，试编写初始化程序。解：通道控制字为01110011=73H 计数初值高8位为2

15、0，低8位为10（注意：实际编程时要写20 H和10H）moval， 73H；写通道1控制字out4BH， almoval， 10H；写通道1计数初值低8位out49H， almoval， 20H；写通道1计数初值高8位out49H， al 当执行完上述程序后，8253通道1工作于方式1。经GATE上升沿触发后，输出产生一宽度为2010个CLK周期的负脉冲。,6、计数值和状态的读回,(1) 8253的计数值的读回 由CPU访问每个通道的输出锁存器OL，即可实现读出每个通道的计数值。如果是8位计数只需读一次；如果是16位计数，则要读两次，先读低8位，后读高8位。 由于通道计数器在不停的计数过程中，而锁存器的值是跟随计数器的值变化的，为使读得的数正确，有下面两种方法：,1)读之前先暂停计数 此法是利用GATE信号使计数器暂停计数，或由外部逻辑暂时封锁CLK的输入，然后进行读出。这要求硬件和软件配合。设8253口地址为48H-4BH，要读通道0的计数值，可编程如下： moval， 30H；写控制字00110000 out4BH，al inal， 48H；读计数通道0的低8位 movbl， al；存于寄存器BL inal， 48H；读计数通道0的高8位 movbh， al；存于寄存器BH注意在读之前，应先写控制字，其中控制字的D5D4=11,