[高等教育]第三章 定时技术

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1、第三章 定时/计数技术,3.1 基本概念 一、问题的提出: 1.定时 例如: 一天24小时的计时(称为日时钟)。 在监测系统中，对被测点的定时取样。 在读键盘时，为去抖，一般延迟一段时间，再读。 在步进电机速度控制程序中，利用时间间隔来控制步进电机的转速。 2.计数 例如: 对零件和产品的计数； 对大桥和高速公路上车流量的统计，等等。,二、定时的方法 为获得所需要的定时，要求有准确而稳定的时间基准，产生这种时间基准通常采用两种方法-软件定时和硬件定时。 1.软件定时 运用软件编程，循环执行一段程序而产生的等待延时。 优点：不需增加硬设备，只需编制相应的延时程序以备调用。 缺点：CPU执行延时待

2、时间增加了CPU的时间开销，延时时间越长，这 种等待开销越大，降低了CPU的效率，浪费了CPU的资源。 2.硬件定时 它是采用可编程的定时/计数器或单稳延时电路产生定时或延时。,一、外部特性与内部逻辑 1、外部特性 （1）定时/计数器8253/8254是24脚双列直插式芯片，+5V电源供电。 （2）每个芯片内部有3个独立的计数器，通过编程选择计数器和设置工作方式，计数器既可作计数器用，也可作定时器用，故称定时/计数器，记作T/C。,3.2 可编程定时/计数器8253/8254,优点： 不占用CPU的时间，定时时间长，使用灵活。 定时准确，定时时间不受主机频率影响，定时程序具有通用性，故得到广泛

3、应用。 如Intel8253/8254，Zilog的CTC等。, 数据总线D0D7：为三态输出/输入线。用于将8253与系统数据总线相连。 片选线CS-：为输入信号，低电平有效。 读信号RD-：为输入信号，低电平有效。 写信号WR-：为输入信号，低电平有效。 地址线A1A0:这两根线接到系统地址总路线的A1A0上。 面向I/O设备的信号线： 计数器时钟信号CLK：CLK为输入信号。 计数器门控选通信号GATE0-2：为输入信号。 计数器输出信号OUT0-2；为输出信号。,2、引脚的功能定义；,8253、8254 读写操作及端口地址,2.内部逻辑结构,数据总线缓冲器：它是一个三态、双向8位寄存器

4、，用 于将8253与系统数据总线D0D7 相连。 读/写逻辑。 控制命令寄存器：它接受CPU送来的控制字。,计数器：8253有3个独立的计数器（计数通道）， 计数器由16位初值寄存器、减1计数器和当前计数值锁存器组成。,计数初值寄存器（16位）：用于存放计数初值（定时常数、分频系数），最大计数值为65536（64KB）。在初始化时同时一起装入的，计数初值寄存器的计数初值，在计数器计数过程中保持不变。 减1计数器（16位）：用于进行减1计数操作，每来一个时钟脉冲，它就作减1运算，直至将计数初值减为零。 当前计数值锁存器（16位）：用于锁存减1计数器的内容，以供读出和查询。 二、计数初值 计数初值

5、与输入时钟（CLK）频率及输出波形（OUT）频率之间的关系为： Tc=CLK/OUT 例：CLK=1.193MHz ,OUT=18.2HZ, 则Tc=65549,三、读写操作及编程命令 1.方式命令的作用 主要是对8253进行初始化，初始化的工作有两点： （1）向命令寄存器写入方式命令，以选择计数器（3个计数器之一），确定工作方式（6种方式之一），指定计数器计数初值的长度和装入顺序以及计数值的码制（BCD或二进制码）。 （2）向已选定的计数器按方式命令的要求写入计数初值。,2. 方式命令的格式 方式命令的格式如下所示：, DD（）： 用来选择计数器的工作方式。 10= 000 0方式 10=

6、001 1方式 10= 010 2方式 10= 011 3方式 10= 100 4方式 10= 101 5方式 （110和111不用）,例1：选择2号计数器，工作在3方式，计数初值为533H（2个字节），采用二进制计数。其初始化程序段为: MOV DX，307H ；命令口 MOV AL，10110110 B ；2号计数器的初始化命令字 OUT DX，AL ；写入命令寄存器 MOV DX，306H ；2号计数器数据口 MOV AX，533H ；计数初值 OUT DX，AL ；选送低字节到2号计数器 MOV AL，AH ；取高字节送AL OUT DX，AL ；后送高字节到2号计数器,3. 读当前计

7、数值 在事件计数器的应用中，需要读出计数过程中的当前计数值，以便根据这个值做计数判断。,例2：要求读出并检查1号计数器的当前计数值是否是全“1”（假定计数值只有低8位），其程序段为 MOV DX, 307H ；命令口 L： MOV AL，01000000B ；1号计数器的锁存命令 OUT DX，AL ；写入命令寄存器 MOV DX，305H ；1号计数器数据口 IN AL，DX ；读1号计数器的当前计数值 CMP AL，0FFH ；比较 JNE L ；非全“1”，再读 HLT ；是全“1”，暂停,四、工作方式及特点 8253/8254芯片的每个计数器通道都有6种工作方式可供选用。 1. 0方式

8、-低电平输出（GATE信号上升沿继续计数）,0方式有如下3个特点: 当向计数器写完计数值后，开始计数，计数一旦开始，输出端OUT就变成低电平，并在计数过程中一直保持低电平，当计数器减到零时，OUT立即变成高电平。 门控信号GATE为高电平时，计数器工作；当GATE为低电平时，计数器停止了工作，其计数值保持不变。如果门控信号GATE再次变高时，计数器从中止处继续计数。 在计数器工作期间，如果重新写入新的计数值，计数器将按新写入的计数初值重新工作。,例1：使计数器T1工作在0方式，进行16位二进制计数，计数初值的高低字节分别为BYTEH和BYTEL。 其初始化程序段为: MOV DX,307H ；

9、命令口 MOV AL，01110000B ；方式字 OUT DX，AL MOV DX，305H ；T1数据口 MOV AL，BYTEL ；计数值低字节 OUT DX，AL MOV AL，BYTEH ；计数值高字节 OUT DX，AL,2. 1方式-低电平输出（GATE信号上升沿重新计数） 1方式为可编程的单稳态工作方式。,情况一： 写入计数初值后，计数器并不立即开始工作； 门控信号GATE有效，才开始工作，使输出OUT变成 低电平； 直到计数器值减到零后，输出才变高电平。 情况二： 在计数器工作期间，当GATE又出现一个上升沿时，计数器重新装入原计数初值并重新开始计数，见图见图3.5中。 如果

10、工作期间对计数器写入新的计数初值，则要等到当前的计数值计满回零且门控信号再次出现上升沿后，才按新写入的计数初值开始工作，见图3.5所示。,例2： 使计数器T2 工作在1方式，进行8位二进制计数，并 设计数初值的低8位为BYTEL。 其初始化程序段为 MOV DX，307H ；命令口 MOV AL，10010010B ；方式字 OUT DX，AL MOV DX，306H ；T2数据口 MOV AL，BYTEL ；低8位计数值 OUT DX，AL,3. 2方式-周期性负脉冲输出 2方式是一种具有自动装入时间常数（计数初值）的N分频器。,例3：使计数器T0 工作在2方式，进行16位二进制计数。 其初

11、始化程序段为 MOV DX，307H ；命令口 MOV AL，00110100B ；方式字 OUT DX，AL MOV DX，304H ；T2数据口 MOV AL，BYTEL ；低8位计数值 OUT DX，AL MOV AL，BYTEL ；高8位计数值 OUT DX，AL,3方式-周期性方波输出 3方式工作方式与2方式基本相同，也具有自动装入时间常数（计数初值）的功能。,不同之处在于： （1）工作在3方式，引脚OUT输出的不是一个时钟周期的负脉冲，而是占空比为1：1或近似1：1的方波；当计数初值为偶数时，输出在前一半的计数过程中为高电平，在后一半的计数过程中为低电平。 （2）由于3方式输出的波

12、形是方波，并且具有自动重装计数初值的功能，因此，8253一旦计数开始，就会在输出端OUT输出连续不断的方波。,5. 4方式-单次负脉冲输出（软件触发） 4方式工作方式是一种由软件启动的闸门式计数方式，即由写入计数初值来触发计数器开始工作。门控信号GATE为高电闰时，允许计数器工作。 例4：使计数器T1工作方式4方式，进行8位二进制计数，并且只装入高8位计数值。其初始化程序段为： MOV DX，307H ；命令口 MOV AL，00110100B ；方式字 OUT DX，AL MOV DX，304H ；T2数据口 MOV AL，BYTEL ；低8位计数值 OUT DX，AL,6. 5方式-单次负

13、脉冲输出（硬件触发） 5方式工作特点是由GATE上升沿触发计数器开始工作。 在5方式工作方式下，当写入计数初值后，计数器并不立即开始计数，而要由门控信号的上升沿启动计数。 在计数过程中（或者计数结束后），如果门控再次出现上升沿，计数器将从原装入的计数初值重新计数。,小结：6 种工作方式的比较 0方式（门控单稳）和1方式（门控单稳），这两种方式的输出波形类似。 2方式（分频器）和3方式（方波发生器），这两种方式共同的特点是具有自动再加载功能（装入）能力。二者的区别在于：2方式在计数过程中输出高电平，而在每当减1至0时输出宽度为1个TCLK的负脉冲。3方式是在计数过程中，OUT的信号是占空比为1:

14、1的方波或近似方波。 4方式（软件触发单脉冲）和5方式（硬件触发单脉冲）。这两种方式的OUT输出波形相同，两者的区别是计数启动的触发信号不同，前者由写信号启动计数，后者或一个脉冲）。,3.3 8253-/8254-2的应用举例 一、计数器-日时钟 1.要求 设计一个计一天时间的日计时器-日时钟。 2.分析 利用8253工作在3方式下，其输出为一系列方波，这种方波的周期是准确的，可以作为定时单位。比如，选用8253的计数器0，让其工作在3方式，计数初值设置为最大值-65536。,当输入时钟CLK0=1.1931816MHz，则输出方波的频率为 fout0=1.1931816MHz/65536=1

15、8.2Hz 输出方波的周期为： Tout0=1/18.21000ms=54.945ms 1天 2460601000ms/54.945ms=1573040(计时单位) 若以十六进制表示，则为何01800B0H个计时单位。 同理，可得一小时包含65543个计时单位，1分钟包含1092 个计时单位，1秒钟包含18.2个计时单位。每次中断加1的计数值。 双字变量分别为：TIMER-LO（40H：6CH）和TIME-HI（40H：6EH）。,3.设计 （1）硬件设计 日时钟的硬件主要由定时/计数器8254和中断控制器8259A构成，共工作原理框图如图3.10所示。该图还画出了在日时钟运行时对内存RAM的使用情况。,(2) 软件设计,二、稳定延时 三、发声器 1.要求 利用定/计数器8253发600Hz的长/短音。按任意键，开始发声；按ESC键，停止发声。8253的输入时钟CLK的频率1.19318MHz。