可编程定时器-计数器

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1、第8章 可编程定时器/计数器8253及其应用,接口原理 8253的基本工作原理 8253的内部结构和引脚信号 8253的编程 8253的工作方式 8253的应用举例,8.1 接口原理,接口电路中的电路单元 输入/输出数据锁存器和缓冲器：用以解决CPU与外设之间速度不匹配的矛盾，以及起隔离和缓冲的作用； 控制命令和状态寄存器：以存放CPU对外设的控制命令，以及外设的状态信息；,接口原理,地址译码器 用来选择接口电路中的不同端口（寄存器） 读写控制逻辑 中断控制逻辑,接口原理,片选概念 必须要有一个地址信号选中接口芯片后，才能使该接口芯片进入电路工作状态。 选通端CE（Chip Enable），又

2、称片选端CS （Chip Select）。CE端是控制接口芯片进入电路工作状态的引脚端。,接口原理,读/写概念 用IN，OUT指令读/写 可编程接口的概念 接口芯片大部分是多通道、多功能的。 多通道是指一个接口芯片一面与CPU连接，另一面可接几个外设；多功能是指一个接口芯片能实现多种接口功能，实现不同的电路工作状态。,接口原理,可编程序接口芯片 各硬件单元不是固定连接的 可由用户在使用中选择 即通过计算机的指令来选择不同的通道和不同的电路功能 称为“编程控制” 接口电路工作状态可由计算机指令来控制的接口芯片称为“可编程序接口芯片” 控制寄存器 用来存放控制电路组态的控制字节的寄存器,接口原理,

3、“联络”的概念 接口芯片常常需要和外设间有一定的“联络”信号，以保证信息的正常传送。 通常采用两个“联络”（Handhake）信号： （选通信号，strobe）和RDY（就绪信号，Ready）,8.1 定时器/计数器的概念,定时器 时钟计时、DRAM刷新、音频生成 软件定时 CPU执行指令循环计数以达到定时的效果。 灵活方便，节省费用。CPU利用率低。 硬件定时 硬件计数器产生定时信号,可编程定时器/计数器的概念,软件控制的硬件定时器 定时方式 计数制 输出波形 触发方式 循环方式 计数间隔 控制寄存器,可编程定时器/计数器的工作原理,可编程定时器/计数器的工作原理,16位计数初值寄存器CR

4、存放计数初值 可通过程序来设定 计数执行单元CE 一个16位减法计数器 初值是计数初值寄存器的内容 对CLK脉冲计数 启动后每出现一个CLK脉冲计数值减1 当减为零时通过OUT输出指示信号,可编程定时器/计数器的工作原理,CLK信号 周期性时钟信号，定时器功能； 非周期性事件计数信号，计数器功能。 计数输出锁存器OL 通常跟随计数执行单元的内容而变化 当接收到CPU锁存命令时就锁存当前的计数值 GATE信号 控制输入端 有多种控制作用（允许/禁止计数、启动/停止计数）,8.3 8253的结构和功能,8253的结构和功能,三个独立的16位计数器 可用程序设置成多种工作方式 按十进制或二进制计数

5、最高计数速率2MHz,8253的结构和功能,数据总线缓冲器D7 D0 8位 三态 双向 读/写控制逻辑 CS：片选信号 低电平有效 RD：读信号 低电平有效 WR：写信号 低电平有效 A1 A0：端口选择信号,8253的结构和功能,三个计数器/定时器通道 8位控制字寄存器 16位计数初值寄存器 减一计数器 为0时从OUT端上输出一个脉冲 输出锁存器 定时时间 时钟脉冲周期X预置的计数初值 CLK 计数脉冲或标准脉冲输入端 OUT 计数值为0时输出一个脉冲 GATE 允许端，当GATE=1时允许计数,8253的结构和功能,每个通道三个寄存器 8位控制寄存器 16位计数初值寄存器 分两次写入 16

6、位减法计数寄存器 控制字寄存器 只写寄存器 接受写入的控制字,8253的控制寄存器,工作方式控制字 SC1，SC0计数器选择,8253的控制寄存器,RL1，RL0CPU读/写操作,8253的控制寄存器,M2M1M0工作方式选择 BCD计数方式选择,8253的控制寄存器,GATE信号的功能,8253的工作方式,先向8253写入控制字 控制字起复位作用 使OUT端变为工作方式中规定的状态和对计数初值寄存器CR清零 然后再写入计数初值到CR中 其最大值为0000H,8253的工作方式,方式0计数结束中断方式 典型的事件计数用法 CLK端作为事件计数输入信号 计数执行单元CE为零时OUT端变为高电平

7、可作为中断请求信号,电平控制 电平输出 继续计数 计数一遍,工作方式0,8253的工作方式,方式0的特点和应用 计数过程由软件启动 GATE的作用是开放计数或禁止计数 OUT端由低变高表示计数过程结束,8253的工作方式,方式1 硬件可重触发单稳态方式 计数器相当于一个可编程的单稳态电路 触发输入为GATE信号 由GATE的上升沿触发计数器工作,工作方式1,上升沿控制 电平输出 重新计数 计数一遍,8253的工作方式,方式1的特点和应用 计数器的启动只能由Gate的上升沿产生 即只能用硬件启动 OUT输出为一个单稳态负脉冲 在形成单稳态脉冲过程中可以重触发 在微机实时控制系统中常用作监视时钟

8、Watchdog Timer,8253的工作方式,方式2速率发生器（Rate Generator） 能产生周期性的定时信号 速率发生器 N分频方式和周期性定时器方式,工作方式2,电平控制 负脉冲输出 重新计数 循环计数,8253的工作方式,方式2的特点和应用 CR内容能自动地、重复地装入到CE中 OUT端上能连续地输出周期性分频信号 改变计数初值即可获得不同速率的OUT输出信号 负脉冲宽度均为一个CLK脉冲的周期。 主要作为分频器和时基信号,8253的工作方式,方式3方波方式（Square Wave Mode） 除OUT输出方波之外和方式2相似 方波的重复周期是计数初值个CLK脉冲周期之和,工

9、作方式3,电平控制 电平翻转输出 减2计数 重新计数 循环计数,8253的工作方式,方式3的特点和应用 计数过程是CE内容减2 改变计数初值则OUT端将输出不同频率 主要应用作为方波发生器和波特率发生器,8253的工作方式,方式4软件触发选通方式 Software Triggered strobe 写入方式控制字CW后OUT端输出高电平 在写入计数初值后的一个CLK脉冲开始减1计数 CE为零时使OUT输出变为低电平 OUT低电平持续一个CLK脉冲周期后又恢复到高电平,工作方式4,电平控制 负脉冲输出 重新计数 计数一遍,8253的工作方式,方式5 硬件触发选通方式 Hardware Trigg

10、ered Strobe 方式5和方式1有些相似 CE到零时OUT端产生宽度为1个CLK脉冲周期的负脉冲选通输出信号,工作方式5,上升沿控制 负脉冲输出 不停计数 计数一遍,8253的工作方式,方式0：一旦写入控制字输出即为低 计数结束，输出即为高 该上升沿可作中断请求信号一次有效 方式1：产生单个负脉冲 脉宽为计数值一次有效 方式2：分频器 但负脉冲的宽度为一个时钟宽 连续有效 方式3：方波发生器 占空比为0.5（偶）或略大于0.5(奇) 连续有效 方式4：软件置计数值 负脉冲为一个时钟宽度一次有效 方式5：硬件（门控信号）触发计数 负脉冲为一个时钟宽度， 以后初值自动装入，但不触发,8253

11、的初始化,写入方式控制字 三个通道用的控制字端口地址是相同的 三个控制字写入后存入通道对应的寄存器中 写入计数初始值 读计数值 以普通对计数器端口读的方法取得当前计数值 锁存计数器的当前计数值,8253的初始化,例：某8086微机系统中，8253的三个计数器端口地址分别为 3F0H，3F1H，3F2H，控制字寄存器端口地址为3F3H 要求通道0工作于方式3，且计数初值n = 1234 则初始化程序为： 通道0 先低后高 方式3 BCD计数 MOV AL，00110111B ；控制字 MOV DX，3F3H ；控制端口 OUT DX，AL ；送控制字 MOV DX，3F0H ；通道0口的地址 M

12、OV AL，34H ；计数值低字节 OUT DX，AL ；写低字节 MOV AL，12H ；计数值高字节 OUT DX，AL ；写高字节,8253-5的应用举例,用8253-5监视一个生产流水线,主程序为： MOV AL，15H ; 00010101 OUT 43H，AL MOV AL，50H OUT 40H，AL STI LOP：HLT JMP LOP,中断服务程序为： MOV AL，01H OUT 80H，AL ; 8255 PA接口 MOV AL，77H ; 01110111 OUT 43H，AL MOV AL，50H OUT 41H，AL MOV AL，12H OUT 41H，AL C

13、ALL DL5S MOV AL，00H OUT 80H，AL IRET,8253在IBM-PC机中的应用,8253-5在IBM PC中的应用,工作原理分析 计数器0用来产生实时的时钟信号 方式3，计数初值为0，二进制计数 输出端OUT0作为中断请求信号IRQ0 计数器1用来产生DRAM刷新定时信号 方式2，计数初值为18， OUT1端输出负脉冲，周期为181.1931816MHz15.08（s） 计数器2为扬声器发声时提供896Hz的方波信号 方式3，计数初值为0533H（1331） GATE2接入一个来自系统板上8255A的PB0 作为扬声器发声时间的控制信号,8253-5在IBM PC中的应用,8253的初始化程序段 对计数器0的初始化程序： MOV AL，00110110B OUT 43H，AL MOV AL，0 OUT 40H，AL OUT 40H，AL 对计数器1的初始化程序： MOV AL, 01010100B OUT 43H，AL MOV AL，18 OUT 41H，AL,方式2，只写低字节，二进制计数 计数初值为18,方式3，先写低字节，后写高字节，二进制计数 计数初值为0（65536）,