微机原理及其应用第6章.ppt

第6章 计数/定时技术,定时与计数技术及应用,定时/计数器 8253,了解定时/计数技术的应用情况,掌握8253的连接与编程,熟习8253的工作方式,6.1 概 述,定时器和计数器都由数字电路中的计数电路构成。 前者记录高精度晶振脉冲信号，因此可以输出准确的时间间隔，称为定时器， 而当记录外设提供的具有一定随机性的脉冲信号时，它主要反映脉冲的个数，称为计数器。,1. 软件定时,CPU执行每条指令需要一定的时间，重复执行一些指令会占用一段固定的时间，适当地选取指令和循环次数便很容易实现定时功能 这种方法不需要增加硬件，可通过编程来控制和改变定时时间，灵活方便。 缺点是CPU重复执行的这段程序的目的仅为延时，从而降低了CPU利用率。,2.不可编程的硬件定时,3.可编程的定时,6.2 Intel 8253可编程定时器/计数器,6.2.1 8253的基本功能和内部结构,（1）3个独立的16位计数器，最大计数范围为165536； （2）每个计数器均可以按二进制或二十进制计数； （3）计数器速率可达2MHz； （4）可编程6种不同的工作方式； （5）所有输入和输出都与TTL兼容。 8253具有较好的通用性和使用灵活性，几乎适合于任何一种微处理器组成的系统。,1. 8253 PIT的基本功能,2. 8253的内部结构,图6.1 8253的内部结构示意图,（1）数据总线缓冲器,8位、双向、三态的缓冲器，可直接挂在数据总线上。CPU通过数据总线D0D7传送如下信息：,（2）读/写控制逻辑,决定三个计数器和控制字寄存器中哪一个能进行工作，并控制内部总线上数据传送的方向。,（3）控制寄存器,接收从CPU来的控制字， 并由控制字的D7、D6位的编码决定该控制字写入哪个计数器的控制寄存器， 控制寄存器只能写入，不能读出。,（4）计数器,8253所能实现的定时时间，取决于计数脉冲的频率和计数器的初值，即： 定时时间=时钟脉冲周期Tc预置的计数初值n。 外部输入到CLK引脚上的时钟脉冲频率不能大于2MHz,图6.2 计数器内部逻辑图,6.2.2 8253的引脚信号,8253是一片具有3个独立通道的16位计数器/定时器芯片，使用单一+5V电源，24引脚双列直插式封装，如图6.3所示,1. 与CPU的接口信号,表6.1 8253读/写操作逻辑表,2. 与外部设备的接口信号,（1）CLK0（CLK1，CLK2）时钟脉冲输入端，用于输入定时脉冲或计数脉冲信号，加在CLK引脚的输入时钟周期不得小于380ns； （2）GATE0（GATE1，GATE2）门控输入端，用于外部控制计数器的启动或停止。当GATE为高电平时，允许计数器工作，当GATE为低电平时，禁止计数器工作； （3）OUT0（OUT1，OUT2）计数输出端。在不同工作方式中，当计数器计数到0时，OUT引脚输出相应的信号。,6.2.3 8253的控制字与初始化编程,1. 8253的控制字,8253的控制字有4个主要功能： * 选择计数器； * 确定计数器数据的读写格式； * 确定计数器的工作方式； * 确定计数器计数的数制。,控制字的格式如图6.4所示,图6.4 8253控制字格式,注：图中可以是0，也可以是1，一般取0,(1) 计数器选择（D7D6）,控制字的最高两位决定这个控制字是哪一个计数器的控制字。 （2）读/写格式（D5D4） 00 计数器锁存命令，则把当前计数值锁存 10 只读/写高8位，低8位就自动为0 01 只读/写低8位，高8位自动置0； 11 先读/写低8位，后读/写高8位,（3）工作方式（D3D2 D1） 8253的每个计数器可以有6种不同的工作方式，由这3位决定选择其中的一种。 （4）数制选择（D0） 8253的每个通道都有两种计数制：二进制和二十进制（BCD码）计数，由D0位决定。 选择二进制时（D0=0） ，写入初值的范围为0000HFFFFH，其中0000H是最大值，代表65536 选择二十进制时，写入初值范围为00009999，其中0000代表最大值10000。,2. 8253的初始化编程,刚接通电源时，8253芯片通道都处于未定义状态，在使用之前，必须用程序把它们初始化为所需的特定模式，这个过程称为初始化编程。,(1) 写入控制字,用输出指令向控制字寄存器写入一个控制字，以选定计数器通道，规定该计数器的工作方式和计数格式。,(2) 写入计数初值,若是8位数，只要用一条输出指令就可完 成初值的设置。 如果是16位数，则必须用两条输出指令来 完成，而且规定先送低8位数据，后 送高8位数据。 计数初值为0时，也要分成两次写入。 采用二进制计数时0表示65536，采用BCD 计数时0表示10000。,8253工作过程中，CPU可读取任一通道的计数值。CPU读到的是执行输入指令瞬间计数器的当前值。但8253的计数器是16位，所以要分2次读至CPU。因为若不锁存的话，在前后两次执行输入指令的过程中，计数值可能已经变化了。锁存当前计数值有下面两种方法：,利用GATE信号使计数过程暂停。 向8253写入一个方式控制字，令8253通道的锁存器锁存。,在某微机系统中，8253的3个计数器的端口地址分别为3F0H、3F2H和3F4H，控制字寄存器的端口地址为3F6H，要求8253的通道0工作于方式3，BCD计数，并已知对它写入的计数初值n=1234（十进制数）,则初始化程序为：,6.2.4 8253的工作方式,8253是一种面向微机系统的专用接口芯片，它的每一个计数器都可以按照控制字的规定有6种不同的工作方式， 每种工作方式中都提供了以下三种情况： * 正常计数的波形图； * 正在计数过程中改变门控信号GATE后对整个计 数工作的影响； * 正在计数的过程中改变计数值对整个计数工作的 影响。,方式0计数结束中断方式 (Interrupt on Terminal Count),图6.5(a) 方式0 正常计数,图6.5(b) 方式0时GATE 信号的作用,图6.5(c) 方式0时计数过程中改变计数值,2. 方式1 可编程的单稳态触发器 (Programmable One Short),图6.6(a) 方式1 正常计数,图6.6(b) 方式1时GATE 信号的作用,图6.6(c) 方式1时计数过程中改变计数值,3. 方式2 比率发生器、分频器 (Rate Generator),方式2用门控信号达到同步计数的目的，波形图如图6.7(a)、(b)、(c)、(d)所示。,图6.7(a) 方式2 正常计数,图6.7(b) 方式2时GATE信号的作用,图6.7(c) 方式2时计数过程中改变计数值,4. 方式3 方波发生器 (Square Wave Generator),方式3的工作过程同方式2，只是输出的脉宽不同，波形如图6.8(a)、(b)、(c)、(d)所示。,图6.8(a) 方式3 计数值为偶数时的波形,图6.8(b) 方式3 计数值为奇数时的波形,图6.8(c) 方式3 GATE信号的作用,图6.8(d) 方式3 计数过程中改变计数值,5. 方式4 软件触发选通方式 (Software Triggered Strobe),GATE门控信号只是用来允许或停止定时操作，定时的执行过程由装入的初值决定，波形图如图6.9(a)、(b)、(c)所示。,图6.9(a) 方式4 正常计数,图6.9(b) 方式4 GATE 信号的作用,图6.9(c) 方式4 计数过程中改变计数值,6. 方式5 硬件触发选通方式 (Hardware Triggered Strobe),方式5为硬件触发选通方式，完全由GATE端引入的触发信号控制定时和计数，波形图如图6.10(a)、(b)、(c)所示。,图6.10(a) 方式5 正常计数,图6.10(b) 方式5时GATE 信号的作用,图6.10(c) 方式5时计数过程中改变计数值,6.2.5 应用举例,1. 8253定时功能的应用,设某应用系统中，提供一个频率为10kHz的时钟信号，要求设计一个100ms定时器，每隔100ms向CPU发出一次中断请求信号。 分析：采用8253定时器的通道0可以实现这一要求。将8253芯片的CLK0接到系统的10kHz时钟上，OUT0输出接到CPU的中断请求线上，设8253的端口地址为10H13H，如图6.11所示。,图6.11 8253用于定时中断,(1) 选择工作方式,(2) 确定计数初值,已知 fCLK0=10kHz，则TCLK0=0.1ms，所以，计数初值： N=TOUT0/TCLK0=100ms/0.1ms=1000=03E8H,(3) 初始化编程,根据以上要求，可确定8253通道0的方式控制字为00110100B，即34H。,初始化程序段如下：,2. 8253计数功能的应用,在IBM PC机（8088CPU系统）中，利用8253的通道0记录外部事件的发生次数，每输入一个脉冲表示事件发生1次，当事件发生100次后就向CPU提出中断请求（边沿触发）。 假设8253片选信号的I/O地址范围为200H203H，8253的连接电路如图6.12所示。,图6.12 8253用于外部事件的计数,根据要求，可以选择方式0来实现，计数初值N=100。8253初始化程序段如下：,3. 8253计数通道的级联应用,已知某8253占用I/O空间地址为320H323H，如图6.13所示，输入其CKL1端的脉冲频率为1MHz，要求用8253连续产生10秒的定时信号。,分析：8253的一个通