可编程定时器计数器8254及其应用.ppt

6.4可编程定时/8254及其应用,定时器工作原理,6.4.18254定时器/计数器,（1）8254的外部引脚和内部结构,*A1A0选择片内各端口（3个通道和一个控制寄存器）,00011011通道0通道1通道2控制寄存器,8254与CPU连接示例,8254,DB,A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0,1000001100,1000001101,1000001110,1000001111,20CH选中通道0,20DH选中通道1,20EH选中通道2,20FH选中控制寄存器,设当A9A2的地址信息为：10000011译码器输出有效信号,基本计数工作原理：,减法计数器计数工作单元CE,代表外部事件发生的计数脉冲,减法计数器计数工作单元CE,频率精确的时钟脉冲串,根据不同的工作方式，OUT输出不同的信号,CLK,基本定时工作原理：,CLK,计数初值N（定时系数）,OUT,OUT,定时系数要求定时的时间/时钟脉冲周期,定时的本质还是计数，计数的对象必须是频率精确的脉冲串。如果时钟脉冲的周期是1s，要求定时1ms，则计数1000次即可，即：定时系数为1000；（对秒计数60次就是1分钟）,计数初值N,注意！,工作原理,在计数工作方式下：计数初值写入CR；CE为0时表明计数达到规定值。,在定时工作方式下：定时系数写入CR；CE为0时表明定时时间到。,CLK：计数或定时脉冲输入引脚GATE：门控引脚：允许/禁止计数；启动/终止计数OUT：输出引脚：,计数通道的内部结构,不同的工作方式下有不同的输出,（2）8254的工作方式8254的基本计数工作方式和基本定时工作方式是基础，在这两种基本方式下，可以演绎出6种工作方式。,注意每一种方式下：,*定时或计数的启动方式*GATE的控制作用*OUT引脚上的输出波形,每一种方式分为基本功能和工作特点两部分，细节很多。我们通过波形图，介绍概要。因为各种方式主要是通过OUT引脚表现出来，请关注OUT。,1）方式0计数结束中断典型的事件计数（基本计数工作方式）,基本功能：完成计数，OUT输出高电平工作特点：*写入控制字后，OUT的初始电平为低*计数到0时，OUT送出高电平直到写入了新的计数初值。*通常用OUT的低高变化来产生中断请求或查询信号。*软件启动，不具备重复性，再次写入初值，开始新一轮计数*写入计数初值到CR后，第一个计数脉冲的作用是把计数初值装入CE。所以当计数初值=4时，实际上当CLK输入5个计数脉冲后OUT才为1。,*GATE=0，暂停计数；GATE=1，继续计数*计数过程中可以写入新的计数初值，从写入后的下一个脉冲开始，以新的初值进行计数,下图中用波形表达了3种情况：*1GATE=1，完整的一轮计数*2计数过程中，GATE=0，暂停计数*3计数过程中，重新写入计数初值的计数情况,2）方式1硬件可触发单稳,基本功能：计数器相当于一个可编程的单稳态触发器。可用此方式来产生由程序控制脉冲宽度的负单脉冲，该脉冲的宽度（低电平持续时间）由计数初值N确定。,工作特点：*输入控制字后，OUT以高电平为初始电平*以GATE的上升边为起点，一个CLK脉冲后，OUT为低，计数完成后OUT又回到高电平，产生一个负的单脉冲。相当于单稳电路从稳态（高）到暂稳态（低）又回到稳态*该单脉冲的宽度（低电平继续时间）是CLK周期的N倍*可重复触发。GATE的上升边启动新一轮工作。,图中用波形表达了3种情况：*1正常的一次单稳动作全过程。*2N=3，表明暂稳态为3个CLK时间；在暂稳态过程中，再次触发，再进行一次3个CLK周期的暂稳态。*3改变计数初值N=4，由于没有GATE启动新一轮动作，本次仍然完成3个CLK暂稳态过程。当GATE上升边到来后，N=4的单稳操作才开始。,3）方式2分频器（N分频方式，频率发生器）基本功能：输出频率固定的脉冲（控制输出信号的高/低电平的比例。）工作特点：*控制字写入后，OUT以高电平为初始电平。计数器减到1时，OUT输出一个宽度为一个CLK的负脉冲。*OUT输出的脉冲串，以N1个CLK脉冲为高电平，以一个CLK脉冲为低电平。实际上，OUT输出的脉冲频率为CLK脉冲的N分频。*GATE门控：为高，计数器工作；为低，暂停工作。,该波形图叙述了3种情况：*1GATE=1，OUT持续输出分频脉冲串（高电平为N-1，低电平为1）*2分频过程中，GATE=0，暂停工作,OUT变为高电平；=1，继续工作,重新计数*3GATE=1，工作过程中改写N，CE要把本次的计数初值减到0，才开始新一轮分频工作。,4）方式3方波发生器基本功能：基本上与方式2相同，只是OUT输出的是完全对称方波或基本对称的连续方波。工作特点：若N为偶数，则输出脉冲的高、低电平持续时间相同；若为奇，则高电平持续时间为（N+1）/2，低电平持续时间为（N-1）/2。,3种情况：*1GATE=1，偶数，OUT输出对称方波*2GATE=1，奇数，OUT输出不对称方波（高电平多一个CLK时间）*3GATE=0，暂停工作；GATE=1，从初值开始工作,5）方式4软件触发选通基本功能：单脉冲发生器，以装入计数初值来启动计数器开始工作。工作特点：*无重装初值功能*装入控制字后，OUT的初始电平仍为高。*装入计数初值后，计数器开始倒数计数，到0后OUT输出一个负脉冲（宽度为一个CLK），然后又恢复为高电平，直到装入下一个计数初值来启动新一轮计数。*通常用它来作为负选通信号,3种情况：*1GATE=1，正常软件启动计数过程*2GATE在计数过程中的作用：=0，禁止计数；恢复1，重新计数*3计数过程中，改写初值对计数过程的影响,6）方式5硬件触发的选通信号发生器基本功能：以外部GATE信号来启动计数器开始工作，OUT输出宽度为一个CLK的负脉冲。工作特点：*装入控制字后，OUT的初始电平为高。*装入计数初值后，必须等GATE引脚输入一个上升边后，计数器才开始倒数计数，到0后OUT输出一个负脉冲，宽度为一个CLK脉冲通常用它来作为负选通信号，然后又恢复为高电平，直到装入下一个计数初值来启动新一轮计数。,工作方式小结,1）门控信号的影响高电平允许，当GATE=0，即使出现CLK，也不计数方式0，2，3，4上升沿允许（上升沿触发）方式1，52）OUT信号的状态写入方式字后，OUT的状态计数过程中，OUT的状态计数终了，OUT的状态3）计数操作可否重复不可重复方式0，4自动重复方式2，3条件重复方式1，5,（3）8254编程*8254有3个通道，即3个定时器/计数器单元,选择哪个通道？*每一个定时器/计数器又有6种工作方式，如何确定工作方式？*每一种方式下又必须写入计数初值，怎么送？*在某些情况下需要读出计数器的余值或计数器的状态，怎么读？,借助于用“0”“1”组成的“字”，把用户的意图告诉给8254,这些字是我们使用8254的基础,*方式控制字设置计数器工作方式,*命令字和状态字两个命令字：计数器锁存命令字和读回命令字,*1计数器锁存命令字功能：把当前计数工作单元CE的内容锁存到输出锁存器OL中，供CPU读出CE的余值（如：预先设置计数初值=N，一段时间后，锁存，读剩余值n，在这段时间内的计数值X=N-n）,SC1，SC0：选择将要锁存哪一个通道的CE（11无意义）D5、D4：特征值（标识），必须为00。,*2读回命令字功能：把指定通道的CE当前值锁存到OL，或把状态寄存器内容锁存到状态锁存器SL，以供CPU读出。锁存命令字一次只能锁存一个通道（计数器）读回命令字能同时规定锁存几个通道。,=1通道2,=1通道1,=1通道0,D7D6必须为11，D0必须为0这是特征值（标识）。,D5：COUNT=0，锁存选中的所有计数器,D4：STATUS=0，锁存选中的所有状态寄存器,*状态字功能：供用户查看8254某一通道的状态：计数值、工作方式、OUT引脚的当前状态、BCD/二进制计数方式、读/写操作状态字格式,D7：OUT引脚状态。=0，OUT=0；=1，OUT=1,D6：无效计数。=0，计数初值已装入计数工作单元CE，计数值有效=1，计数初值未装入计数工作单元CE，无效计数,D5.D0与方式控制字的对应位一致。,例:要读通道0的状态和余值,设8254的地址为20CH、20DH、20EH、20FH,读回命令的用法,标识位,写读回命令字:11001000C8H,锁存余值,锁存状态,锁存通道0,MOVDX,20FHMOVAL,0C8HOUTDX,ALMOVDX,20CHINAL,DXMOVBL,ALINAL,DXMOVCL,ALINAL,DXMOVCH,AL,先读回状态,读回余值低八位,读回余值高八位,编程方法及示例,1）初始化编程,可编程接口芯片，都有一个初始化编程问题,*8254的初始化编程有两个步骤,对控制寄存器写入控制字，确定某个通道的工作方式对通道写入计数初值设8254各个端口的地址为：通道0：20CH通道1：20DH通道2：20EH控制寄存器：20FH,例1设置通道0工作于方式0，计数100次,填写方式字：00010000选中只读写方式0二进制通道0低字节方式控制字为10H,初始化编程MOVDX，20FH；取控制寄存器地址MOVAL，10H；取通道0的方式控制字OUTDX，AL；方式控制字送入控制寄存器,MOVDX，20CH；取通道0地址MOVAL，64H；取通道0计数初值OUTDX，AL；计数初值送入通道0;到此，随着CLK0引脚上的脉冲输入,初值进入CE，开始计数。,例2设置通道1工作在方式3，输出频率为1KHz的方波,填写方式字：01110110选中先低方式3二进制通道1后高方式控制字为76H,计算计数初值：设从CLK1输入的时钟脉冲的频率是2.5M，周期为0.4s,110-3/0.410-6=2500D=9C4H,每计满2500（9C4H)个时钟脉冲，OUT输出一个间隔为1ms的脉冲,初始化编程,MOVDX，20FH；取控制寄存器地址MOVAL，76H；取通道1的方式控制字OUTDX，AL；方式控制字送入控制寄存器MOVDX，20DH；取通道1地址MOVAX，09C4H；取通道1计数初值OUTDX，AL；先送计数初值的低字节（C4H）MOVAL，AH；OUTDX，AL；再送高字节（09H）；到此，OUT1输出频率为1000Hz的方波,例3通道级联要求通道2定时1秒如果仍采用2.5M的时钟脉冲，按16位的最大计数值65536计算0.410-665536=26214.4s26ms不能定时1000ms（1秒）解决的办法：采用级联。,用通道1，通道2联合完成1秒定时。,通道安排：通道1：工作在方式3下，输出频率为1000Hz的方波（周期为1ms），作为通道2的时钟脉冲。通道2：工作在方式0，对周期为1ms的脉冲计数，计满1000次，OUT2输出高电平，表明1秒定时到。,填写通道2方式字：10110001选中先低方式0十进制通道2后高通道2方式控制字为：B1H,初始化编程：通道1初始化.（同例2）MOVDX，20FH；取控制寄存器地址MOVAL，0B1H；取通道2的方式控制字OUTDX，AL；方式控制字送控制寄存器MOVDX，20EH；取通道2的地址MOVAX，1000H；取通道2的计数初值OUTDX，AL；先送低字节（00）MOVAL，AHOUTDX，AL；再送高字节（10）；以此为起点，一秒到时，OUT变为高电平,工作编程a）工作过程中改变计数初值b）对控制寄存器写入命令字（计数器锁存命令字或读回命令字）为读某通道的当前CE内容和状态寄存器内容作准备。c）从通道（0，1，2）读回状态字d）从通道（0，1，2）读回CE当前值（余值）,例4读取通道2的当前计数值（余值）,锁存命令字10000000,选中通道2,特征值,无意义，可任选,计数器锁存命令字80H,MOVAL，80H；取通道2计数器锁存命令字MOVDX，20FH；取控制寄存器地址OUTDX，AL；锁存通道2的CE当前值到锁存器MOVDX，20EH；取通道2地址INAL，DX；从通道2锁存器读回余值低8位MOVCL，AL；转存CLINAL，DX；读回余值高8位MOVCH，AL；转存CH,实验装置8254接线图,IN指令产生IOR；OUT产生IOW,D0D7：传送控制字，命令字，余值，状态,6.4.28254在PC中的应用（课外阅读）,PC使用一片8254，其3个计数通道分别用于日时钟计时、DRAM刷新定时和控制扬声器发声声调。,扬声器发声的前提：GATE2=1，即PB0=1与门控制端=1，即PB1=1OUT2输出一定频率的脉冲串,8255B口地址：61H,周期：0.838s,每55ms申请一次中断,8254的4个端口地址：T0：40HT1：41HT2：42H控制寄存器：43H,定时中断和定时刷新,MOVAL，54H；计数器工作为方式2（分频器（频率发生器）；采用二进制计数，只写低8位计数值OUT43H，AL；写入方式控制字MOVAL，18；计数初值为18（15s。计算P204）OUT41H，AL；写入计数值；到此，OUT1连续输出周期为15s的脉冲串,如要求扬声器发出频率为600Hz的声音，则：AX=1.19318106600=1988.6D=7C5HAH=07HAL=C5H,；发音频率设置子程序，入口参数：AX=1.19318106发音频率SPEAKERPROCPUSHAXMOVAL，0B6H；定时器2为方式3，；先低后高写16位计数值OUT43H，ALPOPAXOUT42H，AL；写入低8位计数值MOVAL，AHOUT42H，AL；写入高8位汁数值RETSPEAKERENDP,SPEAKONPROC；扬声器开子程序PUSHAXINAL，61H；读取61H端口的原控制信息ORAL，03H；D1