微机原理与接口技术 陈建铎 23226-00第10章

10.1概述,10.2可编程定时器/计数器8254,10.38254编程使用,第10章定时器/计数器,10.482380内部定时器,10.1概述,在计算机中经常用到定时信号，例如动态存储器刷新、系统日历计时等。定时方法可以采用软件方式，也可以采用硬件方式。软件定时是设计一个延时子程序，以达到定时的目的。硬件定时是用专门的定时器/计数器来实现，不占用CPU的时间可与CPU并行工作。定时器实质上是一个计数器。早期PC机使用的是8253，以后的PC/AT机使用的是8254。二者的外部引脚与功能基本相同，只是前者允许输入的最高时钟频率是5MHz，后者是10MHz。在以后的一些兼容机中使用MC146818作为定时芯片。现在多使用多功能芯片中包含的定时器。,10.2可编程定时器/计数器8254,8254包含有3个16位计数器，可按二进制或十进制计数，有6种工作方式。,10.2.1内部结构与引脚功能,1.内部结构内部结构如图10-1（a）所示，3个计数器、1个控制寄存器、1个8位数据总线缓冲器以及读/写控制电路。3个计数器各16位，独立工作。每个计数器如图10-2所示，包括1个16位初值寄存器CR、1个减1计数器CE和1个输出锁存器OL。另有控制逻辑电路、控制字寄存器和状态字寄存器。控制字寄存器和状态字寄存器为3个计数器共用。计数器工作时可设定为16位，也可设定为8位。设置计数初值时，16位计数值分两次写入。一旦写入，自动送入减1计数器。当门控输入信号GATE有效时，减1计数器CE按时钟信号CLK减1计数。减为0时，由OUT端输出计数回零信号，在计数过程中，锁存器OL跟随CE的内容。,图10-1,在8254内部设置有4个寄存器，由地址A1A0选择和片选信号CS确定，如表10-1所示。,图10-2,2.引脚信号8254有24个引脚，采用双列直插式封装，其信号分布如图10-1（b）所示，功能如下：D7D0：数据总线，双向，8位，与外部数据总线连接。WR：写信号输入，低电平有效。RD：读信号，输入，低电平有效。CS：片选信号，输入，低电平有效。A1A0：地址信号，输入，用于选择内部寄存器。CLK2CLK0：3个计数器计数信号输入。OUT2OUT0：3个计数器计数回零输出，高电平有效。GATE2GATE0：3个计数器外部门控信号输入端，高电平或上升沿有效。VCC：5V电源。GND：地。,10.2.2工作方式,8254有6种工作方式，可通过编程选择。1.方式0-计数结束产生中断（1）写入控制字后OUT输出低电平，并且一直保持。计数回0时，OUT输出高电平，又一直保持，直到写入新的计数初值时再输出低电平。其时序如图10-3所示。,图10-3,（2）GATE1，允许计数；GATE0，禁止计数。如果在计数过程中修改计数初值，则在下一时钟脉冲2.方式1-可重复触发的单稳态触发器新写入的计数初值送入减1计数器，然后按新值计数。（1）写入控制字后OUT输出高电平，写入计数初值后必须由GATE的上升沿触发计数。计数开始OUT变为低电平，直到计数回0时再输出高电平。若要再次计数，必须用GATE上升沿重新触发。方式1时序如图10-4所示。,图10-4,（2）在计数过程中写入新的计数初值，当前计数状态不受影响。若有GATE上升沿触发，则按新的计数初值重新计数，直到计数回0，OUT变为高电平，低电平宽度为两次计数值之和。3.方式2-分频器是一种(n-1):1的分频器工作方式，特点如下：,图10-5,（1）写入控制字后OUT输出高电平，写入初值后的下一时钟送入减1计数器，减1计数。减到1时，OUT输出低电平，维持1个时钟周期后又变为高电平，然后重新减1计数。其时序如图10-5所示。（2）GATE1，允许计数；GATE0，停止计数。4.方式3-方波发生器（1）写入控制字后OUT输出高电平，写入计数初值后的下一时钟送入减1计数器，减1计数。当减1到初值的一半时输出低电平，并继续减1计数。当计数回0时输出高电平，即一个周期。之后，又开始下一个周期的减1计数。其时序如图10-6所示。（2）当计数初值n为偶数时，输出对称方波。当计数初值n为奇数时，高电平的宽度比低电平的宽度多1个时钟周期。,（3）GATE1时，允许计数；GATE0时，停止计数。GATE的上升沿启动重新计数。若在计数过程中写入新的计数初值，则在下一时钟周期按新值计数。5.方式4-软件触发的选通信号发生器,图10-6,（1）写入控制字后OUT输出高电平，写入计数初值后的下一时钟送入减1计数器，减1计数。计数回0时输出低电平，持续1个时钟周期后又变为高电平，即一个负脉冲信号，如图10-7所示。（2）GATE=1时，允许计数；GATE=0时停止计数，输出维持当时的电平。6.方式5-硬件触发的选通信号发生器（1）写入控制字后OUT输出高电平，写入计数初值后，必须在GAET的上升沿送减1计数器，减1计数。计数回0，输出一个时钟周期的低电平，然后回到高,图10-7,电平，即一个负脉冲。由于需要GATE的上升沿触发，故称硬件触发的脉冲发生器，时序如图10-8所示。（2）计数过程中若GATE有上升沿出现，则在下一时钟脉冲计数初值重新送入减1计数器，重新减1计数。（3）计数过程中若写入新的计数初值，而无GATE上升沿触发，当前计数状态不受影响。如果有GATE上升沿触发，则重新按照新的计数初值计数。,图10-8,10.38254编程使用,10.3.1控制字10.3.2编程使用10.3.38254在PC机中的应用,10.3.1控制字,从编程的角度来看，8254控制字有两个。一个设置工作方式；另一个用来设置读回命令，这两个控制字共用一个地址，由其中的标志位区分。1.方式控制字方式控制字一共有8位，用来设置3个计数器的工作方式、计数方式以及计数器的长度，其格式如图10-9所示。由于计数器是减1计数，且先减1，再判断，因此计数初值为0时计数值最大。（2）读回控制字当控制字的最高2位为11时表示读回命令，其格式如图10-10所示，锁存相应信息，即计数值/状态信息锁存。状态字格式如图10-11所示。其中D5-D0是以前写入方式控制字所确定的值。D6表示CR的值是否已装入CE中，若D60，表示已装入，可以读取；若D61，则读取无效。D7表示OUT,图10-9,图10-10,图10-11,10.3.2编程使用,8254的编程主要是设置工作方式，写入计数初值，在计数过程中读取计数值和状态信息。1.写操作写操作主要是写入控制字和计数初值，即初始化。8254有3个计数器，初始化时可以一个一个地进行，也可以先设置3个计数器的工作方式，然后写入各自的计数初值。前者如图10-12，后者如图10-13所示。但是必须先写入方式控制字，再写入计数初值。对于16位计数初值，先写入低字节，再写入高字节。,图10-12单个计数器初始化,图10-13集中写入控制字再写入计数初值,2.读操作读操作有两种方式，一种是直接读，读取计数初值；另一种是先发锁存命令，然后再读，读取当前计数值。在发锁存命令时可以使用读回控制字，也可以使用方式控制字。若用方式控制字，其中D5D400，D7D6用来选择计数器，其余低4位任意。若设控制字端口地址为TIM，计数器1按双字节计数，读取当前计数值的程序如下：MOVDX，TIMMOVAL，01000000BOUTDX，AL；发锁存命令INAL，DX；读取低字节MOVAH，ALINAL，DX；读取高字节XCHGAH，AL、,10.3.38254在PC机中的应用,在PC机中，8254内部的三个计数器分别用于日历计时、动态存储器定时刷新和产生扬声器音频信号，其硬件连接如图10-14所示。3个计数器的定时计数时钟相同，由PCLK二分频产生，频率为1.1931816MHz。片选信号由主机I/O地址译码产生。主机系统分配给定时器端口地址范围为40H-5FH，当I/O地址A9A8A7A6A5=00010时,T/CCS为低电平有效，8254选中，但是实际仅使用了40H-43H。（1）计数器0计数器0选择工作方式3，计数初值为0，由OUT0产生连续方波，其频率为1.1931816MHz/65536=18.2Hz，周期为54.9ms。GATE0接5V，处于常启状态。OUT0直接联接到82C59A中断控制器的IR0，利用方波上升沿发中断请求，,图10-148254在PC机中的应用,用于日历钟计时。在中断服务程序中，时间值保存在BIOS数据区的两个变量TIMER-LO和TIMER-HI中。计数器0初始化程序如下：MOVAL，36H；计数器0双字节，方式3，二进制计数OUT43H，AL；写入控制寄存器MOVAL，0OUT40H，AL；写低字节OUT40H，AL；写高字节,（2）计数器1计数器1用来向主机定时提出动态RAM刷新请求，GATE1接5V，处于常启状态。选择工作方式2，以字节计数，初始化程序如下：MOVAL，54H；计数器1写入低字节，方式2，二进制计数OUT43H，AL；写入控制寄存器MOVAL，18；设置低字节计数值18OUT41H，AL；将18写入计数器1启动工作后，由OUT1产生连续负脉冲，其频率为1.1931816MHz/1866.2878KHz，周期为15.0857s。OUT1连接到D触发器的触发脉冲输入端，而D触发器的数据输入端接+5V，这样可利用负脉冲的上升沿将触发器置1，输出高电平，定时请求DRAM刷新。（3）计数器2,计数器2用来产生扬声器的音频信号。GATE2由TIME2GATE信号控制，选择工作方式3，以双字节计数，初始化程序如下：MOVAL，0B6H；选择计数器2，写双字节，方式3，二进制计数OUT43H，AL；写入控制寄存器MOVAX，533HOUT42H，AL；写入低字节MOVAL，AHOUT42H，AL；写入高字节计数初值为533H，使OUT2输出频率为896（1.1931816MHz/533H）HZ的脉冲信号。TIME2GATE由程序设置，以确定是否启用扬声器。另外，OUT2与SPKDATA相“与”后，经SN75477送扬声器。SPKDATA由程序控制，以确定是否发声报警，SN75477用于音频功率放大。,10.482380内部定时器,10.4.1组成与功能10.4.2在动态存储器刷新中的应用,10.4.1组成与功能,82380中设置有4个16位的可编程定时器，其组成如图10-15所示，功能与8254相同，但是计数时钟信号由82380内部产生。在4个定时器中，定时器0的输出TOUT0与82380的内部中断输入IR8连接，用作实时定时中断请求，定时器1、2、3可作为通用定时器。在过去的一些PC机中，定时器1连接到动态存储器刷新控制器，用于刷新定时；定时器2用于产生扬声器的音频信号或者产生82380内部的IR3中断；定时器3用来产生82380内部的IR0中断。,图10-1582380内部定时器,82380内部定时器有两个控制寄存器，CPU可设置4个定时器的工作方式，也可发读回命令。其中，方式字1和读回控制字1用来设置定时器0、1、2的工作方式和写回。写入控制寄存器1的格式与8254完全相同。方式寄存器2和读回控制字2用来设置定时器3的工作方式和读回，格式如图10-16和10-17所示。方式控制字2的高两位D7D6=00，用来选择定时器3，其他各位的含义与8254方式控制字相同；读回控制字2的D1用来选择定时器3，D3、D2未用，其他各位与8254相同。,图10-16方式控制字格式,图10-17读回控制字格式,为了与早期的PC机兼容，82380内部定时器的I/O端口与8254在PC机中的端口地址保持兼容，如表10-2所示。,10.4.2在动态存储器刷新中的应用,在82380中除了定时器之外，还有8通道DMA控制器。每一个通道包括2