计算机延时程序的设计与实现

1、 学科分类号（二级） 本科学生毕业论文（设计） 题目 计算机延时程序的设计与实现 姓名 朱兴江 学号104090467 院、系物理与电子信息学院 专业应用电子技术教育 指导教师 余鸿飞 职称（学历） （副教授） 计算机延时程序的设计与实现摘要：计算机延时程序在现在的应用的系统当中是必不可少的部分，本设计采用了74LS193和8253芯片来实现定时和延时的功能。74LS193是双时钟4位二进制同步可逆计数器，在本设计中74LS193是组成分频电路的一个重要组件，主要为8253计数器提供时钟源信号。利用计算机内部的8253芯片，8253芯片有6种工作方式，本设计选用方式3：方波频率发生器，使用汇编

2、语言编写程序，来实现精确延时。关键词：8253；74LS193；延时1、前言当今社会，随着人们生活水平质量的不断提高，人们对相应技术的要求越来越高，某些系统中的延时成了现在技术中不可或缺的重要的组成部分。在游戏设计中可以通过精确的延时，使游戏的操作动作更加的清晰，更加吸引玩家的眼球，从而获得更多的经济效益。相反如果没有精确的延时，会是什么的后果呢？例如，在游戏中，一架飞机从屏幕上飞过，如果没有演示程序进行精确的控制，瞬间就飞过屏幕，没有很好地视觉效果，如果通过延时程序进行控制，就可以看到他从屏幕飞过的整个过程。在现代社会中，大量的研究项目在过程的进行中都需要利用到计算机的精确延时。计算机的精确

3、延时程序正在进行构思设计阶段，正在面临着一个如何提高计算机的精确延时的问题。现实中的问题是：可不可以通过计算机的精确延时实现计算机开机，通过延时程序使一部分程序优先运行，减少CPU的负荷，加快其运行速度。这些问题都可以通过对计算机添加延时程序来进行解决。在本设计中采用了8253芯片和74LS193来实现计算机延时的功能，8253芯片有6种工作方式，本设计选用了第三种工作方式方波频率发生器，并且使用汇编语言编写程序，来实现精确的延时。2 可编程计数器/定时器8253在控制系统中，常常要求有一些实时时钟以实现定时或延时控制，如：定时中断、定时监测、定时扫描等等，也往往要求有计数器能对外部事件计数。

4、要实现定时或延时控制，有三种主要方法：软件定时、不可编程的硬件定时和可编程计数器/定时器。下面将介绍可编程计数器/定时器。可编程计数器/定时器是为了方便微型计算机系统的设计和应用而研制的，很容易和系统总线连接。它的定时值及其范围可以很容易的由软件来确定和改变，能够满足各种不同的定时和计数要求，因而在微型计算机系统的设计和应用中得到广泛的应用。2.1 8253的组成与接口信号8253是24条引线双列直插式封装的芯片，其外部引线和内部结构如图1.1所示，各电路及引线的功能如下。图1 8253的引线和内部结构2.2计数器的工作方式及其输入输出的关系8253是一种可编程定时/计数器，有三个十六位计数器

5、，其计数频率范围为0-2MHz，用+5V单电源供电。8253的功能用途：（1）延时中断；（2）可编程频率发生器；（3）事件计数器；（4）二进制倍频器；（5）实时时钟；（6）数字单稳；（7）复杂的电机控制器。8253的计数器有6种工作方式：（1）方式0：计数结束中断；（2）方式l：可编程频率发生；（3）方式2：频率发生器；（4）方式3：方波频率发生器；（5）方式4：软件触发的选通信号；（6）方式5：硬件触发的选通信号。2.2.1计数器的输出OUT计数器的输出与工作方式有关，6种工作方式的输出信号波形如图1.3。图2 6种工作方式的输出信号8253的计数器有6种工作方式中方式3方波发生器输出固定频

6、率的脉冲，而且具有“初值自动重装的功能”。方式3的详细波形图如图1.4。图3 方式3的波形图2.3 8253的控制字8253的工作方式由CPU向8253的控制字寄存器写入控制字来规定，其格式如图1.5。图4 8253的控制字SC1，SC0计数通道选择位。RL1，RL0读/写操作方式位。M2,M1，M0工作方式择位。BCD计数方式选择位。3 计算机延时电路的设计选用8253不同的通道进行工作，来控制发光二极管的亮和灭，亮和灭的周期不同，以此来显示延时。其中第一种方式采用的是：8253的0通道产生周期为30毫秒的方波，去控制发光二极管的亮和灭；第二种方式是：8253的0通道和1通道级联的工作方式，

7、产生周期为20秒的方波，去控制发光二极管的亮和灭。3.1 8253采用0通道图5 第一种方式实验连线图图3.1为第一种工作方式。8253的GATE0接+5V。8253的CLK0插孔接分频器74LS393（左下方）的T1插孔，分频器的频率源为8.0MHZ，T8.0MHZ，OUT0接一盏发光二极管。此时产生的方波信号的周期是30ms。通过接发光二极管，观察定时情况。3.2 8253采用级联方式图6 第二种方式实验连线图8253的GATE0、GATE1接+5V。8253的CLK0插孔接分频器74LS393（左下方）的T1插孔，分频器的频率源为8.0MHZ，T8.0MHZ，OUT0接CLK1，OUT1

8、接一盏发光二极管。实验程序在8253的OUT1输出周期为20秒的方波，通过接发光二极管，观察是否定时时间为10秒。图3.1采用0通道的方式进行连线，图3.2采用0通道和1通道级联的方式，可以得到不同周期的方波，通过对比图3.1和图3.2可以得出级联状态下可以延时。4 系统软件的设计4.1 延时程序设计需求分析因为要实现对LED的不同延时控制，所以采用了0号计数器单独控制延时和0号计数器级联1号计数器的方式控制延时的方式。在设计延时程序时，首先需要通过8253的A0、A1端口以及端口选择相应计数器的控制器端口，并写入控制字。在单独采用0号计数器的程序中，令为0，A0、A1都为1，即可对控制寄存器

9、进行写入。写入的控制字段中，D7和D6是控制相应的选择相应的计数器，因为第一个程序中采用的是0号计数器，所以此时这两位应该为00。D5、D4决定了计数初值N的写入方式，这里选择先写低八位，再写高八位的方式，所以这两位应该写入值11。D3、D2、D1是选择计数器输出的脉冲方式，这里因为要实现定期延时功能，所以采用周期性方波发生方式，即方式3，这三位应该写入值011或者111都可以。最后一位控制字D0是根据计数值的大小来决定的，1是BCD模式，最大值为10000，0是二进制模式，最大值为65536。在级联方式中，不仅要用0号计数器还要采用1号计数器，经0号计数器的输出脉冲作为1号计数器的时钟输入信

10、号。所以在写入控制字的时候，要先选定0号计数器的控制字写入端口，写入0号计数器的控制字，再选定1号计数器的控制字，写入其对应的控制字，写入方式都为先写低八位，再写高八位。1、 要选定0号计数器，写入控制字的D7、D6位应该为00，D5、D4决定了计数初值N的写入方式，这里选择先写低八位，再写高八位的方式，所以这两位应该写入值11。D3、D2、D1是选择计数器输出的脉冲方式，这里因为要实现定期延时功能，所以采用周期性方波发生方式，即方式3，这三位应该写入值011或者111都可以。最后一位控制字D0是根据计数值的大小来决定的，1是BCD模式，最大值为10000，0是二进制模式，最大值为65536。

11、2、 要选定1号计数器，写入控制字的D7、D6位应该为01，D5、D4决定了计数初值N的写入方式，这里选择先写低八位，再写高八位的方式，所以这两位应该写入值11。D3、D2、D1是选择计数器输出的脉冲方式，这里因为要实现定期延时功能，所以采用周期性方波发生方式，即方式3，这三位应该写入值011或者111都可以。最后一位控制字D0是根据计数值的大小来决定的，1是BCD模式，最大值为10000，0是二进制模式，最大值为65536。4.2基本延时程序模式及延时时间的计算8253内部包括3个功能完全相同和操作完全独立的计数通道，每个计数通道由16位减法计数器、16位计数初值寄存器和16位计数值锁存器组

12、成。计数初值寄存器的内容，在计数过程中保持不变。计数初值寄存器和计数值锁存器占用一个端口地址（即该计数通道口地址），CPU读取计数通道的当前计数值来自计数值锁存器。各通道可工作在计数器方式，此时被计数的事件以脉冲方式从CLK输入；各通道可工作在定时器方式，此时确定频率的时钟脉冲从CLK输入。计数初值=定时时间CLK周期。各通道的启动、禁止、允许计数与门控信号GATE有关，GATE的作用OUT的输出波形随各通道工作方式不同而不同。在这部分介绍基本延时程序以及延时程序的计算方法，但在这里只是介绍单循环的延时程序控制字的写入，对于相应的由汇编语言编写的代码部分，将在附录中给出。MOV DX,控制字写

13、入端口;MOV AL,控制字;OUT DX,AL;MOV DX,计数器初值写入端口;MOV AL,初值低八位;OUT DX,AL;MOV AL,初值高八位;OUT DX,AL;对于本设计中延时程序的计数初值计算，下面给出说明，无论是8253是连接0通道，还是将0通道和1通道进行级联，初始时钟信号都是采用的频率为8MHz的信号，经由74LLS193将信号转换为2MHz，通过计算得出产生周期为30ms的方波及20s的方波。方案一中，输入信号为2MHZ，输出方波周期为30ms，要达到这种效果，根据计数初值的计算公式得：N=60000，故方案一中控制字的D0位选择二进制方式，其值为0。方案二中，要求1

14、号计数器输出方波周期为20S，要达到这种效果，0号计数器的计数初值无需改变，为：N1=60000，1号计数器的技术初值为：N2=666，可以选择BCD计数方式或者二进制技术方式，所以方案二中1号计数器的控制字的D0为选0或1都可。这两种方案中的计数初值N都在计数范围内，是符合要求的，经过最终计算，方案一中的0号计数器控制字为：00110110B(36H)；方案二中0号计数器控制字为：00110110B(36H)，1号计数器控制字为：01110110B(76H)。5结束语本文利用74LS193和8253芯片来实现定时和延时的功能，在本问中74LS193是组成分频电路的一个重要组件，主要是来提供时

15、钟源信号，计算机内部的8253芯片的工作方式3：方波频率发生器来进行工作。本文中设计的电路简单有效，对于编写的汇编语言也是最为简单基础的编程，有利于在课堂上进行实验，操作简单。但是本文中的设计真正的应用到实际中还有要改进的地方，所以在后续的研究工作中我还会继续完善相应的软硬件部分的功能。Design and implementation for delay procedure of computerAbstract: Computer delay procedure is indispensable in the system, this design uses the 74LS193 chi

16、p and the 8253 chip to realize the functions of timing and time delay. 74LS193 is a dual clock 4 bit binary synchronous reversible counter, 74LS193 in this design is an important component of the frequency division circuit, mainly for the 8253 counter provides a clock signal. Using the computer insi

17、de the 8253 chip, the 8253 chip has 6 working modes, this design uses 3 ways: square wave frequency generator, the use of assembly language programming, to achieve the precise delay.Key words:8253;74LS193;delay附录：程序（汇编语言）;/*/;程序1：利用8253,产生一个30ms方波：;计数器0，工作方式3，以二进制方式计数;0号计数器控制字为：00110110B(36H)，计数初值为：

18、60000(EA60H);/*/CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:CODE,ES:CODE;=START: MOV DX,38BH ;8253的控制寄存器端口地址送DX MOV AL,36H ;选择计数器0;先写低8位，再写高8位;方式3;二进制计数 OUT DX,AL;方式控制字写入控制寄存器 MOV DX,388H;计数器0的地址送DX MOV AL,60H ;存入低8位计数值到AL寄存器中 OUT DX,AL;写入低8位 MOV AL,EAH;存入高8位计数值到AL寄存器中 OUT DX,AL;写入高8位 JMP $;=CODE ENDS END START;

19、/*/;/*/;程序2：利用8253,采用级联的方式，产生一个20s方波：;计数器0，工作方式3，以二进制方式计数，输出30ms方波;计数器1，工作方式3，以二进制方式计数，输出20s方波;0号计数器控制字为：00110110B(36H)，计数初值为：60000(EA60H)。1号计数器控制;字为：01110110B(76H)，计数初值为：666(029AH);/*/CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:CODE,ES:CODE;=START: MOV DX,38BH ;8253的控制寄存器端口地址送DX MOV AL,36H ;选择计数器0;先写低8位，再写高8位;方

20、式3;二进制计数 OUT DX,AL;方式控制字写入控制寄存器 MOV DX,388H;计数器0的地址送DX MOV AL,60H ;存入低8位计数值到AL寄存器中 OUT DX,AL;写入低8位 MOV AL,EAH;存入高8位计数值到AL寄存器中 OUT DX,AL;写入高8位MOV DX,38BH ;8253的控制寄存器端口地址送DX MOV AL,76H ;选择计数器1;先写低8位，再写高8位;方式3;二进制计数 OUT DX,AL;方式控制字写入控制寄存器 MOV DX,389H;计数器1的地址送DX MOV AL,9AH ;存入低8位计数值到AL寄存器中 OUT DX,AL;写入低8位 MOV AL,02H;存入高8位计数值到AL寄存器中 OUT DX,AL;写入高8位 JMP $;=CODE ENDS END START;/*/ 参考文献：1