微机系统与接口课件：Ch5_3第五章 数字量输入输出(3)

1、第五章 数字量输入输出(3)*概念：总线、接口电路、接口芯片、端口地址 *中断及其处理 中断控制器8259 *定时器/计数器*并行/串行 DMA电路与应用1计数器和定时器电路( Timers & Counters)背景为CPU和外部设备提供实时时钟: 定时或延时控制(定时中断、定时检测、定 时扫描)Timer 对外部事件计数Counter。定时/延时控制实现方法 (1) 软件定时； (2) 硬件定时（不可编程型；可编程型）。2 软件定时：处理器执行若干条指令（循环）时间之和。但要占用大量CPU时间，降低CPU的利用率。 不可编程定时/计数电路简单，但无法软件控制和改变=计算机应用: 可编程的定

2、时器电路(定时值和定时范围可方便地由软件来确定和改变 )计数器和定时器电路( Timers & Counters)3可编程的定时器电路Programmable Interval Timer以均匀分布的时间间隔中断分时操作系统，以便切换程序（输出脉冲事件）;向IO设备输出精确的定时信号，信号的周期可由程序控制； 用来作为可编程速率(波特率)发生器（可变速率）； 检测外部事件发生的频率或周期；统计外部实验过程中某一事件发生的次数，并可将计数结果输入计算机（计数）；在定时或计数达到编程规定的值以后，向外部输出(向CPU申请中断)。典型芯片 i82(C)53/8254 用 途 4典型T/C框图 定时：

3、标准频率CLK/计数 累加或递减 例 减法CNTER：先计数值预置计数值寄存器减法计数器，计数脉冲经CLK输入端时使计数器进行减法计数。计数器的当前内容-计数器输出寄存器CPU不会干扰计数过程(缓冲)。计数值=零的状态OUT引脚和状态寄存器的某一位(查询式I/O或中断式IO来检测零值状态)。有到零停计/不停两种。 可硬件（ GATE输入端）或软件控制定时计数器的动作。定时计数器基本工作原理对输入CLK信号（脉冲）加法或减法计数定时/计数脉冲门控信号输出信号5可编程定时器计数器i8253 (P265) (PITProgrammable Interval Timer)i8253TopView计数频

4、率2.6MHz6可编程定时器计数器i825324P DIP +5V。三个完全独立的计数器02(16Bit)，每个计数器可单独作为定时计数器用。- 2.6MHz,内部结构框图/引脚P265D0D7-数据总线缓冲器：三态（/CS选中）、双向的8位缓冲器（连接系统数据总线），CPU IO时缓冲器发送或接收数据（与/WR/ /RD配合：读/写逻辑）。A0、A1译码（/CS选中后）-00、01、10计数器0、1、2 -11控制字寄存器（三个计数器共用、只读）：控制每个计数器的工作方式，二进制或二十进制计数方式及向每个计数器装入数据。 GATE(02)：=电平0-禁止/1-允许计数（边沿正跳变启动：方式1

5、）OUT(02)：计数器输出，其输出波形取决于工作方式（可作中断源信号）。7三独立通道16位可预置数减法计数器信号 时钟输入CLK和门控输入GATE，输出OUT）。计数器 二进制BIN（00FFFFH+1）或二十进制计数BCD（09999+1），方式选择字控制。典型用途功能：频率发生器、分频器、实时时钟、单脉冲发生器 计数：装入计数初值后，当GATE端变高电平时，可用外部事件作为CLK脉冲对计数值进行减1计数（可读计数值）。计数值减至零时OUT端输出信号。 定时：装入计数初值后，当GATE端变为高电平时，由标准CLK脉冲触发开始自动减计数，计数到零时发出OUT结束信号。8 8253/8254接

6、口电路8253/8254MPU三个计数器内部各有一个初值寄存器和输出锁存器9i8253芯片初始化/编程(P267)-控制字00010000B=10H?三个通道(计数器):控制字CW或命令字: 初始化/控制。初始化控制字 CW(Control Word)格式01110111B=77H?CH1,16位,方式3,BCDCH0,低8位,方式0,BIN辅助寻址六种工作模式标明对计数器操作的类型10i8253芯片初始化/编程控制字MOV AL,10HOUT 43H,AL; CH0，低8位MOV AL,60HOUT 40H,AL ;0060H初值MOV AL,00HOUT 43H,AL;D5D4=01: 只

7、读/写低字节; =10:只读/写高字节 (仍按16位计数! 自动补零)D5D4=11: 分两次读写写初值:先低后高8位才算写完,计数过程才能启动;读计数:先低后高8位,由于计数器未停止,则可能在两次读之间恰好计数器变化.为避免错误,可在读数前对计数器写一个D5D4=00的控制字，将计数值锁存到输出锁存器中,读两次后输出锁存器又自动随计数器变化16位计数, 计数初值（双字节，如为单字节则自动补零）.MOV AL,77HOUT 43H,AL; CH1,16位读写MOV AL,60HOUT 41H,AL ;MOV AL,30HOUT 41H,AL; 3060H初值118253编程：六种工作模式Mod

8、e0 软件触发,到0输出高电平,不自动重复Mode4 软件触发, 输出选通信号（负脉冲）Mode1 硬（GATE）触发,单稳输出,不自动重复启动Mode5 硬件触发, 输出选通信号（负脉冲）Mode2、3 软硬触发，自动重装，频率发生器/方波OUT输出Gate控制CLK输入控制字 CW计数初值Counter12 8253工作模式0(计数结束发中断请求)继续计数!控制字CW(1)计数回零时OUT高电平并保持，直至写入新的控制字或初值。但计数器在到零后仍继续计数;GATE=1计数/=0暂停)。(2)计数过程中改变计数值：8位计数写入新的计数值后，计数器按新值开始计数；16位计数写入第一个字节后，计

9、数器停止计数，写入第二个字节后，按新的初值计数。计数器0 低8位方式计数结束时输出信号(可申请中断)138253工作模式0控制减计数未完写入新的初值:续新初值Gate控制:暂停14可编程单脉冲（可重复触发的单稳态触发器）-硬件上升边沿启动，不自动重复。-负脉冲输出(宽度N*Tclk)8253工作模式1（可编程单脉冲）下一脉冲下降沿延时了3个脉冲时间(N=3)158253工作模式1控制重复触发脉冲,未计数满重置初值(Gate有效)16频率发生器（n分频器）-可软件设置, 软硬触发,负脉冲输出(宽度1个脉冲宽度,1*Tclk),N-1:1。自动重装 每N个CLK信号中输出一个宽度为CLK信号周期的

10、负脉冲8253工作模式2(P269)负脉冲输出3T3T178253工作模式2举例Gate:重触发结束重置初值18方波发生器 (软硬触发)n/2:类似于方式2，唯一不同的是，当计数到初值的一半时，输出变为低，至计数到零，输出又变高，并重新开始计数。方波周期为N*Tclk自动重装8253工作模式3(方波发生器)每个脉冲计数-2，到0自动重装198253工作模式3举例初值=奇数(n+1) /2高电平(n-1)/2低电平Gate=0暂停输出立即变高，恢复后从头计数20软件触发的选通信号发生器当写入控制字后，输出为高。写入计数值后立即开始计数（相当于软件启动），当计数到零后，输出变低，经过一个时钟脉冲后

11、，又变为高电平(负脉冲），计数器停止计数。(只计数一次)。GATE=1时，允许计数；计数过程中改变计数初值，则按新计数值重新开始计数8253工作模式4218253工作模式4举例重置初值Gate控制22硬件触发的选通信号发生器 写入控制字后，输出为高。写入计数初值后并不立即开始计数，而是由GATE信号的脉冲上升沿触发启动。当计数到零后时，输出一个CLK脉冲宽度的负脉冲，输出变高，停止计数。直至下次GATE脉冲的触发才能计数。8253工作模式5238253工作模式5举例Gate控制,重新计数重置初值,Gate启动触发 24各种工作方式的输出波形方式 0方式 1方式 2方式 3方式 4方式 50N0

12、N0N0/N110NN/2 N/2 0/N0N0 1N0 1N0 125计数开始的时刻需要注意：处理器写入8253的计数初值只是写入了预置寄存器，之后到来的第一个CLK输入脉冲（需先由低电平变高，再由高变低）才将预置寄存器的初值送到减1计数器。从第二个CLK信号的下降沿，计数器才真正开始减1计数。268253应用举例PC/XT主板上有一片8253作计数/定时电路 （P272)CNT0 40H，方式3 日时钟定时（18.158HZ, IRQ0, CLK=1.19MHZ N0=0000初值）CNT1 41H，方式2，DRAM刷新（15s, N0=0018）CNT2 42H, 方式3, 扬声器发声，

13、频率1KHZ(OUT2 与8255 PB1相与后输出, N0=1190)方波(频率)控制字寄存器43HVcc脉冲CLKi8253/8254光电耦合器脉冲计数：速度传感器278253应用编程（P273)初始化编程。对8253初始化编程包括二个步骤，即写入控制字和写入计数值。不需要外部触发的方式=工作。例：PC机BIOS初始化编程T=0.840336us(/1.19M)MOV AL,36H; 00110110B-CH0 方式3方波,BIN, L/H先写低字节再写高字节,日时钟定时OUT 43H,AL; WRT写入控制字寄存器MOV AL,0；计数器初值OUT 40H,AL;-L-CNT写入初值低位

14、OUT 40H,AL;-H-CNT写入初值高位MOV AL,54H; 01010100BCH1,方式2,BIN,Only Low8bit DROUT 43H,ALMOV AL,18;XT:18-15.1usOUT 41H,AL288253应用编程（续)Mov AL,0B6H;10110110BCH2,方式3,BIN,L/HOUT 43H,ALMOV AX,1190 ;扬声器发声，频率1KHz, Out 42h,alMov al,ahOut 42h,al.扩大计数/定时范围:(1)8253通道级联(2)软件计数(定时中断,软件累加或递减)298253应用-中断/通道级联前级输出OUT联至下一级C

15、LK最大计数=65536*65536SclkCLK0OUT0CLK1OUT1Gate0Gate1Vcc周期性定时中断：可利用方式2或3INTIRQn308253 PIT小结软件定时器的实现(中断处理程序)用8253实现日时钟 8253工作在方式3下,其输出是一个周期准确的方波,可以作为定时单位.如CLK0=1. 1931816MHz,初值为最大值65536,则计数器0输出的方波频率为f0= 1. 1931816MHz/65536=18.2Hz,周期为T0=54.945ms1天=2460 60 1000ms/54. 945ms=1573040(计时单位)=001800B0H;即计满1573040个计时单位,就是1天.同理计满65543是1个小时,计满1092就是1分钟,计满18.2就是1秒钟.具体做法: 8253的OUT0输出连到8259的IR0上.8253输出的方波每隔54.945ms申请一次中断,在中断服务程序中做双字变量的加1操作.当低字计到65536时,向高字进位,直至高字计到0018H,低字计到00B0H, 就计到24小时. 然后