第八章 定时器.ppt

1、1,第八章 定时器/计数器电路,8.1 计算机中的定时和计数 8.2 可编程定时器/计数器芯便8254 8.3 8254在PC系列机定时系统中的应用,2,8.1 计算机中的定时和计数,定时/延时控制的基本方法：,软件定时,不可编程硬件定时,可编程硬件定时,定时电路是任何计算机系统中必不可少的 基本电路,3,8.1 计算机中的定时和计数,可编程定时器/计数器典型结构：,4,可编程定时器/计数器的主要用途：, 以均匀分布的时间间隔中断分时操作系统，以便切换程序；, 向I/O设备输出周期可控的定时信号；, 用作可编程波特率发生器；, 检测外部事件发生的频率或周期；, 统计外部某过程中某一事件发生的次

2、数；, 作为向CPU的定时或定次数中断源；,8.1 计算机中的定时和计数,5,8.2 可编程定时器/计数器芯片8254/8253,8.2.2 8254内部结构与引脚信号,8.2.4 8254的工作方式,8.2.5 应用编程,8.2.3 内部端口寻址,8.2.1 基本功能,6,8.2 可编程定时器/计数器芯片8254/8253,8.2.1 基本功能 8254具有以下基本功能： (1) 有3个独立的16位计数器通道。 (2) 每个计数器可按二进制或十进制(BCD)计数。 (3) 每个计数器可工作于6种不同工作方式。 (3) 每个计数器允许的最高计数频率为10MHz (8253为2MHz)。 (5)

3、 有读回命令(8253没有)，可以读出当前计数 单元的内容和状态寄存器内容。,7,8.2.2 8254内部结构与引脚信号,与微机相连的引脚。 接口特性与8259和各类存储器芯片类似。,与外部相连的引脚，取决于工作方式,8.2 可编程定时器/计数器芯片8254/8253,8,8.2.2 8254内部结构与引脚信号,3个功能独立的计数器通道既可用作计数器，又可用作定时器，差别在于：, 作计数器用时，对CLKi端输入的计数脉冲（间隔不 一定相同）作减1计数。, 作定时器用时，对周期一定的时钟脉冲作减1计数。,9,8.2.3 内部端口寻址,8.2 可编程定时器/计数器芯片8254/8253,10,8.

4、2.4 8254的工作方式,8254中各计数器通道均有6种工作方式可供选择:,方式0 计数结束中断方式,方式1 硬件可重触发单稳方式,方式2 速率波发生器方式,方式3 方波方式,方式4 软件触发选通方式,方式5 硬件触发选通方式,理解6种工作方式的要点:,门控信号GATE的功能,输出信号OUT的波形,计数初值的设置及启动计数的条件,8.2 可编程定时器/计数器芯片8254/8253,11,8.2.4 8254的工作方式,计数结束中断方式，OUT输出波形如下：,基本功能,工作特点,计数由软件启动，每次写入计数初值，只启动一次计数。,CPU写计数初值到CR后，CR内容并不立即装入CE，而是在其后的

5、下一个CLK脉冲下降沿才将CR内容装入CE，对该CLK脉冲不计数。(方式15相同),计数过程中，如果GATE=0则暂停计数，直到GATE=1后再接着计数。,计数过程中写入新的计数初值，从写入后下一个时钟脉冲开始，以新的初值计数。,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,12,8.2.4 8254的工作方式,定时波形,正常计数过程,门控信号的作用,改变计数初值,停止计数,接着计数值,下一脉冲影响计数,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,13,8.2.4 8254的工作方式,方式0的应用,外部事件计数,测脉冲宽度,1.方式0 2.

6、方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,频率计,14,方式1是硬件可重触发单稳方式。计数器相当于一个可编程的单稳态触发电路。,基本功能,工作特点,GATE上升沿启动计数,可重触发,8.2.4 8254的工作方式,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,15,方式1定时波形,方式1应用:,实时监控器(看门狗电路),正常计数过程,计数过程可重触发,改变计数初值的影响,8.2.4 8254的工作方式,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,启动计数,重装计数值,影响计数,16,基本功能：,工作特点：,自动重复计数。,可由

7、软件通过写计数初值启动,也可由GATE上升沿启动。,GATE变低电平时停止计数;而当GATE由低重新变高时,重新由初值开始计数。,8.2.4 8254的工作方式,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,方式2是速率波发生器方式。 OUT端输出一周期性负脉冲序列：,17,方式2定时波形：,方式2应用,正常计数过程,门控信号的作用,改变计数初值的影响,8.2.4 8254的工作方式,重装计数值,下一周期影响计数,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,停止计数,18,方式是方波方式。OUT输出的是方波或近似方波信号：,基本功能：,工作

8、特点：,若计数初值n为偶数，OUT输出周期为n个CLK周期的标准方波。,8.2.4 8254的工作方式,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,若n为奇数，OUT端得到的是近似方波；,GATE变低电平时停止计数;而当GATE由低重新变高时,重新由初值开始计数。,19,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,方式3定时波形,方式3应用,波特率发生器,初值为偶数的计数,8.2.4 8254的工作方式,初值为奇数的计数,GATE的影响,标准方波,近似方波,重装计数值,停止计数,20,方式4是软件触发选通方式。,基本功能：,工作特点：,计

9、数过程中若GATE变低，则停止计数，直到GATE恢复到高时，重新从初值开始减1计数。,计数过程中若改变(重写)计数初值，将从改变之后的下个CLK脉冲起，按新初值重新开始计数。,软件装入的计数初值只一次有效。,8.2.4 8254的工作方式,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,方式4 与方式0的功能很相似，主要差别是计数结束时，在OUT端产生的是一个宽度为1个CLK周期的负选通脉冲。,21,方式4定时波形,8.2.4 8254的工作方式,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,正常计数,GATE的影响,改变初值的影响,计数结束，

10、输出负脉冲,停止计数,下一时钟影响计数,重新计数,22,方式5是硬件触发选通方式。,基本功能：,工作特点：,硬件触发启动计数；,当计数值计到0后，自动重新装入初值n，但并不开始计数，而是待GATE端出现新的上升沿后才重新作减1计数。,8.2.4 8254的工作方式,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,方式5与方式1很类似，也是由硬件触发启动计数，差别在于OUT端产生的是一个宽度为1个CLK周期的负选通脉冲。,23,方式5定时波形,8.2.4 8254的工作方式,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,硬件触发,启动计数,计数过

11、程改变初值不影响计数,硬件触发，以新初值计数,输出负脉冲,24,与其他可编程芯片一样，为了使用8254，必须通过读/写操作对它编程。包括：,8.2.5 应用编程,工作之前写入控制字，以确定每个计 数器通道的工作方式； (2)工作之前写入每个计数器通道的计数 初值； (3)工作过程中改变某通道的计数初值； (4)写入命令字，以读出某一时刻某一通 道的CE内容或状态寄存器内容。,25,1.各种控制字、命令字和状态字格式,(1)控制字 (2)命令字 (3)状态字,8254控制字格式:,26,锁存命令字(8253和8254均有)： 用来将当前的CE内容锁存到输出锁存器OL，以供CPU读出。,命令字有锁

12、存命令字和读回命令字,(1)控制字 (2)命令字 (3)状态字,1.各种控制字、命令字和状态字格式,27,读回命令字(8254特有) 用于将计数器通道的CE当前内容锁存入OL或将状态寄存器内容锁存入状态锁存器。,(1)控制字 (2)命令字 (3)状态字,1.各种控制字、命令字和状态字格式,28,8254每个计数器通道对应有一个状态寄存器和一个状态锁存器。,(1)控制字 (2)命令字 (3)状态字,1.各种控制字、命令字和状态字格式,29,读当前计数值/状态字的方法和原则：,(1) 要读当前计数值或当前状态，必须先写读回命令，再读OL或SL。,(2) 对同一通道的计数器或状态寄存器发多次读回命令

13、，但每次未立即读取CE或SR，则只有第一次读回命令引起的锁存操作是有效的，以后读出的值或状态仅是第一次读回命令锁存的结果。,(3) 若读回命令同时或先后锁存了同一通道的计数值和状态，则对该通道第一次读出的结果一定是状态字（8位），随后的一次或两次读出的才是计数值（一次还是两次，取决于初始化时控制字确定的计数值字节数）。,1.各种控制字、命令字和状态字格式,30,读回命令举例,命 令,命令作用,执行结果,次序,D7D6D5D4D3D2D1D0,1,2,3,4,5,6,1 1 0 0 0 0 1 0,1 1 1 0 0 1 0 0,1 1 1 0 1 1 0 0,1 1 0 1 1 0 0 0,1

14、 1 0 0 0 1 0 0,1 1 1 0 0 0 1 0,读回通道0的计数值和状态,读回通道1的状态,读回通道2、1的状态,读回通道2的计数值,读回通道1的计数 值和状态,读回通道0的状态,锁存通道0的计数值 和状态,锁存通道1的状态,锁存通道2的状态，但对通道1无效,锁存通道2的计数值,锁存通道1的计数值，但对状态无效,命令无效，通道0的状态早已锁存,8.2.5 应用编程,31,2. 8254的编程方法及举例,初始化编程必须在8254/8253工作之前进行;,对每个用到的通道都要初始化：先向控制寄存器（端口3）写入方式控制字，再以通道地址（端口0，1或2）向CR写入计数初值。,如在工作过

15、程中需要读取某通道的当前状态或当前CE值，应先向控制寄存器（端口3）写读回命令，再从该通道（端口0，1或2）读出相应锁存器内容。,8.2.5 应用编程,(1) 编程说明,32,（2）编程举例,例1. 在8086系统中，用8254构成定时、计数与脉冲发生器,系统功能,利用通道0完成对外部事件计数功 能,计满100次向CPU发中断请求。,利用通道1产生频率为1kHZ的方波。,利用通道2作1s标准时钟。,8.2.5 应用编程,33,系统的硬件连接：,8.2.5 应用编程,1s,34,初始化编程,STT：MOV DX，port3 ；定义通道0工作于方式0, MOV AL，10H ; 按二进制计数 OU

16、T DX，AL MOV DX，port0 ；给通道0送计数初值100 MOV AL，64H OUT DX，AL,8259A的初始化编程,8254的初始化编程,8.2.5 应用编程,35,初始化程序：(续）,MOV DX，port3 ；定义通道1为方式3 MOV AL，76H ；按二进制计数 OUT DX，AL MOV DX，port1 ；给通道1送计数初值2500 MOV AX，09C4H OUT DX，AL ；先送低字节（C4H） MOV AL，AH OUT DX，AL ；再送高字节（09H） MOV DX，port3 ；定义通道2为方式3 MOV AL，0B7H ；按十进制计数 OUT D

17、X，AL MOV DX，port2 ；给通道2送计数初值1000 MOV AX，1000H OUT DX，AL ；先送低字节（00H） MOV AL，AH OUT DX，AL ；再送高字节（10H）,8.2.5 应用编程,36,MOV DX, 8259A”0”口 ；对8259A初始化 MOV AL, 13H ; 写ICW1 OUT DX, AL MOV DX, 8259A”1”口 MOV AL, 50H ; 写ICW2 ,定义8254通道0和2的 OUT DX, AL ; 中断类型码分别为50H和52H MOV AL, 03 ; 写ICW4,自动AEOI OUT DX, AL MOV AL,

18、0FAH ; 写OCW1 OUT DX, AL STI : ;,(续）,37,例2.用8254设计一个智能化频率计。,设计思想,利用通道0产生定时（检测）信号,利用通道1对外部脉冲计数,设计数初值为0。当定时时间到时，读出通道1计数值N，则脉冲频率为：,测量原理,8.2.5 应用编程,38,硬件电路,驱动程序,中断采集程序:读N,求频率。,8.2.5 应用编程,39,例3. 在某啤酒包装流水线中，一个包装箱能装入24罐，希望每通过24罐，流水线要停2s，等待装箱完毕，然后继续装箱。试利用一片8254，完成包装流水线控制中的定时和计数功能。,设计思想,用1个通道作计数器，用作24罐计数,用另1个

19、通道作定时器，产生2S定时信号,定时控制原理,用定时结束信号重新启动流水线,用计数结束信号启动2S定时，并使流水线暂停,8.2.5 应用编程,40,硬件电路,驱动程序(初始化）,8.2.5 应用编程,方式2,方式1,41,8.3 8254在PC系列机定时系统中的应用,PC系列机定时系统包括两部分：,CPU内部控制时序产生电路：主要用于内部指令执行过程。,I/O接口芯片的定时产生电路：由8254负责。以PC/AT机为例：,日历时钟由通道0完成,DRAM刷新由通道1完成,音频信号产生（驱动扬声器)由通道2完成,42,8.3 8254在PC系列机定时系统中的应用,8254各通道在AT定时系统中的作用

20、及信号规定,43,PC/AT机定时系统结构框图,8.3 8254在PC系列机定时系统中的应用,44,8254三个通道在PC/AT机中的使用原理,通道0：工作于方式3，计数初值为0（即65536）。用作实时时钟信号发生器，每输出一个方波，产生一次0级中断，调用INT 8H一次。,INT 8H中断服务程序的功能：,完成日历时钟计时；,实现软驱马达开启时间管理,使其开启一段时间完成数据存取操作后，自动延时关停；,进行INT 1CH软中断调用，为用户提供可用的定时操作服务程序入口。,8.3 8254在PC系列机定时系统中的应用,45,通道1：工作于方式2，计数初值为18（即0012H）。每隔15.08s产生一负脉冲，用作DRAM刷新时的定时控制。,通道2：工作于方式3，计数初值为0533H输出频率约为900HZ的方波，为扬声器发声提供音频信号。,软件控制发声：CPU控制8255A的PB1（即端口61H的D1位）的电平变化使扬声器发声。这时需要将8254的OUT2置于高电平，以允许来自PB1的音频信号通过与门。,硬件控制发声：利用8254通道2工作于方式3输出音频信号来使扬声器发声。这是AT机定时系统提供的一项基本功能。改变其计数初值，可改变发音声调。,8.3 8254在PC系列机定时系统中的应用,46