第9章定时-计数接口电路

第9章定时-计数接口电路第1页，共44页。9.1 定时定时/计数的根本概念计数的根本概念 所谓定时计数就是通过硬件或软件的方法产生一个时间基准，以此来实现对系统的定时或延时控制。要实现定时或延时控制，有三种主要方法：软件定时、纯硬件定时与可编程的硬件定时器/计数器。第2页，共44页。1.软件定时 软件定时的方法是：由于执行每条指令都需要时间，那么执行一个程序段就需要一个固定的时间，通过适当地挑选指令和安排循环次数来实现软件的定时。这种方法由于要完全占用CPU的时间，因而降低了CPU的利用率。第3页，共44页。2.纯硬件定时纯硬件定时 它采用固定的电路，如可以采用小规模集成电路555，外接电阻和电容构成单稳延时电路。这样的定时电路简单，而且通过改变电阻和电容，可以使定时在一定的范围内调整。但它由纯硬件来完成，给使用带来不便。第4页，共44页。3.可编程硬件定时器可编程硬件定时器/计数器计数器 这是目前在控制系统中广泛使用的方法，它通过编程来控制电路的定时值与定时范围，功能强，使用灵活。在计算机系统中，象定时中断、定时检测、定时扫描等等都是用可编程定时器来完成定时控制的。Intel 系列的8253、8254就是常用的可编程定时/计数器。第5页，共44页。9.2 可编程定时可编程定时/计数器计数器Intel 8253/8254-PIT9.2.1 Intel 8253的主要性能和内部构造的主要性能和内部构造 1.Intel 8253的主要性能的主要性能 Intel 8253-PIT有有3个独立的个独立的16位计数器，每个计数器都可以按照位计数器，每个计数器都可以按照二进制或二进制或BCD码进展计数，计数速率可达码进展计数，计数速率可达2MHz8254为为10MHZ，每个计数器有每个计数器有6种工作方式，可编程设置和改变。它可用在多种场合，种工作方式，可编程设置和改变。它可用在多种场合，如方波发生器、分频器、实时时钟、事件计数等方面。如方波发生器、分频器、实时时钟、事件计数等方面。第6页，共44页。2.Intel 8253的内部构造 数据总线缓冲器 它与CPU的数据总线相连，是8位双向三态缓冲器。CPU通过这个缓冲器对8253进展读/写操作。控制字存放器 此存放器只能写入而不能读出。在8253初始化时，由CPU写入控制字来设置计数器的工作方式。计数器 计数器0、计数器1、计数器2是三个完全独立、构造一样的计数器，每一个都是由一个16位的可预置的减法计数器构成。第7页，共44页。图9.1 Intel 8253的内部构造第8页，共44页。9.2.2 Intel 8253的外部性能的外部性能图9.2 Intel 8253的外部引脚图第9页，共44页。GATE：门控信号，当GATE为低电平时，禁止计数器工作；GATE为高电平时，才允许计数器工作。CLK：计数脉冲输入。OUT：脉冲输出。当计数到“0”时，从OUT端输出信号，输出信号的波形取决于工作方式。CS、RD、WR、A0、A1共同结合，用于对8253进行端口操作，如表9-1所示。第10页，共44页。表表9-1 8253的端口选择的端口选择A1A0寄存器选择和操作0 1000写计数器001001写计数器101010写计数器201011写控制字寄存器00100读计数器000101读计数器100110读计数器200111无操作(三态)1禁止(三态)011无操作(三态)第11页，共44页。9.2.3 Intel8253的控制字和编程的控制字和编程图9.3 8253的控制字第12页，共44页。SC1、SC0：这两位决定这个控制字是哪一个计数器的控制字。RL1、RL0：设置数据读/写格式。在读取计数值时，可令RL1、RL0=00，先将写控制字时的计数值锁存，然后再读取。M2、M1、M0：设置每个计数器的工作方式。BCD：用于选择每个计数器的计数制。在二进制计数时，计数初值的范围是0000HFFFFH，其中0000H是最大值，代表65536。在BCD码计数时，计数初值的范围中00009999，其中，0000是最大值，代表10000。第13页，共44页。9.2.4 Intel8253的工作方式的工作方式 Intel 8253的每个计数器都有的每个计数器都有6种工作方式，这种工作方式，这6种方式的主要区别种方式的主要区别是：输出的波形不同，计数过程中是：输出的波形不同，计数过程中GATE信号对计数操作的影响不同，信号对计数操作的影响不同，启动计数器的触发方式不同等。启动计数器的触发方式不同等。1.方式方式0计数完毕后输出由低变高计数完毕后输出由低变高 该方式的波形如下图，这种方式的特点是：该方式的波形如下图，这种方式的特点是：第14页，共44页。图9.4 方式0波形第15页，共44页。图9.5 方式0计数过程中改变计数初值第16页，共44页。写入控制字后，OUT输出端变为低电平。当写入计数初值后，计数器开场减1计数。在计数过程中OUT一直保持为低电平，直到计数到0时，OUT输出变为高电平。此信号可用于向CPU发出中断请求。计数器只计数一遍。当计数到0时，不恢复计数初值，不开场重新计数，且输出一直保持为高电平。只有在写入新的计数值时，OUT才变低，并开场新的计数。第17页，共44页。GATE是门控信号，GATE=1时允许计数，GATE=0时，制止计数。在计数过程中，如果GATE=0那么计数暂停，当GATE=1后接着计数。在计数过程中可改变计数值。假设是8位计数，在写入新的计数值后，计数器将按新的计数值重新开场计数。如果是16位计数，在写入第一个字节后，计数器停顿计数，在写入第二个字节后，计数器按照新的计数值开场计数。如下图。第18页，共44页。2.方式1可编程序的单拍脉冲 方式1的波形如下图，其特点是：写入控制字后，输出OUT将保持为高电平，计数由GATE启动。GATE启动之后，OUT变为低电平，当计数到0时，OUT输出高电平，从而在OUT端输出一个负脉冲，负脉冲的宽度为N个(计数初值)CLK的脉冲宽度。当计数到0后，不用送计数值，可再次由GATE脉冲启动,输出同样宽度的单拍脉冲。第19页，共44页。在计数过程中，可改变计数初值，此时计数过程不受影响。如果再次触发启动，那么计数器将按新输入的计数值计数。在计数未到0时，如果GATE再次启动，那么计数初值将重新装入计数器，并重新开场计数。第20页，共44页。图9.6 方式1波形第21页，共44页。3.方式2频率发生器分频器 方式2的波形如下图，它的特点是：写入控制字后，输出将变为高电平。写入计数值后，计数立即开场。在计数过程中输出始终为高电平，直至计数器减到1时，输出将变为低电平。经过一个CLK周期，输出恢复为高，且计数器开场重新计数。因此，它能够连续工作，输出固定频率的脉冲。第22页，共44页。图9.7 方式2波形第23页，共44页。如果计数值为N，那么每输入N个CLK脉冲，输出一个脉冲。因此，相当于对输入脉冲的N分频。通过对N赋不同的初值，即可在输出端得到所需的频率，起到频率发生器的作用。计数过程可由门控脉冲控制。当GATE=0时，暂停计数；当GATE变高自动恢复计数初值，重新开场计数。在计数过程中可以改变计数值，这对正在进展的计数过程没有影响。但在计数到1时输出变低，经过一个CLK周期后输出又变高，计数器将按新的计数值计数。第24页，共44页。4.方式3 方波发生器 方式3的波形如下图。它的特点是：输出为周期性的方波。假设计数值为N，那么输出方波的周期是N个CLK脉冲的宽度。图9.8 方式3波形第25页，共44页。写入控制字后，输出将变为高电平.当写入计数初值后，就开场计数,输出仍为高电平;当计数到初值一半时,输出变为低电平，直至计数到0,输出又变为高电平，重新开场计数。假设计数值为偶数，那么输出对称方波。如果计数值为奇数，那么前(N+1)/2个CLK脉冲期间输出为高电平，后(N1)/2个CLK脉冲期间输出为低电平。GATE信号能使计数过程重新开场。GATE=1允许计数，GATE=0制止计数。停顿后OUT将立即变高开，当GATE再次变高以后，计数器将重新装入计数初值，重新开场计数。第26页，共44页。5.方式4软件触发选通 方式4的波形如下图，它种方式的特点是：写入控制字后，输出为高电平。写入计数值后立即开场计数相当于软件触发启动，当计数到0后，输出一个时钟周期的负脉冲，计数器停顿计数。只有在输入新的计数值后，才能开场新的计数。当GATE=1时，允许计数，而GATE=0，制止计数。GATE信号不影响输出。在计数过程中，如果改变计数值，那么按新计数值重新开场计数。如果计数值是16位，那么在设置第一字节时停顿计数，在设置第二字节后，按新计数值中开场计数。第27页，共44页。图9.9 方式4波形第28页，共44页。6.方式5硬件触发选通 方式5的波形如下图，这这种方式的特点是：写入控制字后，输出为高电平。在设置了计数值后，计数器并不立即开场计数，而是由门控脉冲的上升沿触发启动。当计数到0时，输出一个CLK周期的负脉冲，并停顿计数。当门控脉冲再次触发时才能再计数。在计数过程中如果再次用门控脉冲触发，那么使计数器重新开场计数，此时输出还保持为高电平，直到计数为0，才输出负脉冲。如果在计数过程中改变计数值，只要没有门控信号的触发，不影响计数过程。当有新的门控脉冲的触发时，不管是否计数到0，都按新的计数值计数。第29页，共44页。图图9.10 方式方式5波形波形第30页，共44页。9.2.5 Intel 8 253的应用举例的应用举例 要使用要使用8253，必须首先对其进展初始化，初始化有两种方法：，必须首先对其进展初始化，初始化有两种方法：对每个计数器分别进展初始化，先写控制字，后写计数值。如果计数对每个计数器分别进展初始化，先写控制字，后写计数值。如果计数值是值是16位的，那么先写低位的，那么先写低8位再写高位再写高8位。位。先写所有计数器的方式字，再写各个计数器的计数值。如先写所有计数器的方式字，再写各个计数器的计数值。如果计数值是果计数值是16位的，那么先写低位的，那么先写低8位再写高位再写高8位。位。第31页，共44页。例如：假设一个8253在某系统中的端口地址40H43H，如果要将计数器0设置为设置为工作方式3，计数初值为3060H,采用二进制计数法，那么初始化方法如下：MOVAL，36H；设置控制字00110110计数器0，方式3，写两个字节，二进制计数OUT43H，AL；写入控制存放器MOVAX,3060H；设置计数值OUT40H,AL；写低8位至计数器0MOVAL,AHOUT40H,AL；写高8位至计数器0第32页，共44页。在在IBM PC/XT机的应用机的应用 在IBM PC/XT机中，8253主要提供系统时钟中断、动态RAM的刷新定时与喇叭发声控制等功能。8253的初始化是在计算机启动时由BIOS完成的。图是8253在IBM PC/XT机的应用的示意图 从8284时钟发生器来的频率经二分频后作为8253三个计数器的时钟输入，8253在IBM-PC/XT中的端口地址为40H43H，这三个计数器在系统中的初始化程序如下：第33页，共44页。图9.11 8253在IBM-PC/XT机的应用的示意图第34页，共44页。计数器0用于定时中断约55msMOVAL,36H ；计数器0，方式3，写两个字节，二进制计数OUT43H,AL ；控制字送控制字存放器MOVAL,0 ；计数值为最大值OUT40H,AL ；写低8位OUT40H,AL ；写高8位第35页，共44页。计数器1用于定时15sDMA请求MOVAL,54H ；计数器1，方式2，只写低8位，二进制计数OUT43,ALMOVAL,12H ；初值为18OUT41H,AL 第36页，共44页。计数器3用于产生约900HZ的方波送至扬声器MOVAL,B6H ；计数器3，方式3，写两字节，二进制计数OUT43,ALMOVAX,0533H ；计数初值为533HOUT42H,AL ；写低8位MOVAL,AHOUT42H,AL ；写高8位第37页，共44页。9.3 Intel 8254-PIT简介简介 Intel8254是Intel 8253的改进型，它们在操作方式与引脚排列上完全一样。相比8253，8254主要改进的内容是：8254的计数频率可由直流至6MHz，8254-2可高达10MHz。而8253最高只能到达。第38页，共44页。2.有读回命令(写入至控制字存放器)如果控制字存放器D7=1，D6=1，D0=0，即为8254的读回命令，其格式如下图。这个命令可以使三个计数器的计数值一次锁存，而在8253那么需要写入三个命令。第39页，共44页。图9.12 8254的读回命令第40页，共44页。另外，在8254中每个计数器都有一个状态字，当要读取时，也可由读回命令进展锁存。其状态状态字的格式如下图。图913 8254的状态字格式第41页，共44页。其中，D0D5与方式控制字对应位的意义一样。即为写入此计数器的控制字的相应局部。D7表示OUT引脚的输出状态。D6表示计数初值是否已装入减1计数器，D6=0表示已经装入，可以读取计数器。第42页，共44页。习习 题题 9 9.1 在控制系统中，有哪些计时/定时方法？9.2 在8253每个计数器中有几种工作方式？它们的主要区别是什么？9.3 为什么8253的方式0可用作中断请求？9.4 为什么8253的方式2具有频率发生器的功能？9.5 当计数值为奇数的情况下，8253在方式3时的输出波形如何？9.6 8253的方式5与方式6有什么异同？怎么对8253进展初始化？第43页，共44页。The End谢谢您的聆听！期待您的指正！第44页，共44页。