微机原理与接口技术第9章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第9章 定时/计数接口电路,第9章 定时/计数接口电路,9.1 定时/计数的基本概念,9.2 可编程定时/计数器,Intel 8253/8254,9.3,Intel 8254,简介,习题9,9.1 定时/计数的基本概念,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、纯硬件定时及可编程的硬件定时器/计数器。,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，则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。,2.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。,3.可编程硬件定时器/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及定时范围，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。,9.2 可编程定时/计数器,Intel 8253/8254-PIT,9.2.1,Intel 8253,的主要性能和内部结构,1.,Intel 8253,的主要性能,Intel 8253-PIT,有3个独立的16位计数器，每个计数器都可以按照二进制或,BCD,码进行计数，计数速率可达2,MHz（8254,为10,MHZ），,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，如方波发生器、分频器、实时时钟、事件计数等方面。,2.,Intel 8253,的内部结构,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进行读/写操作。,控制字寄存器,此寄存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、结构相同的计数器，每一个都是由一个16位的可预置的减法计数器构成。,图9.1,Intel 8253,的内部结构,9.2.2,Intel 8253,的外部性能,图9.2,Intel 8253,的外部引脚图,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、A,0,、A,1,共同结合，用于对8253进行端口操作，如表9-1所示。,表9-1 8253的端口选择,A,1,A,0,寄存器选择和操作,0,1,0,0,0,写计数器0,0,1,0,0,1,写计数器1,0,1,0,1,0,写计数器2,0,1,0,1,1,写控制字寄存器,0,0,1,0,0,读计数器0,0,0,1,0,1,读计数器1,0,0,1,1,0,读计数器2,0,0,1,1,1,无操作(三态),1,禁止(三态),0,1,1,无操作(三态),9.2.3,Intel8253,的控制字和编程,图9.3 8253的控制字,SC,1,、SC,0,：,这两位决定这个控制字是哪一个计数器的控制字。,RL,1,、RL,0,：,设置数据读/写格式。在读取计数值时，可令,RL,1,、RL,0,=00，,先将写控制字时的计数值锁存，然后再读取。,M,2,、M,1,、M,0,：,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0000,HFFFFH，,其中0000,H,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。,9.2.4,Intel8253,的工作方式,Intel 8253,的每个计数器都有6种工作方式，这6种方式的主要区别是：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，启动计数器的触发方式不同等。,1.方式0计数结束后输出由低变高,该方式的波形如图9.4所示，这种方式的特点是：,图9.4 方式0波形,图9.5 方式0计数过程中改变计数初值,写入控制字后，,OUT,输出端变为低电平。当写入计数初值后，计数器开始减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，不开始重新计数，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，并开始新的计数。,GATE,是门控信号，,GATE=1,时允许计数，,GATE=0,时，禁止计数。在计数过程中，如果,GATE=0,则计数暂停，当,GATE=1,后接着计数。,在计数过程中可改变计数值。若是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始计数。如果是16位计数，在写入第一个字节后，计数器停止计数，在写入第二个字节后，计数器按照新的计数值开始计数。如图9.5所示。,2.方式1可编程序的单拍脉冲,方式1的波形如图7.6所示，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。,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，则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，则计数初值将重新装入计数器，并重新开始计数。,图9.6 方式1波形,3.方式2频率发生器（分频器）,方式2的波形如图9.7所示，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，计数立即开始。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，且计数器开始重新计数。因此，它能够连续工作，输出固定频率的脉冲。,图9.7 方式2波形,如果计数值为,N，,则每输入,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，重新开始计数。,在计数过程中可以改变计数值，这对正在进行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。,4.方式3 方波发生器,方式3的波形如图9.8所示。它的特点是：,输出为周期性的方波。若计数值为,N，,则输出方波的周期是,N,个,CLK,脉冲的宽度。,图9.8 方式3波形,写入控制字后，输出将变为高电平.当写入计数初值后，就开始计数,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，重新开始计数。,若计数值为偶数，则输出对称方波。如果计数值为奇数，则前(,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始。,GATE=1,允许计数，,GATE=0,禁止计数。停止后,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，重新开始计数。,5.方式4软件触发选通,方式4的波形如图9.9所示，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始计数（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，计数器停止计数。只有在输入新的计数值后，才能开始新的计数。,当,GATE=1,时，允许计数，而,GATE=0，,禁止计数。,GATE,信号不影响输出。,在计数过程中，如果改变计数值，则按新计数值重新开始计数。如果计数值是16位，则在设置第一字节时停止计数，在设置第二字节后，按新计数值中开始计数。,图9.9 方式4波形,6.方式5硬件触发选通,方式5的波形如图7.10所示，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，计数器并不立即开始计数，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，并停止计数。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，则使计数器重新开始计数，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。,图9.10 方式5波形,9.2.5,Intel 8 253,的应用举例,1.初始化8253,要使用8253，必须首先对其进行初始化，初始化有两种方法：,对每个计数器分别进行初始化，先写控制字，后写计数值。如果计数值是16位的，则先写低8位再写高8位。,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16位的，则先写低8位再写高8位。,例如：假设一个8253在某系统中的端口地址40,H43H，,如果要将计数器0设置为设置为工作方式3，计数初值为3060,H,采用二进制计数法，则初始化方法如下：,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；,写入控制寄存器,MOVAX,3060H；,设置计数值,OUT40H,AL；,写低8位至计数器0,MOVAL,AH,OUT40H,AL；,写高8位至计数器0,2.8253在,IBM PC/XT,机的应用,在,IBM PC/XT,机中，8253主要提供系统时钟中断、动态,RAM,的刷新定时及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9.11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2.386364,MHZ,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40,H43H，,这三个计数器在系统中的初始化程序如下：,图9.11 8253在,IBM-PC/XT,机的应用的示意图,计数器0用于定时中断（约55,ms）,MOVAL,36H ；,计数器0，方式3，写两个字节，二进制计数,OUT43H,AL ；,控制字送控制字寄存器,MOVAL,0,；,计数值为最大值,OUT40H,AL ；,写低8位,OUT40H,AL ；,写高8位,计数器1用于定时（15,s）DMA,请求,MOVAL,54H ；,计数器1，方式2，只写低8位，二进制计数,OUT43,AL,MOVAL,12H ；,初值为18,OUT41H,AL,计数器3用于产生约900,HZ,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,AL,MOVAX,0533H ；,计数初值为533,H,OUT42H,AL,；,写低8位,MOVAL,AH,OUT42H,AL,；,写高8位,9.3,Intel 8254-PIT,简介,Intel8254,是,Intel 8253,的改进型，它们在操作方式及引脚排列上完全相同。,相比8253，8254主要改进的内容是：,1.计数频率高,8254的计数频率可由直流至6,MHz，8254-2,可高达10,MHz。,而8253最高只能达到2.6,MHz。,2.有读回命令(写入至控制字寄存器),如果控制字寄存器,D