微机原理与接口技术_CH81

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,*,*,*,*,*,*,微机原理与接口技术,第十八讲,11/9/2024,第八章 可编程计数器,/,定时器,8253,及其应用,8-1 8253,工作原理,内部结构与引脚信号,初始化编程步骤和门控信号的功能,8253,的工作方式,8-2 8253,的应用举例,定时功能,计数功能,内 容 提 要,11/9/2024,2,综 述,在微型计算机系统中，常需要用到定时功能。例如：,按一定的时间间隔对动态,RAM,进行刷新；,扬声器的发声；,在计算机实时控制和处理系统中，按一定的采样周期对处理对象进行采样，或定时检测某些参数，,对外部事件进行计数等，,都需要定时信号。,实现定时功能主要有三种方法：,软件定时,不可编程的硬件定时,可编程的硬件定时,第八章 可编程计数器,/,定时器,8253,及其应用,11/9/2024,3,软件定时是最简单的定时方法，它不需要硬件支持，只要让机器,循环执行某一条或一系列指令,，这些指令本身并没有具体的执行目的，但由于执行每条指令都需要一定的时间，重复执行这些指令就会占用一段固定的时间。,利用这种方法定时，完全由软件编程来控制相改变定时时间，灵活方便，而且节省费用。,但,CPU,的利用率太低，在定时循环期间，,CPU,不能再去做任何其它有用的工作，而仅仅是在反复循环，等待预定的定时时间的到来，这在许多情况下是不允许的。比如，对动态存储器的定时刷新操作，只要处于开机状态，就需要一直不停地进行下去，显然不能采用软件定时。,1.,软件定时,第八章 可编程计数器,/,定时器,8253,及其应用,综述,11/9/2024,4,555,芯片,是一种常用的不可编程器件，加上外接电阻和电容就能构成定时电路。这种定时电路结构简单，价格便宜，通过改变电阻或电容值，可以在,一定的定时范围内改变定时时间,。但这种电路在硬件已连接好的情况下，定时时间和范围就不能由程序来控制和改变，而且定时精度也不高。,2.,不可编程的硬件定时,第八章 可编程计数器,/,定时器,8253,及其应用,综述,11/9/2024,5,3.,可编程的硬件定时,可编程定时器,/,计数器电路利用,硬件电路,和,中断,方法控制定时，定时时间和范围完全由软件来确定和改变，并由微处理器的时钟信号提供时间基准，这种时钟信号由晶体振荡器产生，故计时精确稳定。,用可编程定时器,/,计数器进行定时，先要根据预定的定时时间，,用指令对计数器,/,定时器芯片设定计数初值,，然后启动芯片进行工作。,计数器一旦开始工作后，,CPU,就可以去做别的工作，等,计数器计到预定的时间，便自动形成一个输出信号,，该信号可用来向,CPU,提出中断请求，通知,CPU,定时已到，使,CPU,作相应的处理。或者直接利用输出信号去启动设备工作。,该方法显著,提高了,CPU,的利用率,，而且定时时间由软件设置，使用十分,灵活方便,，加上定时时间又很精确，所以获得了广泛的应用。,系统也可以利用计数器,/,定时器芯片,对外部事件进行计数。,第八章 可编程计数器,/,定时器,8253,及其应用,综述,11/9/2024,6,Intel 8253,就是一种能完成上述功能的计数器,/,定时器芯片，被称为可编程间隔定时器,(Programmable Interval Timer,，,PIT,),。,4.,可编程计数器,/,定时器,8253,8253,内部具有,3,个,独立的,16,位计数器,通道，通过对它进行编程，每个计数器通道均可按,6,种不同的方式,工作，并且都可以按,2,进制或,10,进制格式进行计数，最高计数频率能达到,2MHz,。,8253,还可用作可编程,方波频率产生器、分频器、程控单脉冲发生器,等。,第八章 可编程计数器,/,定时器,8253,及其应用,综述,11/9/2024,7,5.,可编程计数器,/,定时器,8254,InteI,8254,是,8253,的增强型产品，它与,8253,的引脚兼容，功能几乎完全相同，不同之处在于：,8253,的最大输入时钟频率为,2MHz,，而,8254,的最大输入时钟频率可高达,5MHz,，,8254-2,则为,l0MHz,。,8254,有,读回,(read-back),功能，可以同时锁存,13,个计数器的计数值及状态值，供,CPU,读取，而,8253,每次只能锁存和读取一个通道的计数器，且不能读取状态值。,第八章 可编程计数器,/,定时器,8253,及其应用,综述,11/9/2024,8,8-1 8253,的工作原理,一、,8253,的内部结构和引脚信号,11/9/2024,9,8-1 8253,的工作原理,【,内部结构和引脚信号,】,一、,8253,的内部结构和引脚信号,1,数据总线缓冲器,数据总线缓冲器是,8253,与系统数据总线相连接时用的接口电路，由,8,位双向三态缓冲器构成，,CPU,用输入,/,输出指令对,8253,进行读,/,写操作的信息，都经,8,位数据总线,D7D0,传送，这些信息包括：,CPU,在对,8253,进行初始化编程时，向它,写入的控制字,。,CPU,向某一计数器,写入的计数初值,。,从计数器,读出的计数值,。,11/9/2024,10,2,读,/,写控制逻辑,8-1 8253,的工作原理,【,内部结构和引脚信号,】,CS,片选信号,，,低电平有效，由地址总线经,I/O,端口译码电路产生。只有当,CS,为低电平时，,CPU,才能对,8253,进行读写操作。,RD,读信号,，,低电平有效。当,RD,为低电平时，表示,CPU,正在读取所选定的计数器通道中的内容。,WR,写信号,，,低电平有效。当,WR,为低电平时，表示,CPU,正在将计数初值写入所选中的计数通道中或者将控制字写入控制字寄存器中。,A,1,A,0,端口选择信号,。在,8353,内部有,3,个计数器通道,(02),和一个控制字寄存器端口。当,A,1,A,0,00,时，选中,通道,0,；,A,1,A,0,01,时，选中,通道,1,；,A,1,A,0,10,时，选中,通道,2,；,A,1,A,0,11,时，选中,控制字寄存器,端口。,11/9/2024,11,如果,8253,与,8,位数据总线的微机相连，只要将,A,1,A,0,分别与地址总线的最低两位,A,1,A,0,相连即可。,如果系统采用的是,8086CPU,，则数据总线为,16,位。,CPU,在传送数据时，总是将低,8,位数据送往,偶地址,端口，将高,8,位数据送到奇地址端口。,偶地址端口的数据总是通过低,8,位数据总线送到,CPU,，奇地址端口的数据总是通过高,8,位数据总线送到,CPU,。,当仅具有,8,位数据总线的存储器或,I/O,接口芯片与,8086,的,16,位数据总线相连时，既可以连到高,8,位数据总线，也可以接在低,8,位数据总线上。,在实际设计系统时，常将这些芯片的数据线,D,7,D,0,接到系统数据总线的低,8,位，这样，,CPU,就要求芯片内部的,各个端口为偶地址,（地址总线的,A,0,0,）。应改用地址总线中的,A,2,A,1,实现端口选择，即将,A,2,连到,8253,的,A,1,引脚，而将,A,1,与,8253,的,A,0,引脚相连。,【,注意,】,8-1 8253,的工作原理,【,内部结构和引脚信号,】,11/9/2024,12,2,读,/,写控制逻辑,CS,RD,WR,A,1,A,0,功 能,0,1,0,0 0,写入计数器,0,0,1,0,0 1,写入计数器,1,0,1,0,1 0,写入计数器,2,0,1,0,1 1,写入控制字寄存器,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,1,禁止使用,0,1,1,无操作,8253,输入信号组合的功能表,8-1 8253,的工作原理,【,内部结构和引脚信号,】,11/9/2024,13,3,计数器,0,2,8253,内部包含,3,个完全相同的计数器,/,定时器通道,，对,3,个通道的操作完全独立。每个通道都包含：,一个,8,位的控制字寄存器,：,控制字寄存器是一种只写寄存器，在对,8253,进行编程时，由,CPU,用输出指令向它写入控制字，来选定计数器通道，规定各计数器通道的工作方式，读写格式和数制。,一个,16,位的计数初值寄存器：,存放由,CPU,送来的计数初值。,一个计数器执行部件,(,实际的计数器,),：,执行部件实际是一个,16,位的减法计数器，它的起始值就是初值寄存器的值，该值可由程序设置。,输出锁存器,用来锁存计数器执行部件的值，必要时,CPU,可对它执行读操作，以了解某个时刻计数器的瞬时值。,构成,注意,：,计数初值寄存器、计数器执行部件和输出锁存器都是,16,位寄存器，它们均可被分成高,8,位和低,8,位两个部分（可作为,8,位寄存器使用）。,8-1 8253,的工作原理,【,内部结构和引脚信号,】,11/9/2024,14,3,计数器,0,2,预置初值：,每个通道工作时，都是,对输入到,CLK,引脚上的脉冲按,2,进制或,10,进制,(BCD,码,),格式进行计数,，计数采用,倒计数,法，先对计数器预置一个初值，再把初值装入实际的计数器。,减计数器：,CLK,每输入一个脉冲，计数器的值减,1,，当计数器的值减为,0,时，便从,OUT,引脚输出一个脉冲信号,。输出信号的波形主要由工作方式决定，同时还受外部,GATE,门控信号控制（它决定是否允许计数）。,外部事件计数器,：在,CLK,脚上的计数脉冲由,外部事件,产生，这些脉冲的间隔可以是不相等的。,定时器：,CLK,引脚上应输入,精确的时钟脉冲,。,定时时间,取决于计数脉冲的频率和计数器的初值，即,定时时间时钟脉冲周期,T,c,预置的计数初值,n,工作原理,8-1 8253,的工作原理,【,内部结构和引脚信号,】,11/9/2024,15,3,计数器,0,2,8253,的,3,个计数器都各有,3,个引脚，它们是：,CLK,0,CLK,2,：计数器,02,的输入时钟脉冲从这里输入。频率不能大于,2MHz,。,OUT,0,OUT,2,：计数器,02,的输出端。,GATE,0,GATE,2,：计数器,02,的门控脉冲输入端。,引脚,8-1 8253,的工作原理,【,内部结构和引脚信号,】,11/9/2024,16,4,控制字寄存器,BCD,M,2,M,1,M,0,RL,1,RL,0,SC,1,SC,0,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,1,BCD,码计数,0,二进制计数,000,方式,0,001,方式,1,X10,方式,2,X11,方式,3,100,方式,4,101,方式,5,00,计数器,锁存,，供,CPU,读,01,只读,/,写计数器,低,字节,10,只读,/,写计数器,高,字节,11,先读,/,写计数器,低,字节，后读,/,写,高,字节,00,选择通道,0,01,选择通道,1,10,选择通道,2,11,无效,8-1 8253,的工作原理,【,内部结构和引脚信号,】,11/9/2024,17,二、初始化编程步骤和门控信号的功能,1,8253,的初始化编程步骤,接通电源时，,8253,处于未定义状态，在使用之前，必须用程序把它们初始化为所需的特定模式，这个过程称为,初始化编程,。初始化编程按下列步骤进行：（,1,）写入控制字；（,2,）写入计数初值。,用输出指令向控制字寄存器写入一个控制字，以,选定计数器通道，规定该计数器的工作方式和计数格式,。,写入控制字还起到复位作用，使输出端,OUT,变为规定的初始状态，并使计数器清,0,。,8-1 8253,的工作原理,写入控制字,11/9/2024,18,1,8253,的初始化编程步骤,用输出指令向选中的计数器端口地址中写入一个,计数初值,，初值可以是,8,位数据，也可以是,16,位数据。,若是,8,位数,，只要用,一条输出指令,就可完成初值的设置。,如果是,