第21讲第7章并行接口及定时计数控制.讲述.ppt

1、第7章(2) 争分夺秒-定时计数控制,微机原理与接口技术,第7章 并行接口及定时计数控制 2,“ 大禹 圣者,乃惜寸阴,至於众人,当惜分阴。”,晋书陶侃传,第7章 并行接口及定时计数控制 3,古代计时工具,现代计时工具,原子钟，50亿年的累积误差是一秒,日常生活的计时工具及计时概念,第7章 并行接口及定时计数控制 4,CPU的总指挥-晶振：电路及实物,晶振也分有源及无源,有源晶振怎么用？ 无源晶振 怎么用？,CPU的计时工具及计时概念,晶振的频率与指令执行的时间,第7章 并行接口及定时计数控制 5,1 并行接口8255A 2 计数器/定时器8253/8254,【知识点】,【主要内容】,8255

2、并行接口电路,8253计数器/定时器,第7章 并行接口及定时计数控制 6,【主要内容】,8255并行接口电路,8253计数器/定时器,第7章 并行接口及定时计数控制 7,8253的引脚和六种工作方式,8253的编程,8253在IBM PC系列机上的应用,学习重点,7.2 计数器 / 定时器 8253,学习目标,熟悉定时器的工作方式,熟练掌握初始化编程，即配置定时器的寄存器,掌握简单的定时或计数程序设计,第7章 并行接口及定时计数控制 8,定时与计数的关系 什么是计数？,8,计数就是计算事件的发生次数。霍尔开关每当车轮转过一圈时磁铁接近一次霍尔开关，于是就会输出一个脉冲。如果把这个脉冲输入微机，

3、微机可以在每次脉冲到来时计一个数，假设60秒内微机的计数值为n，于是车轮每转过一圈的时间，即脉冲的周期为：,如果车轮的半径为r，于是车轮的周长为C=2r，得自行车的行驶速度为：,这个脉冲式没有规律的,第7章 并行接口及定时计数控制 9,定时与计数的关系 什么是定时？,9,设定加热一只鸡的时间为15分钟（900s），启动后微波炉开始倒计时，并在显示屏上显示剩余时间。图示当前剩余时间为5分45秒（345s）。单片机只需要每过1s 更新一次显示时间，当更新显示900次（900s）后就让微波炉停止加热即可。所以定时过程可视为CPU计算单位时间（可以是1s、1ms、1s）的个数，当计时完成后，把单位时间

4、乘以个数就得到了定时的时间长度。,第7章 并行接口及定时计数控制 10,定时控制在微机系统中具有极为重要的作用，计数是许多过程控制领域常用的功能 它们都是由数字电路中的计数电路构成 定时器由数字电路中的计数电路构成，通过记录高精度晶振脉冲信号的个数，输出准确的时间间隔 计数电路是记录外设提供的具有一定随机性的脉冲信号时，它主要反映脉冲的个数（进而获知外设的某种状态），常又称为计数器,7.2 计数器 / 定时器 8253,定时和计数本质上没有区别，定时就是计数。,定时器与计数器,计数周期未知， 甚至不具有周期性,计数周期固定为 一个机器周期,当选择外部引脚事件源，称作计数器,当选择内部精密时钟源

5、时，称作定时器,第7章 并行接口及定时计数控制 12,定时功能的实现方法:,（1）软件延时 利用微处理器执行一个延时程序段实现 不用硬件，但占用CPU时间、定时精度不高，随系统时钟频率改变 （2）不可编程的硬件定时 采用分频器、单稳电路或简易定时电路控制定时时间 定时电路简单、定时时间可以在一定范围改变 （3）可编程的硬件定时 软件硬件相结合、用可编程定时器芯片构成一个方便灵活的定时电路 具有多种工作方式、能够输出多种控制信号,7.2 计数器 / 定时器 8253,推荐的方法： 可以定时 定时到了发通知 通知的形式多种多样,非常不好的方法，却是大家最容易想到的方法,也是大家比较熟悉的方法：55

6、5芯片,第7章 并行接口及定时计数控制 13,7.2.1 8253/8254定时计数器,3个独立的16位计数器通道 每个计数器有6种工作方式 按二进制(FFFF)或十进制（BCD码）(9999)计数,8254是8253的改进型,7.2 计数器 / 定时器 8253,三个闹钟 独立工作,定时或计数的范围可选,每个闹钟有 六种工作模式,第7章 并行接口及定时计数控制 14,（1）8253/8254的内部结构和引脚,7.2 计数器 / 定时器 8253,7.2.1 8253/8254定时计数器,计数通道,数据总线缓冲器,读写控制电路,通道控制寄存器,和8255一样，我们先了解一下它内部结构,第7章

7、并行接口及定时计数控制 15,（2）计数器（都是16位）,计数初值存于预置寄存器； 在计数过程中，减法计数器的值不断递减，直到为0 而预置寄存器中的预置不变。 输出锁存器用于写入锁存命令时，锁定当前计数值,7.2.1 8253/8254定时计数器,首先要明白这些“器”的作用,要注意是：减一计数,图虽然简单，但内涵丰富；理解了这个图，8253的工作原理就OK了。,工作过程描述,有什么作用？请大家思考：当计数值为0100H时，继续计数可能有什么问题,CLK能否起作用，要看GATE的脸色,第7章 并行接口及定时计数控制 16,计数器的3个引脚说明：,（1）CLK时钟输入信号 在计数过程中，此引脚上每

8、输入一个时钟信号（下降沿），计数器的计数值减1 （2） GATE门控输入信号 控制计数器工作，可分成电平控制和上升沿控制两种类型 （3） OUT计数器输出信号 当一次计数过程结束（计数值减为0），OUT引脚上将产生一个输出信号，工作方式不同，输出信号方式也不同。,7.2.1 8253/8254定时计数器,第7章 并行接口及定时计数控制 17,（3）与处理器接口,D0 D7数据线 A0 A1地址线 CS*片选信号 RD*读信号 WR*写信号,7.2.1 8253/8254定时计数器,地址部分可以和8255比较学习,第7章 并行接口及定时计数控制 18,注意：小结,8253作分频器：工作于定时器方

9、式：CLK输入是连续的、周期精确的时钟脉冲，OUT输出必定是频率降低的、周期精确的时钟脉冲。 8253作计数器：CLK输入只是脉冲的数量，不是脉冲的时间间隔，CLK可以输入周期不定的脉冲，也可以输入周期确定的脉冲。当计数到预置的初值后，从OUT端输出一个脉冲。CLK的脉冲周期不定，OUT输出的脉冲周期也不确定。 8253的基本工作方式：对外部输入到CLK引脚上的脉冲进行计数。定时方式还是计数方式，取决于输入脉冲的性质和用户的需要。,第7章 并行接口及定时计数控制 19,7.2.2 8253/8254的工作方式,8253有6种工作方式，由方式控制字确定 每种工作方式的过程类似： 设定工作方式-写

10、方式控制字 设定计数初值-写入预置计数器 硬件启动 -方式1近似对称方波（奇数）,第7章 并行接口及定时计数控制 38,4方式3方波发生器（Square Wave Generator）,第7章 并行接口及定时计数控制 39,4方式3方波发生器（Square Wave Generator）,第7章 并行接口及定时计数控制 40,4方式3方波发生器（Square Wave Generator）,第7章 并行接口及定时计数控制 41,方式3工作方式与方式2基本相同，也具有自动装入时间常数（计数初值）的功能. 不同之处在于： 工作在3方式，引脚OUT输出的不是一个时钟周期的负脉冲 ，而是占空比为1：1

11、或近似1：1的方波；当计数初值为偶数时，输出在前一半的计数过程中为高电平，在后一半的计数过程中为低电平;为奇数时高电平比低电平宽一个时钟脉冲。,方式3 -Square ware Mode 周期性方波输出,第7章 并行接口及定时计数控制 42,（5）方式4：软件触发选通信号,7.2.2 8253/8254的工作方式,1,什么是选通信号？,第7章 并行接口及定时计数控制 43,5方式4软件触发选通方式（Software Triggered Strobe）,第7章 并行接口及定时计数控制 44,5方式4软件触发选通方式（Software Triggered Strobe）,第7章 并行接口及定时计数

12、控制 45,5方式4软件触发选通方（Software Triggered Strobe）,第7章 并行接口及定时计数控制 46,方式4是一种由软件启动的计数方式。 1）此方式设定后，输出OUT就开始变为高电平，GATE为高时，当写完计数值后开始计数。当计数器减到零后，OUT输出一个宽度为一个时钟脉冲的负脉冲，然后恢复高电平，并一直保持高电平。 2）门控信号GATE为高电平时，计数器工作；为低电平时，计数器停止工作；恢复为高电平后计数器又从原装入的计数初值开始减1工作。 3）在计数器工作期间，如果重新写入新的计数值，不影响当前计数状态；仅当当前计数值计完后，计数器才按新写入的计数值工作。,方式4

13、 - Software triggered strobe 单次负脉冲输出,第7章 并行接口及定时计数控制 47,（6）方式5：硬件触发选通信号,GATE,OUT,CLK,0,3,1,2,4,4,方式5,2,2,3,3,3,1,1,0,WR,7.2.2 8253/8254的工作方式,第7章 并行接口及定时计数控制 48,6方式5硬件触发选通方式（Hardware Triggered Strobe）,硬件触发计数方式，即门控信号GATE上升沿触发计数。,第7章 并行接口及定时计数控制 49,6方式5硬件触发选通方式（Hardware Triggered Strobe）,第7章 并行接口及定时计数控

14、制 50,6方式5硬件触发选通方式（Hardware Triggered Strobe）,第7章 并行接口及定时计数控制 51,方式5工作特点是由GATE上升沿触发计数器开始工作。 (1) 在方式5工作方式下，当写入计数初值后，计数器并不立即开始计数，而要由门控信号的上升沿启动计数。 (2) 在计数过程中（或者计数结束后），如果门控再次出现上升沿，计数器将从原装入的计数初值重新计数。,方式5 - Hardware triggered strobe 单次负脉冲输出,第7章 并行接口及定时计数控制 52,（7）各种工作方式的输出波形,讨论： 计数开始的时刻？ 输出波形的形状？,7.2.2 8253

15、/8254的工作方式,第7章 并行接口及定时计数控制 53,8253的工作方式小结,8253的六种工作方式可归为两类，一个是充当频率发生器，另一类主要是作计数器来使用。下面我们就从这个角度来讨论总结OUT和GATE门的作用。,第7章 并行接口及定时计数控制 54,与频率发生器有关的工作方式8253有两种方式与频率发生器有关，即方式2和发生3，对OUT端，方式2提供给用户的是负脉冲，方式3提供给用户的是方波。在这个两种方式下，GATE信号要始终保持为高，而且都是软启动，都是Auto Reload。,第7章 并行接口及定时计数控制 55,与计数器有关的工作方式 对于计数器类，有方式0、1和方式4、

16、5。启动计数器的方式有两种，一种是CPU把时间常数写入相应通道后，计数器就开始工作，我们可以称之为软件启动方式，在这种启动方式下，GATE要始终保持为高电平，所以方式0和方式4可以称为软件启动方式。另一种是硬件启动计数器，即CPU把时间常数写入计数器后，即使GATE为高电平，计数器并不工作。只有GATE发生跳变，其上升沿启动计数器工作，所以方式1和方式5就可以称为硬件启动方式。计数器溢出时，OUT有两种输出形式，要么是电平，要么是负脉冲。前者有方式0方式1，后者有方式4和方式5。,第7章 并行接口及定时计数控制 56,各方式中GATE信号的控制作用与输出波形,第7章 并行接口及定时计数控制 5

17、7,7.2.3 8253/8254的编程,（1）8253加电后的工作方式不确定 （2）8253必须初始化编程，才能正常工作 写入控制字 写入计数初值 读取计数值 (可选）,7.2 计数器 / 定时器 8253,第7章 并行接口及定时计数控制 58,（1）写入方式控制字,00 计数器0 01 计数器1 10 计数器2 11 非法,00 计数器锁存命令 01 只读写低字节 10 只读写高字节 11 先读写低字节 后读写高字节,000 方式0 001 方式1 010 方式2 011 方式3 100 方式4 101 方式5,0 二进制 1 十进制,控制字写入控制字I/O地址（A1A011）,7.2.2

18、 8253/8254的工作方式,第7章 并行接口及定时计数控制 59,（2）写入计数值,（a）选择二进制 计数值范围：0000HFFFFH 0000H是最大值，代表65536 （b）选择十进制（BCD码） 计数值范围：00009999 0000代表最大值10000,计数值写入计数器各自的I/O地址,7.2.2 8253/8254的工作方式,第7章 并行接口及定时计数控制 60,（3）读取计数值,（1）对8位数据线，读取16位计数值需分两次 （2）计数在不断进行，应该将当前计数值先行锁存，然后读取： 向控制字I/O地址：给8253写入锁存命令 从计数器I/O地址：读取锁存的计数值,读取计数值，要

19、注意读写格式和计数数制,7.2.2 8253/8254的工作方式,第7章 并行接口及定时计数控制 61,（4）计数初值的计算,7.2.2 8253/8254的工作方式,时间常数的计算 TC=CLK/OUT 例：8253在方式3下，输出周期性方波，可作定时单位。设计数初值为0000，计数个数=65536，当CLK=1.1931816M时,输出方波频率为18.2HZ. 周期为54.954MS. 则一天=24X60X60X1000MS/54.954MS=1573040, 或1800B0H,且一小时=65543, 一分钟=1092, 一秒呢? 在电脑中就是利用上述原理完成计时的。,为什么计数初值为0，

20、计数的次数却是65536,对一个定时器来说，了解最大，最小的定时间隔是非常重要的,8253的应用还有一个限制，就是时钟的上限频率为2M,第7章 并行接口及定时计数控制 62,7.2.4 8253在IBM PC系列机上的应用,7.2 计数器 / 定时器 8253,第7章 并行接口及定时计数控制 63,（1）定时中断和定时刷新,阅读初始化程序段 看计数器0作为定时中断的作用,将计数器1作为定时刷新 看如何编写初始化程序段,7.2.4 8253在IBM PC系列机上的应用,第7章 并行接口及定时计数控制 64,（a）计数器0：初始化程序,mov al,36h；36H00 11 011 0B ；计数器

21、0为方式3，采用二进制计数 ；先低后高写入计数值 out 43h,al；写入方式控制字 mov al,0；计数值为0 out 40h,al；写入低字节计数值 out 40h,al；写入高字节计数值,7.2.4 8253在IBM PC系列机上的应用,（1）定时中断和定时刷新,为什么AL输出两次到40H，一次性的用MOV 40H,AX 行不行？,第7章 并行接口及定时计数控制 65,（b）计数器0：定时中断,（1）计数器0：方式3，计数值：65536，输出频率为1.19318MHz6553618.206Hz的方波 （2）门控为常启状态，这个方波信号不断产生 （3） OUT0端接8259A的IRQ0

22、，用作中断请求信号 （4）每秒产生18.206次中断请求，或说每隔55ms（54.925493ms）申请一次中断 （5） DOS系统利用计数器0的这个特点，通过08号中断服务程序实现了时钟计时功能,7.2.4 8253在IBM PC系列机上的应用,第7章 并行接口及定时计数控制 66,（c）计数器1：定时刷新,（1）需要重复不断提出刷新请求,门控总为高，选择方式2或3,（2） 2ms内刷新128次，即15.6s刷新一次,计数初值为18,7.2.4 8253在IBM PC系列机上的应用,第7章 并行接口及定时计数控制 67,（d）计数器1：初始化程序,mov al,54h；54H01 01 01

23、0 0 B ；计数器1为方式2，采用二进制计数 ；只写低8位计数值 out 43h,al；写入方式控制字 mov al,18；计数初值为18 out 41h,al；写入计数值,7.2.4 8253在IBM PC系列机上的应用,第7章 并行接口及定时计数控制 68,（2）扬声器控制,（1）计数器2的输出控制扬声器的发声音调 （2）计数器2只能工作在方式3，才能输出一定频率的方波，经滤波后得到近似的正弦波，进而推动扬声器发声 （3）扬声器还受控于并行接口（8255芯片） （4）必须使PB0和PB1同时为高电平，扬声器才能发出预先设定频率的声音,7.2.4 8253在IBM PC系列机上的应用,第7

24、章 并行接口及定时计数控制 69,（a）发音频率设置子程序,；入口参数AX1.1931810的6次方发音频率 speakerproc push ax mov al,0b6h；b6h10110110b out 43h,al；写入控制字 pop ax out 42h,al；写入低8位计数值 mov al,ah out 42h,al；写入高8位计数值 ret speakerendp,7.2.4 8253在IBM PC系列机上的应用,（2）扬声器控制,人耳听力的频率范围？,第7章 并行接口及定时计数控制 70,（b）扬声器开子程序,speakonproc push ax in al,61h；PB端口的

25、地址为61H or al,03h ；D1D0PB1PB011B，其他位不变 out 61h,al pop ax ret speakonendp,7.2.4 8253在IBM PC系列机上的应用,第7章 并行接口及定时计数控制 71,（c）扬声器关子程序,speakoffproc push ax in al,61h；PB端口的地址为61H and al,0fch ；D1D0PB1PB000B，其他位不变 out 61h,al pop ax ret speakoffendp,7.2.4 8253在IBM PC系列机上的应用,第7章 并行接口及定时计数控制 72,例题：扬声器声音的控制,；数据段 f

26、reqdw 1193180/600 ；代码段 mov ax,freq call speaker；设置扬声器音调 call speakon；打开扬声器声音 mov ah,1；等待按键 int 21h；按键后 call speakoff；关闭扬声器声音,7.2.4 8253在IBM PC系列机上的应用,第7章 并行接口及定时计数控制 73,六、 8253应用举例,例1：现有一个高精密晶体振荡电路，输出信号是脉冲波，频率为1MHz。要求利用8253做一个秒信号发生器，其输出接一发光二极管，以0.5秒点亮，0.5秒熄灭的方式闪烁指示。设8253的通道地址为80H87H,第7章 并行接口及定时计数控制

27、74,解：1、时间常数计算 这个例子要求用8253作一个分频电路，而且其输出应该是方波，否则发光二极管不可能等间隔闪烁指示。频率为1MHz信号的周期为1微妙，而1Hz信号的周期为1秒，所以分频系数N=？,第7章 并行接口及定时计数控制 75,由于8253一个通道最大的计数值是65536，所以对于N1000000这样的大数，一个通道是不可能完成上述分频要求的。 取两个计数器，采用级联方式。 2、电路,注意是乘不是加,第7章 并行接口及定时计数控制 76,3、工作方式选择 由于通道1要输出方波信号推动发光二极管，所以通道1应选工作方式3。对于通道0，只要能起分频作用就行，对输出波形不做要求，所以方

28、式2和方式3都可以选用。 这样对于通道0，我们取工作方式2，BCD计数；对于通道1，我们取工作方式3，二进制计数（当然也可选BCD计数）,第7章 并行接口及定时计数控制 77,4、程序 mov al,00110101b；通道0控制字 out 86h,al mov al,00；通道0初始计数值 out 80h,al mov al,10h out 80h,al mov al,01110110b；通道1控制字 out 86h,al mov al,0e8h；通道1初始计数值，03E8H=1000BCD out 82h,al mov al,03h out 82h,al,第7章 并行接口及定时计数控制 7

29、8,例2：计件系统。计件系统的功能就是记录 脉冲的个数。 一个脉冲代表一个事件，比如交通道路检测系统中通过检测点的车辆，工业控制系统中流水线上已加工好的工件。要求在计件过程中，PC机可以显示当前计数器的内容，当完成10000个工件记录后，系统发出1KHz信号推动喇叭发音通知用户。,第7章 并行接口及定时计数控制 79,解：1、电路。 需要两个通道，一个作为计数，选用通道0。另一个产生1KHz信号，选用通道1。工作原理如下，传感器电路把物理事件转换为脉冲信号输入到通道0计数，当记录10000个事件后，通道0计数器溢出，GATE端输出高电平，这时通道1开始工作，产生1KHz信号推动喇叭发音。,第7

30、章 并行接口及定时计数控制 80,2、工作方式选择 对于通道1，由于要产生1KHz信号，故选用工作方 式3。对于通道0，要求初始计数值写入计数通道后，计数器就可以工作，则通道0的启动方式应是软件启动。另外由于要求计数溢出后产生一个信号来启动一个事件，即喇叭发音，故可选的工作方式为方式0和方式4，对于图所示方案，通道1的GATE信号由通道0的OUT信号产生，这个OUT信号应该是电平型的，所以通道0应选用方式0。,第7章 并行接口及定时计数控制 81,3、时间常数 N01000 4、程序（见书）,第7章 并行接口及定时计数控制 82,Intel 8253的应用举例,【例7-3 】用8253(地址4

31、0H43H)将5MHz的脉冲变为1Hz的脉冲。,例7-3系统连接图,分析：可采用方式2分频器完成，但初值=FCLK/FOUT=5MHz /1Hz =510665536，怎么办？ 解决的办法是：需要2个T/C（定时器/计数器通道）级联，T/C0采用方式3产生连续分频方波，做T/C1的CLK，T/C1采用方式2产生1Hz脉冲。两个T/C的GATE统一控制。系统连接如图所示。,以下选读：,第7章 并行接口及定时计数控制 83,Intel 8253的应用举例,例7-3程序如下： MOV AL，00110111B；T/C0控制字 OUT 43H，AL MOV AX， 5000H；T/C0 初值 OUT

32、40H，AL MOV AL， AH OUT 40H，AL,MOV AL，01110101B ；T/C1 控制字 OUT 43H，AL MOV AX， 1000H ；T/C1初值 OUT 41H，AL MOV AL， AH OUT 41H，AL,第7章 并行接口及定时计数控制 84,Intel 8253的应用举例,【例7-4】 8253的CLK0的时钟频率是8KHz，在系统如图的连接方式下，编程使其能产生周期为9s，占空比为5:4的方波，同时计算T/C0最大定时时间是多少？,例7-4系统连接图,第7章 并行接口及定时计数控制 85,【例7-4】分析： 1 在CLK0已知的情况下，可算出其周期，最

33、大定时时间与CLK周期及计数初值的最大值有关。 2 根据系统连接图，可分析出Intel 8253端口地址为90H、92H、94H和96H，同时，可将T/C0 设置为方式3，使其产生1Hz；T/C1设置为方式3，产生周期为9秒，占空比为5:4的方波。,Intel 8253的应用举例,第7章 并行接口及定时计数控制 86,Intel 8253的应用举例,【例7-4】解： TCLK0=1/fCLK0 =1/8000=0.125ms 最大定时时间 655360.125ms 8.192s,产生方波的初始化程序如下： MOV AL，00110111B ；T/C0 控制字 OUT 96H，AL MOV AX

34、, 8000H ；T/C0 初值 OUT 90H，AL MOV AL, AH OUT 90H，AL MOV AL，01110111B ；T/C1 控制字 OUT 96H，AL MOV AX, 09H ；T/C1初值 OUT 92H，AL MOV AL, AH OUT 92H，AL,为什么这个最大定时不是55MS?,第7章 并行接口及定时计数控制 87,例：8253工作频率1MHz，通道0输出频率为2kHz方波；通道1输出宽度为480us单脉冲；通道2用硬件触发输出单脉冲，时间常数为26,CS,A1 A0 D7D0,WR,RD,CLK0 CLK1 CLK2,GATE0,OUT0,OUT1,OUT

35、2,1MHZ方波,+5V,WR,RD,D7D8,A2 A1,A4 A3 A0,A7,G1,A5,A6,通道0地址：310H 通道1地址：312H 通道2地址：314H 控制口地址：316H,OUT0工作于方式3输出频率为2kHz的方波 OUT1工作于方式1输出宽度为480us单脉冲 OUT2工作于方式5用硬件触发输出单脉冲，时间常数为26,A9 A8,GATE1,GATE2,2KHZ方波,负脉冲,480us宽单脉冲,第7章 并行接口及定时计数控制 88,MOV MOV OUT MOV MOV OUT MOV OUT MOV MOV OUT MOV MOV OUT MOV OUT,DX, AL, DX, DX, AL, DX, AL, DX, DX, AL, DX, DX, AL, DX, AL, DX,316H 00110111B AL 310H 00H AL 05H AL 316H 01110011