计算机硬件8254定时器幻灯片

6.4 可编程定时/计数器8254及其应用,定时器工作原理,6.4.1 8254定时器/计数器,（1）8254的外部引脚和内部结构,*A1 A0 选择片内各端口（3个通道和一个控制寄存器）,0 0 0 1 1 0 1 1 通道0 通道1 通道2 控制寄存器,8254与CPU连接示例,8254,DB,A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0,1 0 0 0 0 0 1 1 0 0,1 0 0 0 0 0 1 1 0 1,1 0 0 0 0 0 1 1 1 0,1 0 0 0 0 0 1 1 1 1,20CH 选中通道0,20DH 选中通道1,20EH 选中通道2,20FH 选中控制寄存器,设当A9A2的地址信息为：1 0 0 0 0 0 1 1 译码器输出有效信号,基本计数工作原理：,减法计数器 计数工作单元CE,代表外部事件 发生的计数脉冲,减法计数器 计数工作单元 CE,频率精确的时钟脉冲串,根据不同的工作方式， OUT输出不同的信号,CLK,基本定时工作原理：,CLK,计数初值N （定时系数）,OUT,OUT,定时系数要求定时的时间 / 时钟脉冲周期,定时的本质还是计数，计数的对象必须是频率精确的脉冲串。如果时钟脉冲的周期是1s ，要求定时1ms，则计数1000次即可，即：定时系数为1000； （对秒计数60次就是1分钟）,计数初值N,注意！,工作原理,在计数工作方式下：计数初值写入CR；CE为0时表明计数达到规定值。,在定时工作方式下：定时系数写入CR；CE为0时表明定时时间到。,CLK：计数或定时脉冲输入引脚 GATE：门控引脚：允许/禁止计数；启动/终止计数 OUT：输出引脚：,计数通道的内部结构,不同的工作方式下有不同的输出,（2）8254的工作方式 8254的基本计数工作方式和基本定时工作方式是基础，在这两种基本方式下，可以演绎出6种工作方式。,注意 每一种方式下：,*定时或计数的启动方式 *GATE的控制作用 *OUT引脚上的输出波形,每一种方式分为基本功能和工作特点两部分，细节很多。我们通过波形图，介绍概要。 因为各种方式主要是通过OUT引脚表现出来，请关注OUT。,1） 方式0 计数结束中断 典型的事件计数（基本计数工作方式）,基本功能：完成计数，OUT输出高电平 工作特点： *写入控制字后，OUT的初始电平为低 *计数到0时，OUT送出高电平直到写入了新的计数初值。 *通常用OUT的低高变化来产生中断请求或查询信号。 *软件启动，不具备重复性，再次写入初值，开始新一轮计数 *写入计数初值到CR后，第一个计数脉冲的作用是把计数初值装入CE。所以当计数初值=4时，实际上当CLK输入5个计数脉冲后 OUT才为1。,*GATE=0，暂停计数；GATE=1，继续计数 *计数过程中可以写入新的计数初值，从写入后的下一个脉冲开始，以新 的初值进行计数,下图中用波形表达了3种情况： *1 GATE=1，完整的一轮计数 *2 计数过程中，GATE=0，暂停计数 *3 计数过程中，重新写入计数初值的计数情况,2）方式1 硬件可触发单稳,基本功能：计数器相当于一个可编程的单稳态触发器。可用此方式来产生由程序控制脉冲宽度的负单脉冲，该脉冲的宽度（低电平持续时间）由计数初值N确定。,工作特点： *输入控制字后，OUT 以高电平为初始电平 *以GATE的上升边为起点，一个CLK 脉冲后，OUT为低，计数完成后 OUT又回到高电平，产生一个负的单脉冲。 相当于单稳电路从稳态（高）到暂稳态（低）又回到稳态 *该单脉冲的宽度（低电平继续时间）是CLK周期的N倍 *可重复触发。GATE的上升边启动新一轮工作。,图中用波形表达了3种情况： *1 正常的一次单稳动作全过程。 *2 N=3，表明暂稳态为3个CLK时间；在暂稳态过程中，再次触发，再进行 一次3个CLK周期的暂稳态。 *3 改变计数初值N=4，由于没有GATE启动新一轮动作，本次仍然完成3个 CLK暂稳态过程。当GATE上升边到来后，N=4的单稳操作才开始。,3）方式2 分频器（N分频方式，频率发生器） 基本功能：输出频率固定的脉冲（控制输出信号的高/低电平的比例。） 工作特点： *控制字写入后，OUT以高电平为初始电平。计数器减到1时，OUT输出一个宽度 为一个CLK的负脉冲。 *OUT输出的脉冲串，以N1个CLK 脉冲为高电平，以一个CLK脉冲为低电平。 实际上，OUT输出的脉冲频率为CLK脉冲的N分频。 *GATE 门控：为高，计数器工作；为低，暂停工作。,该波形图叙述了3种情况： *1 GATE=1，OUT持续输出分频脉冲串（高电平为N-1，低电平为1） *2 分频过程中，GATE=0，暂停工作,OUT变为高电平；=1，继续工作,重新计数 *3 GATE=1，工作过程中改写N，CE要把本次的计数初值减到0，才开始新一轮分频工作。,4）方式3 方波发生器 基本功能：基本上与方式2相同，只是OUT输出的是完全对称方波 或基本对称的连续方波。 工作特点：若N为偶数，则输出脉冲的高、低电平持续时间相同； 若为奇，则高电平持续时间为（N+1）/ 2，低电平持续时间为（N-1）/ 2。,3种情况： *1 GATE=1，偶数，OUT输出对称方波 *2 GATE=1，奇数，OUT输出不对称方波（高电平多一个CLK时间） *3 GATE=0，暂停工作；GATE=1，从初值开始工作,5）方式4 软件触发选通 基本功能：单脉冲发生器，以装入计数初值来启动计数器开始工作。 工作特点： *无重装初值功能 *装入控制字后，OUT的初始电平仍为高。 *装入计数初值后，计数器开始倒数计数，到0后OUT输出一个负脉冲（宽度为一 个CLK）， 然后又恢复为高电平，直到装入下一个计数初值来启动新一轮计数。 *通常用它来作为负选通信号,3种情况： *1 GATE=1，正常软件启动计数过程 *2 GATE在计数过程中的作用：=0，禁止计数；恢复1，重新计数 *3 计数过程中，改写初值对计数过程的影响,6） 方式5 硬件触发的选通信号发生器 基本功能：以外部GATE信号来启动计数器开始工作，OUT输出宽度为一个 CLK的负脉冲。 工作特点： *装入控制字后，OUT的初始电平为高。 *装入计数初值后，必须等GATE引脚输入一个上升边后，计数器才开始倒数计数，到0后OUT输出一个负脉冲，宽度为一个CLK脉冲通常用它来作为负选通信号， 然后又恢复为高电平，直到装入下一个计数初值来启动新一轮计数。,工作方式小结,1）门控信号的影响 高电平允许，当GATE=0，即使出现CLK，也不计数方式0，2，3，4 上升沿允许（上升沿触发）方式1，5 2）OUT信号的状态 写入方式字后， OUT的状态 计数过程中， OUT的状态 计数终了， OUT的状态 3）计数操作可否重复 不可重复方式0，4 自动重复方式2，3 条件重复方式1，5,（3）8254编程 *8254有3个通道，即3个定时器/计数器单元, 选择哪个通道？ *每一个定时器/计数器又有6种工作方式，如何确定工作方式？ *每一种方式下又必须写入计数初值，怎么送？ *在某些情况下需要读出计数器的余值或计数器的状态，怎么读？,借助于用“0”“1”组成的“字”，把用户的意图告诉给8254,这些字是我们使用8254的基础,*方式控制字设置计数器工作方式,*命令字和状态字 两个命令字：计数器锁存命令字和读回命令字,*1计数器锁存命令字 功能：把当前计数工作单元CE的内容锁存到输出锁存器OL中，供CPU读出CE的 余值（如：预先设置计数初值=N，一段时间后，锁存，读剩余值n，在这 段时间内的计数值X=N-n）,SC1，SC0：选择将要锁存哪一个通道的CE（11无意义） D5、D4 ：特征值（标识），必须为00。,*2读回命令字 功能：把指定通道的CE当前值锁存到OL，或把状态寄存器内容锁存到状态锁存 器SL，以供CPU读出。 锁存命令字一次只能锁存一个通道（计数器） 读回命令字能同时规定锁存几个通道。,=1 通道2,=1 通道1,=1 通道0,D7 D6 必须为11，D0必须为0 这是特征值（标识）。,D5：COUNT=0，锁存选中的所有计数器,D4：STATUS=0，锁存选中的所有状态寄存器,*状态字 功能：供用户查看8254某一通道的状态：计数值、工作方式、 OUT引脚的当前状态、BCD/二进制计数方式、读/写操作 状态字格式,D7：OUT引脚状态。 = 0，OUT=0；=1，OUT=1,D6：无效计数。 = 0，计数初值已装入计数工作单元CE，计数值有效 = 1，计数初值未装入计数工作单元CE，无效计数,D5.D0 与方式控制字的对应位一致。,例:要读通道0的状态和余值,设8254的地址为20CH、20DH、20EH、20FH,读回命令的用法,标识位,写读回命令字: 1 1 0 0 1 0 0 0 C8H,锁存余值,锁存状态,锁存通道0,MOV DX,20FH MOV AL,0C8H OUT DX,AL MOV DX,20CH IN AL,DX MOV BL,AL IN AL,DX MOV CL,AL IN AL,DX MOV CH,AL,先读回状态,读回余值低八位,读回余值高八位,编程方法及示例,1）初始化编程,可编程接口芯片，都有一个初始化编程问题,*8254的初始化编程有两个步骤,对控制寄存器写入控制字，确定某个通道的工作方式 对通道写入计数初值 设8254各个端口的地址为： 通道0：20CH 通道1：20DH 通道2：20EH 控制寄存器：20FH,例1 设置通道0工作于方式0，计数100次,填写方式字： 0 0 0 1 0 0 0 0 选中 只读写 方式0 二进制 通道0 低字节 方式控制字为 10H,初始化编程 MOV DX，20FH ；取控制寄存器地址 MOV AL，10H ；取通道0的方式控制字 OUT DX，AL ；方式控制字送入控制寄存器,MOV DX，20CH ；取通道0地址 MOV AL，64H ；取通道0计数初值 OUT DX，AL ；计数初值送入通道0 ;到此，随着CLK0引脚上的脉冲输入, 初值进入CE，开始计数。,例2 设置通道1工作在方式3，输出频率为1KHz的方波,填写方式字： 0 1 1 1 0 1 1 0 选中 先低 方式3 二进制 通道1 后高 方式控制字为 76H,计算计数初值： 设从CLK1输入的时钟脉冲的频率是2.5M，周期为0.4s,1 × 10-3 / 0.4 × 10-6 = 2500 D=9C4 H,每计满2500（9C4H)个时钟脉冲，OUT输出一个间隔为1ms的脉冲,初始化编程,MOV DX，20FH ；取控制寄存器地址 MOV AL，76H ；取通道1的方式控制字 OUT DX，AL ；方式控制字送入控制寄存器 MOV DX，20DH ；取通道1地址 MOV AX，09C4H ；取通道1计数初值 OUT DX，AL ；先送计数初值的低字节（C4H） MOV AL，AH ； OUT DX，AL ；再送高字节（09H） ；到此，OUT1输出频率为1000Hz的方波,例3 通道级联 要求通道2定时1秒 如果仍采用2.5M的时钟脉冲，按16位的最大计数值65536计算 0.4 × 10-6× 65536 =26214.4s 26ms 不能定时 1000ms（1秒） 解决的办法：采用级联。,用通道1，通道2联合完成1秒定时。,通道安排：