微机原理与接口技术 教学课件 ppt 作者 李燕萍 华继钊 凌海云 09
2019/5/20,1,第9章 可编程定时器/计数器8253,2019/5/20,2,本章主要内容,9.1 定时器/计数器概述,9.2 8253的主要性能,9.3 8253的基本结构,9.4 8253的工作方式,9.5 8253的寻址及连接,9.6 8253的编程与应用,2019/5/20,3,9.1 定时器/计数器概述,2019/5/20,4,在控制系统中，常常要求有一些实时时钟以实现定时或延时控制，如定时中断、定时检测，定时扫描等，也往往要求有计数器能对外部事件计数。 要实现定时或延时控制，有三种主要方法：软件定时、不可编程的硬件定时、可编程的硬件定时。,2019/5/20,5,软件定时，即让计算机执行一个程序段，这个程序段本身没有具体的执行目的，但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。通过正确地挑选指令和安排循环次数很容易实现软件定时，但软件定时占用了CPU的时间，降低了CPU的利用率。,2019/5/20,6,不可编程的硬件定时可以采用小规模集成电路器件如555，外接定时部件电阻和电容构成。这样的定时电路简单，而且利用改变电阻和电容，可以使定时在一定的范围内改变。但是，这种定时电路在硬件连接好以后，定时值及定时范围不能由程序（软件）来控制和改变，由此就产生了可编程的定时器电路。 可编程定时器电路的定时值及其范围，可以很容易地由软件来确定和改变，所以功能较强，使用灵活。,2019/5/20,7,9.2 8253的主要性能,2019/5/20,8,Intel 8253可编程计数/定时器就是通用可编程外围接口芯片。Intel 8253具有以下主要功能。 （1）每片8253内部有3个16位的计数器（相互独立）。 （2）每个计数器的内部结构相同，可通过编程手段设置为6种不同的工作方式来进行定时/计数，并且都可以按照二进制或十进制来计数。 （3）每个计数器在开始工作前必须预制时间常数（时间初始）。,2019/5/20,9,（4）每个计数器在工作过程中的当前计数值可被CPU读出。（注：时间常数也可在计数过程中更改。） （5）每个计数器的时钟频率可达2MHz，最高的计数时钟频率为2.6MHz。 （6）所有的输入输出频率都是TTL电平，便于与外围接口电路相连接。 （7）单一的5V电源。,2019/5/20,10,9.3 8253的基本结构,2019/5/20,11,9.3.1 内部结构,8253定时/计数器的内部结构如下图所示，由图可以看出，8253有三个结构相同又相互独立的计数单元，我们称其为计数器0、计数器1和计数器2。,2019/5/20,12,每个记数器内含：一个8位的控制寄存器，用程序控制其工作方式；一个16位的计数寄存器CR，用来保存计数初值Count Register；一个16位的输出锁存器OL，返回当前计数器值Output Latch；一个16位的计数工作单元CE，执行减1 计数Counting Element。,2019/5/20,13,每个计数器有三个输入/输出信号。 CLK：各计数器外部时钟（计数脉冲）输入端，CE对此脉冲计数。 GATE：门控，控制各计数器工作。 OUT：计数结束后输出，产生不同工作方式时的输出波形。 计数器本质为计数，当脉冲周期固定时则为定时。,2019/5/20,14,9.3.2 外部结构,8253定时/计数器的外部引脚如下图所示。,2019/5/20,15,9.4 8253的工作方式,2019/5/20,16,9.4.1 工作方式0（计数结束中断方式）,（1）一般情况下，初始状态GATEOUT1，写入控制字CW置方式0后，OUT0，接着写入计数初值，在下一CLK的下降沿初值从计数初值寄存器CR读到计数单元CE，就启动了计数。计数过程中，在每一CLK的下降沿CE减1，当CE减到0时，计数结束，OUT1，可做中断请求信号。,2019/5/20,17,（2）在计数过程中，当GATE0时，暂停计数，直到GATE1后继续计数，计数结束时，OUT1。 （3）在计数过程中写入另一初值时，将停止原计数，启动新计数，直到新的计数结束，OUT1。,2019/5/20,18,9.4.2 工作方式1（硬件GATE可重触发的可编程单稳态方式）,（1）一般情况下，写入CW置方式1后，OUT1，写入初值到CR，在GATE上升沿的下一CLK下降沿，初值从CR读到CE，OUT0，并启动计数，CE减到0，计数结束时，OUT1。 （2）在计数过程中出现GATE的上升沿时，暂停当前计数，重置原初值重新计数 （重触发），计数结束时，OUT1。 （3）在计数过程中写入另一初值时，不影响原计数，原计数结束时，OUT1。下一个GATE上升沿启动新初值计数。,2019/5/20,19,9.4.3 工作方式2（频率发生器方式）,（1）一般情况下，写入CW置方式2后，OUT1，写入初值到CR，在GATE1或GATE上升沿的下一CLK下降沿，初值从CR读到CE，OUT0，并启动计数，CE减到1，OUT0，下一CLK，OUT1（单周负脉冲），本次计数结束，初值重新从CR读到CE，循环进行。,2019/5/20,20,（2）在计数过程中出现GATE0时，停止当前计数，等待；出现新的GATE上升沿，重置原初值重新计数。 （3）在计数过程中写入另一初值时，不影响原计数，原计数结束时，OUT1，装入新初值，启动新初值计数。,2019/5/20,21,9.4.4 工作方式3（方波发生器方式）,同方式2，但OUT产生的是对称或近似对称的方波脉冲。 若初值为偶数，第一次初值装入，OUT1，每个CLK减2，减到0，OUT0。第二次初值装入，每个CLK减2，减到0，OUT1。循环进行。若初值为奇数，第一次初值装入，OUT1，先减1，随后逐次减2，直到为0，OUT0。第二次初值装入，先减3，随后逐次减2，直到为0，OUT1，循环进行。,2019/5/20,22,9.4.5 工作方式4（软件触发选通）,置工作方式字后，OUT1，置初值后下一个CLK的下降沿初值从CR读到CE，并启动计数。GATE0，停止计数，GATE1，对CLK减1计数，减到0，OUT0，一个CLK后，OUT1，本次计数结束。,2019/5/20,23,9.4.6 工作方式5（硬件触发选通）,写入CW置方式5后，OUT1，写入初值到CR，在GATE上升沿的下一CLK下降沿，初值从CR读到CE，并启动计数，CE减到0，OUT变低一个CLK后，OUT又变高，本次计算结束。出现新的GATE上升沿，下一个CLK下降沿重新装入初值到CE，且启动新的减1计数。,2019/5/20,24,9.5 8253的寻址及连接,2019/5/20,25,PC机主板用1片8253，连接如下图所示，采用部分译码，占用4个端口地址：040H05FH中连续的4个。图中、A0、A1寻址，、实现读、写。,2019/5/20,26,9.6 8253的编程与应用,2019/5/20,27,9.6.1 初始化命令字,1控制命令字 控制字寄存器是一种只写寄存器，在对8253进行编程时，由CPU用输入指令向它写入控制字，来选定计数器通道，规定各计数器的工作方式、读写格式和数制。 2初始值命令 控制命令字写入8253后，应给计数器写初始值。计数器的初始值可以是8位，也可以是16位。如果是16位，则要用两条指令来完成计数初值的设定，先写入低8位字节，后写入高8位字节。如果是8位，在计数器内部全部当成16位的两字节处理，缺少的字节自动补0。,2019/5/20,28,3锁存命令 当给8253设置初值后就可开始工作。锁存命令是为了配合CPU读计数器当前值而设置的。在读计数器时必须先用锁存命令（当控制字的D5D4位为00时）将当前计数值在输出锁存器中锁定，才可由CPU输入。,2019/5/20,29,9.6.2 初始化编程,一般可编程接口芯片在工作前必须进行初始化，完成通道、工作方式、初值、功能的设定。8253的初始化，主要包括写入工作方式控制字、写入计数初值，需要读取当前计数值时，需要写入锁存命令。 初始化方法有两种，一是逐个对计数器初始化，另外一个是先写所有计数器的方式字，再对各计数器装入计数值。,2019/5/20,30,9.6.3 8253编程应用,例：用8253监视生产流水线：每通过50个工件，扬声器响5秒，频率2000Hz。设外部时钟频率为2.5MHz。编程实现相应的功能。 （详解见课本第9.6.3节） 解：经分析，本例中计数器0：循环计数，工作于方式2，CLK0输入工件的计数脉冲，初值50，BCD码。方式字00 01 010 1 B15H。计数器1工作于方式3，初值2.5MHz/ 2000Hz1250，BCD码。方式字01 11 011 1 B77H。 GATE1由8255PA0变高5秒发声。,
