微型计算机接口及控制技术 教学课件 ppt 作者 古辉 第3章 定时-计数技术

1、1,第三章 定时/计数技术,浙江工业大学信息学院 古辉 ,微机接口技术,2,第三章 定时/计数技术,第三章 定时/计数技术,本章内容 3.1 基本概念 3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2 3.3 8253-5/8254-2的应用举例 3.4 实时钟电路MCl46818及其应用,3,3.1 基本概念,一、定时/计数 1.定时 计算机系统是按一定的节奏(时间间隔)来进行工作的。如系统的日历时钟，动态存储器的刷新，应用系统的定时中断、定时查询与检测等。这种时间间隔的产生是通过定时器实现的。 2.计数 定时的本质就是计数。定时器的核心是由计数器组成的。 依所需时间间隔，设置计数器的时间常数，在一外部脉冲驱动下进行减1计数，计数值为0时，产生输出(定时)信号，供系统使用。,4,3.1 基本概念,二、频率声音音乐 把计数和定时联系起来，就会引出频率的概念。 每秒钟采集数据的次数，称为采样频率。 由频率可以引出声音，频率高，声音的音调高；频率低，声音的音调低。 把音调的高低和发声的长短巧妙地结合起来，就能够产生音乐。,5,3.1 基本概念,三、微机系统中的定时 微机系统常常需要为处

2、理器和外设提供时间标记，或对外部事件进行计数。例如，分时系统的程序切换，向外设周期性地发出控制信号等。 微机系统的定时，分为内部定时和外部定时两类。 内部定时是计算机本身运行的时间基准或时序关系，计算机每个操作都是按照严格的时间节拍执行的，是固定的时序关系，无法更改。 外部定时是外部设备实现某种功能时，以计算机的时序关系为依据，来设计外部定时机构，以满足时序配合。下面重点讨论外部定时技术。,6,3.1 基本概念,四、定时方法 定时通常采用软件定时和硬件定时两种方法 软件定时：利用CPU内部定时机构，运用软件编程，循环执行一段程序而产生的等待延时。 优点是不需增加硬设备; 缺点是增加CPU的时间开销。主要用于短时延时。 硬件定时：采用可编程通用的定时计数器或单稳延时电路产生定时或延时。 特点是不占用CPU的时间，定时时间长，定时准确，不受主机频率影响，使用灵活。,7,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,可编程定时/计数器芯片型号很多，它们的外 形引脚及功能大多是兼容的，只是工作的最高频率有所差异，例如： 8253-5(5MHz) 和8254-2(1OMHz) 8253(

3、2MHz) 8254(8MHz) 8254-5(5MHz) 下面以8253-5和8254-2为例进行分析。,8,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,一、外部特性与内部逻辑 1. 外部特性 24脚双列直插式芯片，+5V电源供电。 3个独立的计数器，各自独立的时钟输入CLK、计数输出OUT和门控制信号GATE。 通过编程，可设置计数器或定时器工作方式，称为定时/计数器，记作T/C。,图3.1 8253/8254引脚图,9,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,各引脚的功能定义,10,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,8253/8254读写操作及端口地址,11,2.内部逻辑结构,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,12,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,数据总线缓冲器：三态、双向8位缓冲器，与系统总线D0D7相连，具有3个基本功能： 向8253写入工作方式命令； 向计数寄存器置初值； 读出计数器的当前值。 读/写逻辑：A1A0确定计数器；确定数据传送方向。 控制命令寄存器。接受CPU的控制字。 计数器

4、：有3个独立的计数器，内部结构完全相同。,13,图3.3 计数通道内部逻辑框图,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,14,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,16位计数初值寄存器： 计数初值寄存器的初值和减计数器在初始化时一起装入，最大值为65536(64K)； 计数初值寄存器的初值在计数过程中保持不变； 当减 计数器减至后，可以自动把计数初值寄存器的内容再装入减1寄存器，重新开始计数。 16位减1计数器： 每来一个时钟脉冲，它就作减运算，直至将计数初值减为零。 如果要连续进行计数，可重装计数初值寄存器的内容到减计数器。 16位当前计数值锁存器： 锁存减计数器的内容，以供读出和查询。,15,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,二、计数初值 8253-5/8254-2是一种减计数器，计数初值（定时常数）是决定8253的定时长短与计数多少的重要参数。 计数初值与输入时钟（CLK）频率及输出波形（OUT）频率之间的关系为： Ci = CLK/OUT Tc = CLK/OUT （3.1）,16,3.2 可编程定时/计数器8253-5/825

5、4-2,三、编程命令 1.编程模型,1. 方式命令字,2. 计数初值,17,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,2方式命令的作用 方式命令的作用主要有两点：进行初始化和对当前计数值进行锁存。 确定计数器（3个计数器之一）的工作方式（6种方式之一），指定计数器计数初值的长度和装入顺序以及计数值的码制（BCD码或二进制码）； 向已经选定的计数器按方式命令的要求写入计数初值。,18,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,3. 方式命令的格式,计数器 读写格式 工作方式 数制,19,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,例1：选择号计数器，工作在方式，计数初始值为533H(2个字节)，采用二进制计数。初始化程序段为： MOV DX，307H ；命令口 MOV AL，10110110B ；号计数器的初始化命令字 OUT DX， AL ；写入命令寄存器 MOV DX，306H ；号计数器数据口 MOV AX，533H ；计数初值 OUT DX，AL ；先送低字节到号计数器 MOV AL，AH ；取高字节送AL OUT DX，AL ；后送高字节到号计

6、数器,实际中需要计算确定计数初值,20,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,4.读当前计数值 在应用中，有时要读当前计数值，并根据计数器当前值做计数判断。具体作法是“锁存读当前值”。 例2：读出并检查号计数器的当前计数值是否是全“1”(假定计数值只有低8位)，其程序段为： MOV DX，307H ；命令口 L: MOV AL，01000000B ；1号计数器的锁存命令 OUT DX，AL ；写入命令寄存器 MOV DX，305H ；1号计数器数据口 IN AL，DX ；读1号计数器当前计数值 CMP AL，0FFH ；比较 JNE L ；非全“1”，再读 HLT ；是全“1”，暂停,21,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,四、工作方式及特点 82538254芯片的每个计数器通道都有种工作方式可供选用。区分这种工作方式的主要标志有点： 输出波形不同； 启动计数器的触发方式不同； 计数过程中门控信号GATE对计数操作的控制不同。 下面分别讨论不同工作方式的特点及编程方法。,22,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,1. 方式低电平输出

7、(GATE信号上升沿继续计数) 方式有如下个特点： 当向计数器写完计数值后开始计数，计数一旦开始，输出端OUT就变成低电平，并在计数过程中一直保持低电平，当计数器减到零时，OUT立即变成高电平。,23,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,门控信号GATE为高电平时，计数器工作； 当GATE为低电平时，计数器停止工作，其计数值保持不变。如果门控信号GATE再次变高时，计数器从中止处继续计数。,24,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,在计数器工作期间，如果重新写入新的计 数值，计数器将按新写入的计数初值重新工作。,25,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,例1：使计数器T1工作在方式，进行16位 二进制计数，计数初值的高、低字节分别为BYTEH和BYTEL。其初始化程序段为： MOV DX，307H ；命令口 MOV AL，01110000B ；方式字 OUT DX，AL MOV DX，305H ；T1数据口 MOV AL，BYTEL ；计数值低字节 OUT DX，AL MOV AL，BYTEH ；计数值高字节 OUT DX，AL,2

8、6,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,2方式低电平输出(GATE信号上升沿重新计数) 可编程的单稳态工作方式，有个特点： 此方式一设定，输出端OUT就变成高电平。写入计数初值后，在门控信号GATE变为高电平之后的下一个时钟周期的下降沿才开始工作，使输出OUT变成低电平，并在计数过程中一直保持低电平，直到计数值减到零后，输出才变高电平。,27,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,在计数器工作期间，当门控信号GATE又出现一个上升沿时，计数器重新装入原计数初始值，并且重新开始计数。,28,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,如果在计数器工作期间对计数器写入新的计数初始值，则要等到当前的计数值计满回零，且门控信号GATE再次出现一个上升沿时，才按新写入的计数初始值重新开始计数。,29,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,例2：使计数器T2工作在方式，进行位二进制计数，并设计数初值的低位为BYTEL。其初始化程序段为： MOV DX，307H ；命令口 MOV AL，10010010B ；方式字 OUT DX，AL MO

9、V DX，306H ；T2数据口 MOV AL，BYTEL ；低8位计数值 OUT DX，AL 程序中把T2设定成仅读/写低8位计数初值，高8位自动补0。,30,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,3方式周期性负脉冲输出 方式是一种具有自动装入时间常数(计数初值)的分频器。其工作特点如下： 计数器计数期间，输出OUT为高电平，计数器回零时，输出一个宽度等于时钟脉冲周期的负脉冲，并自动重新装入原计数初值，一个负脉冲过去后，输出又恢复高电平并重新作减法计数。,31,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,在计数器工作期间，如果向此计数器写入新的计数初值，则计数器仍按原计数值计数，直到计数器回零并在输出一个时钟周期的负脉冲之后，才按新写入的计数值计数。,32,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,门控信号GATE为高电平时允许计数。如在计数期间，门控信号变为低电平，则计数器停止计数，待GATE恢复高电平后，计数器将按原装入的计数值重新开始计数。,33,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,例3：使计数器T0工作在方式，进行 16位二进制计数。其初始化程序段为： MOV DX，307H ；命令口 MOV AL，00110100B ；方式字 OUT DX，AL MOV DX，304H ；T0数据口 MOV AL，BYTEL ；低8位计数值 OUT DX，AL MOV AL，BYTEH ；高8位计数值 OUT DX，AL,34,3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-2,4方式周期性方波输出 方式工作方式与方式基本相同，也具有自动装入时间常数(计数初值)的功能，不同之处在于： 工作在方式，计数开始，就会在输出端OUT输出连续不断的占空比为1:1或近似1:1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。 当计数初值为奇数时，在前

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