【正文】 第 6章：常用可編程接口 主講老師：廉迎戰(zhàn) 副教授 常用可編程外圍接口芯片 第 7 章 定時器 /計數(shù)器 8253的結(jié)構(gòu)與編程 并行外圍接口 8255A的結(jié)構(gòu)與編程 串行通信接口 8251A的結(jié)構(gòu)與編程 \D/A轉(zhuǎn)換 定時計數(shù) 概述 ? 概念 ?定時：微機系統(tǒng)，定時或計數(shù)的工作實質(zhì)均體現(xiàn)為對脈沖信號的計數(shù)，如果計數(shù)的對象是標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)部時鐘信號，由于其周期恒定，故計數(shù)值就恒定地對應(yīng)于一定的時間，這一過程即為定時。 ?計數(shù)：如果計數(shù)的對象是與外部過程相對應(yīng)的脈沖信號（周期可以不相等），則此時即為計數(shù) 。 定時計數(shù) 概述 ? 實現(xiàn)方法： ? 軟件定時 ， 是利用 CPU每執(zhí)行一條指令都需要幾個固定的指令周期的原理 ， 運用軟件編程的方式進行定時 。 ? 硬件定時 ， 是利用專門的定時電路實現(xiàn)精確定時 。這種定時方式又可分為簡單硬件定時和利用可編程接口芯片實現(xiàn)定時 。 ? 軟、硬件結(jié)合法，設(shè)計一種專門的具有可編程特性的芯片，來控制定時和計數(shù)的操作，而這些芯片，具有中斷控制能力，定時、計數(shù)到時能產(chǎn)生中斷請求信號，因而定時期間不影響 CPU的正常工作。 8253計數(shù)器 /定時器 特點 ? /定時器的特點 ? 1．每個 8253芯片有 3個獨立的 16位計數(shù)器通道 ? 2．每個計數(shù)器通道都可以按照二進制或二 —十進制計數(shù) ? 3．每個計數(shù)器的計數(shù)速率可以高達 2MHz ? 4．每個通道有 6種工作方式，可以由程序設(shè)定和改變 ? 5．所有的輸入、輸出電平都與 TTL兼容。 8253計數(shù)器 /定時器 ? 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ? 1）．?dāng)?shù)據(jù)總線緩沖器 ? 8253內(nèi)部實現(xiàn)與 CPU數(shù)據(jù)總線連接的 8位雙向三態(tài)緩沖器，用以傳送 CPU向 8253的控制信息、數(shù)據(jù)信息以及 CPU從 8253讀取的狀態(tài)信息，包 括某一方面時刻的實時計數(shù)值。 ? 2）．讀 /寫控制邏輯 ? 控制 8253的片選及對內(nèi)部相關(guān)寄存器的讀 /寫操作，它接收CPU發(fā)來 的地址信號以實現(xiàn)片選、內(nèi)部通道選擇以及對讀 /寫操作進行控制。 ? 3）．控制字寄存器 ? 在 8253的初始化編程時，由 CPU寫入控制字，以決定通道的工作方式，此寄存器只能寫入，不能讀出。 ? 4）．計數(shù)通道 0、 2： ? 這是三個獨立的，結(jié)構(gòu)相同的計數(shù)器 /定時器通道，每一個通道包含一個 16位的計數(shù)寄存器，用以存放計數(shù)初始值，和一個 16位的減法計數(shù)器和一個 16位的鎖存器，鎖存器在計數(shù)器工作的過程中，跟隨計數(shù)值的變化，在接收到 CPU發(fā)來的讀計數(shù)值命令時，用以鎖存計數(shù)值，供 CPU讀取，讀取完畢之后，輸出鎖存器又跟隨減 1計數(shù)器變化。 ? 另外，計數(shù)器的值為 0的狀態(tài)，還反映在狀態(tài)鎖存器中，可供讀取。 CONTROL WORD REGISTER CR M (8) CR L (8) CE M (8) CE L (8) OL M (8) OL L (8) COUNTER0 COUNTER REG.(CR) COUNTER ELEMENT (CE) OUTPUT LATCH (OL) COUNTER1 COUNTER2 CLK O GATE0 OUT0 CLK 2 CLK 1 OUT2 OUT1 GATE2 GATE1 DATA BUS D7DO ADDRESS DECODER RD WR CS A1 A0 ADDR BUS RD WR READY IO/ M 8253編程模型 8253計數(shù)器 /定時器 ? 8253引腳 D0D1D2D3D4D5D6D7RDWRA0A1CSV c c地電源線控制線數(shù)據(jù)線C L K0GA T E0OU T0GA T E0OU T0C L K1GA T E1OU T1GA T E1OU T1C L K2GA T E2OU T2GA T E2OU T2計數(shù)器0 號計數(shù)器1 號計數(shù)器2 號91110151413181617876543212223192212412? 8253芯片為 DIP24引腳 ? 面向 CPU ? 1）． D7~D0：雙向、三態(tài)數(shù)據(jù)線引腳，用以與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線連接，傳送控制、數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息。 ? 2）． RD：來自于 CPU的讀控制信號輸入引腳，低電平有效。 ? 3）． WR：來自于 CPU的寫控制信號輸入引腳，低電平有效。 ? 4）． CS：芯片選擇信號輸入引腳，低電平有效。 ? 5）． A A0：地址信號輸入引腳，一般接 CPU地址總線的 AA0位，用以選擇 8253芯片的通道及控制字寄存器。 ? 8253芯片為 DIP24引腳 ? 面向外部設(shè)備 ? 6） CLKi： i=0,1,2,第 i個通道的計數(shù)脈沖輸入引腳，8253規(guī)定，加在 CLK引腳的輸入時鐘信號的頻率不得高于 ，即時鐘周期不能小于 380ns。 ? 7） GATEi： i=0,1,2,第 i個通道的門控信號輸入引腳，門控信號的作用與通道的工作方式有關(guān)。 ? 8） OUTi： i=0,1,2,第 i個通道的定時 /計數(shù)到信號輸出引腳，輸出信號的形式由通道的工作方式確定，此輸出信號可用于觸發(fā)其它電路工作，或作為向 CPU發(fā)出的中斷請求信號。 4. 8253操作與編址 CS WR RD A0 A1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 X 0 0 0 0 1 1 1 1 X X X X X 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 裝入通道 0計數(shù)器 裝入通道 1計數(shù)器 裝入通道 2計數(shù)器 寫方式控制字 讀通道 0計數(shù)器 讀通道 1計數(shù)器 讀通道 2計數(shù)器 不能讀方式控制字，故為無效操作 禁止使用 無效操作 寄存器選擇和操作 8253計數(shù)器 /定時器 8253計數(shù)器 /定時器 ? 8253控制字 ? 1）控制字格式 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 BCD M1 M2 M3 RW0 RW1 SC0 SC1 計數(shù)值形式 0：二進制 1： BCD碼 工作方式選擇 000：方式 0 001：方式 1 010：方式 2 101：方式 5 ... ... 計數(shù)值寫入順序 00:讀計數(shù)值 01:寫低 8位 ,高 8位為 0 10:寫高 8位 ,低 8位為 0 11:先寫低 8位 ,后寫高 8位 計數(shù)器選擇 00:計數(shù)器 0 01:計數(shù)器 1 10:計數(shù)器 2 2）、 8253的初始化編程 寫 8253的控制字，寫入控制寄存器 （ A1， A0 = 11） 寫入計數(shù)值，寫到相應(yīng)的計數(shù)器。 計數(shù)過程中讀計數(shù)值 ? 例 1：設(shè) 8253的端口地址為： 04H～ 07H，要使計數(shù)器 1工作在方式 0，僅用 8位二進制計數(shù)，計數(shù)值為 128，進行初始化編程。 ? 控制字為： 01010000B=50H ? 計數(shù)值為： 80H ? 初始化程序： ? MOV AL， 50H ? OUT 07H， AL ? MOV AL， 80H ? OUT 05H， AL ? 3）讀取 8253通道中的計數(shù)值 ? 8253可用控制命令來讀取相應(yīng)通道的計數(shù)值，由于計數(shù)值是 16位的，而讀取的瞬時值，要分兩次讀取，所以在讀取計數(shù)值之前，要用鎖存命令，將相應(yīng)通道的計數(shù)值鎖存在鎖存器中，然后分兩次讀入，先讀低字節(jié)，后讀高字節(jié)。 ? 當(dāng)控制字中， D D4=00時，控制字的作用是將相應(yīng)通道的計數(shù)值鎖存的命令，鎖存計數(shù)值在讀取完成之后，自動解鎖。 ? 如要讀通道 1的 16位計數(shù)器，編程如下：地址 F8H～ FBH。 ? MOV AL， 40H； ? OUT 0FBH， AL ；鎖存計數(shù)值 ? IN AL， 0F9H ? MOV CL， AL；低八位 ? IN AL， 0F9H； ? MOV CH， AL；高八位 8253計數(shù)器 /定時器 ? 8253工作方式 ? 幾條基本原則 ? (1)． 控制字寫入計數(shù)器時，所有的控制邏輯電路立即復(fù)位，輸出端 OUT進入初始狀態(tài)。初始狀態(tài)對不同的模式來說不一定相同。 ? (2)． 計數(shù)初始值寫入之后，要經(jīng)過一個時鐘周期上升沿和一個下降沿，計數(shù)執(zhí)行部件才可以開始進行計數(shù)操作，因為第一個下降沿將計數(shù)寄存器的內(nèi)容送減 1計數(shù)器。 ? (3)． 通常，在每個時鐘脈沖 CLK的上升沿，采樣門控信號GATE。不同的工作方式下，門控信號的觸發(fā)方式是有具體規(guī)定的，即或者是電平觸發(fā)，或者是邊沿觸發(fā)，在有的模式中，兩種觸發(fā)方式都是允許的。其中 0、 4是電平觸發(fā)方式， 5是上升沿觸發(fā)。 ? (4)． 在時鐘脈沖的下降沿，計數(shù)器作減 1計數(shù)， 0是計數(shù)器所能容納的最大初始值。二進制相當(dāng)于 216，用 BCD碼計數(shù)時，相當(dāng)于 104 6. 8253工作方式 （ 6種） ? 方式 0：計數(shù)結(jié)束時發(fā)中斷 (MODE 0) CLOCK WRn OUTPUT(中斷） 4 3 2 1 0 N=4 WRm OUTPUT(中斷） GATE N=4 5 4 3 2 1 0 INT INT WR N = 4 初始低電平 4 3 2 1 0 OUT GATE = 1 計數(shù)到 0產(chǎn)生高電平 寫入計數(shù)值 開始計數(shù) 計數(shù)值一次有效 ? 工作方式 0有如下特點： ? ① 計數(shù)器只計一遍，當(dāng)計數(shù)到 0時，不重新開始計數(shù)保持為高，直到輸入一新的計數(shù)值， OUT才變低，開始新的計數(shù)； ? ② 計數(shù)值是在寫計數(shù)值命令后經(jīng)過一個輸入脈沖，才裝入計數(shù)器的，下一個 脈沖開始計數(shù)，因此，如果設(shè)置計數(shù)器初值為 N，則輸出 OUT在 N＋ 1個脈沖后才能變高； ? ③ 在計數(shù)過程中，可由 GATE信號控制暫停。當(dāng) GATE＝ 0時，暫停計數(shù)；當(dāng) GATE＝ 1時，繼續(xù)計數(shù)； ? ④ 在計數(shù)過程中可以改變計數(shù)值，且這種改變是立即有效的，分成兩種情況： 若是 8位計數(shù)，則寫入新值后的下一個脈沖按新值計數(shù)；若是 16位計數(shù)，則在寫入第一個字節(jié)后，停止計數(shù)，寫入第二個字節(jié)后的下一個脈沖按新值計數(shù)。 ? 方式 1：可編程單穩(wěn)電路（負(fù)脈沖的寬度 =N*時鐘 CLK的寬度） WRn GATE(TRIGGER) 4 3 2 1 0 OUTPUT 3 4 2 1 0 (MODE 1) CLOCK GATE(TRIGGER) OUTPUT 2 3 4 N=4 方式 1（可編程硬件觸發(fā)單拍脈沖） WR GATE OUT N = 3 3 2 1 0 3 2 1 0 計數(shù)值 寫入計數(shù)值 不計數(shù) GATE觸發(fā) 開始計啥 初始高電平 GATE再次觸發(fā) 再計數(shù) 計數(shù)值多次有效 ? 方式 1有下列特點： ? ①輸出 OUT寬度為計數(shù)初值的單脈沖； ? ②輸出受門控信號 GATE的控制，分三種情況： ? 計數(shù)到 0后，再來 GATE脈沖，則重新開始計數(shù)， OUT變低； ? 在計數(shù)過程中來 GATE脈沖，則從下一 CLK脈沖開始重新計數(shù)，OUT保持為低； ? 改變計數(shù)值后，只有當(dāng) GATE脈沖啟動后，才按新值計數(shù)，否則原計數(shù)過程不受影響，仍繼續(xù)進行，即新值的改變是從下一個 GATE開始的。 ? ③計數(shù)值是多次有效的，每來一個 GATE脈沖，就自動裝入計數(shù)值開始從頭計數(shù)，因此在初始化時，計數(shù)值寫入一次即可。 ? 方式 2：可變頻率（負(fù)）脈沖發(fā)生器（或稱為分頻器） ? 負(fù)脈沖的周期 =1*時鐘 CLK的周期 WRn 4 3 2 1 0(3) OUTPUT GATE (RESET) OUTPUT (MODE 2) CLOCK N=4 N=3 0(4) 3 2 1 2 1 0 0(3) 3 2 1 0(3) 2 1 0(3) 2 1 0 負(fù)脈沖