第八章-可编程计数器8253及其应用课件.ppt
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- 第八 可编程 计数器 8253 及其 应用 课件
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1、【回顾】 可编程芯片的概念,端口的概念。【本讲重点】 定时与计数的基本概念及其意义,定时/计数器芯片Intel8253的性能概述,内、外部结构及其与CPU的连接。8.1 定时与计数1定时与计数在微机系统或智能化仪器仪表的工作过程中,经常需要使系统处于定时工作状态,或者对外部过程进行计数。定时或计数的工作实质均体现为对脉冲信号的计数,如果计数的对象是标准的内部时钟信号,由于其周期恒定,故计数值就恒定地对应于一定的时间,这一过程即为定时,如果计数的对象是与外部过程相对应的脉冲信号(周期可以不相等),则此时即为计数。2定时与计数的实现方法(1) 硬件法专门设计一套电路用以实现定时与计数,特点是需要花
2、费一定硬设备,而且当电路制成之后,定时值及计数范围不能改变。(2) 软件法利用一段延时子程序来实现定时操作,特点,无需太多的硬设备,控制比较方便,但在定时期间,CPU不能从事其它工作,降低了机器的利用率。(3) 软、硬件结合法即设计一种专门的具有可编程特性的芯片,来控制定时和计数的操作,而这些芯片,具有中断控制能力,定时、计数到时能产生中断请求信号,因而定时期间不影响CPU的正常工作。8.2 定时/计数器芯片Intel8253Intel8253是8086微机系统常用的定时/计数器芯片,它具有定时与计数两大功能。一、8253的一般性能概述1每个8253芯片有3个独立的16位计数器通道;2每个计数
3、器通道都可以按照二进制或二十进制(BCD码)计数;3每个计数器的计数速率可以高达2MHz;4每个通道有6种工作方式,可以由程序设定和改变;5所有的输入、输出电平都与TTL兼容。二、8253内部结构8253的内部结构如图8-1所示,它主要包括以下几个主要部分:图8.1 8253的内部结构1数据总线缓冲器实现8253与CPU数据总线连接的8位双向三态缓冲器,用以传送CPU向8253的控制信息、数据信息以及CPU从8253读取的状态信息,包括某时刻的实时计数值。2读/写控制逻辑控制8253的片选及对内部相关寄存器的读/写操作,它接收CPU发来的地址信号以实现片选、内部通道选择以及对读/写操作进行控制
4、。3控制字寄存器在8253的初始化编程时,由CPU写入控制字,以决定通道的工作方式,此寄存器只能写入,不能读出。4计数通道0#、1#、2#:这是三个独立的,结构相同的计数器/定时器通道,每一个通道包含一个16位的计数寄存器,用以存放计数初始值,一个16位的减法计数器和一个16位的锁存器,锁存器在计数器工作的过程中,跟随计数值的变化,在接收到CPU发来的读计数值命令时,用以锁存计数值,供CPU读取,读取完毕之后,输出锁存器又跟随减1计数器变化。三、8253的外部引脚8253芯片是具有24个引脚的双列直插式集成电路芯片,其引脚分布如图82所示。8253芯片的24个引脚分为两组,一组面向CPU,另一
5、组面向外部设备,各个引脚及其所传送信号的情况,介绍如下:1D7D0:双向、三态数据线引脚,与系统的数据线连接,传送控制、数据及状态信息。2RD:来自于CPU的读控制信号输入引脚,低电平有效。3WR:来自于CPU的写控制信号输入引脚,低电平有效。4CS:芯片选择信号输入引脚,低电平有效。图8-2 8253的引脚5 5A1、A0:地址信号输入引脚,用以选择8253芯片的通道及控制字寄存器。A0 、 A1的状态与8253端口地址的对应关系如下表所示。A1A0000通道011通道102通道11控制端口6 6VCC及GND:+5V电源及接地引脚7 7CLKi:i=0,1,2,第i个通道的计数脉冲输入引脚
6、,8253规定,加在CLK引脚的输入时钟信号的频率不得高于2.6MHZ,即时钟周期不能小于380ns。8 8GATEi:i=0,1,2,第i个通道的门控信号输入引脚,门控信号的作用与通道的工作方式有关。9 9OUTi:i=0,1,2,第i个通道的定时/计数到信号输出引脚,输出信号的形式由通道的工作方式确定,此输出信号可用于触发其它电路工作,或作为向CPU发出的中断请求信号。四、8253的控制字8253有一个8位的控制字寄存器,其格式如下:图8-3 8253的控制字其中:D0:数制选择控制。为1时,表明采用BCD码进行定时/计数;否则,采用二进制进行定时/计数。D3-D1:工作方式选择控制。00
7、0,0;001,1;X10,2;X11,3;100,4;101,5;D5、D4:读写格式。00,计数锁存命令;01,读/写高8位命令;10,读/写低8位命令;11,先读/写低8位,再读写高8位命令。D7、D6:通道选择控制。00 0通道;01,1通道;10,2通道;11,非法18253的初始化编程要使用8253,必须首先进行初始化编程,初始化编程包括设置通道控制字和送通道计数初值两个方面,控制字写入8253的控制字寄存器,而初始值则写入相应通道的计数寄存器中。初始化编程包括如下步骤:(1) 写入通道控制字,规定通道的工作方式 用输出指令向控制寄存器写入一个控制字,以选定计数器通道,规定该计数器
8、的工作方式和计数格式。写入控制字还起复位作用,使输出变为规定的初始状态,并使计数器清0.(2) 写入计数初值用输出指令向选中的计数器端口地址中写入一个计数初值,初值设置要要符合控制字中有关格式的规定。初值可以是8位数,也可是16位数据,若是8位数,可用一条输出指令就可完成初值的设置,规定只写低8位,则高8位自动置0 。如果是16位数,要用两条指令来完成,先写低8位,后写高8位注意:计数初值为0时,也要分成两次写入,因为在二进制计数时,它表示65536,BCD计数时,它表示10000.由于3个计数器分别具有独立的编程地址,而控制字寄存器本身的内容又确定了所控制的寄存器的序号,因此对3个计数器的编
9、程没有先后顺序的规定,可选择对任意某个计数器进行编程。例 P309【例1】 设8253的端口地址为:04H0AH,要使计数器1工作在方式0,仅用8位二进制计数,计数值为128,进行初始化编程。控制字为:01010000B=50H,二进制计数初始化程序:MOV AL,50HOUT 0AH,AL; 0AH控制字端口地址MOV AL,80H;128的二进制OUT 06H,AL; 06H为计数器1端口地址【例2】 设8253的端口地址为:F8HFEH,若用通道0工作在方式1,按二十进制计数,计数值为5080H,进行初始化编程。控制字为:00110011B=33H初始化程序:MOV AL,33HOUT
10、0FEH,ALMOV AL,80HOUT 0F8H,ALMOV AL,50HOUT 0F8H,AL【例3】 设8253的端口地址为:04H0AH,若用通道2工作在方式2,按二进制计数,计数值为02F0H,进行初始化编程。控制字为:10110100B=0B4H初始化程序:MOV AL,0B4HOUT 0AH,ALMOV AL,0F0HOUT 08H,ALMOV AL,02HOUT 08H,AL2读取8253通道中的计数值8253可用控制命令来读取相应通道的计数值,由于计数值是16位的,而读取的瞬时值,要分两次读取,所以在读取计数值之前,要用锁存命令,将相应通道的计数值锁存在锁存器中,然后分两次读
11、入,先读低字节,后读高字节。当控制字中,D5、D4=00时,控制字的作用是将相应通道的计数值锁存的命令,锁存计数值在读取完成之后,自动解锁。如要读通道1的16位计数器,编程如下:地址F8HFEH。MOV AL,40H;01000000OUT 0FEH,AL ;锁存计数值IN AL,0FAHMOV AH,AL;低八位IN AL,0FAH;MOV AH,AL;高八位五、8253在系统中的典型连接8253在系统中的连接如图8-4所示。Intel 8086图8-4 Intel8253在系统中的连接六、8253的工作方式8253共有6种工作方式,各方式下的工作状态是不同的,输出的波形也不同,其中比较灵活
12、的是门控信号的作用。由此组成了8253丰富的工作方式、波形,下面我们逐个介绍:1几条基本原则(1) 控制字写入计数器时,所有的控制逻辑电路立即复位,输出端OUT进入初始状态。初始状态对不同的模式来说不一定相同。(2) 计数初始值写入之后,要经过一个时钟周期上升沿和一个下降沿,计数执行部件才可以开始进行计数操作,因为第一个下降沿将计数寄存器的内容送减1计数器。(3) 通常,在每个时钟脉冲CLK的上升沿,采样门控信号GATE。不同的工作方式下,门控信号的触发方式是有具体规定的,即或者是电平触发,或者是边沿触发,在有的模式中,两种触发方式都是允许的。其中0、2、3、4是电平触发方式,1、2、3、5是
13、上升沿触发。(4) 在时钟脉冲的下降沿,计数器作减1计数,0是计数器所能容纳的最大初始值。二进制相当于216,用BCD码计数时,相当于1042方式0计数结束产生中断方式0的波形如图8-5所示,当控制字写入控制字寄存器后,输出OUT就变低,当计数值写入计数器后开始计数,在整个计数过程中,OUT保持为低,当计数到0后,OUT变高;GATE的高低电平控制计数过程是否进行。图8-5 方式0波形从波形图中不难看出,工作方式0有如下特点: 计数器只计一遍,当计数到0时,不重新开始计数保持为高,直到输入一新的计数值,OUT才变低,开始新的计数; 计数值是在写计数值命令后经过一个输入脉冲,才装入计数器的,下一
14、个脉冲开始计数,因此,如果设置计数器初值为N,则输出OUT在N1个脉冲后才能变高; 在计数过程中,可由GATE信号控制暂停。当GATE0时,暂停计数;当GATE1时,继续计数; 在计数过程中可以改变计数值,且这种改变是立即有效的,分成两种情况:若是8位计数,则写入新值后的下一个脉冲按新值计数;若是16位计数,则在写入第一个字节后,停止计数,写入第二个字节后的下一个脉冲按新值计数。3方式1可编程单稳态输出方式方式1的波形如图8-6所示,CPU向8253写入控制字后OUT变高,并保持,写入计数值后并不立即计数,只有当外界GATE信号启动后(一个正脉冲)的下一个脉冲才开始计数,OUT变低,计数到0后
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