可编程定时器计数器8254及其应用课件.ppt
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- 可编程 定时器 计数器 8254 及其 应用 课件
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1、6.4 可编程定时可编程定时/计数器计数器8254及其应用及其应用 l为什么需要定时为什么需要定时/计数器计数器 在自动化流水线中在自动化流水线中 在测控系统中在测控系统中 在智能化仪器仪表中在智能化仪器仪表中两项基本工作两项基本工作计数计数定时定时l关于定时关于定时定时定时软件定时软件定时硬件定时硬件定时不可编程芯片定时(如不可编程芯片定时(如555定时器)定时器)可编程芯片(如可编程芯片(如8254定时器)定时器)l定时器工作原理定时器工作原理漏水模型漏水模型如如8254装水模型装水模型如如80C51 6.4.1 8254定时器定时器/计数器计数器(1)8254的外部引脚和内部结构的外部引
2、脚和内部结构*A1 A0 选择选择片内片内各端口(各端口(3个通道个通道和和一个控制寄存器一个控制寄存器)0 0 0 1 1 0 1 1通道通道0 通道通道1 通道通道2 控制寄存器控制寄存器8254与与CPU连接示例连接示例 RD WRCSA1A0D0:D7 CLK0 GATE0 OUT0 CLK1 GATE1 OUT1 CLK2 GATE2 OUT2 地址地址译码器译码器A9:A2A1A0IORIOW 控制控制 寄存器寄存器8254 DB 片选片选片内端口选择片内端口选择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
3、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 选中通道选中通道0 20DH 选中通道选中通道120EH 选中通道选中通道2 20FH 选中控制寄存器选中控制寄存器 设当设当A9A2的地址信息为:的地址信息为:1 0 0 0 0 0 1 1译码器输出有效信号译码器输出有效信号基本基本计数计数工作原理工作原理:减法计数器减法计数器计数工作单元计数工作单元CE 代表外部事件代表外部事件发生的发生的计数脉冲计数脉冲 减法计数器减法计数器计数工作单元计数工作单元 CE频率精确的频率精确的时钟脉冲串时钟脉冲串根据根据不同的工作方式,不同的工作
4、方式,OUT输出不同的信号输出不同的信号CLK 基本基本定时定时工作原理工作原理:CLK 计数初值计数初值N(定时系数)(定时系数)OUT OUT 定时系数定时系数要求定时的时间要求定时的时间/时钟脉冲周期时钟脉冲周期 定时定时的本质的本质还是计数还是计数,计数的对象必须是频率精确的脉冲串。如果,计数的对象必须是频率精确的脉冲串。如果时钟脉冲时钟脉冲的周期是的周期是1s,要求定时,要求定时1ms,则计数,则计数1000次即可,即:次即可,即:定时系数定时系数为为1000;(对秒计数(对秒计数60次就是次就是1分钟)分钟)计数初值计数初值N 注意!注意!工作原理工作原理 在计数工作方式下在计数工
5、作方式下:计数初值写入:计数初值写入CR;CE为为0时表明时表明计数达到规定值计数达到规定值。在定时工作方式下在定时工作方式下:定时系数写入:定时系数写入CR;CE为为0时表明时表明定时时间到定时时间到。16计数初值寄存器计数初值寄存器 CR16位计数工作单元位计数工作单元 CEOUT16输出锁存器输出锁存器 OL用户编程写入用户编程写入外部控制外部控制外部事件脉冲外部事件脉冲时钟脉冲时钟脉冲计数结束时计数结束时OUT输出信号输出信号开始计数时开始计数时CR装入装入CE随随CLK一次减一次减1内部总线内部总线 GATE CLK CLK:计数计数或或定时脉冲定时脉冲输入引脚输入引脚GATE:门控
6、门控引脚:允许引脚:允许/禁止计数;启动禁止计数;启动/终止计数终止计数OUT:输出引脚:输出引脚:计数通道计数通道的内部结构的内部结构CRH CRLOLH OLL不同的工作方式下有不同的输出不同的工作方式下有不同的输出(2)8254的工作方式的工作方式 8254的的基本计数工作方式基本计数工作方式和和基本定时工作方式基本定时工作方式是基础是基础,在这两种基本方式,在这两种基本方式下,可以演绎出下,可以演绎出6种种工作方式。工作方式。注意注意每一种方式下:每一种方式下:*定时或计数的定时或计数的启动启动方式方式*GATE的的控制控制作用作用*OUT引脚上的引脚上的输出波形输出波形每一种方式分为
7、每一种方式分为基本功能基本功能和和工作特点工作特点两部分,细节很多。我们通过波形图,两部分,细节很多。我们通过波形图,介绍概要。介绍概要。因为因为各种方式各种方式主要是通过主要是通过OUT引脚表现出来,请引脚表现出来,请关注关注OUT。1)方式方式0 计数结束中断计数结束中断 典型的事件计数(基本计数工作方式)典型的事件计数(基本计数工作方式)基本功能基本功能:完成计数,:完成计数,OUT输出高电平输出高电平工作特点:工作特点:*写入控制字后,写入控制字后,OUT的的初始电平为低初始电平为低 *计数到计数到0时,时,OUT送出高电平送出高电平直到直到写入了新的计数初值。写入了新的计数初值。*通
8、常用通常用OUT的的低低高变化高变化来产生来产生中断请求中断请求或或查询信号查询信号。*软件启动,软件启动,不具备重复性不具备重复性,再次写入初值,开始新一轮计数,再次写入初值,开始新一轮计数 *写入计数初值到写入计数初值到CR后,后,第一个计数脉冲第一个计数脉冲的作用是的作用是把计数初值装入把计数初值装入CE。所以所以当计数初值当计数初值=4时,实际上当时,实际上当CLK输入输入5个计数脉冲后个计数脉冲后 OUT才为才为1。*GATE=0,暂停计数暂停计数;GATE=1,继续计数,继续计数*计数过程中可以写入计数过程中可以写入新新的计数初值,从写入后的的计数初值,从写入后的下一个脉冲开始下一
9、个脉冲开始,以,以新新 的初值进行计数的初值进行计数 下图中用波形表达了下图中用波形表达了3种情况:种情况:*1 GATE=1,完整的一轮计数,完整的一轮计数 *2 计数过程中,计数过程中,GATE=0,暂停计数,暂停计数 *3 计数过程中,重新写入计数初值的计数情况计数过程中,重新写入计数初值的计数情况 2)方式)方式1 硬件可触发单稳硬件可触发单稳基本功能:基本功能:计数器相当于一个可编程的计数器相当于一个可编程的单稳态触发器单稳态触发器。可用此方式来产生。可用此方式来产生由由程序控制脉冲宽度程序控制脉冲宽度的的负单脉冲负单脉冲,该脉冲的,该脉冲的宽度宽度(低电平持续时间)由(低电平持续时
10、间)由计数初计数初值值N确定。确定。工作特点:工作特点:*输入控制字后,输入控制字后,OUT 以高电平为以高电平为初始电平初始电平 *以以GATE的的上升边上升边为起点,一个为起点,一个CLK 脉冲后,脉冲后,OUT为低,计数完成后为低,计数完成后 OUT又回到高电平,产生一个又回到高电平,产生一个负的单脉冲负的单脉冲。相当于相当于单稳电路从单稳电路从稳态稳态(高)到(高)到暂稳态暂稳态(低)又回到(低)又回到稳态稳态 *该单脉冲的宽度(低电平继续时间)是该单脉冲的宽度(低电平继续时间)是CLK周期的周期的N倍倍 *可重复触发。可重复触发。GATE的上升边的上升边启动启动新一轮工作。新一轮工作
11、。图中用波形表达了图中用波形表达了3种情况:种情况:*1 正常正常的一次单稳动作的一次单稳动作全过程全过程。*2 N=3,表明暂稳态为,表明暂稳态为3个个CLK时间;在暂稳态过程中,时间;在暂稳态过程中,再次触发再次触发,再进行,再进行 一次一次3个个CLK周期的暂稳态。周期的暂稳态。*3 改变计数初值改变计数初值N=4,由于没有,由于没有GATE启动新一轮动作,本次仍然完成启动新一轮动作,本次仍然完成3个个 CLK暂稳态过程。当暂稳态过程。当GATE上升边到来后,上升边到来后,N=4的单稳操作才开始。的单稳操作才开始。3)方式)方式2 分频器(分频器(N分频方式,频率发生器)分频方式,频率发
12、生器)基本功能:基本功能:输出频率固定的脉冲(控制输出信号的输出频率固定的脉冲(控制输出信号的高高/低低电平的电平的比例比例。)。)工作特点:工作特点:*控制字写入后,控制字写入后,OUT以以高高电平为电平为初始电平初始电平。计数器减到。计数器减到1时,时,OUT输出一个输出一个宽度宽度 为一个为一个CLK的负脉冲。的负脉冲。*OUT输出的脉冲串,以输出的脉冲串,以N1个个CLK 脉冲为脉冲为高高电平,以电平,以一个一个CLK脉冲为脉冲为低低电平。电平。实际上,实际上,OUT输出的脉冲频率为输出的脉冲频率为CLK脉冲的脉冲的N分频。分频。*GATE 门控:为高,计数器工作;为低,暂停工作。门控
13、:为高,计数器工作;为低,暂停工作。该波形图叙述了该波形图叙述了3种情况:种情况:*1 GATE=1,OUT持续输出持续输出分频脉冲串分频脉冲串(高电平为(高电平为N-1,低电平为,低电平为1)*2 分频过程中,分频过程中,GATE=0,暂停工作暂停工作,OUT变为高电平变为高电平;=1,继续工作,继续工作,重新计数重新计数*3 GATE=1,工作过程中,工作过程中改写改写N,CE要把本次的计数初值要把本次的计数初值减到减到0,才开始才开始新一轮新一轮分频工作。分频工作。4)方式)方式3 方波发生器方波发生器基本功能基本功能:基本上与方式:基本上与方式2相同,只是相同,只是OUT输出的是完全输
14、出的是完全对称方波对称方波 或或基本对称基本对称的连续方波。的连续方波。工作特点工作特点:若:若N为偶数,则输出脉冲的为偶数,则输出脉冲的高高、低、低电平持续时间电平持续时间相同相同;若为奇,则若为奇,则高高电平持续时间为电平持续时间为(N+1)/2,低低电平持续时间为电平持续时间为(N-1)/2。3种情况:种情况:*1 GATE=1,偶数,偶数,OUT输出输出对称对称方波方波*2 GATE=1,奇数,奇数,OUT输出输出不对称不对称方波(高电平多一个方波(高电平多一个CLK时间)时间)*3 GATE=0,暂停暂停工作;工作;GATE=1,从初值开始工作,从初值开始工作 5)方式)方式4 软件
15、触发选通软件触发选通 基本功能:基本功能:单脉冲发生器,以单脉冲发生器,以装入计数初值装入计数初值来来启动启动计数器开始工作。计数器开始工作。工作特点工作特点:*无重装初值功能无重装初值功能 *装入装入控制字控制字后,后,OUT的的初始电平仍为高初始电平仍为高。*装入装入计数初值计数初值后,计数器开始倒数计数,到后,计数器开始倒数计数,到0后后OUT输出一个负脉冲(宽度为输出一个负脉冲(宽度为一一 个个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。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。*通常用它来作为通常用它来作为负选通信号负选通信号 3种情况
16、:种情况:*1 GATE=1,正常正常软件启动计数过程软件启动计数过程*2 GATE在计数过程中的在计数过程中的作用:作用:=0,禁止计数;,禁止计数;恢复恢复1,重新计数,重新计数*3 计数过程中,计数过程中,改写改写初值对计数过程的影响初值对计数过程的影响6)方式方式5 硬件触发的硬件触发的选通信号发生器选通信号发生器 基本功能基本功能:以外部:以外部GATE信号来启动信号来启动计数器开始工作,计数器开始工作,OUT输出宽度为一个输出宽度为一个 CLK的负脉冲。的负脉冲。工作特点工作特点:*装入控制字后,装入控制字后,OUT的的初始电平为高初始电平为高。*装入计数初值后,装入计数初值后,必
17、须等必须等GATE引脚输入一个引脚输入一个上升边上升边后后,计数器才开始倒数,计数器才开始倒数计数,到计数,到0后后OUT输出一个负脉冲,宽度为一个输出一个负脉冲,宽度为一个CLK脉冲脉冲通常用它来作为负选通通常用它来作为负选通信号,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。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1,52)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
18、)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编程编程*8254有有3个个通道,即通道,即3个定时器个定时器/计数器单元计数器单元,选择选择哪个通道?哪个通道?*每一个定时器每一个定时器/计数器又有计数器又有6种种工作方式,如何确定工作方式,如何确定工作方式?工作方式?*每一种方式下又必须每一种方式下又必须写入计数初值,写入计数初值,怎么送?怎么送?*在某些情况下需要在某些情况下需要读出读出计数器的计数器的余值余值或计数器的或计数器的状态,状态,怎么读?怎么读?借助于用借助于用“0”“1”组成的组成的“字字”,把用户的意图告诉给把用户的意图告诉给8254
19、这些这些字字是我们使用是我们使用8254的基础的基础*方式控制字方式控制字设置设置计数器工作方式计数器工作方式*命令字命令字和和状态字状态字 两个命令字:两个命令字:计数器锁存命令字计数器锁存命令字和和读回命令字读回命令字*1计数器锁存命令字计数器锁存命令字 功能:功能:把当前把当前计数工作单元计数工作单元CE的内的内容锁存到容锁存到输出锁存器输出锁存器OL中,供中,供CPU读出读出CE的的 余值(如:预先设置计数初值余值(如:预先设置计数初值=N,一段时间后,锁存,读剩余值,一段时间后,锁存,读剩余值n,在这,在这 段时间内的计数值段时间内的计数值X=N-n)SC1,SC0:选择将要:选择将
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