七章定时器计数器电路.ppt
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1、第七章 定时器/计数器电路,概述 可编程定时器/计数器芯片8254 8254在PC系列机定时系统中的应用,2,7.1 概 述,在各种计算机系统中,经常要用到定时/延时和计数控制。,实现定时/延时的基本方法:,软件定时:执行循环程序。CPU利用率低。,不可编程硬件定时:采用中小规模集成电路器 件实现。,单稳/555定时器-外加阻容器件 加/减计数器-通过改变初值可改变定时长短,电路连接好后,定时值不便控制和改变。,可编程硬件定时:用可编程计数器实现。通过编程 改变其计数初值和计数脉冲频率即可改变定时长短。,3,7.1 概述,可编程定时器/计数器典型结构:,4,可编程定时器/计数器的主要用途:,以
2、均匀分布的时间间隔中断分时操作系统,以便切换 程序;,向I/O设备输出周期可控的定时信号;,用作可编程波特率发生器;,检测外部事件发生的频率或周期;,统计外部某过程中某一事件发生的次数;,作为向CPU的定时或定次数中断源;,PC系列微机中普遍采用的可编程定时器/计数器是i8253/8254芯片。,7.1 概述,5,7.2 可编程定时器/计数器芯片i8254/8253,i8254是i8253的改进型,两者的功能基本相同,硬件组成、外部引脚和编程特性完全兼容。差别只在三点:,7.1 概述,6,7.2.1 8254的基本功能,有3个独立的16位计数器通道;,每个计数器可按二进制或十进制(BCD)计数
3、;,每个计数器可工作于6种不同工作方式;,每个计数器允许的最高计数频率为10MHz(8253为2MHz),有读回命令(8253没有),可以读出当前计数单元的内 容和状态寄存器内容。,每个计数器通道的逻辑功能完全相同,既可作定时器用,又可作计数器用。无论用作定时器还是计数器,计数初值寄存器内容都可由CPU预置或修改。,7,7.2.2 8254内部结构与引脚信号,结构图,引脚图,8,7.2.2 8254内部结构与引脚信号,8254各主要组成部分:,数据总线缓冲器,控制字寄存器,8位只写寄存器,用于存放CPU写入芯片的方式选择控制字或命令字,由它来控制各计数器通道的工作方式。,控制字寄存器为3个计数
4、器通道所共用。,写入控制字时,将同时清除计数初值寄存器内容。,9,计数器通道(3个):彼此独立,但结构和内容 完全相同。,任一通道作计数器或定时器用时,其内部操作完全相同,区别仅在于:,7.2.2 8254内部结构与引脚信号,10,(1)计数工作单元(CE)不能直接读/写。只能 通过写计数初值寄存器(CR)实现对CE初 值的修改,通过读输出锁存器(OL)实现 对CE内容的读取(先写读回命令,再读OL)。,(2)状态寄存器(SR)也不能直接读,只能通 过读状态锁存器(SL)实现(先写读回命 令,再读SL)。,(3)CE、CR和OL都是16位,对CR写入和对OL读出 必须分两次进行。若初始化时只写
5、CR一个字 节,则另一字节保持为0。,7.2.2 8254内部结构与引脚信号,注意:,11,读/写控制逻辑:接收系统总线来的地址和读写 信号,并变换为内部控制信号。,8254各端口读/写控制作用,7.2.2 8254内部结构与引脚信号,12,7.2.3 8254的工作方式,各计数器通道均有6种工作方式可供选择:,方式0计数结束中断方式,方式1硬件可重触发单稳方式,方式2速率波发生器方式,方式3方波方式,方式4软件触发选通方式,方式5硬件触发选通方式,13,7.2.3 8254的工作方式,1.方式0:计数结束中断方式,基本功能:,写入控制字后,OUT信号变为低电平,并维持低电平至CE的内容到达零
6、时,此后OUT信号变为高电平,并维持高电平至再次写入新的计数值或重新写入控制字。 GATE用于开放(“1”)或禁止(“0”)计数。 OUT输出的计数结束信号可作为中断请求信号。,14,工作特点:,计数由软件启动,每次写入计数初值,只启 动一次计数。,CPU写计数初值到CR后,CR内容并不立即装入 CE,而是在其后的下一个CLK脉冲下降沿才CR 内容装入CE,对该CLK脉冲不计数。所以,若 计数初值为n,则必须在出现n+1个CLK脉冲后, OUT才变高。,计数过程中,如果GATE=0则暂停计数,直到 GATE=1后再接着计数。,计数过程中写入新的计数初值,从写入后下一 个时钟脉冲开始,以新的初值
7、计数。,15,方式0定时波形:,7.2.3 8254的工作方式,0,16,2.方式1:硬件可重触发单稳方式,基本功能:,计数器相当于一个可编程的单稳态触发电路,触发输入为GATE信号(上升沿),单脉冲输出为OUT信号。,7.2.3 8254的工作方式,17,工作特点:,从GATE上升沿起下一个CLK脉冲使OUT由高变低, 直到CE计为0,OUT才恢复为高,形成一个宽度 为n倍CLK周期的输出负脉冲。,此方式允许多次触发(即具有可重触发性), 一旦控制字设置为方式1,并向CR置了初值,在 没有新的初值置入前,此初值在CR中保持不变。,在OUT未恢复高电平前,若GATE端又出现新的触 发信号上升沿
8、,则CE又从初值开始重新计数, 其结果将延长OUT输出的负脉冲宽度。,18,方式1定时波形:,7.2.3 8254的工作方式,19,3.方式2:速率波发生器方式(n分频方式),基本功能:,OUT端输出一周期性负脉冲序列,其负脉冲宽度为一个CLK脉冲周期,负脉冲频率为CLK信号频率的1/n(n为CR初值)。,7.2.3 8254的工作方式,20,工作特点:,写入控制字使计数器进入工作方式后,OUT 输出高电平,这时若装入计数初值n,则从其 后的下个CLK下降沿起立即开始计数,OUT保 持高电平不变;待计数值减到1时,OUT输出宽 度为一个CLK周期的负脉冲,至计数值为0时 , 自动重新装入计数初
9、值n,实现循环计数。,可由软件通过写计数初值启动(GATE恒为高电平), 也可由GATE上升沿启动(已装入计数初值)。,GATE变低电平时停止计数;而当GATE由低重新变 高时,重新由初值开始计数。,21,方式2定时波形:,7.2.3 8254的工作方式,22,.方式:方波方式,基本功能:,OUT输出的是方波(计数初值为偶数时)或近似方波(计数初值为奇数时)信号。其典型用法是作波特率发生器。,7.2.3 8254的工作方式,23,工作特点:,当写入控制字使之进入该方式后,OUT输出低 电平;在装入计数初值后的下个CLK下降沿, OUT由低变 高,开始减法计数。,若计数初值n为偶数,作减2计数,
10、计至0时OUT 变低;然后再自动从初值开始作减2计数,计 至0时OUT又变高。如此周而复始,OUT输出的 是占空比为1/2、周期为n个CLK周期的方波。,24,若n为奇数,在OUT变高时,初值减1成为偶数, 再对CLK作减2计数,减至0时延迟一个CLK脉冲 后OUT变低;此时初值再次减1后作减2计数, 至0时OUT变高。如此周而复始,OUT端得到的 是占空比为 ,周期为n个CLK周期的近似方波。,7.2.3 8254的工作方式,工作特点(续):,25,计数过程中出现GATE变低时,CE暂停对CLK计 数,直到GATE再次由低变高时,重新启动计数 过程, 从初值n开始计数。,要改变输出方波的速率
11、,可在任何时候向CR重 新写入新的计数初值n,并从下一个CLK脉冲开 始起作用。,工作特点(续):,26,方式3定时波形:,7.2.3 8254的工作方式,27,5.方式4:软件触发选通方式,基本功能:,由软件通过写计数初值触发(启动),在OUT端产生一个宽度为1个CLK周期的负选通脉冲。,7.2.3 8254的工作方式,28,工作特点:,当写入控制字使之进入方式4后,OUT变高;此 后从装入计数初值的下个CLK下降沿开始作减 1计数,计至0时,OUT端输出一个宽度为1个 CLK周期的负脉冲。,计数过程中若GATE变低,则停止计数,直到GATE 恢复到高时,重新从初值开始减1计数。,计数过程中
12、若改变(重写)计数初值,将从改变 之后的下个CLK脉冲起,按新初值重新开始计数。,软件装入的计数初值只一次有效。,29,方式4定时波形:,7.2.3 8254的工作方式,30,6.方式5:硬件触发选通方式,基本功能:,通过由GATE端引入的硬件触发信号,在OUT端产生一个宽度为1个CLK周期的负选通脉冲。,7.2.3 8254的工作方式,31,工作特点:,当写入控制字使之进入方式5后,OUT输出高电平; 装入计数初值后,待GATE端出现触发信号(上升沿 ),才开始减1计数,计至0时,OUT端输出一个宽 度为1个CLK周期的负脉冲。,当计数值计到0后,自动重新装入初值n,但并不开 始计数,而是待
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