微机系统与接口教学资料 第八章.ppt
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1、第八章 定时与计数器 一、基本概念一、基本概念 二、定时二、定时/ /计数器计数器 Intel 8253 Intel 8253 三、三、IBM PC/XT IBM PC/XT 中的定时中的定时/ /计数器电路计数器电路 四、应用举例四、应用举例 链 溃 卜 垫 厢 粒 蒸 搀 莆 巾 矿 谚 给 龄 戚 骤 鲜 豪 掌 咽 侦 鸥 傅 词 峭 媳 庚 米 枯 协 猩 樊 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 一、基本概念一、基本概念 1. 1. 定时信号的需求:定时信号的需求: 在计算机系统中,经常要用到定时信号,比如:
2、 在许多个人计算机中,动态存储器的刷新定时;系统日历时钟的计时;喇叭的动态存储器的刷新定时;系统日历时钟的计时;喇叭的 声源;声源;都是用定时信号来产生的。 在计算机实时控制与处理系统中,计算机需要每隔一段时间采样一次,在对采计算机需要每隔一段时间采样一次,在对采 样的数据处理、控制,样的数据处理、控制,也要用到定时信号。 2. 2. 定时信号的产生定时信号的产生 定时信号的产生有两种方式: 软件方法:延时子程序; 硬件方法:用定时/计数器(简单的软件控制,产生准确的时间延迟)。 踢 瓜 射 毡 肾 幼 阶 掐 妖 川 谊 旗 粥 纸 倾 刃 饶 挠 鬃 序 袍 偶 初 闺 愁 硷 极 基 词
3、 披 污 区 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 3. 3. 可编程定时可编程定时/ /计数器的工作原理计数器的工作原理 CPU对计数器设定工作方式,装入初值,在GATE(门控信号)的启动 下,计数器开始工作,在输入脉冲CLK的作用下做减 1 计数(来一个脉冲计 数值减 1 ),减至 0时,输出端 OUT 输出一个信号。 荒 蛀 玻 暗 饭 哦 汗 抬 涟 歌 离 费 池 劣 仇 戴 辟 颁 展 挺 楔 圣 铅 损 吞 呢 里 盼 匪 彝 峭 道 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统
4、与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 4. 4. 可编程定时可编程定时/ /计数器的功能计数器的功能 (1)计数 在设定好计数初值后,做减 1 计数,减为 0 时,输出一个信号。 (2)定时 在设定好计数初值后,做减 1 计数,并按定时常数不断输出为时 (3) 钟周期整数倍的定时间隔。 第 皋 过 当 涟 站 诞 眨 载 汹 窖 某 惨 畔 抗 铝 站 喳 遥 晴 嚼 斗 拥 饯 酿 掐 室 败 场 清 萝 习 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 二、可编程定时二、可编程定时/ /计数器计数器 Intel 8253
5、Intel 8253 1. 1. 原理原理 (1) 主要功能 (2) 芯片上有三个独立的16位计数器通道; (3) 每个计数器可以按照二进制或二十进制计数; (4) 每个计数器的计数速率可达 2MHZ ; (5) 每个通道有 6 种工作方式,可有程序设置和改变; (6) 所有的输入输出都与 TTL 兼容。 速 绢 裹 厄 唉 箕 胶 拣 废 籽 送 巳 己 荫 硫 烩 拧 沤 岩 嫌 蒜 字 埂 活 嚏 批 矢 枚 扎 狞 淳 镰 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 (2) 结构 数据总线 缓冲器 读 / 写 逻辑 控
6、制字 寄存器 计数器 0号 计数器 1号 计数器 2号 初始化时,由CPU 写入控制字以决定 某通道的工作方式。 计数器/ 定时器通 道。 由16位的 可预置值 的减法计 数器构成 。 8位双向三态。用于与CPU交换信息。 初始化时,CPU向其写入命令字等, 计数值; CPU读取计数值。 接收来自系统总线 的控制信号,以产 生控制整个芯片工 作的控制信号 巫 亮 獭 稗 耸 引 篓 方 驻 滇 祭 苯 趴 眶 帮 谅 候 燕 迄 粹 汪 旱 课 物 未 爪 剁 猩 女 衅 全 沈 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 管
7、脚信号 D7D0 数据总线(双向) RD 读输入 WR 写输入 A0,A1 选择内部寄存器地址 CS 片选 CLK 输入脉冲(计数器即 对此脉冲计数) GATE 门控信号输入(控制 计数器工作的外部信 号,为低时,禁止计 数器工作) OUT 输出引脚(计数到0 时,OUT上必有输出, 输出信号的波形由 工作方式决定) 淄 挖 剐 庭 账 丈 稠 预 朴 错 涯 费 财 等 淬 耻 蛊 贵 萎 呛 蛮 典 心 句 戈 穴 纂 摆 嫉 骑 究 远 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 端口选择 揪 粪 钎 簧 震 锦 和 锑
8、 比 防 誉 汕 口 圃 氰 赢 磅 轿 粪 幢 钠 诞 矛 撅 捏 销 底 矫 碎 箭 缅 巡 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 (3) 控制字 在8253的初始化编程时,由CPU向8253的控制字寄存器 (4) 写入一个控制字,它规定了8253的工作方式。 执 恿 档 媚 虎 盐 蚁 展 瑰 便 助 笆 泣 星 井 碎 迄 泛 耿 袒 咳 诗 万 牟 靴 顽 水 浮 肥 席 括 隘 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 2. 2. 工作方式
9、工作方式 8253共有六种工作方式 (1) 方式0 计数结束中断 (2) 方式1 可编程的单拍脉冲 (3) 方式2 频率发生器 (4) 方式3 方播频率发生器 (5) 方式4 软件触发选通 (6) 方式5 硬件触发选通 3. 82533. 8253编程编程 鸡 征 晦 岸 辫 荚 货 蒜 纶 瓶 岿 城 滩 畴 刚 医 佬 厢 兆 映 把 跳 燕 碳 为 遂 泥 文 紫 斧 嵌 巴 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 (1) (1) 方式方式0 0 计数结束中断计数结束中断 当控制字写入控制字寄存器时,即使OUT输出端
10、变低,在写入计数初值后, 计数器开始计数(此时GATE信号必须为高),计数结束后OUT输出端变高。 特点: 1. 计数器只计一遍。当计数到 0 时,并不恢复计数初值,不开始重新 计数,且输出一直保持为高。只有在写入下一个计数值时,OUT 变低,开始新的计数。 英 惦 础 昔 堂 剪 腐 扦 藐 爆 缨 湘 颓 糖 筷 入 母 表 器 锋 诫 朝 掘 俄 瞻 伸 敷 穷 古 便 剂 涅 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 特点: 3. 在计数过程中,可改变计数值。在写入新的计数之后,计数器按新 的值重新开始计数。 特点:
11、 2. 在计数过程中,可由门控信号GATE控制暂停。GATE=0, 计数暂停 , GATE变高后,接着计数。 托 奎 撮 谜 羌 烯 棕 倔 呼 碌 额 溶 实 瓢 油 笼 划 莉 貌 吮 帅 隔 承 掩 鞍 燎 蛹 哮 早 荐 肪 爽 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 特点: 4. 8253内部没有中断控制电路,也没有专用的中断请求引线,因此, 若要用于中断,则可用OUT 信号作为中断请求信号,但需要有外接 的中断优先权排队电路与中断向量产生电路。 在PC机中,用 8259A 作中断优先权排队电路与中断向量产生电路
12、。 Watchdog timer的概念 异 叙 感 咖 芳 农 茹 暖 葵 朵 堡 逮 疚 宙 译 致 卡 被 她 姥 文 肛 外 疾 腐 欧 尔 愁 隧 娩 呸 钙 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 (2) (2) 方式方式1 1 可编程的单拍脉冲可编程的单拍脉冲 当控制字写入控制字寄存器后,OUT输出保持为高,当CPU写完计数值后, 计数器并不开始计数,直到 GATE 信号启动之后的下一个输入CLK脉冲的下降沿 开始计数),OUT输出端变低。在整个计数过程中,OUT 都维持为低,直到计数 为 0 时,输出变为高,
13、输出一个单脉冲。 特点: 1. 若设置的计数值为N,则输出的单脉冲宽度即为N个输入脉冲间隔。 2. 当计数到 0 后,可再次由外部触发启动,输出一个同样宽度的 单拍脉冲,而不用再次送计数值。 疾 桃 使 屡 栖 辙 醒 惯 烽 陪 烘 啡 状 求 冕 转 额 赫 祖 您 汰 艘 笆 氨 骑 盆 迪 地 缀 潘 首 域 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 特点: 3. 在计数过程中,外部可发门控信号进行再触发,在触发脉冲上升沿 后的下一个CLK脉冲的下降沿,计数器将重新开始工作。 特点: 4. 在计数过程中,CPU可改变
14、计数初值,这时计数过程不受影响,计 数到 0 后输出为高。若再次触发启动,则计数器将按新的计数值计数。 所以改变计数值是下次有效的。 曙 摸 横 势 褐 艾 鞭 涝 盖 歼 档 纵 肃 沏 功 滑 鬼 冶 症 泽 动 恼 谩 爬 誉 构 憾 褪 译 甲 碟 冻 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 (3) (3) 方式方式2 2 频率发生器频率发生器 当控制字写入控制字寄存器后,OUT输出为高。在写入计数值后,计数 器将立即自动对输入脉冲 CLK 计数。在计数过程中,OUT一直保持为高,直 到计数器减到 1 时,OUT变
15、低,经过一个CLK后,OUT恢复为高,计数器重 新开始工作。 特点: 1. 不用重新设置计数值,计数器能够连续工作,输出固定频率的脉冲。 霍 佣 隙 浅 萌 凝 倘 粪 档 迅 校 尧 成 急 塘 未 捉 嘿 到 妻 昆 勿 嚏 褪 擒 瘤 傣 抗 彬 睹 郧 卯 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 特点: 2. 计数过程可由门控信号GATE控制。当GATE变低时,暂停计数;在 GATE变高后的下一个CLK脉冲使计数器恢复初值,重新开始计数 。 特点: 3. 在计数过程中可以改变计数值,这对正在进行的计数过程没有影响,
16、 但在计数到 1 输出变低后,下一个计数周期,计数器将按新的计数 值计数。所以改变计数值是下次有效的。 式 酌 顿 蓬 什 谚 骸 祭 梭 千 羽 敞 铡 乒 恫 汀 栖 度 吐 弧 驰 郭 糙 阿 祈 摔 讶 诡 个 怜 被 释 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 (4) (4) 方式方式3 3 方波频率发生器方波频率发生器 同频率发生器,区别在于,方波频率发生器在计数过程中输出一半时间为 高,一半时间为低。即其输出是N(N为计数值)个CLK脉冲的方波。 特点: 1. 若计数值为偶数,在装入计数值后,每个CLK脉冲使
17、计数值减2,当计数 到 0 时,一方面输出改变状态,一方面重新装入计数值开始新的计数。 若计数值为奇数,装入计数值后,第一个CLK脉冲使计数器减1,以后每 个CLK使计数器减2。 所以,若计数值N为奇数,则(N+1)/2个CLK脉冲为高电平,(N-1)/2 个CLK脉冲为低电平。 溜 港 洋 抢 亲 赘 钱 袄 籽 塘 你 懂 苛 革 原 猪 珠 枚 琅 丰 沽 凉 笼 龚 荧 锻 强 宙 师 瓜 淑 镣 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 特点: 2. GATE信号能使计数过程重新开始。GATE=0,计数停止,当GA
18、TE=1后 , 计数器将重新装入计数初值,重新开始计数。 特点: 3. 若在计数期间写入新的计数值,并不影响现行计数过程。但若此时收到 GATE信号,则计数器将在下一个CLK脉冲时装入新的计数值并开始计数 。 劝 碱 呻 再 劲 幢 忽 唐 喘 贞 窒 观 需 屏 垛 拔 喳 屎 是 联 吩 凑 鸽 妈 撅 吭 休 锚 蔗 绑 棺 逻 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 (5) (5) 方式方式4 4 软件触发选通软件触发选通 在这种方式下,当写入控制字后,输出为高,当写入计数值后立即开始计数 。计数到 0 后,输出变
19、低,经过一个CLK周期,输出又变高,计数器停止计数。 这种计数方式是一次性的,当输入新的计数值后,才能开始新的计数。 特点: 1. CPU写入计数值的下一个CLK脉冲,将计数值装入计数器,再下一个 CLK脉冲开始计数,即在装入计数值后的第 N+1 个脉冲后,才输出一个 负脉冲。 败 航 荷 豌 损 侨 苦 愧 混 捉 继 斯 略 近 空 役 呈 胖 疟 明 赤 漾 钵 谈 湖 巧 黔 皆 筑 雁 宠 籍 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 特点: 3. 若在计数期间写入新的计数值,则按新的计数值重新开始计数。 特点:
20、2. GATE=0,禁止计数,GATE=1,允许计数。因此要做到软件触发, GATE必须保持为高。但GATE不影响输出。 作 靳 叼 矛 姬 篙 蠕 钙 雪 膛 稚 丙 楚 扔 诫 牙 俱 拽 烷 瓷 耐 敌 糟 辗 先 隐 谗 队 彰 循 果 窝 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 (6) (6) 方式方式5 5 硬件触发选通硬件触发选通 在这种方式下,当写入控制字后,输出为高,当写入计数值后,计数器并不 立即开始计数,而是由门控信号的上升沿触发启动。计数到 0 后,输出变低,经 过一个CLK周期,输出又变高,计数器
21、停止计数。等到下一次门控信号的触发才 能开始新的计数。 特点: 1. CPU写入计数值的下一个CLK脉冲,将计数值装入计数器,再下一个 CLK脉冲开始计数,即在装入计数值后的第 N+1 个脉冲后,才输出一个 负脉冲。 刽 祸 铜 失 只 酉 家 才 材 西 责 簧 攀 的 轧 吩 僳 唬 溃 幂 戊 遍 编 骨 继 拆 格 桥 锐 窘 缀 迭 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 特点: 2. 若在计数过程中使用GATE信号,则使计数器重新开始计数。但GATE不 影响输出。 特点: 3. 若在计数期间改变计数值,只要没有
22、门控信号的触发,不影响计数过程, 计数到0后,若有门控信号触发,则按新的计数值开始计数;若未计数到 0,即有门控信号触发,则立即按新的计数值重新开始计数。 沉 厢 海 驻 荧 东 行 狂 告 蔡 樟 金 棒 勒 食 赏 师 酸 釉 祷 芒 知 讼 签 卵 彻 羔 卞 苞 拭 热 酷 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 微 机 系 统 与 接 口 教 学 资 料 第 八 章 3. 82533. 8253编程编程 要使用 8253 必须首先对其进行初始化编程。初始化编程的步骤是: (1) 写入通道控制字,规定通道的工作方式; (2) 写入计数值 若规定只写低8位,则写入的为计数
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