《計(jì)數(shù)器定時(shí)器 》PPT課件.ppt

第8章 計(jì)數(shù)器/定時(shí)器,計(jì)數(shù)器與定時(shí)器概述 可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8253內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8253的引腳功能 8253的控制字 8253的工作方式 8253編程舉例 8253應(yīng)用舉例,8.1 計(jì)數(shù)器與定時(shí)器概述,1. 計(jì)數(shù)功能 對(duì)事件的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 正計(jì)數(shù)：關(guān)心記錄事件的次數(shù)。 倒計(jì)數(shù)：關(guān)心預(yù)先設(shè)定事件次數(shù)發(fā)生完的時(shí)刻。 可由硬件計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，事件作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘，此時(shí)事件的出現(xiàn)頻率不一定一成不變。,2.定時(shí)功能,取得給定的時(shí)間間隔。 延時(shí)：某事件發(fā)生后間隔一定時(shí)間的時(shí)刻。 時(shí)標(biāo)：給定時(shí)間間隔的連續(xù)脈沖。 可由硬件計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)，一定頻率的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘，如果只計(jì)數(shù)到就終止，即為延時(shí)。如果連續(xù)不斷的計(jì)數(shù)即可輸出時(shí)標(biāo)。,3. 計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的用途,計(jì)數(shù)功能 作為計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)到中斷信號(hào)。 記錄外部特定事件發(fā)生的個(gè)數(shù)。 定時(shí)功能 作為周期性定時(shí)中斷信號(hào)。 用于分時(shí)性操作系統(tǒng)。 用作系統(tǒng)時(shí)鐘基準(zhǔn)。 作為一個(gè)可編程波特率發(fā)生器。用于異步串行通訊。 作為I/O設(shè)備輸出定時(shí)信號(hào)。實(shí)現(xiàn)外設(shè)與CPU的同步。 節(jié)約CPU的時(shí)間延時(shí)。 作為音源。,8.2 可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253,8.2.1 可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器工作原理 1、計(jì)數(shù)功能 設(shè)置計(jì)數(shù)初值，按減1或加1計(jì)數(shù)，減到0或加到溢出時(shí)輸出一個(gè)信號(hào)，標(biāo)志預(yù)置的計(jì)數(shù)值到。此時(shí)輸入的計(jì)數(shù)脈沖的間隔不一定是固定的。 計(jì)數(shù)功能關(guān)心的是計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)，而非脈沖的時(shí)間間隔。 2、定時(shí)功能 設(shè)定時(shí)常數(shù)（計(jì)數(shù)初值），對(duì)輸入的周期性脈沖進(jìn)行減1或加1計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)為0時(shí)輸出定時(shí)到脈沖，若連續(xù)計(jì)數(shù)便可按定時(shí)常數(shù)輸出時(shí)鐘周期整數(shù)倍的定時(shí)間隔信號(hào)。 定時(shí)功能關(guān)心的是計(jì)數(shù)初值的寫入時(shí)間與脈沖輸出的時(shí)間間隔，要求輸入的脈沖具有固定的頻率。,8.2.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8253內(nèi)部結(jié)構(gòu),Intel 8253是具有三個(gè)通道的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可由軟件設(shè)定6種工作方式。 8253內(nèi)部有三個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器通道：計(jì)數(shù)器0、1、2，結(jié)構(gòu)完全相同。 每個(gè)通道有6種工作方式，由控制寄存器選擇。 控制寄存器為8位，計(jì)數(shù)初值計(jì)數(shù)器CR16位，計(jì)數(shù)執(zhí)行部件CE16位，計(jì)數(shù)輸出鎖存器OL16位。 計(jì)數(shù)執(zhí)行部件為16位的減法計(jì)數(shù)器，但16位寄存器都可用于8位，便于與8位數(shù)據(jù)總線相連。 每個(gè)通道可對(duì)外部輸入CLK進(jìn)行二進(jìn)制或十進(jìn)制減1計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)由引腳GATE控制。 計(jì)數(shù)器歸0時(shí)由OUT引腳輸出信號(hào)。,8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu),8253內(nèi)部每個(gè)計(jì)數(shù)器通道的結(jié)構(gòu)圖,8.2.3 8253的引腳功能,8253具有24個(gè)引腳，各引腳功能如下： D7D0 數(shù)據(jù)總線，雙向三態(tài)，可直接與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。 RD 讀信號(hào)，輸入，低電平有效，若有效則CPU從8253內(nèi)部讀取數(shù)據(jù). WR 寫信號(hào)，輸入，低電平有效，若有效則CPU將數(shù)據(jù)寫入8253內(nèi)部寄存器。 CS 片選信號(hào)，輸入，低電平有效，與計(jì)算機(jī)連接時(shí)分配有效地址。 A1 A0 內(nèi)部計(jì)數(shù)器選擇信號(hào)。 8253內(nèi)部有三個(gè)計(jì)數(shù)通道，使用4個(gè)端口地址。,8253引腳功能,CLK0、CLK1、CLK2 通道0、通道1和通道2的計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，下降沿使通道減1。 GATE0、GATE1、GATE2 門控制，輸入，高電平有效或上升沿有效，有效時(shí)才允許計(jì)數(shù)器對(duì)輸入時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)。 OUT0、OUT1、OUT2 通道輸出信號(hào)，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到“0”時(shí)由此引腳輸出一信號(hào)。,8.2.4 8253的控制字及工作方式,1. 8253控制字 控制字必須寫入控制口，說明如下： SC1 SC0 計(jì)數(shù)器通道選擇 0 0 通道0 0 1 通道1 1 0 通道2 1 1 非法,8253控制字,RW1 RW0 計(jì)數(shù)器讀寫選擇 0 0 計(jì)數(shù)器鎖存 0 1 只讀寫低8位 1 0 只讀寫高8位 1 1 先低8位，再高8位 M2 M1 M0 計(jì)數(shù)器工作方式選擇 0 0 0 方式0 0 0 1 方式1 x 1 0 方式2 x 1 1 方式3 1 0 0 方式4 1 0 1 方式5 BCD 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)模式選擇 0 二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 1 BCD碼計(jì)數(shù)器,2. 8253 編程命令,因各計(jì)數(shù)器有自己的端口地址，所以沒有太多順序要求，但必須遵守兩條規(guī)定： 設(shè)置計(jì)數(shù)初值前必須先寫控制字 設(shè)置計(jì)數(shù)初值時(shí)要與控制字中的D5 D4位規(guī)定的讀寫指示一致。 命令字共4個(gè)： 寫控制字命令 設(shè)置計(jì)數(shù)初值（時(shí)間常數(shù)）命令 讀出命令，讀出當(dāng)前計(jì)數(shù)值 鎖存命令，配合讀出命令，先鎖住，再讀出。,3. 8253工作方式,模式0 計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷 控制字寫入后OUT即變?yōu)榈碗娖?，?dāng)計(jì)數(shù)器為0時(shí)，輸出OUT變?yōu)楦唠娖?，并停止現(xiàn)行操作。 計(jì)數(shù)初值寫入后在下一個(gè)CLK下降沿才送入計(jì)數(shù)器，因此OUT要在CPU寫入計(jì)數(shù)初值后經(jīng)N+1個(gè)CLK之后才變高。 當(dāng)GATE變?yōu)榈碗娖綍r(shí)計(jì)數(shù)停止，再變?yōu)楦唠娖綍r(shí)計(jì)數(shù)繼續(xù)進(jìn)行。 若計(jì)數(shù)過程中重新送入初值，則按新值重新計(jì)數(shù)。,模式1 可重新觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,寫入控制字后OUT變?yōu)楦唠娖剑珿ATE上升沿后，下一個(gè)CLK的下降沿使得OUT為低電平并開始計(jì)數(shù)，回零時(shí)OUT變?yōu)楦唠娖健?GATE再來一次上升沿后會(huì)再次使OUT變?yōu)榈碗娖?，?jì)數(shù)器以初值重新計(jì)數(shù)。 再次給通道寫入時(shí)間常數(shù)，不影響現(xiàn)行操作過程，GATE再次觸發(fā)后才按新的時(shí)間常數(shù)操作。,模式2 分頻器,寫入控制字后OUT為高電平，輸入時(shí)間常數(shù)后，下一時(shí)鐘開始計(jì)數(shù)，減到1時(shí)輸出變?yōu)榈碗娖?，?jīng)過一個(gè)CLK輸出變?yōu)楦唠娖剑?jì)數(shù)重新開始。 GATE=1計(jì)數(shù)進(jìn)行，GATE=0計(jì)數(shù)停止，且下一個(gè)CLK下降沿計(jì)數(shù)器重新賦初值，GATE變?yōu)楦唠娖剑?jì)數(shù)重新開始。 計(jì)數(shù)期間送入新值，GATE若維持高電平，本周期繼續(xù)進(jìn)行，下一個(gè)周期按新值計(jì)數(shù)操作。 在計(jì)數(shù)計(jì)到1之前，若寫入新值，而GATE又出現(xiàn)上升沿，則在下一個(gè)CLK下降沿，以新值重新計(jì)數(shù)。,模式3 方波發(fā)生器,寫入控制字后OUT為高電平, 輸入時(shí)間常數(shù)后，下一時(shí)鐘開始計(jì)數(shù)，計(jì)到一半時(shí)輸出變?yōu)榈碗娖?，?jì)到終值時(shí)變?yōu)楦唠娖剑㈤_始下一次計(jì)數(shù)過程。 若N為偶數(shù)，高低電平持續(xù)時(shí)間相等；若為奇數(shù)，則高電平持續(xù)時(shí)間為（N+1）/2，低電平持續(xù)時(shí)間為（N-1）/2。 GATE=1計(jì)數(shù)進(jìn)行，GATE=0計(jì)數(shù)停止，OUT立即為高，計(jì)數(shù)器重新賦初值，GATE變高，在下一個(gè)CLK下降沿計(jì)數(shù)重新開始。 計(jì)數(shù)期間送入新值，本周期繼續(xù)進(jìn)行，下一個(gè)周期按新值計(jì)數(shù)。,模式4 軟件觸發(fā)選通信號(hào)發(fā)生器,計(jì)數(shù)器主要是靠寫入初始值這個(gè)軟件操作來觸發(fā)計(jì)數(shù)器工作的，每次通過寫入新的初始值使計(jì)數(shù)器重新開始工作。 OUT平時(shí)為高電平，計(jì)數(shù)到0時(shí)，輸出OUT 變低，一個(gè)時(shí)鐘周期后又變高。即只有在計(jì)數(shù)到0時(shí)，才輸出負(fù)脈沖作為選通信號(hào)。 GATE=1允許計(jì)數(shù)，GATE=0禁止計(jì)數(shù)，GATE不影響OUT電平輸出。 計(jì)數(shù)期間送入新的時(shí)間常數(shù)，則下一個(gè)時(shí)鐘按新值重新計(jì)數(shù)。,模式5硬件觸發(fā)選通信號(hào)發(fā)生器,寫入控制字后OUT變?yōu)楦唠娖?，輸入時(shí)間常數(shù)后由GATE上升沿啟動(dòng)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)為0時(shí)輸出一個(gè)時(shí)鐘的負(fù)脈沖，并停止現(xiàn)行操作。 計(jì)數(shù)過程中，若GATE又來一個(gè)上升沿，則下一個(gè)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器重新賦值計(jì)數(shù)。 計(jì)數(shù)過程中寫入時(shí)間常數(shù)，當(dāng)前周期不受影響，只有下一個(gè) GATE上升沿才啟動(dòng)新值計(jì)數(shù)。,8.2.5 8253編程舉例,使用8253時(shí)，必須首先進(jìn)行初始化編程，其步驟為： 先向控制口寫入控制字； 再向每個(gè)通道端口地址寫入計(jì)數(shù)初值：若規(guī)定只寫低8位，則高8位自動(dòng)置0；若規(guī)定只寫高8位，則低8位自動(dòng)置0；若規(guī)定寫16位，則先寫低8位，再寫高8位。 最大計(jì)數(shù)初值0： 二進(jìn)制： 216 =65536 BCD碼： 104 =10000,例1： 8253計(jì)數(shù)器工作于模式3，計(jì)數(shù)器初值15，時(shí)鐘脈沖頻率為2MHz，確定OUT端輸出方波的特性。 解：TCLK=1/2 s =500ns 計(jì)數(shù)器初值15為奇數(shù)，輸出分頻波高電平寬度： TCLK(N+1)/2=4s 輸出分頻波低電平寬度： TCLK(N-1)/2=3.5s,例2：設(shè)8253的口地址為40H 43H，如要求8253的通道1工作于方式3，按BCD碼計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值為十進(jìn)制6000；通道2工作于方式2，按二進(jìn)制計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)初值為390，試編程初始化8253。,MOV AL，67H ；控制字01,10,011,1 通道1，只裝高8位，方式1，BCD碼 OUT 43H，AL ；送通道1控制字 MOV AL，60H ；計(jì)數(shù)初值為6000，只裝高8位，低8位自動(dòng)賦0 OUT 41H，AL MOV AL，0B4H；10，11，010，0 通道2，16位，方式2，二進(jìn)制 OUT 43H，AL；送通道2控制字 MOV AX， 390； OUT 42H，AL；先寫計(jì)數(shù)初值低8位 MOV AL，AH； OUT 42H，AL；后寫計(jì)數(shù)初值高8位,8253的讀操作方法及編程舉例,為了對(duì)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值進(jìn)行顯示或?qū)崟r(shí)處理，常需要讀取計(jì)數(shù)通道的當(dāng)前計(jì)數(shù)值，它是由CPU訪問每個(gè)通道的計(jì)數(shù)值鎖存器OL實(shí)現(xiàn)的。讀當(dāng)前計(jì)數(shù)值的端口地址和寫入計(jì)數(shù)初值的端口地址是相同的。讀操作必須嚴(yán)格按控制字D5 D4位確定的格式進(jìn)行：如果是8位計(jì)數(shù)，則 只 需 讀一次；若是16位計(jì)數(shù)，則同一端口地址要讀兩次，第一次讀入低8位計(jì)數(shù)值，第二次讀入高8位計(jì)數(shù)值。 8253有以下兩種讀當(dāng)前計(jì)數(shù)值的方法,讀之前先停止計(jì)數(shù)：可以在讀之前用GATE信號(hào)控制計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)，或由外部邏輯禁止所要讀入的計(jì)數(shù)通道的CLK脈沖輸入。如果不先停止計(jì)數(shù)，那么，分先后兩次讀入的高低字節(jié)的值可能不屬于同一個(gè)16位計(jì)數(shù)值，所以最好先從外部禁止計(jì)數(shù)，然后執(zhí)行類似如下程序讀入（設(shè)8253的端口地址為E0H E3H）： IN AL，0E0H；讀入通道0的低8位 MOV BL，AL IN AL，0E0H ；讀入通道0的高8位 MOV BH，AL ；讀入的16位計(jì)數(shù)值存入BX中。,讀之前先送計(jì)數(shù)值鎖存命令：計(jì)數(shù)值鎖存命令是控制字的一種特殊形式，需寫入控制寄存器的端口地址。鎖存命令的D7 D6位的編碼決定所要鎖存的計(jì)數(shù)通道，鎖存命令的D5 D4必須為“00”（鎖存命令標(biāo)志）。鎖存命令的低4位可以是全“0”。因此，三個(gè)計(jì)數(shù)器的鎖存命令分別為：通道0是00H，通道1是40H，通道2是80H。 例如，要讀取通道2的計(jì)數(shù)值，程序如下： MOV AL，80H； 10 00 0000B向通道2 發(fā)鎖存命令 OUT 0E3H，AL；鎖存命令寫入控制寄存器（鎖住通道2的計(jì)數(shù)值） IN AL，0E2H；讀通道2的OL的低8位 MOV BL，AL IN AL，0E2H；讀通道2的OL的高8位 MOV BH，AL,8.2.6 IBM PC/XT中的8253應(yīng)用舉例,8253的接口電路,8253與8088計(jì)算機(jī)連接說明,8253三個(gè)通道的時(shí)鐘由PCLK經(jīng)D觸發(fā)器二分頻得到，頻率為：2.38636/2=1.1931816MHz,8253數(shù)據(jù)線D7D0接系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的低8位。 8253的A1和A0分別接系統(tǒng)的A1和A0 由74LS138，74LS30和74LS04譯碼選中8253,通道0定時(shí)OUT0接8259A的IR0，通道1刷新動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，通道2控制揚(yáng)聲器發(fā)聲。,通道0：為系統(tǒng)電子鐘提供基準(zhǔn)時(shí)間和軟驅(qū)馬達(dá)定時(shí)。計(jì)數(shù)器0為模式3（方波發(fā)生器）GATE0固定高電平，OUT0作為中斷請(qǐng)求接8259A中斷控制器的IRQ0，OUT0輸出時(shí)鐘頻率為1.19MHz/216 =18.2Hz，即每秒產(chǎn)生18.2次輸出信號(hào)，輸出一個(gè)定時(shí)脈沖，產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求（周期約55ms），計(jì)時(shí)軟件據(jù)此計(jì)時(shí)?？刂谱譃?6H。 通道1：作為DRAM刷新的定時(shí)信號(hào)。工作于模式2，計(jì)數(shù)值為12H=18（1.19MHZ/18分頻 ），每隔15.12S產(chǎn)生一次刷新請(qǐng)求，此信號(hào)送到DMA 8237A-5的通道0，作為DMA請(qǐng)求信號(hào)。由8237A-5執(zhí)行DMA操作完成DRAM一行的刷新。 通道2：輸出信號(hào)接揚(yáng)聲器，工作于模式3（方波發(fā)生器），初值為533H，方波頻率為1.19MHz/1331=894Hz,BIOS對(duì)8253的初始化程序,通道0： MOV AL，36H ；控制字：00110110通道0，16位，方式3，二進(jìn)制 OUT 43H，AL ；寫入控制寄存器 MOV AL， 0；初值為0000H，計(jì)數(shù)65536次（最大） OUT 40H，AL；寫入CR0的低8位計(jì)數(shù)值 OUT 40H，AL；寫入CR0的高8位計(jì)數(shù)值 計(jì)數(shù)器0工作于方波發(fā)生器方式，對(duì)CLK（1.1931816MHz）進(jìn)行65536分頻。時(shí)鐘周期Tc=1/1.19103 840ns 計(jì)數(shù)器0的輸出端OUT0接8259的IR0，每次歸0產(chǎn)生一次中斷請(qǐng)求，中斷類型碼由BIOS設(shè)置為8。 OUT0端輸出周期為T0=840ns6553655ms，即每隔55ms定時(shí)時(shí)間發(fā)出一次中斷請(qǐng)求。通道0的時(shí)間間隔是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘基礎(chǔ)。 OUT0端輸出方波頻率f0=1/T0 18.2 ，即每秒鐘來18.2次中斷。,通道1：,MOV AL，54H ；控制字01010100 通道1，低8位，方式2，二進(jìn)制 OUT 43H，AL ；寫入控制寄存器 MOV AL，12H ；初值為18 OUT 41H，AL ；寫入計(jì)數(shù)值低8位，高8位自動(dòng)為0， 通道1給DMA控制器提供時(shí)鐘，用于定時(shí)（約15s）向DMA請(qǐng)求DRAM刷新，計(jì)數(shù)初值為12H。 OUT1輸出周期為：T1=840ns1815.12s，于是，2ms內(nèi)可有132次刷新，大于IBM-PC/XT要求的DRAM刷新在2ms內(nèi)應(yīng)有128次的規(guī)定。 OUT1輸出頻率為f1=1/T1=66.1KHz的連續(xù)負(fù)脈沖。,通道2：,MOV AL，0B6H ；控制字10110110 通道2，16位，方式3，二進(jìn)制計(jì)數(shù) OUT 43H，AL ；寫入控制寄存器 MOV AX，533H ；初值為533H OUT 42H，AL ；寫入計(jì)數(shù)值低8位 MOV AL，AH ； OUT 42H，AL ；寫入計(jì)數(shù)值高8位。 IN AL，62H ；讀入8255的B口數(shù)據(jù) MOV AH，AL ；保護(hù)B口原值 OR AL，03H ；置1 PB1和PB0 OUT 62H，AL ；輸出 通道2：控制字為B6H，計(jì)數(shù)初值為533H=1331 。 OUT2輸出方波周期T2840ns13311.12ms，頻率f2=1/T2=894Hz，894Hz的方波送至揚(yáng)聲器，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。 揚(yáng)聲器發(fā)聲還受8255的PB0和PB1控制。,8253應(yīng)用舉例,例：由8253的計(jì)數(shù)器0定時(shí)55ms 控制揚(yáng)聲器變調(diào)發(fā)聲，響5.5秒后停止。 說明 8253計(jì)數(shù)器0的OUT0接8259A的IR0，由BIOS初始化，中斷類型碼為08H，并在完全嵌套方式下工作。 8253計(jì)數(shù)器0由BIOS設(shè)置為模式3，定時(shí)時(shí)間為55ms。 揚(yáng)聲器由8253的計(jì)數(shù)器2控制發(fā)聲頻率，發(fā)聲允許由8255的PB0和PB1控制。,DOS功能調(diào)用25H號(hào)子功能為設(shè)置中斷向量。 入口參數(shù) AH=25H，AL=中斷類型碼 DS:DX 中斷服務(wù)程序入口地址 返回參數(shù)：無 DOS功能調(diào)用35H號(hào)子功能為取中斷向量 入口參數(shù) AH=35H，AL=中斷類型碼 返回參數(shù) ES:BX 中斷服務(wù)程序入口地址 中斷服務(wù)程序?yàn)镮NT_08H 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)； 中斷返回前要開中斷并發(fā)EOI； 中斷返回IRET。 每次定時(shí)器0中斷使揚(yáng)聲器的發(fā)聲頻率的分頻常數(shù)增加100，并使計(jì)數(shù)變量count增1。 主程序查詢count到100后停止揚(yáng)聲器發(fā)聲，恢復(fù)中斷向量，程序退出。,8253應(yīng)用程序,data segment old_int08h dd ? count dw 0 constant dw 60 state db ? data ends st_seg segment stack db 256 dup (?) st_seg ends code segment assume cs:code,ds:data,Int_08h proc far ; 中斷服務(wù)子程序 push ax push