第7章定時計數(shù)技術

1、接口與通訊技術接口與通訊技術武漢科技大學武漢科技大學計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院第第7 7章定時章定時/ /計數(shù)技術計數(shù)技術 本章內(nèi)容本章內(nèi)容7.1 7.1 定時與計數(shù)定時與計數(shù)7.2 7.2 微機系統(tǒng)中的定時系統(tǒng)微機系統(tǒng)中的定時系統(tǒng)7.3 7.3 外部定時方法及硬件定時器外部定時方法及硬件定時器7.4 7.4 可編程定時計數(shù)器可編程定時計數(shù)器82C54A82C54A7.5 7.5 定時定時/ /計數(shù)器的應用計數(shù)器的應用7.1 7.1 定時與計數(shù)定時與計數(shù)1. 定時定時日時鐘、實時鐘、時間延遲2. 計數(shù)計數(shù)3. 定時與計數(shù)的關系定時與計數(shù)的關系7.2 7.2 微機系統(tǒng)中的定時系統(tǒng)微

2、機系統(tǒng)中的定時系統(tǒng)1. 內(nèi)部定時內(nèi)部定時計算機本身運行的時間基準或時序關系；由計算機硬件決定，用戶無法更改用戶無法更改2. 外部定時外部定時外設實現(xiàn)某種功能時，本身所需的時序關系3. 時序配合時序配合考慮外設與CPU連接時，以計算機的時序關系為依據(jù)，以滿足計算機的時序要求7.3 7.3 外部定時方法及硬件定時器外部定時方法及硬件定時器7.3.1 7.3.1 定時方法定時方法1. 1. 軟件定時軟件定時典型的延時程序段特點：特點：不需增加硬件；浪費CPU資源、程序通用性差2. 2. 硬件定時硬件定時特點：特點：不占用CPU時間、定時準確、定時程序具有通用性7.3.2 7.3.2 定時器定時器1.

3、 1. 不可編程定時器不可編程定時器常用定時器件：常用定時器件：單穩(wěn)觸發(fā)器、555、556定時器2. 2. 可編程定時器可編程定時器常用可編程定時常用可編程定時/計數(shù)器芯片：計數(shù)器芯片：Intel 8253/8254/82C54A、MC6840、Zilog的CTC等對時間的計時方式：對時間的計時方式：正計時、倒計時7.4 7.4 可編程定時可編程定時/ /計數(shù)器計數(shù)器82C54A82C54A7.4.1 82C54A7.4.1 82C54A的外部特性和內(nèi)部寄存器的外部特性和內(nèi)部寄存器82C54A82C54A的主要特性：的主要特性： 3個獨立的、16位的、減1計數(shù)通道(T0T2)；每個通道有自己的

4、GATE、CLK、OUT；6種工作方式1. 82C54A1. 82C54A的外部連接特性的外部連接特性( (24腳、雙列直插、+5V供電)(1)(1)面向面向CPUCPU的信號線的信號線( (13)D0D7、CS、RD、WR、A1、A0(2)(2)面向面向I/OI/O設備的信號線設備的信號線( (9)GATEGATEi i：Ti的門控信號，控制計數(shù)過程，具體作用視方式而定CLKCLKi i：Ti的脈沖輸入，允許計數(shù)時對CLKi輸入的脈沖減1計數(shù)OUTOUTi i：Ti的輸出信號，Ti減為0時OUTi有效，輸出波形視方式而定A1A0選中端口0 0T00 1T11 0T21 1控制口7.4.1 8

5、2C54A7.4.1 82C54A的外部特性和內(nèi)部寄存器的外部特性和內(nèi)部寄存器2. 82C54A2. 82C54A的內(nèi)部寄存器的內(nèi)部寄存器(1)82C54A(1)82C54A的內(nèi)部結(jié)構的內(nèi)部結(jié)構數(shù)據(jù)總線緩沖器、命令寄存器、3個計數(shù)通道、讀/寫邏輯各模塊的功能及各模塊的功能及82C54A82C54A的讀寫操作的讀寫操作(2)3(2)3個計數(shù)通道的內(nèi)部結(jié)構及各寄存器的功能個計數(shù)通道的內(nèi)部結(jié)構及各寄存器的功能16位當前計數(shù)值鎖存器16位減1計數(shù)器16位計數(shù)初值寄存器&CLKGATEOUT裝入/讀出初值MSBLSB減1為0時鎖存后讀出當前值MSBLSB82C54A82C54A的內(nèi)部結(jié)構的內(nèi)部結(jié)

6、構內(nèi)部總線讀/寫邏輯數(shù)據(jù)總線緩沖器D0D7A0A1IORIOW命令寄存器CS計數(shù)器2CLK2GATE2OUT2計數(shù)器1CLK1GATE1OUT1計數(shù)器0CLK0GATE0OUT07.4.2 82C54A7.4.2 82C54A的編程模式的編程模式用戶擴展的82C54A的I/O端口地址：304H307H1. 1. 方式命令方式命令選擇通道、確定工作方式命令字各位含義及舉例2. 2. 鎖存命令鎖存命令將選定計數(shù)通道的當前計數(shù)值鎖存，以便讀取讀取當前值的作用：讀取當前值的作用：求當前所計脈沖數(shù)，應用舉例3. 3. 讀回命令讀回命令既能鎖存計數(shù)值又能鎖存狀態(tài)信息CNTCNT：鎖存選中計數(shù)器的內(nèi)容，=0

7、表示要讀取計數(shù)值STST：鎖存選中計數(shù)器的狀態(tài)，=0表示要讀取狀態(tài)CNCNi i：選擇計數(shù)器，=1表示選中SC1SC0RW1RW0M2M1M0BCD11CNTSTCNT2CNT1CNT0082C5482C54方式命令字方式命令字各位的含義各位的含義RWRW1 1RWRW0 0：讀/寫長度選擇或發(fā)鎖存命令00：發(fā)鎖存命令(鎖存SC1SC0指定的通道)此時低4位無效01：只讀/寫一個低字節(jié)10：只讀/寫一個高字節(jié)11：先低后高讀/寫兩個字節(jié)M M2 2M M1 1M M0 0：工作方式選擇(方式05分別由000101選擇)BCDBCD：計數(shù)碼制選擇0：二進制計數(shù) 1：BCD碼計數(shù)SCSC1 1SC

8、SC0 0：通道選擇00：通道0(T0)01：通道1(T1)10：通道2(T2)11：不用讀取當前值的應用舉例讀取當前值的應用舉例要求：要求：用T0統(tǒng)計某個事件發(fā)生的次數(shù)，將結(jié)果存入寄存器BX中，假設該事件發(fā)生的次數(shù)在165535次范圍內(nèi)分析：分析：由于發(fā)生次數(shù)在165535之間，故將初值送為0，采用二進制計數(shù)；當需要了解事件發(fā)生的實際次數(shù)時，只要用初值減去當前值即可；方式可選0/1/4/5(以方式0為例)初始化程序：MOV DX,307HMOV AL,30HOUT DX,AL;方式字MOV BX,0;計數(shù)初值MOV DX,304HMOV AL,BLOUT DX,ALMOV AL,BHOUT

9、DX,AL;寫入初值需要了解實際發(fā)生次數(shù)時執(zhí)行下列程序段：MOV DX,307HMOV AL,00HOUT DX,AL;鎖存T0當前值MOV DX,304HIN AL,DX;讀低字節(jié)MOV CL,ALIN AL,DX;讀高字節(jié)MOV CH,ALSUB BX,CX;(BX)=實際發(fā)生次數(shù)7.4.3 82C54A7.4.3 82C54A的工作方式的工作方式區(qū)分區(qū)分6 6種工作方式的標志：種工作方式的標志：啟動計數(shù)器的觸發(fā)方式輸出波形計數(shù)過程中門控信號的作用1. 01. 0方式方式計數(shù)結(jié)束輸出正跳變觸發(fā)方式：觸發(fā)方式：寫入初值后，WR 觸發(fā)輸出波形：輸出波形：計數(shù)過程中為低電平，減為0變高，并結(jié)束計

10、數(shù)過程中計數(shù)過程中GATE作用：作用：1，允許；0，禁止； ，暫停， ，繼續(xù)2. 12. 1方式方式可重觸發(fā)單穩(wěn)方式觸發(fā)方式：觸發(fā)方式：寫入初值后，GATE 觸發(fā)輸出波形：輸出波形：計數(shù)過程中為低電平，減為0變高，并結(jié)束計數(shù)過程中計數(shù)過程中GATE作用：作用：1，0， ，不影響； ，啟動或重新啟動82C54A82C54A的的0 0方式方式CLKN=5WROUT543210GATE=1WRN=5OUTGATE54333321082C54A82C54A的的1 1方式方式CLKWROUTN=5GATE543210543210WR N=5OUTGATE5435432107.4.3 82C54A7.4.

11、3 82C54A的工作方式的工作方式3. 23. 2方式方式N分頻器(速率波發(fā)生器)觸發(fā)方式：觸發(fā)方式：寫入初值后，WR 觸發(fā)輸出波形：輸出波形：計數(shù)過程中為高電平，減為1時變低，維持1個時鐘周期，再次變高并重新裝入計數(shù)初值，重復計數(shù)過程計數(shù)過程中計數(shù)過程中GATE作用：作用：1，允許；0，禁止； ，停止， ，重新開始4. 34. 3方式方式方波發(fā)生器與與2方式的區(qū)別僅在于輸出波形不同方式的區(qū)別僅在于輸出波形不同輸出波形：輸出波形：占空比為1:1或近似1:1的方波。初值為偶數(shù)時，前半周為高電平，后半周為低電平；初值為奇數(shù)時，前(N+1)/2個脈沖為高電平方式方式2、方式、方式3的特殊性：的特殊

12、性：具有自動重新裝載計數(shù)初值的功能周期周期/頻率、頻率、兩種方式的占空比占空比82C54A82C54A的的2 2方式方式CLKWROUTN=55432105432105432105GATE1WRN=5OUTGATE543210543543210582C54A82C54A的的3 3方式方式CLKWROUTN=5543210543210 05432105GATE1WRN=44310321OUT0GATE=1244321403217.4.3 82C54A7.4.3 82C54A的工作方式的工作方式5. 45. 4方式方式軟件觸發(fā)選通方式觸發(fā)方式：觸發(fā)方式：寫入初值后，WR 觸發(fā)輸出波形：輸出波形：方

13、式設定后輸出為高電平，并維持，減為0時變低，維持1個時鐘周期，再次變高并結(jié)束計數(shù)過程中計數(shù)過程中GATE作用：作用：1，允許；0，禁止； ，停止， ，重新開始6. 56. 5方式方式硬件觸發(fā)選通方式(輸出波形同4方式，觸發(fā)方式同1方式)觸發(fā)方式：觸發(fā)方式：寫入初值后，GATE 觸發(fā)輸出波形：輸出波形：計數(shù)過程中為高，結(jié)束時輸出寬度為1個時鐘周期的負脈沖并結(jié)束計數(shù)過程中計數(shù)過程中GATE作用：作用：1，0， ，不影響； ，啟動或重新啟動82C54A82C54A的的4 4方式方式CLKWROUTN=5543210GATE=1WRN=5OUTGATE5454321082C54A82C54A的的5 5

14、方式方式WROUTN=5GATE543210543210WRN=5OUTGATE543543210CLK7.4.3 82C54A7.4.3 82C54A的工作方式的工作方式7. 67. 6種方式的比較種方式的比較觸發(fā)方式：觸發(fā)方式：方式1和方式5為硬件觸發(fā)；其余為軟件觸發(fā)輸出波形：輸出波形：方式2和方式3輸出重復波形，其余為單次波形；方式0、1基本相同，方式4、5相同計數(shù)過程的結(jié)束：計數(shù)過程的結(jié)束：方式2和方式3需外加控制信號令GATE=0；方式0、1、4、5計數(shù)結(jié)束會自動停止7.4.4 82C54A7.4.4 82C54A的計數(shù)初值計算及裝入的計數(shù)初值計算及裝入1. 1. 計數(shù)初值的計算計數(shù)

15、初值的計算82C54A是逆計數(shù)器(減1計數(shù)器)，減1計數(shù)器減為0時輸出有效定時的計數(shù)初值計數(shù)初值(時間常數(shù))2. 2. 計數(shù)初值的裝入計數(shù)初值的裝入16位計數(shù)初值裝入順序先低后高先低后高3. 3. 計數(shù)初值的范圍計數(shù)初值的范圍當初值N=0時，計數(shù)脈沖數(shù)最多：二進制計數(shù)，計65536個BCD碼計數(shù)，計10000個OUTfCLKfCLKTOUTTN7.4.5 82C54A7.4.5 82C54A的初始化的初始化1. 1. 初始化步驟：初始化步驟：設置方式命令字、設置計數(shù)初始值2. 2. 初始化舉例初始化舉例輸入頻率為2MHz的時鐘信號，利用T1定時2ms，采用方式382C54A82C54A的初始化

16、舉例的初始化舉例設：設：輸入時鐘頻率為2MHz，要求利用T1定時2ms，采用方式3計數(shù)初值計數(shù)初值(時間常數(shù))方式字：方式字：76H(二進制計數(shù)) 或 77H(BCD碼計數(shù))MOV DX,307HMOV AL,76HOUT DX,AL;寫入方式字MOV DX,305HMOV AX,4000OUT DX,ALMOV AL,AHOUT DX,AL;寫入計數(shù)初值4000102102T3-6OUTCLKfCLKTOUTTN4000H 方式字送77H，計數(shù)初值應送多少？?7.5 7.5 定時定時/ /計數(shù)器的應用計數(shù)器的應用7.5.1 7.5.1 用戶擴展的定時用戶擴展的定時/ /計數(shù)器計數(shù)器(304H

17、307H)應用應用例例7.17.1 某系統(tǒng)要求用82C54A的T1測量脈沖(正脈沖)的寬度，系統(tǒng)提供輸入時鐘CLK=1MHz，采用二進制計數(shù)分析：分析：采用方式方式0 0，用被測脈沖控制GATE1，首先裝入初值初值0 0，當被測信號變高時開始計數(shù)，被測信號變低時停止計數(shù)，鎖存并讀出當前值n，則脈沖寬度為(65536-n)s脈寬測量程序段：脈寬測量程序段：; ;初始化初始化MOV DX,307HMOV AL,70HOUT DX,ALMOV DX,305HMOV AX,0000HOUT DX,ALMOV AL,AHOUT DX,AL; ;測量脈寬測量脈寬MOV DX,307HMOV AL,40HO

18、UT DX,AL ;鎖存T1MOV DX,305HIN AL,DXMOV BL,ALIN AL,DXMOV BH,AL ;(BX)為當前值MOV AX,0SUB AX,BX脈沖寬度測量原理脈沖寬度測量原理CLKWRD=0GATE1被測信號等待設置初值脈寬計數(shù)讀結(jié)果7.5.1 7.5.1 用戶擴展的定時用戶擴展的定時/ /計數(shù)器的應用計數(shù)器的應用例例7.2 7.2 82C54A用作定時要求：要求：每隔5ms發(fā)出一個掃描負脈沖，系統(tǒng)提供時鐘CLK=20KHz，采用T2、用十進制十進制計數(shù)分析：分析： T2工作于方式2計數(shù)初值為N=TOUT/TCLK=TOUTCLK=510-320103=100初始

19、化程序：初始化程序：MOV DX, 307HMOV AL, 0B5HOUT DX, ALMOV DX, 306HMOV AX, 100HOUT DX, ALMOV AL, AHOUT DX, AL7.5.1 7.5.1 用戶擴展的定時用戶擴展的定時/ /計數(shù)器的應用計數(shù)器的應用例例7.3 7.3 82C54A用作分頻器要求：要求：用T0產(chǎn)生=1000Hz的方波，系統(tǒng)提供時鐘CLK=1.19318MHz，采用二進制計數(shù)分析：分析：工作于方式3計數(shù)初值為N=CLK/OUT=1.19318106/10001193=4A9H初始化程序：初始化程序：MOV DX, 307HMOV AL, 36HOUT

20、DX, ALMOV DX, 304HMOV AX, 4A9HOUT DX, ALMOV AL, AHOUT DX, AL7.5.1 7.5.1 用戶擴展的定時用戶擴展的定時/ /計數(shù)器的應用計數(shù)器的應用例例7.47.4 82C54A同時用作計數(shù)與定時要求：要求：控制產(chǎn)品流水線，每通過24個產(chǎn)品，暫停5s，等待打包，然后重啟流水線，按ESC鍵停止生產(chǎn)，系統(tǒng)提供時鐘100Hz分析：分析：對24計數(shù)，選用T0；對5s定時，選用T1；用OUT0觸發(fā)T1控制流水線的暫停和重啟；設置T0方式2，T1方式1，由外部硬件信號(OUT0)進行觸發(fā)；設兩個通道都采用十進制計數(shù) T0方式字=00010101B=15

21、H，初值N0=24H T1方式字=01110011B=73H，初值N1=(5100)H=500H硬件設計硬件設計包裝流水線的程序段包裝流水線的程序段包裝流水線計數(shù)定時裝置電路結(jié)構原理包裝流水線計數(shù)定時裝置電路結(jié)構原理82C54AGATE0CLK0OUT0GATE1CLK1OUT1VCC100HzVCCRT產(chǎn)品光源5s暫停啟動包裝流水線匯編語言程序段包裝流水線匯編語言程序段CODE SEGMENTASSUME CS: CODESTART:MOV DX, 307H;通道0初始化MOV AL, 15HOUT DX, ALMOV DX, 304HMOV AL, 24HOUT DX, ALMOV DX,

22、 307H;通道1初始化MOV AL, 73HOUT DX, ALMOV DX, 305HMOV AX, 500HOUT DX, ALMOV AL, AHOUT DX, ALCHECK:MOV AH, 0BH;是否有鍵按下INT 21HCMP AL, 00HJE CHECKMOV AH, 08H;有鍵, 判斷是否為ESCINT 21HCMP AL, 1BHJNE CHECK;發(fā)停止生產(chǎn)的控制信號MOV AX, 4C00H;是ESC則結(jié)束INT 21HCODEENDSEND START7.5.2 7.5.2 系統(tǒng)配置的定時系統(tǒng)配置的定時/ /計數(shù)器計數(shù)器(40H43H)應用應用1. 1. 微機系

23、統(tǒng)配置的微機系統(tǒng)配置的82C54A應用設置應用設置OUT0系統(tǒng)時鐘中斷OUT1動態(tài)存儲器刷新OUT2發(fā)聲系統(tǒng)音調(diào)控制82C54A在系統(tǒng)中的應用設置在系統(tǒng)中的應用設置計數(shù)計數(shù)通道通道讀讀/寫寫方式方式工作工作方式方式計數(shù)計數(shù) 碼制碼制計數(shù)計數(shù)初值初值CLK/ MHzGATEToutFoutOUT用途用途0高/低字節(jié)3二進制0000H1.19318+5V55ms18.2HzIRQ0日時鐘 中斷請求1只寫低字節(jié)2二進制12H1.19318+5V15s66.3KHzDREQ0DRAM 刷新請求2高/低字節(jié)3二進制533H1.19318PB0 控制1.1155ms896HzSPK揚聲器 發(fā)聲1.1931

24、8MHzDSQQRDACK0DREQ0VCCCLK0OUT0GATE0GATE1GATE2CLK1CLK2OUT1OUT2&PB1SPKIRQ0VCCPB0WRRDCSA1A0D0D782C54AT/S CSA0A1D0D7IORIOW7.5.2 7.5.2 系統(tǒng)配置的定時系統(tǒng)配置的定時/ /計數(shù)器應用計數(shù)器應用2. 2. 微機系統(tǒng)配置的微機系統(tǒng)配置的82C54A初始化程序段初始化程序段計數(shù)器計數(shù)器0定時中斷(約55ms申請一次中斷)MOV AL, 00110110B;初始化方式命令OUT 43H, ALMOV AX, 00H;初值為00H(最大值)OUT 40H, AL;先寫低字節(jié)M

25、OV AL, AHOUT 40H, AL;再寫高字節(jié)計數(shù)器計數(shù)器1DRAM定時刷新(15s請求一次DMA傳輸)MOV AL, 01010100B;初始化方式命令OUT 43H, ALMOV AL, 12H;初值為12HOUT 41H, AL;只寫低字節(jié)計數(shù)器計數(shù)器2產(chǎn)生約900Hz的方波使揚聲器發(fā)聲MOV AL, 10110110B OUT 42H, ALOUT 43H, AL MOV AL, AHMOV AX, 533H OUT 42H, AL7.5.2 7.5.2 系統(tǒng)配置的定時系統(tǒng)配置的定時/ /計數(shù)器應用計數(shù)器應用3. 3. 微機系統(tǒng)配置的微機系統(tǒng)配置的82C54A應用舉例應用舉例例例

26、7.5 發(fā)聲器設計要求：要求：利用82C54A發(fā)600Hz的聲音，按任意鍵開始發(fā)聲，長/短音交替，按ESC鍵停止；82C54A的T2的輸入時鐘頻率1.19318MHz 系統(tǒng)的硬件連接系統(tǒng)的硬件連接分析：分析： 聲音頻率：聲音頻率：由初值控制 N=1.19318*106/6001988 聲音開關：聲音開關：由82C55A的PB口控制PB0PB11，開；PB00或PB10，關 聲音長短：聲音長短：由開放聲音的延時時間控制BL作延時子程序入口參數(shù)(BL1，短音；BL6，長音) 軟件設計軟件設計由主程序和發(fā)聲子程序組成 主程序流程圖 主程序 發(fā)聲子程序發(fā)聲器硬件設計發(fā)聲器硬件設計CLK2GATE2OU

27、T2PB1PB082C55A&濾波功放82C54A1.19318MHz發(fā)聲器主程序流程圖發(fā)聲器主程序流程圖82C54A初始化關閉揚聲器關閉揚聲器按任意鍵？發(fā)長音(BL=6)調(diào)發(fā)聲子程序發(fā)短音(BL=1)調(diào)發(fā)聲子程序按ESC鍵？結(jié)束開始NYNY說明：說明：82C55A的PBPB口地址為61H61HINT 21HINT 21H的0BH0BH號功能調(diào)用AL00H：無鍵按下ALFFH：有鍵按下，再用8號調(diào)用取得該鍵的ASCII碼發(fā)聲器主程序發(fā)聲器主程序CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE ORG 100HBEGIN:MOV AL,0B6H ;82C54方式字 OUT 43H,

28、AL MOV AX,1988 ;82C54初值 OUT 42H,AL MOV AL,AH OUT 42H,AL IN AL,61H AND AL,0FCH OUT 61H,AL ;關聲音(PB0=PB1=0)WT: MOV AH,0BH INT 21H CMP AL,0 JZ WT ;無鍵按下，等待L_SOUND: MOV BL,6 CALL SOUND ;發(fā)長音 MOV AH,0BH INT 21H CMP AL,0 JE S_SOUND ;無按鍵發(fā)短音 MOV AH,8 INT 21H CMP AL,27 JNE S_SOUND ;非ESC,發(fā)短音EXIT: MOV AH,4CH INT 21H ;按ESC，結(jié)束S_SOUND:MOV BL,1 CALL SOUND ;發(fā)短音 JMP L_SOUND ;轉(zhuǎn)去發(fā)長音發(fā)聲器發(fā)聲子程序發(fā)聲器發(fā)聲子程序SOUND PROC NEAR IN AL,61H OR AL,03H OUT 61H,AL ;開放聲音(PB0=PB1=1) SUB CX,CX DLY : LOOP DLY DEC BL ;延時，由(BL)決定時間 JNZ DLY ;長短，即發(fā)聲的長短 IN AL,61H AND A