微機原理與接口技術-第8章2

1、微機原理與接口技術第八章 part22第八章 可編程計數(shù)器/定時器8253及其應用內(nèi)容提要8-1 8253工作原理內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳信號初始化編程步驟和門控信號的功能8253的工作方式8-2 8253的應用舉例定時功能計數(shù)功能38-2 8253的應用舉例一、8253定時功能的應用例子1用8253產(chǎn)生各種定時波形在某個以8086為CPU的系統(tǒng)中使用了一塊8253芯片，通道的基地址為310H，所用的時鐘脈沖頻率為1MHz。要求3個計數(shù)通道分別完成以下功能： 通道0工作于方式3，輸出頻率為2kHz的方波； 通道1產(chǎn)生寬度為480us的單脈沖； 通道2用硬件方式觸發(fā)，輸出單脈沖，時間常數(shù)為26。OUT04

2、A9A8A7A6A5M/IOA4A3A0A2A1RDWRD7D08086CPU8-2 8253的應用舉例1用8253產(chǎn)生各種定時波形74LS138CLK0CLK1CLK2GATE2OUT2RDWRD7 D01MHz方波5V2KHz方波480ms寬脈沖單脈沖G1G2AG2BCBAY4GATE0CS8253GATE1A1OUT1A058-2 8253的應用舉例1用8253產(chǎn)生各種定時波形 8253片選信號CS由74LS138構(gòu)成的地址譯碼電路產(chǎn)生，只有當M/IO0，A9A8A7A6A511000時，譯碼器才能工作，當A4A3A0100時，Y40，使8253的片選信號CS有效，選中偶地址端口，端口基

3、地址為310H。CPU的A2A1分別與8253的A1A0相連，用于8253芯片內(nèi)部尋址，使8253的4個端口地址分別為310H、312H、314H和316H。8253的8根數(shù)據(jù)線D7D0必須與CPU的低8位數(shù)據(jù)總線D7D0相連。另外，8253的RD、WR腳分別與CPU的相應引腳相連。3個通道的CLK引腳連在一起，均由頻率為1MHz(周期為1s)的時鐘脈沖驅(qū)動。68-2 8253的應用舉例1用8253產(chǎn)生各種定時波形 續(xù) 通道0：工作于方式3，即構(gòu)成一個方波發(fā)生器，它的控制端GATE0須接+5V，為了輸出2kHz的連續(xù)方波，應使時間常數(shù)：N01MHz2kHz500。 通道1：工作于方式1，即構(gòu)成

4、一個單穩(wěn)態(tài)電路，由GATE1的正跳變觸發(fā)，輸出一個寬度由時間常數(shù)決定的負脈沖。此功能一次有效，需要再形成一個脈沖時，不但GATE1腳上要有觸發(fā)，通道也需重新初始化。需輸出寬度為480us的單脈沖時，應取時間常數(shù)：N1480us1us480。 通道2：工作于方式5，即由GATE2的正跳變觸發(fā)減1計數(shù)，在計到0時形成一個寬度與時鐘周期相同的負脈沖。此后，若GATE2腳上再次出現(xiàn)正跳變，又能產(chǎn)生一個負脈沖。這里假設預置的時間常數(shù)為26。7MOVDX，316H；控制口地址MOVAL，00110111B ；通道0控制字，先讀寫低字節(jié)，；后高字節(jié)，方式3，BCD計數(shù)OUTMOVMOVOUTMOVOUTDX

5、，ALDX，310HAL，00HDX，ALAL，05HDX，AL；寫入方式字；通道0口地址；低字節(jié)；先寫入低字節(jié)；高字節(jié)；后寫入高字節(jié)8-2 8253的應用舉例對3個通道的初始化程序如下：；通道0初始化程序8MOVDX，316H；控制口地址MOVAL，01110011B ；通道1控制字，先讀寫低字節(jié)，；后高字節(jié)，方式1，BCD計數(shù)OUTMOVMOVOUTMOVOUTDX，ALDX，312HAL，80HDX，ALAL，04HDX，AL；寫入方式字；通道1口地址；低字節(jié)；先寫入低字節(jié)；高字節(jié)；后寫入高字節(jié)8-2 8253的應用舉例通道1初始化程序9MOVMOVOUTMOVMOVOUTDX，316H

6、AL，10011011BDX，ALDX，314HAL，26HDX，AL；控制口地址；通道2控制字，只讀寫低字節(jié)，；方式5，BCD計數(shù)；寫入方式字；通道2口地址；低字節(jié)；只寫入低字節(jié)8-2 8253的應用舉例通道2初始化程序10用8253來控制一個LED發(fā)光二極管的點亮和熄滅，要求點亮10秒鐘后再讓它熄滅10秒鐘，并重復上述過程。加上適當?shù)尿?qū)動電路后，便可以用在交通紅綠燈控制和燈塔等場合 。8-2 8253的應用舉例2控制LED的點亮或熄滅D7 D0RDWR5V2MHz方波400HzGATE0GATE1CLK08253OUT0CLK1OUT1CSA1A0I/O譯碼A2A1M/IOA7A0D15

7、D8RDWR118-2 8253的應用舉例2控制LED的點亮或熄滅 假設這是一個8086系統(tǒng)，8253的各端口地址為81H、83H、85H和87H。8253的8根數(shù)據(jù)線D7D0與CPU的高8位數(shù)據(jù)線D15D8相連，這樣選中奇地址端口。 通道1的OUT1與LED相連，當它為高電平時，LED點亮，低電平時LED熄滅。只要對8253編程，使OUT1輸出周期為20秒，占空比為1:1的方被，就能使LED交替地點亮和熄滅10秒鐘。若將頻率為2MHz(周期為0.5us)的時鐘直接加到CLK1端，則OUT1輸出的脈沖周期最大只有32.768ms，達不到20秒的要求。為此，需用幾個通道級連的方案來解決問題。82

8、5312沖，其頻率為2MHz/5000400Hz，周期為2.5ms。再把該信號連到CLK1輸入端，并使通道1工作于方式3。為了使OUT1輸出周期為20秒(頻率為1/200.05Hz)的方波，應取時間常數(shù)N1400Hz/0.05Hz8000。8-2 8253的應用舉例2控制LED的點亮或熄滅OUT1RDWRCS5V2MHz方波400HzI/O譯碼GATE0GATE1CLK0A1A0 OUT0D7 D0 CLK1A2A1RDWR 將頻率為2MHz的時鐘信號加在CLK0輸入端，并讓通 M/IO道0工作于方式2。若選擇計數(shù)初值N05000，則從 A7A0OUT0端可得到序列負脈D15 D813MOVO

9、UTMOVOUTMOVOUTMOVOUTMOVOUTMOVOUTAL，00110101B87H，ALAL，00H81H，ALAL，50H81H，ALAL，01110111B87H，ALAL，00H83H，ALAL，80H83H，AL；通道0控制字，先讀寫低字節(jié)，；后高字節(jié)，方式2，BCD計數(shù)；寫入方式字；低字節(jié)；先寫入低字節(jié)；高字節(jié)；后寫入高字節(jié)；通道1控制字，先讀寫低字節(jié)，；后高字節(jié)，方式3，BCD計數(shù)；寫入方式字；低字節(jié)；先寫入低字節(jié)；高字節(jié)；后寫入高字節(jié)8-2 8253的應用舉例初始化程序如下:148-2 8253的應用舉例二、8253計數(shù)功能的應用例子假設一個自動化工廠需要統(tǒng)計在流水線

10、上所生產(chǎn)的某種產(chǎn)品的數(shù)量，可采用8086微處理器和8253等芯片來設計實現(xiàn)這種自動計數(shù)的系統(tǒng)。這種自動計數(shù)系統(tǒng)的電路和控制軟件的設計如下：1硬件電路設計151硬件電路設計【說明】 這個自動計數(shù)系統(tǒng)由8086CPU控制，用8253作計數(shù)器。此外，還要用到一片8259A中斷控制器芯片和若干其它電路。圖中僅給出了計數(shù)器部分的電路圖，8086和8259A未畫在圖上。 電路由一個紅外LED發(fā)光管、一個復合型光電晶體管、兩個施密持觸發(fā)器74LS14及一片8253芯片等構(gòu)成。用8253的通道1來進行計數(shù)。 工作過程如下：當LED發(fā)光管與光電管之間無工件通過時，LED發(fā)出的光能照到光電管上，使光電晶體管導通，

11、集電極變?yōu)榈碗娖?。此信號?jīng)施密持觸發(fā)器驅(qū)動整形后，送到8253的CLK1，使8253的CLK1輸入端也變成低電平。當LED與光電管之間有工件通過時，LED發(fā)出的光被它擋住，照不到光電管上，使光電管截止，其集電極輸出高電平，從而使CLK1端也變成高電平。待工件通過后，CLK1端又回到低電平。8-2 8253的應用舉例【計數(shù)功能】168-2 8253的應用舉例【計數(shù)功能】1硬件電路設計 【說明】這樣，每通過一個工件，就從CLK1端輸入一個正脈沖，利用8253的計數(shù)功能對此脈沖計數(shù)，就可以統(tǒng)計出工件的個數(shù)來。兩個施密持觸發(fā)反相器74LS14的作用，是將光電晶體管集電極上的緩慢上升信號，變換成滿足計數(shù)

12、電路要求的TTL電平信號。 8253的片選輸入CS端接到I/O端口地址譯碼器的一個輸出端，RD和WR端分別與CPU的RD和WR信號相連。8253的數(shù)據(jù)線D7D0與CPU的低8位地址線相連，這時I/O端口地址必須是偶地址，所以把A1和A0分別與CPU地址總線的A2和A1相連。8253通道1的門控輸入端GATE1接+5V高電平，即始終允許計數(shù)器工作。通道1的輸出端OUT1接到8259A的一個中斷請求輸入端IR0。172初始化編程 編程時，可選擇計數(shù)器1工作于方式0，按BCD碼計數(shù)，先讀/寫低字節(jié)，后讀/寫高字節(jié)，根據(jù)圖9-3可得到控制字為01110001B。 如選取計數(shù)初值n499，則經(jīng)過n+1個

13、脈沖，也就是500個脈沖OUT1端輸出一個正跳變。它作用于8259A的IR0端，通過8259A的控制，向CPU發(fā)出一次中斷請求，表示計滿了500個數(shù)，在中斷服務程序中使工件總數(shù)加上500。中斷服務程序執(zhí)行完后，返回主程序，這時需要由程序把計數(shù)初值499再次裝入計數(shù)器1，才能繼續(xù)進行計數(shù)。8-2 8253的應用舉例【計數(shù)功能】182初始化編程設8253的4個端口地址分別為F0H，F(xiàn)2HF4H和F6H，則初始化程序為：MOVOUTMOVOUTMOVOUTAL，01110001B0F6H，ALAL，99H0F2H，ALAL，04H0F2H，AL；控制字；計數(shù)值低字節(jié)送計數(shù)器1；計數(shù)值低字節(jié)送計數(shù)器1

14、8-2 8253的應用舉例【計數(shù)功能】193計數(shù)值的讀取 （1）在讀計數(shù)器現(xiàn)行值時，計數(shù)過程仍在進行，而且不受CPU的控制。因此，在CPU讀取計數(shù)器的輸出值時，可能計數(shù)器的輸出正在發(fā)生改變，即數(shù)值不穩(wěn)定，可能導致錯誤的讀數(shù)。為了防止這種情況發(fā)生，必須在讀數(shù)前設法終止計數(shù)或?qū)⒂嫈?shù)器輸出端的現(xiàn)行值鎖存?？刹捎孟旅鎯煞N方法：方法一：在讀數(shù)前用外部硬件切斷計數(shù)脈沖信號，或者使門控信號變?yōu)榈碗娖?，迫?253停止計數(shù)。這種方法的缺點是需要硬件電路配合。此外，由于外部事件源被切斷或正常的計數(shù)過程被禁止，干擾了實際的計數(shù)過程。方法二：先用計數(shù)器鎖存命令鎖存現(xiàn)行計數(shù)值，然后將它讀出。由于每個計數(shù)通道都有一個1

15、6位輸出鎖存器，可在任何時刻將計數(shù)器的現(xiàn)行值鎖住。8-2 8253的應用舉例【計數(shù)功能】203計數(shù)值的讀?。?）當需要讀取計數(shù)器的現(xiàn)行值時，先向8253送一個控制字，并使控制字中的RL1RL000，現(xiàn)行計數(shù)值立即被鎖存起來。該控制字中的SC1SC0用來確定要鎖存的是3個計數(shù)器中的哪一個。控制字的低4位對鎖存命令無影響，可以將它們置為0。讀取計數(shù)值的方法由對8253進行初始化編程時所寫入的控制字中的RL1RL0位來確定，當RL1RL0=01時，只讀取計數(shù)器的低字節(jié)，RL1RL010時，只讀取計數(shù)器的高字節(jié)，RL1RL011時，先讀寫計數(shù)器低字節(jié)，后讀寫高字節(jié)。比較起來，第二種方法完全由軟件實現(xiàn)，

16、并可隨時讀取計數(shù)值，而且不會干擾正常的計數(shù)過程和引起錯誤，是常用的方法。8-2 8253的應用舉例【計數(shù)功能】213計數(shù)值的讀?。?）上例中，在要讀取箱子中的現(xiàn)行工件數(shù)時，可執(zhí)行下面的程序段：MOVMOVOUTMOVINMOVAL，01000000BDX，0F6HDX，ALDX，0F2HAL，DXAH，AL；鎖存計數(shù)器1命令；控制口；發(fā)鎖存命令；計數(shù)器1；讀取計數(shù)器1的低8位；保存低8位數(shù)INAL，DX；讀取計數(shù)器1的低高位XCHG AH，AL；將計數(shù)值置于AX中8-2 8253的應用舉例【計數(shù)功能】223計數(shù)值的讀?。?）在計數(shù)器的鎖存命令發(fā)出后，鎖存的計數(shù)值將保持不變，直至被讀出為止。計數(shù)

17、值從鎖存器讀出后，數(shù)值鎖存狀態(tài)即被自動解除，輸出鎖存器的值又將隨計數(shù)器的值而變化。利用這種方法讀取8253的計數(shù)器值時，每執(zhí)行一次鎖存命令，只能鎖存一個通道的計數(shù)值。如果想讀取8253的3個計數(shù)器的值，就要向8253送3個鎖存命令字。同樣，用這種方法也可以讀取8254的內(nèi)部計數(shù)器的數(shù)值。但對于8254來說，還有另外一種讀回功能，一次可以鎖存多個計數(shù)器的值，從而可連續(xù)讀取13個計數(shù)器的值。8-2 8253的應用舉例【計數(shù)功能】2348254的讀回功能8254的讀回命令功能，每次可鎖存13個通道的計數(shù)值。此外，利用8254的讀回功能，還可鎖存13個計數(shù)通道的狀態(tài)字，供CPU讀取。通過讀取狀態(tài)字，可

18、以核對向8254寫入的控制字是否正確，還能了解當前輸出引腳的電平狀態(tài)，以及計數(shù)值是否已寫入執(zhí)行單元等。8-2 8253的應用舉例【計數(shù)功能】D71D61D5COUNTD4STATUSD3CNT2D2CNT1D1CNT0D00標志位1：選擇計數(shù)器01：選擇計數(shù)器11：選擇計數(shù)器20：鎖存所選計數(shù)器的狀態(tài)0：鎖存所選計數(shù)器的數(shù)值248-2 8253的應用舉例48254的讀回功能【計數(shù)功能】2548254的讀回功能若D4位置0，將鎖存計數(shù)器的狀態(tài)信息。狀態(tài)信息被鎖存后，也可以由CPU用輸入指令讀回。用戶通過讀取狀態(tài)信息，可核查所選中通道的計數(shù)值、工作方式、輸出引腳OUT的現(xiàn)行狀態(tài)及計數(shù)器是否已寫入計數(shù)通道等信息。狀態(tài)字的格式如圖9-14所示。其中D5D0位即為寫入該通道的控制字的相應部分，RW1RW0相當于8253的RL