微機系統(tǒng)與接口課件：Ch5_3第五章 數(shù)字量輸入輸出(3)

1、第五章 數(shù)字量輸入輸出(3)*概念：總線、接口電路、接口芯片、端口地址 *中斷及其處理 中斷控制器8259 *定時器/計數(shù)器*并行/串行 DMA電路與應用1計數(shù)器和定時器電路( Timers & Counters)背景為CPU和外部設備提供實時時鐘: 定時或延時控制(定時中斷、定時檢測、定 時掃描)Timer 對外部事件計數(shù)Counter。定時/延時控制實現(xiàn)方法 (1) 軟件定時； (2) 硬件定時（不可編程型；可編程型）。2 軟件定時：處理器執(zhí)行若干條指令（循環(huán)）時間之和。但要占用大量CPU時間，降低CPU的利用率。 不可編程定時/計數(shù)電路簡單，但無法軟件控制和改變=計算機應用: 可編程的定

2、時器電路(定時值和定時范圍可方便地由軟件來確定和改變 )計數(shù)器和定時器電路( Timers & Counters)3可編程的定時器電路Programmable Interval Timer以均勻分布的時間間隔中斷分時操作系統(tǒng)，以便切換程序（輸出脈沖事件）;向IO設備輸出精確的定時信號，信號的周期可由程序控制； 用來作為可編程速率(波特率)發(fā)生器（可變速率）； 檢測外部事件發(fā)生的頻率或周期；統(tǒng)計外部實驗過程中某一事件發(fā)生的次數(shù)，并可將計數(shù)結(jié)果輸入計算機（計數(shù)）；在定時或計數(shù)達到編程規(guī)定的值以后，向外部輸出(向CPU申請中斷)。典型芯片 i82(C)53/8254 用 途 4典型T/C框圖 定時：

3、標準頻率CLK/計數(shù) 累加或遞減 例 減法CNTER：先計數(shù)值預置計數(shù)值寄存器減法計數(shù)器，計數(shù)脈沖經(jīng)CLK輸入端時使計數(shù)器進行減法計數(shù)。計數(shù)器的當前內(nèi)容-計數(shù)器輸出寄存器CPU不會干擾計數(shù)過程(緩沖)。計數(shù)值=零的狀態(tài)OUT引腳和狀態(tài)寄存器的某一位(查詢式I/O或中斷式IO來檢測零值狀態(tài))。有到零停計/不停兩種。 可硬件（ GATE輸入端）或軟件控制定時計數(shù)器的動作。定時計數(shù)器基本工作原理對輸入CLK信號（脈沖）加法或減法計數(shù)定時/計數(shù)脈沖門控信號輸出信號5可編程定時器計數(shù)器i8253 (P265) (PITProgrammable Interval Timer)i8253TopView計數(shù)頻

4、率2.6MHz6可編程定時器計數(shù)器i825324P DIP +5V。三個完全獨立的計數(shù)器02(16Bit)，每個計數(shù)器可單獨作為定時計數(shù)器用。- 2.6MHz,內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖/引腳P265D0D7-數(shù)據(jù)總線緩沖器：三態(tài)（/CS選中）、雙向的8位緩沖器（連接系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線），CPU IO時緩沖器發(fā)送或接收數(shù)據(jù)（與/WR/ /RD配合：讀/寫邏輯）。A0、A1譯碼（/CS選中后）-00、01、10計數(shù)器0、1、2 -11控制字寄存器（三個計數(shù)器共用、只讀）：控制每個計數(shù)器的工作方式，二進制或二十進制計數(shù)方式及向每個計數(shù)器裝入數(shù)據(jù)。 GATE(02)：=電平0-禁止/1-允許計數(shù)（邊沿正跳變啟動：方式1

5、）OUT(02)：計數(shù)器輸出，其輸出波形取決于工作方式（可作中斷源信號）。7三獨立通道16位可預置數(shù)減法計數(shù)器信號 時鐘輸入CLK和門控輸入GATE，輸出OUT）。計數(shù)器 二進制BIN（00FFFFH+1）或二十進制計數(shù)BCD（09999+1），方式選擇字控制。典型用途功能：頻率發(fā)生器、分頻器、實時時鐘、單脈沖發(fā)生器 計數(shù)：裝入計數(shù)初值后，當GATE端變高電平時，可用外部事件作為CLK脈沖對計數(shù)值進行減1計數(shù)（可讀計數(shù)值）。計數(shù)值減至零時OUT端輸出信號。 定時：裝入計數(shù)初值后，當GATE端變?yōu)楦唠娖綍r，由標準CLK脈沖觸發(fā)開始自動減計數(shù)，計數(shù)到零時發(fā)出OUT結(jié)束信號。8 8253/8254接

6、口電路8253/8254MPU三個計數(shù)器內(nèi)部各有一個初值寄存器和輸出鎖存器9i8253芯片初始化/編程(P267)-控制字00010000B=10H?三個通道(計數(shù)器):控制字CW或命令字: 初始化/控制。初始化控制字 CW(Control Word)格式01110111B=77H?CH1,16位,方式3,BCDCH0,低8位,方式0,BIN輔助尋址六種工作模式標明對計數(shù)器操作的類型10i8253芯片初始化/編程控制字MOV AL,10HOUT 43H,AL; CH0，低8位MOV AL,60HOUT 40H,AL ;0060H初值MOV AL,00HOUT 43H,AL;D5D4=01: 只

7、讀/寫低字節(jié); =10:只讀/寫高字節(jié) (仍按16位計數(shù)! 自動補零)D5D4=11: 分兩次讀寫寫初值:先低后高8位才算寫完,計數(shù)過程才能啟動;讀計數(shù):先低后高8位,由于計數(shù)器未停止,則可能在兩次讀之間恰好計數(shù)器變化.為避免錯誤,可在讀數(shù)前對計數(shù)器寫一個D5D4=00的控制字，將計數(shù)值鎖存到輸出鎖存器中,讀兩次后輸出鎖存器又自動隨計數(shù)器變化16位計數(shù), 計數(shù)初值（雙字節(jié)，如為單字節(jié)則自動補零）.MOV AL,77HOUT 43H,AL; CH1,16位讀寫MOV AL,60HOUT 41H,AL ;MOV AL,30HOUT 41H,AL; 3060H初值118253編程：六種工作模式Mod

8、e0 軟件觸發(fā),到0輸出高電平,不自動重復Mode4 軟件觸發(fā), 輸出選通信號（負脈沖）Mode1 硬（GATE）觸發(fā),單穩(wěn)輸出,不自動重復啟動Mode5 硬件觸發(fā), 輸出選通信號（負脈沖）Mode2、3 軟硬觸發(fā)，自動重裝，頻率發(fā)生器/方波OUT輸出Gate控制CLK輸入控制字 CW計數(shù)初值Counter12 8253工作模式0(計數(shù)結(jié)束發(fā)中斷請求)繼續(xù)計數(shù)!控制字CW(1)計數(shù)回零時OUT高電平并保持，直至寫入新的控制字或初值。但計數(shù)器在到零后仍繼續(xù)計數(shù);GATE=1計數(shù)/=0暫停)。(2)計數(shù)過程中改變計數(shù)值：8位計數(shù)寫入新的計數(shù)值后，計數(shù)器按新值開始計數(shù)；16位計數(shù)寫入第一個字節(jié)后，計

9、數(shù)器停止計數(shù)，寫入第二個字節(jié)后，按新的初值計數(shù)。計數(shù)器0 低8位方式計數(shù)結(jié)束時輸出信號(可申請中斷)138253工作模式0控制減計數(shù)未完寫入新的初值:續(xù)新初值Gate控制:暫停14可編程單脈沖（可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）-硬件上升邊沿啟動，不自動重復。-負脈沖輸出(寬度N*Tclk)8253工作模式1（可編程單脈沖）下一脈沖下降沿延時了3個脈沖時間(N=3)158253工作模式1控制重復觸發(fā)脈沖,未計數(shù)滿重置初值(Gate有效)16頻率發(fā)生器（n分頻器）-可軟件設置, 軟硬觸發(fā),負脈沖輸出(寬度1個脈沖寬度,1*Tclk),N-1:1。自動重裝 每N個CLK信號中輸出一個寬度為CLK信號周期的

10、負脈沖8253工作模式2(P269)負脈沖輸出3T3T178253工作模式2舉例Gate:重觸發(fā)結(jié)束重置初值18方波發(fā)生器 (軟硬觸發(fā))n/2:類似于方式2，唯一不同的是，當計數(shù)到初值的一半時，輸出變?yōu)榈?，至計?shù)到零，輸出又變高，并重新開始計數(shù)。方波周期為N*Tclk自動重裝8253工作模式3(方波發(fā)生器)每個脈沖計數(shù)-2，到0自動重裝198253工作模式3舉例初值=奇數(shù)(n+1) /2高電平(n-1)/2低電平Gate=0暫停輸出立即變高，恢復后從頭計數(shù)20軟件觸發(fā)的選通信號發(fā)生器當寫入控制字后，輸出為高。寫入計數(shù)值后立即開始計數(shù)（相當于軟件啟動），當計數(shù)到零后，輸出變低，經(jīng)過一個時鐘脈沖后

11、，又變?yōu)楦唠娖?負脈沖），計數(shù)器停止計數(shù)。(只計數(shù)一次)。GATE=1時，允許計數(shù)；計數(shù)過程中改變計數(shù)初值，則按新計數(shù)值重新開始計數(shù)8253工作模式4218253工作模式4舉例重置初值Gate控制22硬件觸發(fā)的選通信號發(fā)生器 寫入控制字后，輸出為高。寫入計數(shù)初值后并不立即開始計數(shù)，而是由GATE信號的脈沖上升沿觸發(fā)啟動。當計數(shù)到零后時，輸出一個CLK脈沖寬度的負脈沖，輸出變高，停止計數(shù)。直至下次GATE脈沖的觸發(fā)才能計數(shù)。8253工作模式5238253工作模式5舉例Gate控制,重新計數(shù)重置初值,Gate啟動觸發(fā) 24各種工作方式的輸出波形方式 0方式 1方式 2方式 3方式 4方式 50N0

12、N0N0/N110NN/2 N/2 0/N0N0 1N0 1N0 125計數(shù)開始的時刻需要注意：處理器寫入8253的計數(shù)初值只是寫入了預置寄存器，之后到來的第一個CLK輸入脈沖（需先由低電平變高，再由高變低）才將預置寄存器的初值送到減1計數(shù)器。從第二個CLK信號的下降沿，計數(shù)器才真正開始減1計數(shù)。268253應用舉例PC/XT主板上有一片8253作計數(shù)/定時電路 （P272)CNT0 40H，方式3 日時鐘定時（18.158HZ, IRQ0, CLK=1.19MHZ N0=0000初值）CNT1 41H，方式2，DRAM刷新（15s, N0=0018）CNT2 42H, 方式3, 揚聲器發(fā)聲，

13、頻率1KHZ(OUT2 與8255 PB1相與后輸出, N0=1190)方波(頻率)控制字寄存器43HVcc脈沖CLKi8253/8254光電耦合器脈沖計數(shù)：速度傳感器278253應用編程（P273)初始化編程。對8253初始化編程包括二個步驟，即寫入控制字和寫入計數(shù)值。不需要外部觸發(fā)的方式=工作。例：PC機BIOS初始化編程T=0.840336us(/1.19M)MOV AL,36H; 00110110B-CH0 方式3方波,BIN, L/H先寫低字節(jié)再寫高字節(jié),日時鐘定時OUT 43H,AL; WRT寫入控制字寄存器MOV AL,0；計數(shù)器初值OUT 40H,AL;-L-CNT寫入初值低位

14、OUT 40H,AL;-H-CNT寫入初值高位MOV AL,54H; 01010100BCH1,方式2,BIN,Only Low8bit DROUT 43H,ALMOV AL,18;XT:18-15.1usOUT 41H,AL288253應用編程（續(xù))Mov AL,0B6H;10110110BCH2,方式3,BIN,L/HOUT 43H,ALMOV AX,1190 ;揚聲器發(fā)聲，頻率1KHz, Out 42h,alMov al,ahOut 42h,al.擴大計數(shù)/定時范圍:(1)8253通道級聯(lián)(2)軟件計數(shù)(定時中斷,軟件累加或遞減)298253應用-中斷/通道級聯(lián)前級輸出OUT聯(lián)至下一級C

15、LK最大計數(shù)=65536*65536SclkCLK0OUT0CLK1OUT1Gate0Gate1Vcc周期性定時中斷：可利用方式2或3INTIRQn308253 PIT小結(jié)軟件定時器的實現(xiàn)(中斷處理程序)用8253實現(xiàn)日時鐘 8253工作在方式3下,其輸出是一個周期準確的方波,可以作為定時單位.如CLK0=1. 1931816MHz,初值為最大值65536,則計數(shù)器0輸出的方波頻率為f0= 1. 1931816MHz/65536=18.2Hz,周期為T0=54.945ms1天=2460 60 1000ms/54. 945ms=1573040(計時單位)=001800B0H;即計滿1573040個計時單位,就是1天.同理計滿65543是1個小時,計滿1092就是1分鐘,計滿18.2就是1秒鐘.具體做法: 8253的OUT0輸出連到8259的IR0上.8253輸出的方波每隔54.945ms申請一次中斷,在中斷服務程序中做雙字變量的加1操作.當?shù)妥钟嫷?5536時,向高字進位,直至高字計到0018H,低字計到00B0H, 就計到24小時. 然后