微型計(jì)算機(jī)原理其他復(fù)習(xí)材料硬件回顧之

1、總 復(fù) 習(xí)第四部分定時(shí)/計(jì)數(shù)控制器4.1 概述4.2 8253定時(shí)計(jì)數(shù)器4.3 8253的應(yīng)用實(shí)例4.1 概述 1.計(jì)數(shù)功能 如計(jì)算機(jī)對(duì)外部事件發(fā)生次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)等。每當(dāng)外部事件發(fā)生時(shí)，外部設(shè)備發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，用接口電路（如8253）對(duì)該脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到達(dá)一預(yù)定值時(shí)，接口電路向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。CPU也可隨時(shí)查詢接口電路中對(duì)脈沖計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)。 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，經(jīng)常需要計(jì)數(shù)和定時(shí)功能。 2. 定時(shí)功能 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，計(jì)時(shí)功能有三種典型應(yīng)用： a.計(jì)算機(jī)內(nèi)部定時(shí) 如DRAM定時(shí)刷新，日時(shí)鐘計(jì)時(shí)，用定時(shí)信號(hào)驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)聲等。 如DOS環(huán)境下，PC系列機(jī)，每隔54.9ms（18.

2、2次/秒）在IRQ0上發(fā)出定時(shí)中斷，該中斷的處理程序用雙字變量記錄時(shí)間值，每次中斷（54.9ms）將該雙字變量加1，該變量可記錄一天的時(shí)間，故稱“日時(shí)鐘” b. 操作系統(tǒng)定時(shí) 在多任務(wù)環(huán)境中，操作系統(tǒng)調(diào)度程序需要定時(shí)查詢各任務(wù)的狀態(tài)，以便決定下一時(shí)間片運(yùn)行哪一個(gè)任務(wù)(任務(wù)調(diào)度)。 c. 工業(yè)控制系統(tǒng)的定時(shí) 如每隔一定時(shí)間，采集被控系統(tǒng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)算分析，以便及時(shí)采取控制策略。 定時(shí)/計(jì)數(shù)控制器 一般使用可編程計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)器，如8253等。CPU首先初始化8253，為其送入定時(shí)常數(shù)，然后啟動(dòng)8253。8253開始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到，則向CPU發(fā)出中斷。 硬件定時(shí)的優(yōu)點(diǎn)是： a. 不會(huì)浪費(fèi)C

3、PU時(shí)間 b. 計(jì)時(shí)精度高 （1）定時(shí)/計(jì)數(shù)器有多種工作方式，可以是計(jì)數(shù)方式也可以是定時(shí)方式。 （2）定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值是可變的，當(dāng)然對(duì)計(jì)數(shù)的最大值有一定限制，這取決于計(jì)數(shù)器的位數(shù)。計(jì)數(shù)的最大值也就限制了定時(shí)的最大值。 （3）可以按照規(guī)定的定時(shí)或計(jì)數(shù)值，在定時(shí)時(shí)間到或者計(jì)數(shù)終止時(shí)，發(fā)出中斷申請(qǐng)，以便實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制。定時(shí)/計(jì)數(shù)控制器的特點(diǎn)： 4.2 8253定時(shí)計(jì)數(shù)器 4.2.1 8253的內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu) 4.2.2 8253的引腳 4.2.3 8253的工作方式 4.2.4 8253的命令字和編程 4.2.1 8253的內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)圖5-1 8253/8254的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 每片8253有

4、三個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器通道，每個(gè)計(jì)數(shù)器有6種工作方式。下圖所示為8253/8254的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖5-2 8253/8254計(jì)數(shù)器內(nèi)部邏輯圖1、三個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)通道 3個(gè)計(jì)數(shù)器分別為計(jì)數(shù)器0、計(jì)數(shù)器1、計(jì)數(shù)器2，每個(gè)計(jì)數(shù)器的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。 2控制寄存器 此寄存器用來保存來自CPU送入的控制字。每個(gè)計(jì)數(shù)器都有一個(gè)控制命令寄存器，用于保存該計(jì)數(shù)器的控制信息。 控制字將決定計(jì)數(shù)器的工作方式、計(jì)數(shù)形式及輸出方式，也能決定應(yīng)如何裝入計(jì)數(shù)器初值。 8253的3個(gè)控制寄存器只占用一個(gè)地址號(hào)，而靠控制字中最高二位來指定當(dāng)前的控制字是發(fā)給哪一個(gè)計(jì)數(shù)器的。 控制寄存器只能寫入，不能讀取。3讀/寫邏輯電

5、路 讀/寫邏輯的任務(wù)是接收來自CPU的控制信號(hào)，完成對(duì)8253各計(jì)數(shù)寄存器的讀/寫操作。 這些控制信號(hào)包括讀信號(hào)/RD、寫信號(hào)/WR、片選信號(hào)/CS和片內(nèi)寄存器對(duì)址信號(hào)A0、A1。 4數(shù)據(jù)總線緩沖器 這是一個(gè)雙向、三態(tài)8位緩沖器。它用于8253和系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線連接。CPU通過數(shù)據(jù)總線緩沖器將控制命令字和計(jì)數(shù)值寫入8253計(jì)數(shù)器，或者從8253計(jì)數(shù)器讀取當(dāng)前計(jì)數(shù)值。 8253采用24腳的DIP封裝，下圖所示為8253的引腳圖。 4.2.2 8253的引腳圖5-3 8253的引腳圖 8253的引腳分為兩部分： （1）一部分是與微處理器接口的信號(hào)線。包括數(shù)據(jù)線 D0D7，讀寫信號(hào)線/RD、/WR，片選

6、信號(hào)線/CS，尋址片內(nèi)計(jì)數(shù)器的地址信號(hào)A0、A1，它們的功能如下圖所示。 表5-1 8253端口的地址分配 （2）另部分是8253與外設(shè)接口的信號(hào)線。包括計(jì)數(shù)時(shí)鐘CLK、門控信號(hào)GATE、計(jì)數(shù)結(jié)束輸出信號(hào)OUT。 CLK（輸入）：計(jì)數(shù)時(shí)鐘。用于輸入定時(shí)脈沖或計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)。在計(jì)數(shù)過程中，此引腳上每輸入一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就減1，所以，計(jì)數(shù)器的本質(zhì)是用來記錄脈沖的個(gè)數(shù)。在定時(shí)過程中，CLK可以是系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖或由系統(tǒng)時(shí)鐘分頻后的脈沖，也可以是其它脈沖源。 GATE（輸入）：門控信號(hào)。由外部信號(hào)通過GATE端控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和停止?？煞殖呻娖娇刂坪蜕仙乜刂苾煞N類型。 OUT（輸出）：時(shí)間到或

7、計(jì)數(shù)結(jié)束輸出信號(hào)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時(shí)，在OUT引腳必定有輸出，在不同的模式下，可輸出不同電平的信號(hào)。 8253有六種工作模式（05），每種工作模式?jīng)Q定以下內(nèi)容： 計(jì)數(shù)初值何時(shí)起作用？計(jì)數(shù)初值寫入計(jì)數(shù)初值寄存器（CR）后，要經(jīng)過一個(gè)CLK輸入后，計(jì)數(shù)執(zhí)行部件（CE）才開始計(jì)數(shù)。（或稱，經(jīng)過一個(gè)CLK后，計(jì)數(shù)初值才到達(dá)計(jì)數(shù)執(zhí)行部件）。 4.2.3 8253的工作方式 門控信號(hào)的影響。門控信號(hào)是計(jì)數(shù)允許信號(hào)。高電平允許。即GATE=1，允許對(duì)CLK計(jì)數(shù)。當(dāng)GATE=0時(shí)，即使出現(xiàn)CLK，計(jì)數(shù)器也不計(jì)數(shù)。（1）方式0計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷方式 0 特點(diǎn)： （1）計(jì)數(shù)器只計(jì)數(shù)一遍。 （2）在計(jì)數(shù)過程中，可由門

8、控信號(hào)GATE控制暫停。 （3）在計(jì)數(shù)過程中可以改變計(jì)數(shù)值。 （4）可以將輸出 OUT 信號(hào)作為中斷請(qǐng)求信號(hào)。（2）方式1可重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器方式 1 特點(diǎn)： （1）若設(shè)置的計(jì)數(shù)值為N，則輸出的單拍脈沖的寬度即為N個(gè)輸入脈沖間隔。 （2）當(dāng)計(jì)數(shù)到0后，可再次由外部觸發(fā)啟動(dòng)，于是可再輸入一個(gè)同樣寬度的單拍脈沖，而不用再次送入一個(gè)計(jì)數(shù)值。 （3）在計(jì)數(shù)過程中，外部可發(fā)出門控脈沖再次進(jìn)行觸發(fā)。 （4）在計(jì)數(shù)過程中，CPU可改變計(jì)數(shù)值，而計(jì)數(shù)過程不受影響。（3）方式2分頻器 采用方式2時(shí)，輸出端不斷輸出負(fù)脈沖，其寬度等于一個(gè)時(shí)鐘周期，兩負(fù)脈沖間的寬度等于N-1個(gè)時(shí)鐘周期，整個(gè)過程不用重新寫入計(jì)數(shù)值，

9、OUT輸出一固定頻率的脈沖。因此又稱此時(shí)的計(jì)數(shù)器為分頻器或頻率發(fā)生器。方式 2 特點(diǎn)： （1）不用重新設(shè)置計(jì)數(shù)值，通道能夠連續(xù)工作，輸出固定頻率的脈沖。 （2）計(jì)數(shù)過程可由門控脈沖控制，GATE變低時(shí)，就暫停計(jì)數(shù)。 （3）在計(jì)數(shù)過程中，可以改變計(jì)數(shù)值，且對(duì)正在進(jìn)行的計(jì)數(shù)過程沒有影響。（4）方式3方波發(fā)生器 方式3的計(jì)數(shù)過程分為奇、偶兩種情況。 當(dāng)初始值為偶數(shù)時(shí)，寫入控制字后的時(shí)鐘上升沿，輸出OUT就變?yōu)楦唠娖?，?dāng)計(jì)數(shù)減到N/2時(shí)，輸出OUT變?yōu)榈碗娖?，?dāng)計(jì)數(shù)減到0時(shí)，OUT又變成高電平，計(jì)數(shù)執(zhí)行單元重新從初值開始計(jì)數(shù)。 當(dāng)初始值為奇數(shù)時(shí)，在門控信號(hào)一直為高電平的情況下，輸出OUT波形為連續(xù)的近

10、似方波，高電平持續(xù)時(shí)間為 (N+1)/2 個(gè)脈沖，低電平持續(xù)時(shí)間為 (N-1)/2個(gè)脈沖。方式 3 特點(diǎn)： （1）若計(jì)數(shù)值為偶數(shù)，輸出端OUT波形的占空比為1:1，若計(jì)數(shù)值為奇數(shù)，輸出波形的占空比為(N+1) : (N-1)。 （2）GATE信號(hào)能使計(jì)數(shù)過程重新開始。 （3）若在計(jì)數(shù)過程中寫入一個(gè)新的計(jì)數(shù)值，不會(huì)影響現(xiàn)行的計(jì)數(shù)過程。（5）方式4軟件觸發(fā)選通方式 方式4中，GATE門控信號(hào)只是用來允許或不允許定時(shí)操作，定時(shí)的執(zhí)行過程由裝入的初值決定。 由于每一輪計(jì)數(shù)過程必須重新裝入初值，不能自動(dòng)循環(huán)計(jì)數(shù)過程，所以稱為軟件觸發(fā)。 又由于輸出端 OUT 低電平持續(xù)時(shí)間為一個(gè)脈沖周期，常用此負(fù)脈沖作為

11、選通信號(hào)，所以又稱為軟件觸發(fā)選通方式。方式 4 特點(diǎn)： （1）若計(jì)數(shù)值為N，則是在計(jì)數(shù)值后的 N+1 個(gè)脈沖，才輸出一個(gè)負(fù)脈沖。 （2）要做到軟件啟動(dòng)，GATE必須保持為“1”。GATE信號(hào)不影響輸出。 （3）若在計(jì)數(shù)過程中，改變計(jì)數(shù)值，則按新的計(jì)數(shù)值重新開始計(jì)數(shù)。（6）方式5硬件觸發(fā)選通方式 方式5是硬件觸發(fā)選通方式，即完全由GATE端引入的觸發(fā)信號(hào)控制定時(shí)和計(jì)數(shù)。 采用方式5工作，計(jì)數(shù)初值可以自動(dòng)重新裝入，但不會(huì)自動(dòng)開始計(jì)數(shù)，只有當(dāng)GATE信號(hào)觸發(fā)，計(jì)數(shù)過程才會(huì)進(jìn)行下去，所以稱為硬觸發(fā)。 輸出信號(hào)OUT低電平持續(xù)時(shí)間僅一個(gè)時(shí)鐘周期，可作為選通信號(hào)。方式 5 特點(diǎn)： （1）若計(jì)數(shù)值為N，則是在門控脈沖觸發(fā)后的 N+1 個(gè)脈沖，才輸出一個(gè)負(fù)脈沖。 （2）若在計(jì)數(shù)過程中使用門控脈沖，則使計(jì)數(shù)器重新開始計(jì)數(shù)，但對(duì)輸出的狀態(tài)沒有影響。 （3）若在計(jì)數(shù)過程中，改變計(jì)數(shù)值，只要沒有門控信號(hào)的觸發(fā)，不影響計(jì)數(shù)過程。 4.2.4 8253的命令字和編程1、8253的方式控制字SC1SC0RW1RW0M2M1M0BCD計(jì)數(shù)值 格式1 BCD碼0 二進(jìn)制模式選擇000 模式0001 模式110 模式211 模式3 模式41