第 7 章－第 1 講 8253 定時(shí)器

第七章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口

計(jì)算機(jī)基本功能控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本功能控制包括定時(shí)與計(jì)數(shù)控制、中斷過程控制、直接存儲(chǔ)器訪問(DMA)控制等基本控制與接口技術(shù)，這些控制與接口需要微處理器之外的其它控制邏輯來實(shí)現(xiàn)。在通用微型計(jì)算機(jī)中，定時(shí)與計(jì)數(shù)控制由定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253或8254完成，中斷過程控制由可編程中斷控制器8259完成，DMA控制則由DMA控制器8237完成。在現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)中，這些基本的控制功能一般由集成在總線轉(zhuǎn)換控制邏輯(“南橋”)中相應(yīng)功能模塊來完成。第一次課定時(shí)與計(jì)數(shù)器8253/8254

8253與8254的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，有三個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)通道。每個(gè)通道具有六種可編程計(jì)數(shù)模式，可按二進(jìn)制或BCD碼計(jì)數(shù)，都具有脈沖輸入信號(hào)CLK、門控信號(hào)GATE和狀態(tài)輸出信號(hào)OUT。所有信號(hào)都兼容TTL電平。8253采用24引腳雙列直插DIP封裝，計(jì)數(shù)頻率為從0到2MHz；8254還有28引腳的PLCC形式的封裝，計(jì)數(shù)頻率從0到10MHz，只有8254能夠執(zhí)行狀態(tài)讀回命令。

8253/8254內(nèi)部結(jié)構(gòu)

RD#WR#A0A1CS#CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2數(shù)據(jù)總線緩沖器計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)器2讀/寫控制邏輯控制字寄存器D0-D78253中每個(gè)計(jì)數(shù)通道的功能結(jié)構(gòu)圖

控制字寄存器狀態(tài)鎖定狀態(tài)寄存器控制邏輯CRMCRLOLMOLLCECLKnOUTnGATEn8253/8254編程操作

D7D6D5D4D3D2D1D0SC1SC0RW1RW0M2M1M0BCD選擇計(jì)數(shù)通道選擇工作方式SC1SC0定義描述M2M1M0定義描述00選擇計(jì)數(shù)通道0000選擇方式001選擇計(jì)數(shù)通道1001選擇方式110選擇計(jì)數(shù)通道2×10選擇方式211讀回命令

(僅適用于8254)×11選擇方式3100選擇方式4選擇讀/寫格式101選擇方式5RW1RW0定義描述00鎖存CE數(shù)據(jù)選擇計(jì)數(shù)碼制01只讀寫低字節(jié)BCD定義描述10只讀寫高字節(jié)0按二進(jìn)制計(jì)數(shù)

(16個(gè)二進(jìn)制位)11先讀寫低字節(jié)，后讀寫高字節(jié)1按BCD碼計(jì)數(shù)

(4個(gè)十進(jìn)制位)8253/8254的工作方式－方式0、1

NNNN0403020100FFFFFFFECW=10LSB=4NNNN030202020000FFFFCW=10LSB=3NNNN030201020100FFFFCW=10LSB=3LSB=2WR#CLKGATEOUTWR#CLKGATEOUTWR#CLKGATEOUT00NNNNN030201FFFFCW=12LSB=3NNNNN0302010302CW=12LSB=3NNNN0302010004FFFFCW=12LSB=2LSB=403020100NFFFE8253/8254的工作方式－方式2、3

04NNNN0302010302CW=10LSB=4NNNN030202030201CW=14LSB=3NNNN0302010504CW=14LSB=4LSB=5WR#CLKGATEOUTWR#CLKGATEOUTWR#CLKGATEOUT010303030402NNNN0402020402CW=16LSB=40204040204NNNN0402040204CW=16LSB=500000202NNNN0402020402CW=16LSB=4020404048253/8254的工作方式－方式4、5

02NNNN03020100FFCW=18LSB=4NNNN030303020100CW=18LSB=3CW=18LSB=3LSB=2WR#CLKGATEOUTWR#CLKGATEOUTWR#CLKGATEOUTFFFFFFNNNN0301020100FFN02NNNN030100FFCW=1ALSB=30203NNNNNN020302CW=1ALSB=3000301FFNNNNN030100FFCW=1ALSB=3LSB=505FF048253/8254計(jì)數(shù)器六種工作方式比較

啟動(dòng)計(jì)數(shù)中止計(jì)數(shù)自動(dòng)重復(fù)更新初值OUT波形方式

0軟件GATE=0無立即有效方式

1硬件無下一輪有效方式

2軟/硬件GATE=0有下一輪有效方式

3軟/硬件GATE=0有下半輪有效方式

4軟件GATE=0無下一輪有效方式

5硬件無下一輪有效三個(gè)計(jì)數(shù)通道的CLK2～CLK0都接到1.19MHz的信號(hào)上，均工作于自動(dòng)重復(fù)、周期性定時(shí)狀態(tài)。GATE0和GATE1接高電位＋5V，在CNT0和CNT1寫入計(jì)數(shù)初值后(軟啟動(dòng))即不停地重復(fù)工作。CNT0平均每秒通過OUT0端發(fā)出18.2次IRQ0信號(hào)，經(jīng)過中斷管理電路8259產(chǎn)生定時(shí)中斷，進(jìn)而產(chǎn)生日時(shí)鐘。CNT1大約每15.12μs用OUT1信號(hào)經(jīng)D觸發(fā)器產(chǎn)生DMA請(qǐng)求信號(hào)DRQ0，用以對(duì)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器刷新。門控信號(hào)GATE2受主機(jī)板上并行接口芯片8255的PB0控制，當(dāng)PB0＝1時(shí)，CNT2的輸出OUT2輸出連續(xù)方波，當(dāng)同一片8255的PB1也為“1”時(shí)，此方波則驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。8253在IBMPC/XT中應(yīng)用8253在IBMPC/XT中應(yīng)用連接DQCKQ#222321201911141691518RD#WR#CS#A1A0D0~D7GATE0GATE1GATE2CLK0CLK1CLK2IOR#IOW#T/CCS#A1A0D0~D7+5V8255PB0PCLKCDQCKQ#COUT0OUT1OUT2IRQ0T/C2OUTDRQ0DACK0BRD#RESETDRV#8253101317+5V對(duì)于系統(tǒng)板上的8253，三個(gè)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘都是1.19MHz，且都工作于自動(dòng)重復(fù)方式。CNT0的計(jì)數(shù)初值取65536，1.19MHz/65536=18.2Hz，故它每秒輸出18.2次時(shí)鐘中斷信號(hào)。CNT1的計(jì)數(shù)初值取18，18/1.19MHz=15μs，這是用于動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器刷新的信號(hào)周期。CNT2在初始化時(shí)用來產(chǎn)生大約1KHz的方波使揚(yáng)聲器發(fā)聲，現(xiàn)取時(shí)間常數(shù)為1331。8253/8254初始編程;對(duì)CNT0初始化

MOV AL,36H ;CNT0控制字

OUT 43H,AL ;寫入控制字寄存器 MOV AL,0 ;計(jì)數(shù)器初值為65536 OUT 40H,AL ;寫入初值低位 OUT 40H,AL ;寫入初值高位;對(duì)CNT1初始化 MOV AL,54H ;CNT1控制字

OUT 43H,AL MOV AL,18 ;計(jì)數(shù)初值

OUT 41H,AL ;對(duì)應(yīng)15μs8253/8254初始編程;對(duì)CNT2初始化并讓揚(yáng)聲器發(fā)聲

MOV AL,0B6H;CNT2控制字 OUT 43H,AL MOV AX,1331 ;計(jì)數(shù)初值 OUT 42H,AL ;對(duì)應(yīng)1KHz MOV AL,AH OUT 42H,AL IN AL,61H ;取8255PB口

MOV AH,AL ;保護(hù) OR AH,03 ;設(shè)PB1＝PB0＝1 OUT 61H,AL ;使揚(yáng)聲器發(fā)聲

┇ MOV AL,AH ;恢復(fù)8255PB口

OUT 61H,AL ┇由于中斷的發(fā)生是隨機(jī)的，并且發(fā)生在極短的時(shí)間內(nèi)，要完成這種異步事件的捕捉，就必須要有中斷發(fā)生的觸發(fā)記憶電路，即使CPU正在進(jìn)行其它處理操作時(shí)，該觸發(fā)記憶電路也應(yīng)該能捕捉到所發(fā)生的異步事件，做到與CPU同步工作。在中斷發(fā)生時(shí)，CPU可能在處理更重要的工作，而不希望中斷CPU目前的處理，此時(shí)就應(yīng)該有中斷發(fā)生的許可電路，允許時(shí)，所發(fā)生的中斷可以傳遞到CPU，CPU可以立即進(jìn)行中斷處理；禁止時(shí)，所發(fā)生的中斷則不允許傳遞到CPU，而CPU繼續(xù)執(zhí)行原程序。當(dāng)有多個(gè)中斷請(qǐng)求發(fā)生時(shí)，如果允許CPU響應(yīng)中斷，CPU應(yīng)該選擇首先其中一個(gè)最重要的請(qǐng)求預(yù)于響應(yīng)，因此就必須具有中斷優(yōu)先選擇電路給予配合。CPU正在響應(yīng)中斷請(qǐng)求時(shí)，又有其它或相同的中斷請(qǐng)求發(fā)生，CPU又該如何處理等等。中斷過程控制

中斷請(qǐng)求與排優(yōu)

C18－3優(yōu)先級(jí)編碼器優(yōu)先級(jí)寄存器A2A1A0A>B比較器B2B1B0優(yōu)先級(jí)無效中斷請(qǐng)求C2CD1D2DA1A2AB1B2B請(qǐng)求1請(qǐng)求2請(qǐng)求3請(qǐng)求4輸出1輸出2輸出3輸出4中斷響應(yīng)(來自CPU)

8259是一種可編程外部中斷控制器，具有關(guān)于中斷請(qǐng)求的觸發(fā)與鎖存、中斷請(qǐng)求排優(yōu)與選擇、對(duì)中斷請(qǐng)求的屏蔽、進(jìn)行中斷矢量管理等的功能。每片8259可以管理8個(gè)外部中斷，通過多片8259的級(jí)連可以擴(kuò)充處理中斷請(qǐng)求數(shù)，1片8259作為中斷主控器，該中斷主控器再級(jí)連8片作為從控器的8259，最多可以擴(kuò)充處理64個(gè)外部中斷請(qǐng)求。8259可以直接用于8080/8085及8086/8088系統(tǒng)，若是用于8080/8085系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生3字節(jié)的CALL指令，即先產(chǎn)生CALL指令的操作碼(0CDH)，再自動(dòng)提供2字節(jié)(IP)的中斷子線程直接入口地址；若是用于8086/8088系統(tǒng)，中斷響應(yīng)時(shí)能夠自動(dòng)提供中斷矢量號(hào)，通過中斷矢量號(hào)來間接得到4字節(jié)(CS：IP)的中斷子線程入口地址。中斷控制器8259

中斷控制器8259

中斷請(qǐng)求寄存器(IRR)優(yōu)先級(jí)排隊(duì)電路正在服務(wù)寄存器(ISR)控制邏輯數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫邏輯級(jí)連緩沖/比較器中斷屏蔽寄存器(IMR)D7~D0RD#WR#A0CS#CAS0CAS1CAS2SP#IR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7INTA#INTVccA0INTA#IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0INTSP#CAS228272625242322212019181716151234567891011121314CS#WR#RD#D7D6D5D4D3D2D1D0CAS0CAS1GND確定中斷級(jí)別特定的優(yōu)先級(jí)旋轉(zhuǎn)自動(dòng)的優(yōu)先級(jí)旋轉(zhuǎn)決定優(yōu)先級(jí)全嵌套模式特定的全嵌套模式特定的屏蔽模式8259中斷優(yōu)先級(jí)

一、

8259對(duì)中斷請(qǐng)求的處理過程

每個(gè)中斷請(qǐng)求輸入IRx引腳都對(duì)應(yīng)一個(gè)屏蔽位、一個(gè)請(qǐng)求等待位和一個(gè)在線服務(wù)位。當(dāng)8259接收到一個(gè)中斷請(qǐng)求時(shí)，便設(shè)置相應(yīng)的中斷請(qǐng)求等待位，經(jīng)過中斷排優(yōu)等處理后，允許時(shí)將請(qǐng)求傳送到CPU，然后CPU啟動(dòng)一個(gè)中斷響應(yīng)周期，接著8259清除請(qǐng)求等待位，設(shè)置在線服務(wù)位。在中斷響應(yīng)周期期間，8259在接收到INTA＃第二次有效時(shí)，將中斷矢量號(hào)送至數(shù)據(jù)總線上。8259處理過程與中斷矢量

8259對(duì)中斷請(qǐng)求的處理過程

1．自動(dòng)的中斷結(jié)束模式AEOI2．特定的中斷結(jié)束命令3．非特定的中斷結(jié)束命令8259處理過程與中斷矢量

二、

8259提供中斷矢量