可編程接口芯片及應(yīng)用課件

8.1可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片8253/8254定時(shí)信號(hào)的產(chǎn)生

1.軟件定時(shí)方法：根據(jù)所需時(shí)間常數(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)延遲子程序。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省硬件缺點(diǎn)：執(zhí)行延時(shí)程序期間CPU一直被占用，降低了CPU效率，不易提供多作業(yè)環(huán)境。適用：延時(shí)時(shí)間較短、重復(fù)次數(shù)有限的情況。

2.硬件定時(shí)方法：利用專門的定時(shí)/計(jì)數(shù)器作為主要硬件，在簡(jiǎn)單軟件控制下，產(chǎn)生準(zhǔn)確時(shí)間延遲。優(yōu)點(diǎn)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器與CPU并行工作，不占CPU時(shí)間，利用定時(shí)/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生中斷信號(hào)，可以建立多作業(yè)環(huán)境，大大提高了CPU利用率。適用：廣泛應(yīng)用。8253／8254是Intel公司生產(chǎn)的一種通用的計(jì)數(shù)／定時(shí)器CTC，也稱為可編程序間隔定時(shí)器PIT，它是采用NMOS工藝由單一+5V電源供電的雙列直插式封裝24引腳芯片。8253／8254芯片兩者的外形引腳及功能都是兼容的，僅是工作的最高頻率有所不同，以滿足不同的接口要求。例如：8253(2MHz)、8253-5(5MHz)，8254(8MHz)、8254-5(5MHz)、

8254-2(10MHz)。

8.1.18253的結(jié)構(gòu)及功能

1.8253的引腳圖8.18253引腳及功能結(jié)構(gòu)8253124223322421520619718817916101511141213D7CLK0OUT0GATE0GNDOUT1VCCA1CLK2OUT2GATE2CLK1GATE1D6D5D4D3D2D1D0WRRDCSA0

0#8253D7～D0A0CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2WRRDA1CS

1#

2#2.8253內(nèi)部結(jié)構(gòu)(1)數(shù)據(jù)總線緩沖器是8253用于和CPU數(shù)據(jù)總線連接的8位、雙向、三態(tài)緩沖器，CPU讀寫8253的所有數(shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)該緩沖器?！駽PU用輸出指令向8253寫入方式控制字至控制寄存器、寫入計(jì)數(shù)值至某個(gè)計(jì)數(shù)器，都是經(jīng)數(shù)據(jù)總線緩沖器和8253內(nèi)部總線傳送的?！駽PU用輸入指令讀某個(gè)計(jì)數(shù)器值時(shí)，該計(jì)數(shù)器的現(xiàn)行計(jì)數(shù)值經(jīng)8253內(nèi)部總線和數(shù)據(jù)總線緩沖器傳送到系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線上，讀入CPU。(2)讀/寫邏輯是8253內(nèi)部操作的控制部件

◎接收系統(tǒng)總線輸入信號(hào)，轉(zhuǎn)換成8253內(nèi)部操作的各種控制信號(hào)

◎選擇讀寫操作的對(duì)象（某計(jì)數(shù)器或控制寄存器－由A0、A1決定）

◎決定內(nèi)部總線上數(shù)據(jù)的傳送方向（輸入還是輸出—由WR、RD決定）8253端口地址及內(nèi)部操作(3)控制寄存器◎8253初始化時(shí)接收CPU寫入的控制字◎控制字指定計(jì)數(shù)器的工作方式，選擇以二進(jìn)制或二—十進(jìn)制計(jì)數(shù)等◎該寄存器為只寫寄存器(4)計(jì)數(shù)器0、計(jì)數(shù)器1、計(jì)數(shù)器2◎三個(gè)計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)完全相同、操作完全獨(dú)立

◎每個(gè)計(jì)數(shù)器內(nèi)部包含：一個(gè)16位計(jì)數(shù)初值寄存器（CR）、計(jì)數(shù)執(zhí)行部件（CE）、一個(gè)16位輸出鎖存器（OL）和一個(gè)控制寄存器

◎每個(gè)計(jì)數(shù)器外部有兩個(gè)輸入端（CLK、GATE）和一個(gè)輸出端（OUT）3.計(jì)數(shù)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

計(jì)數(shù)器0控制寄存器計(jì)數(shù)初值寄存器(CR)減1計(jì)數(shù)器(CE)輸出鎖存寄存器(OL)

CRHCEHOLHCRLCELOLL

4.8253的工作過(guò)程

(1)由CPU向控制寄存器寫入控制字，以確定工作方式；

(2)由CPU向計(jì)數(shù)器寄存器寫入計(jì)數(shù)初值或定時(shí)常數(shù)；

(3)計(jì)數(shù)單元從計(jì)數(shù)器寄存器中獲得初值，在CLK端輸入的計(jì)數(shù)脈沖控制下進(jìn)行減1計(jì)數(shù)（CLK決定計(jì)數(shù)速率）；

(4)減到0時(shí)，該狀態(tài)由OUT輸出或由狀態(tài)寄存器的某一位表示，以作為中斷請(qǐng)求信號(hào)或供查詢方式使用，也可將OUT連到一個(gè)I/O設(shè)備上，去啟動(dòng)一個(gè)I/O操作；

(5)任何時(shí)候都可以將計(jì)數(shù)單元的當(dāng)前值送到輸出鎖存器被CPU讀取而不干擾計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)；

(6)門脈沖GATE是由設(shè)備送來(lái)的，作為對(duì)時(shí)鐘脈沖的控制信號(hào)，門脈沖對(duì)時(shí)鐘的控制方法有多種，以形成多種工作方式。

8.1.28253的編程8253在工作之前，用戶首先要為某一計(jì)數(shù)器(計(jì)數(shù)器02)寫入控制字以確定其工作方式；寫入定時(shí)/計(jì)數(shù)初值；在定時(shí)/計(jì)數(shù)工作過(guò)程中，有時(shí)還需要讀取某計(jì)數(shù)器當(dāng)前的計(jì)數(shù)值。1.8253的控制字格式8253的控制字格式如下圖所示。0—二進(jìn)制計(jì)數(shù)1—十進(jìn)制計(jì)數(shù)00—將減1計(jì)數(shù)器CE中的數(shù)據(jù)

鎖存到OL中(鎖存功能)000—方式0D7D6計(jì)數(shù)器選擇讀寫格式工作方式數(shù)制00—選擇計(jì)數(shù)器001—選擇計(jì)數(shù)器110—選擇計(jì)數(shù)器211—非法01—對(duì)計(jì)數(shù)器的低8位讀或?qū)?0—對(duì)計(jì)數(shù)器的高8位讀或?qū)?1—計(jì)數(shù)器16位操作(先低8

位，后高8位讀或?qū)?001—方式1×10—方式2×11—方式3100—方式4101—方式5D5D4D3D1D2D0D7 D6

D5 D4

D3 D2 D1

D0SC1RL1M1M0M2BCDSC0RL02.8253的讀/寫操作對(duì)8253的讀/寫操作不僅要用到RD和WR控制信號(hào)，還要根據(jù)計(jì)數(shù)/定時(shí)工作的要求利用門控信號(hào)GATE和鎖存功能來(lái)控制8253的讀/寫操作。

⑴讀操作。所謂讀操作是指讀出計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值至CPU中。有兩種讀數(shù)方法：

①直接讀出(停讀)。直接用輸入指令讀取所選擇的端口計(jì)數(shù)器值。

②鎖存讀出(飛讀)。鎖存計(jì)數(shù)值以供讀取，是專為在計(jì)數(shù)過(guò)程中讀數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的。 ⑵寫操作 所謂寫操作是指CPU對(duì)8253寫入控制字或計(jì)數(shù)初值。

3.初始化編程

8253投入工作之前，CPU要對(duì)它進(jìn)行初始化編程。初始化編程的步驟為：

①寫入計(jì)數(shù)器的控制字，規(guī)定其工作方式及相應(yīng)功能；

②寫入計(jì)數(shù)初值。

例如，若選擇0＃計(jì)數(shù)器，工作在方式3，計(jì)數(shù)初值為2354H，十進(jìn)制計(jì)數(shù)方式；或選擇l＃計(jì)數(shù)器，工作在方式2，計(jì)數(shù)初值為18H，二進(jìn)制計(jì)數(shù)方式。并設(shè)8253端口地址為4043H。則根據(jù)上述各計(jì)數(shù)器的功能，其初始化編程如下：

0＃計(jì)數(shù)器的控制字為：37H1＃計(jì)數(shù)器的控制字為：54H

0 0

1

1

0 1 1

1SC1RL1M1M0M2BCDSC0RL00 1

0

1

0 1 0

0對(duì)0＃計(jì)數(shù)器初始化編程

MOVAL，37H；對(duì)0＃計(jì)數(shù)器送控制字。

OUT43H，ALMOVAL，54H；送初值的低8位。

OUT40H，ALMOVAL，23H；送初值的高8位。

OUT40H，AL對(duì)1＃計(jì)數(shù)器初始化編程。

MOVAL,01010100B；對(duì)1＃計(jì)數(shù)器送控制字。

OUT43H，ALMOVAL，18H；計(jì)數(shù)初值送低8位。

OUT41H，AL

當(dāng)采用“飛讀”的方法讀取1＃計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值時(shí)，可采用如下程序片段：

MOVAL，01000100B；對(duì)1＃計(jì)數(shù)器送鎖存控制字。

OUT43H，ALINAL，41H；讀低8位。

MOVCL，AL；讀取的計(jì)數(shù)值存于CL中。

當(dāng)計(jì)數(shù)值為16位時(shí)，則“飛讀”時(shí)還應(yīng)讀取高8位鎖存器中的計(jì)數(shù)值。即：

INAL，41H；讀低8位。

MOVCL，ALINAL，41H；讀高8位。

MOVCH，AL8.1.38253的工作方式及時(shí)序圖

8253定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的每個(gè)計(jì)數(shù)器都有六種可編程選擇的工作方式。對(duì)于每一種工作方式，由時(shí)鐘輸入信號(hào)CLK確定計(jì)數(shù)器遞減的速率。門控信號(hào)GATE用于允許或禁止CLK信號(hào)進(jìn)入計(jì)數(shù)器，或者根據(jù)工作方式用作計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)信號(hào)。計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，在輸出線OUT上產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志信號(hào)，該信號(hào)可編程定義為脈沖、恒定電位或周期信號(hào)。

區(qū)分六種工作方式的主要標(biāo)志有三點(diǎn)： 一是輸出波形不同； 二是啟動(dòng)的觸發(fā)方式不同； 三是計(jì)數(shù)過(guò)程中門控信號(hào)CATE對(duì)計(jì)數(shù)操作的影響不同。 現(xiàn)在分別討論不同工作方式的特點(diǎn)。1.方式0—計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷方式CLKGATE543201OUTCWWRN＝5322201CLKGATEOUTWRCWN＝32．方式1——可編程單次脈沖12120CLKGATEOUTWRCWN＝2圖8.7方式1的波形3．方式2——分頻工作方式CLKGATEOUTWRCWN＝3TOUT＝N*TCLK1321233圖8.8方式2的波形2143342CLKGATEOUTWRCWN＝4TOUT＝N*TCLK圖8.9方式3的波形4．方式3——方波發(fā)生器5．方式4——軟件觸發(fā)選通21034CLKGATEOUTWRCWN＝46．方式5——硬件觸發(fā)選通04312CLKGATEOUTWRCWN＝48.1.48254與8253的區(qū)別

8254是8253的改進(jìn)型，它們的引腳定義與排列、硬件組成等基本上是相同的。因此8254的編程方式與8253是兼容的，凡是使用8253的地方均可用8254代替。

①允許最高計(jì)數(shù)脈沖(CLK)的頻率不同。8253的最高頻率為2MHz，而8254允許的最高計(jì)數(shù)脈沖頻率可達(dá)10MHz(8254為8MHz，8254?2為10MHz)。②8254每個(gè)計(jì)數(shù)器內(nèi)部都有一個(gè)狀態(tài)寄存器和狀態(tài)鎖存器，而8253沒有。

③8254有一個(gè)讀回命令字，用于讀出當(dāng)前減1計(jì)數(shù)器CE的內(nèi)容和狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，而8253沒有此讀回命令字。8.1.58253應(yīng)用舉例例8.2使用8253計(jì)數(shù)器2產(chǎn)生頻率為40kHz的方波，設(shè)8253的端口地址為0040H0043H，已知時(shí)鐘端CLK2輸入信號(hào)的頻率為2MHz。試設(shè)計(jì)8253與8088總線的接口電路，并編寫產(chǎn)生方波的程序。

8253與8088總線的接口電路如下圖所示。

&

74LS138ABC8253D0A0…CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2D7D7～D0RDWRA1CS0Y1G2B