微機(jī)系統(tǒng)與接口：第5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(yīng)用1計數(shù)器和定時器電路( Timers & Counters)背景 微機(jī)CPU和外設(shè)提供實時時鐘:定時(定時中斷、定時檢測、定時掃描)或延時控制Timer/對外部事件計數(shù)Counter。定時/延時控制 (1) 軟件定時：處理器執(zhí)行若干條指令（循環(huán)）時間之和：精度取決于 CPU利用率。(2) 硬件定時（不可編程型；可編程型）不可編程的硬件定時/計數(shù)（SSI/MSI：如555，外接定時部件電阻和電容（硬件可調(diào)定時值）構(gòu)成； 74LS90十進(jìn)制計數(shù)器

2、（異步二進(jìn)制加5進(jìn)位）、92（異步二進(jìn)制加六進(jìn)位（12進(jìn)制）、93（加8/16進(jìn)）、CD4040（12級分頻）。電路簡單，但無法軟件控制和改變=可編程的定時器電路2可編程的定時器電路Programmable Interval Timer在定時或計數(shù)達(dá)到編程規(guī)定的值以后，向外部輸出(向CPU申請中斷)。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(shè)備輸出精確的定時信號，周期可控；用作可編程速率(波特率)發(fā)生器（可變速率）；檢測外部事件發(fā)生的次數(shù)、頻率或周期（計數(shù)）；(中間隨時可讀計數(shù)值)傳統(tǒng)電路如何實現(xiàn)?典型芯片 i82(C)53/8254 用 途 3典型T/C框圖

3、 定時：標(biāo)準(zhǔn)頻率CLK/計數(shù) 累加或遞減（計算頻率：周期內(nèi)計數(shù)）。例 減法CNTER。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4可編程定時器計數(shù)器i8253 (P310) (PITProgrammable Interval Timer)i8253 24P DIP +5V三個16Bit計數(shù)器02，可獨立作為定時/計數(shù)器編址部件0編址部件1編址部件2編址部件35可編程定時器計數(shù)器i8253D0D7：通過8位三態(tài)（/CS選中）雙向緩沖器連接系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線；/WR /RD：讀/寫

4、邏輯，通過數(shù)據(jù)緩沖器與CPU之間發(fā)送或接收數(shù)據(jù)；A0、A1譯碼（/CS有效）CLK(02)：時鐘輸入；GATE(02)：門控輸入，電平0禁止；1允許計數(shù)；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）。A1 A0 選 擇0 0 計數(shù)通道00 1 計數(shù)通道11 0 計數(shù)通道21 1 控制寄存器選中四個編址部件之一6基本定時/計數(shù)原理寫控制字、裝入計數(shù)初值后，當(dāng)GATE端變高電平時：計數(shù)：用外部事件作為CLK脈沖對計數(shù)值減1計數(shù)；定時：由標(biāo)準(zhǔn)CLK脈沖觸發(fā)開始自動減計數(shù)；可讀計數(shù)值，計數(shù)值減至零時OUT端輸出信號。計數(shù)方式：二進(jìn)制（10FFFFH+1），十進(jìn)制計數(shù)BCD（1

5、9999+1）Gatei控制CLKi輸入控制字CW計數(shù)初值nCOUNTERiOUTi輸出16位可預(yù)置數(shù)減法計數(shù)器：7 8253/8254與CPU連接CLKGATEOUTD0D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0譯碼器高位地址A15-A28253共三組8253占用4個端口地址： 計數(shù)器0 計數(shù)器1 計數(shù)器2 控制寄存器(決定8253的基地址)40H 41H 42H 43H 8 8253/8254接口電路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譯9i8253芯片初始化/編程方法8253的三個通道(計數(shù)器)分別獨立編程：工作前先初始化編程寫控制字CW(Contr

6、ol Word) （A1A0=11）OUT43H,77H再給選中的通道寫計數(shù)初值n OUT40H,60H控制字地址控制字的值計數(shù)器0的地址計數(shù)初值（選通道、選工作方式）10i8253芯片初始化/編程(P268)-控制字10H=00010000B?初始化控制字 CW格式77H=01110111B?CH1,16位,方式3,BCDCH0,低8位,方式0,BIN11i8253芯片初始化/編程控制字D5D4=01: 只讀/寫低字節(jié); =10:只讀/寫高字節(jié) (仍按16位計數(shù)!)D5D4=11: 分兩次讀寫寫初值: 先低后高8位，寫完計數(shù)過程才能啟動;讀計數(shù): 先低后高8位，避免讀錯可將計數(shù)值鎖存到輸出鎖

7、存器中，即D5D4=00。只要不讀，鎖存器值不隨計數(shù)而變。讀完兩次后輸出鎖存器又自動隨計數(shù)器變化。計數(shù)初值（ 16位，雙字節(jié)，如為單字節(jié)則自動補(bǔ)零）.MOVAL,77HOUT43H,AL;CH1,16位讀寫, BCDMOVAL,60HOUT41H,AL ;先寫低字節(jié)，再寫高字節(jié)MOVAL,30HOUT41H,AL;3060初值(十進(jìn)制)128253編程：六種工作模式Mode0 軟件觸發(fā), 到0輸出高電平,不自動重復(fù)Mode4 軟件觸發(fā), 輸出選通信號（負(fù)脈沖）Mode1 硬件（GATE）觸發(fā)單穩(wěn),不自動重復(fù)啟動Mode5 硬件觸發(fā), 輸出選通信號（負(fù)脈沖）Mode2、3 軟硬件觸發(fā)，自動重裝（

8、分頻/方波）典型功能：頻率發(fā)生器、分頻器、實時時鐘、單脈沖發(fā)生器由方式選擇字控制138253編程：六種工作模式六種工作方式注意區(qū)分：（1）計數(shù)過程的啟動軟件：輸出指令賦予初值后，下一個CLK下降沿開始計數(shù)器計數(shù)；硬件：GATE信號變高后，再經(jīng)過CLK上升沿和下降沿，才開始計數(shù)；（2）自動重復(fù)功能（3）GATE的控制作用（4）更新初值的影響 OUT端輸出的波形14 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，

9、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)158253工作模式0控制沒計完，立刻按新初值Gate控制:暫停16硬件啟動，不自動重復(fù)。-每個Gate正跳變，計數(shù)器輸出一個負(fù)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3個脈沖時間(N=3)負(fù)脈沖 178253工作模式1控制未計滿數(shù)，重復(fù)觸發(fā)脈沖，立即重新開始重置初值(Gate有效)延長等Gate上跳18軟硬觸發(fā)，自動重復(fù)，輸出負(fù)脈沖寬度(1*Tclk)，n-1正:1負(fù)，頻率發(fā)生器（n分頻器）8253工作模式

10、2(速率發(fā)生器)負(fù)脈沖輸出3T3T198253工作模式2舉例Gate:重觸發(fā)，重新計結(jié)束再重置初值又有暫停20軟硬觸發(fā)，自動重裝:類似于方式2，唯一不同：當(dāng)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*Tclk8253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218253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Gate硬件觸發(fā),重新計22軟件觸發(fā)，不自動重復(fù)當(dāng)寫入控制字后，輸出為高。寫入計數(shù)值后立即開始計數(shù)（軟件啟動），當(dāng)計數(shù)到零后，輸出變低，經(jīng)過一個時鐘脈沖后，又變?yōu)楦唠娖?負(fù)脈沖），計數(shù)器停止計數(shù)。

11、(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4(選通信號發(fā)生器)238253工作模式4舉例重置初值Gate=0計數(shù)暫停立刻按新值24硬件觸發(fā)，不自動重復(fù)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(dāng)計數(shù)到零后時，輸出一個CLK脈沖寬度的負(fù)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5 (選通信號發(fā)生器)258253工作模式5舉例Gate控制,重新計數(shù)直到Gate啟動，重置初值觸發(fā) 268253應(yīng)用舉例PC/XT主板：一片8253作計數(shù)/定時電路，三

12、個通道CLK都是1.19MHz CNT0，40H，方式3，日時鐘定時（18.158Hz, IRQ0, 初值0000）CNT1，41H，方式2，DRAM刷新（15s,初值0018）CNT2，42H ，方式3 ，揚聲器發(fā)聲(OUT2 與8255 PB1相與后輸出，初值1190，1KHz頻率方波)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(yīng)用編程（P273)對8253只需初始化編程：寫入控制字和寫入計數(shù)值。例：初始化編程（P267CW格式) T=0.840336us(/1.19M)MOV AL,36H; 00110110BCH0方式3方波,BI

13、N, 先寫低字節(jié)再寫高字節(jié)OUT 43H,AL;寫控制字MOV AL,0;初值0OUT 40H,AL;計數(shù)低8位OUT 40H,AL;計數(shù)高8位MOV AL,54H; 01010100BCH1,方式2,BIN,只寫低8bitOUT 43H,ALMOV AL,18;初值18，對應(yīng)15.1usOUT 41H,AL288253應(yīng)用編程（續(xù))Mov AL,0B6H; 10110110BCH2,方式3,BIN,L/HOUT 43H,ALMOV AX,1190 ;1KHzOUT 42H,ALMOV AL,AHOut 42H,AL.29補(bǔ)充問題如何擴(kuò)大計數(shù)/定時范圍:(1)8253通道級聯(lián)(2)軟件計數(shù)(定

14、時中斷,軟件累加或遞減)如何讀出當(dāng)前計數(shù)值第1種方法在計數(shù)過程中讀計數(shù)值先鎖存當(dāng)前計數(shù)值，再用兩條輸入指令將16位計數(shù)值讀入。第2種方法停止計數(shù)器再讀用GATE信號使計數(shù)器停止，再規(guī)定RL1和RL0的讀寫格式，然后讀入。308253通道級聯(lián)8253OUT1GATE1CLK1OUT0GATE0CLK0+5V+5V1MHz1KHz1Hz前級輸出OUT聯(lián)至下一級CLK最大計數(shù)=65536*6553631PIT8253小結(jié)：BIN/BCD計數(shù)器/定時器包含3個16位計數(shù)器通道4個編址部件：CNT0/1/2和控制寄存器每個計數(shù)器通道工作前必須初始化：控制字和計數(shù)初值6種工作方式每種工作方式：啟動方式、輸

15、出波形、是否可重復(fù)計數(shù)等各不相同OUT輸出Gate控制CLK輸入控制字 CW計數(shù)初值CounterA0、A1譯碼-00、01、10計數(shù)器0、1、2 -11控制字寄存器（共用、8253控制字不能讀回,8254可讀）32方式 0 與方式 4 的比較（軟件控制） 相同點都是軟觸發(fā)，無自動重裝入能力寫入控制字及初值后，若GATE=H，計數(shù)器開始減計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器 = 0 時，OUT改變電平狀態(tài)不同點 方式 0 在計數(shù)期間 OUT = L，計數(shù)結(jié)束 OUT = H方式 4 在計數(shù)期間OUT=H，計數(shù)結(jié)束OUT=負(fù)脈沖OUT OUT33方式 1 與方式 5 的比較（硬件觸發(fā)） 相同點寫入控制字及初值后，若 GATE 輸入上升沿脈沖觸發(fā)，計數(shù)器開始減計數(shù), 當(dāng)計數(shù)器= 0時, OUT改變電平狀態(tài)不同點 方式 1 在計數(shù)期間 OUT = L，計數(shù)結(jié)束OUT = H方式 5 在計數(shù)期間OUT=H，計數(shù)結(jié)束OUT=負(fù)脈沖計數(shù)期間GATEOUT計數(shù)期間GATEOUT34方式 2 與方式 3 的比較（波形輸出） 相同點均輸出連續(xù)周期波形，預(yù)置初值可自動重裝入 不同點方式 2