第八章 定時(shí)器.ppt

1、1,第八章 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器電路,8.1 計(jì)算機(jī)中的定時(shí)和計(jì)數(shù) 8.2 可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯便8254 8.3 8254在PC系列機(jī)定時(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用,2,8.1 計(jì)算機(jī)中的定時(shí)和計(jì)數(shù),定時(shí)/延時(shí)控制的基本方法：,軟件定時(shí),不可編程硬件定時(shí),可編程硬件定時(shí),定時(shí)電路是任何計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中必不可少的 基本電路,3,8.1 計(jì)算機(jī)中的定時(shí)和計(jì)數(shù),可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器典型結(jié)構(gòu)：,4,可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的主要用途：, 以均勻分布的時(shí)間間隔中斷分時(shí)操作系統(tǒng)，以便切換程序；, 向I/O設(shè)備輸出周期可控的定時(shí)信號(hào)；, 用作可編程波特率發(fā)生器；, 檢測(cè)外部事件發(fā)生的頻率或周期；, 統(tǒng)計(jì)外部某過(guò)程中某一事件發(fā)生的次

2、數(shù)；, 作為向CPU的定時(shí)或定次數(shù)中斷源；,8.1 計(jì)算機(jī)中的定時(shí)和計(jì)數(shù),5,8.2 可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片8254/8253,8.2.2 8254內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳信號(hào),8.2.4 8254的工作方式,8.2.5 應(yīng)用編程,8.2.3 內(nèi)部端口尋址,8.2.1 基本功能,6,8.2 可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片8254/8253,8.2.1 基本功能 8254具有以下基本功能： (1) 有3個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器通道。 (2) 每個(gè)計(jì)數(shù)器可按二進(jìn)制或十進(jìn)制(BCD)計(jì)數(shù)。 (3) 每個(gè)計(jì)數(shù)器可工作于6種不同工作方式。 (3) 每個(gè)計(jì)數(shù)器允許的最高計(jì)數(shù)頻率為10MHz (8253為2MHz)。 (5)

3、 有讀回命令(8253沒(méi)有)，可以讀出當(dāng)前計(jì)數(shù) 單元的內(nèi)容和狀態(tài)寄存器內(nèi)容。,7,8.2.2 8254內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳信號(hào),與微機(jī)相連的引腳。 接口特性與8259和各類(lèi)存儲(chǔ)器芯片類(lèi)似。,與外部相連的引腳，取決于工作方式,8.2 可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片8254/8253,8,8.2.2 8254內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳信號(hào),3個(gè)功能獨(dú)立的計(jì)數(shù)器通道既可用作計(jì)數(shù)器，又可用作定時(shí)器，差別在于：, 作計(jì)數(shù)器用時(shí)，對(duì)CLKi端輸入的計(jì)數(shù)脈沖（間隔不 一定相同）作減1計(jì)數(shù)。, 作定時(shí)器用時(shí)，對(duì)周期一定的時(shí)鐘脈沖作減1計(jì)數(shù)。,9,8.2.3 內(nèi)部端口尋址,8.2 可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片8254/8253,10,8.

4、2.4 8254的工作方式,8254中各計(jì)數(shù)器通道均有6種工作方式可供選擇:,方式0 計(jì)數(shù)結(jié)束中斷方式,方式1 硬件可重觸發(fā)單穩(wěn)方式,方式2 速率波發(fā)生器方式,方式3 方波方式,方式4 軟件觸發(fā)選通方式,方式5 硬件觸發(fā)選通方式,理解6種工作方式的要點(diǎn):,門(mén)控信號(hào)GATE的功能,輸出信號(hào)OUT的波形,計(jì)數(shù)初值的設(shè)置及啟動(dòng)計(jì)數(shù)的條件,8.2 可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片8254/8253,11,8.2.4 8254的工作方式,計(jì)數(shù)結(jié)束中斷方式，OUT輸出波形如下：,基本功能,工作特點(diǎn),計(jì)數(shù)由軟件啟動(dòng)，每次寫(xiě)入計(jì)數(shù)初值，只啟動(dòng)一次計(jì)數(shù)。,CPU寫(xiě)計(jì)數(shù)初值到CR后，CR內(nèi)容并不立即裝入CE，而是在其后的

5、下一個(gè)CLK脈沖下降沿才將CR內(nèi)容裝入CE，對(duì)該CLK脈沖不計(jì)數(shù)。(方式15相同),計(jì)數(shù)過(guò)程中，如果GATE=0則暫停計(jì)數(shù)，直到GATE=1后再接著計(jì)數(shù)。,計(jì)數(shù)過(guò)程中寫(xiě)入新的計(jì)數(shù)初值，從寫(xiě)入后下一個(gè)時(shí)鐘脈沖開(kāi)始，以新的初值計(jì)數(shù)。,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,12,8.2.4 8254的工作方式,定時(shí)波形,正常計(jì)數(shù)過(guò)程,門(mén)控信號(hào)的作用,改變計(jì)數(shù)初值,停止計(jì)數(shù),接著計(jì)數(shù)值,下一脈沖影響計(jì)數(shù),1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,13,8.2.4 8254的工作方式,方式0的應(yīng)用,外部事件計(jì)數(shù),測(cè)脈沖寬度,1.方式0 2.

6、方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,頻率計(jì),14,方式1是硬件可重觸發(fā)單穩(wěn)方式。計(jì)數(shù)器相當(dāng)于一個(gè)可編程的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。,基本功能,工作特點(diǎn),GATE上升沿啟動(dòng)計(jì)數(shù),可重觸發(fā),8.2.4 8254的工作方式,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,15,方式1定時(shí)波形,方式1應(yīng)用:,實(shí)時(shí)監(jiān)控器(看門(mén)狗電路),正常計(jì)數(shù)過(guò)程,計(jì)數(shù)過(guò)程可重觸發(fā),改變計(jì)數(shù)初值的影響,8.2.4 8254的工作方式,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,啟動(dòng)計(jì)數(shù),重裝計(jì)數(shù)值,影響計(jì)數(shù),16,基本功能：,工作特點(diǎn)：,自動(dòng)重復(fù)計(jì)數(shù)。,可由

7、軟件通過(guò)寫(xiě)計(jì)數(shù)初值啟動(dòng),也可由GATE上升沿啟動(dòng)。,GATE變低電平時(shí)停止計(jì)數(shù);而當(dāng)GATE由低重新變高時(shí),重新由初值開(kāi)始計(jì)數(shù)。,8.2.4 8254的工作方式,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,方式2是速率波發(fā)生器方式。 OUT端輸出一周期性負(fù)脈沖序列：,17,方式2定時(shí)波形：,方式2應(yīng)用,正常計(jì)數(shù)過(guò)程,門(mén)控信號(hào)的作用,改變計(jì)數(shù)初值的影響,8.2.4 8254的工作方式,重裝計(jì)數(shù)值,下一周期影響計(jì)數(shù),1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,停止計(jì)數(shù),18,方式是方波方式。OUT輸出的是方波或近似方波信號(hào)：,基本功能：,工作

8、特點(diǎn)：,若計(jì)數(shù)初值n為偶數(shù)，OUT輸出周期為n個(gè)CLK周期的標(biāo)準(zhǔn)方波。,8.2.4 8254的工作方式,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,若n為奇數(shù)，OUT端得到的是近似方波；,GATE變低電平時(shí)停止計(jì)數(shù);而當(dāng)GATE由低重新變高時(shí),重新由初值開(kāi)始計(jì)數(shù)。,19,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,方式3定時(shí)波形,方式3應(yīng)用,波特率發(fā)生器,初值為偶數(shù)的計(jì)數(shù),8.2.4 8254的工作方式,初值為奇數(shù)的計(jì)數(shù),GATE的影響,標(biāo)準(zhǔn)方波,近似方波,重裝計(jì)數(shù)值,停止計(jì)數(shù),20,方式4是軟件觸發(fā)選通方式。,基本功能：,工作特點(diǎn)：,計(jì)

9、數(shù)過(guò)程中若GATE變低，則停止計(jì)數(shù)，直到GATE恢復(fù)到高時(shí)，重新從初值開(kāi)始減1計(jì)數(shù)。,計(jì)數(shù)過(guò)程中若改變(重寫(xiě))計(jì)數(shù)初值，將從改變之后的下個(gè)CLK脈沖起，按新初值重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。,軟件裝入的計(jì)數(shù)初值只一次有效。,8.2.4 8254的工作方式,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,方式4 與方式0的功能很相似，主要差別是計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，在OUT端產(chǎn)生的是一個(gè)寬度為1個(gè)CLK周期的負(fù)選通脈沖。,21,方式4定時(shí)波形,8.2.4 8254的工作方式,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,正常計(jì)數(shù),GATE的影響,改變初值的影響,計(jì)數(shù)結(jié)束，

10、輸出負(fù)脈沖,停止計(jì)數(shù),下一時(shí)鐘影響計(jì)數(shù),重新計(jì)數(shù),22,方式5是硬件觸發(fā)選通方式。,基本功能：,工作特點(diǎn)：,硬件觸發(fā)啟動(dòng)計(jì)數(shù)；,當(dāng)計(jì)數(shù)值計(jì)到0后，自動(dòng)重新裝入初值n，但并不開(kāi)始計(jì)數(shù)，而是待GATE端出現(xiàn)新的上升沿后才重新作減1計(jì)數(shù)。,8.2.4 8254的工作方式,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,方式5與方式1很類(lèi)似，也是由硬件觸發(fā)啟動(dòng)計(jì)數(shù)，差別在于OUT端產(chǎn)生的是一個(gè)寬度為1個(gè)CLK周期的負(fù)選通脈沖。,23,方式5定時(shí)波形,8.2.4 8254的工作方式,1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5,硬件觸發(fā),啟動(dòng)計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)過(guò)

11、程改變初值不影響計(jì)數(shù),硬件觸發(fā)，以新初值計(jì)數(shù),輸出負(fù)脈沖,24,與其他可編程芯片一樣，為了使用8254，必須通過(guò)讀/寫(xiě)操作對(duì)它編程。包括：,8.2.5 應(yīng)用編程,工作之前寫(xiě)入控制字，以確定每個(gè)計(jì) 數(shù)器通道的工作方式； (2)工作之前寫(xiě)入每個(gè)計(jì)數(shù)器通道的計(jì)數(shù) 初值； (3)工作過(guò)程中改變某通道的計(jì)數(shù)初值； (4)寫(xiě)入命令字，以讀出某一時(shí)刻某一通 道的CE內(nèi)容或狀態(tài)寄存器內(nèi)容。,25,1.各種控制字、命令字和狀態(tài)字格式,(1)控制字 (2)命令字 (3)狀態(tài)字,8254控制字格式:,26,鎖存命令字(8253和8254均有)： 用來(lái)將當(dāng)前的CE內(nèi)容鎖存到輸出鎖存器OL，以供CPU讀出。,命令字有鎖

12、存命令字和讀回命令字,(1)控制字 (2)命令字 (3)狀態(tài)字,1.各種控制字、命令字和狀態(tài)字格式,27,讀回命令字(8254特有) 用于將計(jì)數(shù)器通道的CE當(dāng)前內(nèi)容鎖存入OL或?qū)顟B(tài)寄存器內(nèi)容鎖存入狀態(tài)鎖存器。,(1)控制字 (2)命令字 (3)狀態(tài)字,1.各種控制字、命令字和狀態(tài)字格式,28,8254每個(gè)計(jì)數(shù)器通道對(duì)應(yīng)有一個(gè)狀態(tài)寄存器和一個(gè)狀態(tài)鎖存器。,(1)控制字 (2)命令字 (3)狀態(tài)字,1.各種控制字、命令字和狀態(tài)字格式,29,讀當(dāng)前計(jì)數(shù)值/狀態(tài)字的方法和原則：,(1) 要讀當(dāng)前計(jì)數(shù)值或當(dāng)前狀態(tài)，必須先寫(xiě)讀回命令，再讀OL或SL。,(2) 對(duì)同一通道的計(jì)數(shù)器或狀態(tài)寄存器發(fā)多次讀回命令

13、，但每次未立即讀取CE或SR，則只有第一次讀回命令引起的鎖存操作是有效的，以后讀出的值或狀態(tài)僅是第一次讀回命令鎖存的結(jié)果。,(3) 若讀回命令同時(shí)或先后鎖存了同一通道的計(jì)數(shù)值和狀態(tài)，則對(duì)該通道第一次讀出的結(jié)果一定是狀態(tài)字（8位），隨后的一次或兩次讀出的才是計(jì)數(shù)值（一次還是兩次，取決于初始化時(shí)控制字確定的計(jì)數(shù)值字節(jié)數(shù)）。,1.各種控制字、命令字和狀態(tài)字格式,30,讀回命令舉例,命 令,命令作用,執(zhí)行結(jié)果,次序,D7D6D5D4D3D2D1D0,1,2,3,4,5,6,1 1 0 0 0 0 1 0,1 1 1 0 0 1 0 0,1 1 1 0 1 1 0 0,1 1 0 1 1 0 0 0,1

14、 1 0 0 0 1 0 0,1 1 1 0 0 0 1 0,讀回通道0的計(jì)數(shù)值和狀態(tài),讀回通道1的狀態(tài),讀回通道2、1的狀態(tài),讀回通道2的計(jì)數(shù)值,讀回通道1的計(jì)數(shù) 值和狀態(tài),讀回通道0的狀態(tài),鎖存通道0的計(jì)數(shù)值 和狀態(tài),鎖存通道1的狀態(tài),鎖存通道2的狀態(tài)，但對(duì)通道1無(wú)效,鎖存通道2的計(jì)數(shù)值,鎖存通道1的計(jì)數(shù)值，但對(duì)狀態(tài)無(wú)效,命令無(wú)效，通道0的狀態(tài)早已鎖存,8.2.5 應(yīng)用編程,31,2. 8254的編程方法及舉例,初始化編程必須在8254/8253工作之前進(jìn)行;,對(duì)每個(gè)用到的通道都要初始化：先向控制寄存器（端口3）寫(xiě)入方式控制字，再以通道地址（端口0，1或2）向CR寫(xiě)入計(jì)數(shù)初值。,如在工作過(guò)

15、程中需要讀取某通道的當(dāng)前狀態(tài)或當(dāng)前CE值，應(yīng)先向控制寄存器（端口3）寫(xiě)讀回命令，再?gòu)脑撏ǖ溃ǘ丝?，1或2）讀出相應(yīng)鎖存器內(nèi)容。,8.2.5 應(yīng)用編程,(1) 編程說(shuō)明,32,（2）編程舉例,例1. 在8086系統(tǒng)中，用8254構(gòu)成定時(shí)、計(jì)數(shù)與脈沖發(fā)生器,系統(tǒng)功能,利用通道0完成對(duì)外部事件計(jì)數(shù)功 能,計(jì)滿(mǎn)100次向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求。,利用通道1產(chǎn)生頻率為1kHZ的方波。,利用通道2作1s標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘。,8.2.5 應(yīng)用編程,33,系統(tǒng)的硬件連接：,8.2.5 應(yīng)用編程,1s,34,初始化編程,STT：MOV DX，port3 ；定義通道0工作于方式0, MOV AL，10H ; 按二進(jìn)制計(jì)數(shù) OU

16、T DX，AL MOV DX，port0 ；給通道0送計(jì)數(shù)初值100 MOV AL，64H OUT DX，AL,8259A的初始化編程,8254的初始化編程,8.2.5 應(yīng)用編程,35,初始化程序：(續(xù)）,MOV DX，port3 ；定義通道1為方式3 MOV AL，76H ；按二進(jìn)制計(jì)數(shù) OUT DX，AL MOV DX，port1 ；給通道1送計(jì)數(shù)初值2500 MOV AX，09C4H OUT DX，AL ；先送低字節(jié)（C4H） MOV AL，AH OUT DX，AL ；再送高字節(jié)（09H） MOV DX，port3 ；定義通道2為方式3 MOV AL，0B7H ；按十進(jìn)制計(jì)數(shù) OUT D

17、X，AL MOV DX，port2 ；給通道2送計(jì)數(shù)初值1000 MOV AX，1000H OUT DX，AL ；先送低字節(jié)（00H） MOV AL，AH OUT DX，AL ；再送高字節(jié)（10H）,8.2.5 應(yīng)用編程,36,MOV DX, 8259A”0”口 ；對(duì)8259A初始化 MOV AL, 13H ; 寫(xiě)ICW1 OUT DX, AL MOV DX, 8259A”1”口 MOV AL, 50H ; 寫(xiě)ICW2 ,定義8254通道0和2的 OUT DX, AL ; 中斷類(lèi)型碼分別為50H和52H MOV AL, 03 ; 寫(xiě)ICW4,自動(dòng)AEOI OUT DX, AL MOV AL,

18、0FAH ; 寫(xiě)OCW1 OUT DX, AL STI : ;,(續(xù)）,37,例2.用8254設(shè)計(jì)一個(gè)智能化頻率計(jì)。,設(shè)計(jì)思想,利用通道0產(chǎn)生定時(shí)（檢測(cè)）信號(hào),利用通道1對(duì)外部脈沖計(jì)數(shù),設(shè)計(jì)數(shù)初值為0。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，讀出通道1計(jì)數(shù)值N，則脈沖頻率為：,測(cè)量原理,8.2.5 應(yīng)用編程,38,硬件電路,驅(qū)動(dòng)程序,中斷采集程序:讀N,求頻率。,8.2.5 應(yīng)用編程,39,例3. 在某啤酒包裝流水線中，一個(gè)包裝箱能裝入24罐，希望每通過(guò)24罐，流水線要停2s，等待裝箱完畢，然后繼續(xù)裝箱。試?yán)靡黄?254，完成包裝流水線控制中的定時(shí)和計(jì)數(shù)功能。,設(shè)計(jì)思想,用1個(gè)通道作計(jì)數(shù)器，用作24罐計(jì)數(shù),用另1個(gè)

19、通道作定時(shí)器，產(chǎn)生2S定時(shí)信號(hào),定時(shí)控制原理,用定時(shí)結(jié)束信號(hào)重新啟動(dòng)流水線,用計(jì)數(shù)結(jié)束信號(hào)啟動(dòng)2S定時(shí)，并使流水線暫停,8.2.5 應(yīng)用編程,40,硬件電路,驅(qū)動(dòng)程序(初始化）,8.2.5 應(yīng)用編程,方式2,方式1,41,8.3 8254在PC系列機(jī)定時(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用,PC系列機(jī)定時(shí)系統(tǒng)包括兩部分：,CPU內(nèi)部控制時(shí)序產(chǎn)生電路：主要用于內(nèi)部指令執(zhí)行過(guò)程。,I/O接口芯片的定時(shí)產(chǎn)生電路：由8254負(fù)責(zé)。以PC/AT機(jī)為例：,日歷時(shí)鐘由通道0完成,DRAM刷新由通道1完成,音頻信號(hào)產(chǎn)生（驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器)由通道2完成,42,8.3 8254在PC系列機(jī)定時(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用,8254各通道在AT定時(shí)系統(tǒng)中的作用

20、及信號(hào)規(guī)定,43,PC/AT機(jī)定時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,8.3 8254在PC系列機(jī)定時(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用,44,8254三個(gè)通道在PC/AT機(jī)中的使用原理,通道0：工作于方式3，計(jì)數(shù)初值為0（即65536）。用作實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，每輸出一個(gè)方波，產(chǎn)生一次0級(jí)中斷，調(diào)用INT 8H一次。,INT 8H中斷服務(wù)程序的功能：,完成日歷時(shí)鐘計(jì)時(shí)；,實(shí)現(xiàn)軟驅(qū)馬達(dá)開(kāi)啟時(shí)間管理,使其開(kāi)啟一段時(shí)間完成數(shù)據(jù)存取操作后，自動(dòng)延時(shí)關(guān)停；,進(jìn)行INT 1CH軟中斷調(diào)用，為用戶(hù)提供可用的定時(shí)操作服務(wù)程序入口。,8.3 8254在PC系列機(jī)定時(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用,45,通道1：工作于方式2，計(jì)數(shù)初值為18（即0012H）。每隔15.08s產(chǎn)生一負(fù)脈沖，用作DRAM刷新時(shí)的定時(shí)控制。,通道2：工作于方式3，計(jì)數(shù)初值為0533H輸出頻率約為900HZ的方波，為揚(yáng)聲器發(fā)聲提供音頻信號(hào)。,軟件控制發(fā)聲：CPU控制8255A的PB1（即端口61H的D1位）的電平變化使揚(yáng)聲器發(fā)聲。這時(shí)需要將8254的OUT2置于高電平，以允許來(lái)自PB1的音頻信號(hào)通過(guò)與門(mén)。,硬件控制發(fā)聲：利用8254通道2工作于方式3輸出音頻信號(hào)來(lái)使揚(yáng)聲器發(fā)聲。這是AT機(jī)定時(shí)系統(tǒng)提供的一項(xiàng)基本功能。改變其計(jì)數(shù)初值，可改變發(fā)音聲調(diào)。,8.3 8254在PC系列機(jī)定時(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用,46