微机原理第八章幻灯片.ppt

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1、微机原理第八章1第1页，共57页，编辑于2022年，星期六8.2 可编程定时/计数器8253掌握:引线功能及计数启动方法6种工作方式及其输出波形8253的使用:芯片与系统的连接芯片与系统的连接芯片的初始化编程芯片的初始化编程2第2页，共57页，编辑于2022年，星期六定时定时/计数器的用途计数器的用途可以实现定时与计数两个功能，可用于可以实现定时与计数两个功能，可用于系统时钟系统时钟DRAM刷新定时刷新定时定时采样定时采样实时控制实时控制脉冲的计数脉冲的计数。3第3页，共57页，编辑于2022年，星期六如何实现定时？软件方法：用一段程序实现延时 利用利用程序循环程序循环延迟指定的时间延迟指定的

2、时间 缺点：缺点：CPUCPU占用率？延时精度？兼容？占用率？延时精度？兼容？硬件方法：定时/计数器电路 利用利用脉冲计数脉冲计数在设定的时间输出定时信号在设定的时间输出定时信号 8253是一种硬件定时是一种硬件定时/计数器芯片计数器芯片4第4页，共57页，编辑于2022年，星期六一、外部引线及内部结构8253概貌3个16位的定时/计数器（通道）24引脚双列直插式最高计数频率2MHzTTL电平兼容单电源+5V供电5第5页，共57页，编辑于2022年，星期六8253的管脚分配的管脚分配通道管脚数据线通道选择控制线6第6页，共57页，编辑于2022年，星期六外部引线及内部结构DBD7-D08253

3、A1A0WRRDCS通道通道2通道通道1通道通道0CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK1GATE1OUT1A2A1WRRD片选信号片选信号7第7页，共57页，编辑于2022年，星期六外部引线及内部结构连接连接系统端的主要引线：的主要引线：D7D0CSRDWRA1，A0 用于选择四个编址部件之一A1 A0 选选 择择0 0 计数通道计数通道00 1 计数通道计数通道11 0 计数通道计数通道21 1 控制寄存器控制寄存器8第8页，共57页，编辑于2022年，星期六外部引线及内部结构计数通道的主要引线的主要引线（每通道均相同）：CLKn 时钟脉冲输入，计数器的计时基准。GAT

4、En 门控信号输入，控制计数器的启停。OUTn 计数器输出信号，不同工作方式下 产生不同波形。（n=02）9第9页，共57页，编辑于2022年，星期六8253的内部结构数据总线缓冲器 读写控制电路 通道控制寄存器 计数通道 10第10页，共57页，编辑于2022年，星期六编程结构程序员的观点计数器(3个)包括控制寄存器 存放控制命令字（只写）占用4个地址 3个计数器，1个控制寄存器16位初值寄存器位初值寄存器16位计数寄存器位计数寄存器（减法计数器）（减法计数器）11第11页，共57页，编辑于2022年，星期六定时/计数的工作过程1.设置设置8253的工作方式的工作方式2.设置计数初值到初值寄

5、存器设置计数初值到初值寄存器3.第一个第一个CLK信号使初值寄存器的内容置入信号使初值寄存器的内容置入 计数寄存器计数寄存器4.以后每来一个以后每来一个CLK信号，计数寄存器减信号，计数寄存器减15.减到减到0时，时，OUT端输出一特殊波形的信号端输出一特殊波形的信号注：以上计数过程中还受到注：以上计数过程中还受到GATE信号的控制信号的控制12第12页，共57页，编辑于2022年，星期六二、计数启动方式软件启动过程硬件启动过程GATE端保持为高电平端保持为高电平写入计数初值写入计数初值后的第后的第2个个 CLK脉脉冲的下降沿开始计数冲的下降沿开始计数GATE端有一个上升沿端有一个上升沿对应对

6、应CLK脉冲的下降沿开始计数脉冲的下降沿开始计数程序指令启动程序指令启动软件启动软件启动外部电路信号启动外部电路信号启动硬件启动硬件启动13第13页，共57页，编辑于2022年，星期六三、工作方式方式0计数结束中断方式1可重复触发的单稳态触发器方式2频率发生器方式3方波发生器方式4软件触发选通方式5硬件触发选通14第14页，共57页，编辑于2022年，星期六各种工作方式特点方式方式0（计数结束中断）（计数结束中断）计数过程中，GATE端应保持高电平。每写入一次初值计数一个周期，然后停止计数。OUT端输出是一个约(N+1)TCLK宽度的负脉冲。计数过程中可随时修改初值重新开始计数。15第15页，

7、共57页，编辑于2022年，星期六方式方式0计数结束中断方式计数结束中断方式工作方式工作方式0有如下特点：有如下特点：a、门控信号、门控信号GATE必须为必须为1，计数器才能计数；，计数器才能计数；b、计数时通道输出端、计数时通道输出端OUT一直为一直为0；c、通道计数器计数到、通道计数器计数到0后，后，OUT由由0到到1，同时计数器停止工作。，同时计数器停止工作。16第16页，共57页，编辑于2022年，星期六各种工作方式特点方式1（单稳态触发器）门控信号GATE端的跳变触发计数，可重复触发。若下一次GATE上升沿提前到达，则OUT端负脉冲拉宽为两次计数过程之和。计数过程中写入新初值不影响本

8、次计数。17第17页，共57页，编辑于2022年，星期六方式方式1 1可编程序的单独负脉冲可编程序的单独负脉冲 方式方式1 1工作过程如下：工作过程如下：a a、门门控控信信号号GATEGATE是是触触发发信信号号，上上升升沿沿有有效效。即即开开始始计计数数是是由由GATEGATE的的上上升沿触发的；升沿触发的；b b、触发后，通道计数器开始计数，输出端触发后，通道计数器开始计数，输出端OUTOUT由高变低；由高变低；c c、计数器计数到计数器计数到0 0，OUTOUT再由低变高。再由低变高。18第18页，共57页，编辑于2022年，星期六各种工作方式特点方式方式2（频率发生器）（频率发生器）

9、GATE为计数的控制信号：GATE变低计数停止，再变高时的下一个CLK下降沿，从初值开始重新计数。每个计数周期结束时（减到1时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。计数过程自动重复进行。计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。19第19页，共57页，编辑于2022年，星期六方式方式2 2频率发生器频率发生器方式方式2的特点如下：的特点如下：a、GATE门门为为1，计计数数器器才才能能工工作作，对对CLK端端上上的的脉脉冲冲进进行计数；行计数；b、当当计计数数器器“减减”计计数数到到1时时，输输出出端端由由高高变变低低，再再经经过过一一个个CLK周周期期，即即计计数数器器计计数数到到0时时，输

10、输出出端端OUT又又跳跳变变为为高高。所所以以方方式式2输输出出周周期期性性负负脉脉冲冲信信号号，其其宽宽度度固定为一个固定为一个CLK周期；周期；c、当当计计数数器器的的值值减减为为0时时，自自动动重重新新装装入入计计数数初初值值，实实现现循环计数。循环计数。20第20页，共57页，编辑于2022年，星期六21第21页，共57页，编辑于2022年，星期六各种工作方式特点方式3（方波发生器）OUT输出方波，前半周期为高，后半周期为低。计数过程中修改初值不影响本半轮计数过程。其余的与方式2 类似。22第22页，共57页，编辑于2022年，星期六方式方式3 3方波发生器方波发生器 方式方式2 2虽

11、然可以作分频电路，但其输出虽然可以作分频电路，但其输出是窄脉冲，如果是方波，就只有选方式是窄脉冲，如果是方波，就只有选方式3 3 23第23页，共57页，编辑于2022年，星期六各种工作方式特点方式方式4 4（软件触发选通）（软件触发选通）计数过程中，GATE端应保持高电平。每写入一次初值，计数一个周期，然后停止计数。每个计数周期结束时（减到0时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。24第24页，共57页，编辑于2022年，星期六方式方式4 4软件触发方式软件触发方式方式方式4在工作过程中有以下特点：在工作过程中有以下特点：a、门门控控信信号号GATE

12、为为高高电电平平，计计数数器器开开始始减减1计计数数，OUT维维持高电平；持高电平；b、当当计计数数器器减减到到0，输输出出端端OUT变变低低，再再经经过过一一个个CLK输入时钟周期，输入时钟周期，OUT输出又变高。输出又变高。25第25页，共57页，编辑于2022年，星期六方式方式4软件触发方式软件触发方式26第26页，共57页，编辑于2022年，星期六各种工作方式特点方式5（硬件触发选通）写入初值时，GATE端应保持低电平。GATE每出现一次正脉冲，计数一个周期，然后停止计数。每个计数周期结束时（减到0时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。27第

13、27页，共57页，编辑于2022年，星期六方式方式5 5硬件触发方式硬件触发方式 这种工作方式同方式这种工作方式同方式4 4很相似，当控制字很相似，当控制字写入控制寄存器后，输出端写入控制寄存器后，输出端OUTOUT变高。同方变高。同方式式4 4不同的一点是当计数值写入通道计数器不同的一点是当计数值写入通道计数器后，通道并未被触发，也就是计数器并不立后，通道并未被触发，也就是计数器并不立即开始计数。只有当即开始计数。只有当GATEGATE信号的上升沿触发信号的上升沿触发通道后，通道计数器才开始计数。通道后，通道计数器才开始计数。28第28页，共57页，编辑于2022年，星期六方式方式5 5硬件

14、触发方式硬件触发方式29第29页，共57页，编辑于2022年，星期六与频率发生器有关的工作方式与频率发生器有关的工作方式82538253有两种方式与频率发生器有关，即方式有两种方式与频率发生器有关，即方式2 2和发生和发生3 3，对对OUTOUT端，方式端，方式2 2提供给用户的是负脉冲，方式提供给用户的是负脉冲，方式3 3提供给提供给用户的是方波。在这个两种方式下，用户的是方波。在这个两种方式下，GATEGATE信号要始终保信号要始终保持为高。持为高。30第30页，共57页，编辑于2022年，星期六与计数器有关的工作方式与计数器有关的工作方式对于计数器类，有方式对于计数器类，有方式0 0、1

15、 1和方式和方式4 4、5 5。启动计数器的方。启动计数器的方式有两种，一种是式有两种，一种是CPUCPU把时间常数写入相应通道后，计数器把时间常数写入相应通道后，计数器就开始工作，我们可以称之为软件启动方式，在这种启就开始工作，我们可以称之为软件启动方式，在这种启动方式下，动方式下，GATEGATE要始终保持为高电平，所以方式要始终保持为高电平，所以方式0 0和方式和方式4 4可可以称为软件启动方式。另一种是硬件启动计数器，即以称为软件启动方式。另一种是硬件启动计数器，即CPUCPU把时把时间常数写入计数器后，即使间常数写入计数器后，即使GATEGATE为高电平，计数器并不工作。为高电平，计

16、数器并不工作。只有只有GATEGATE发生跳变，其上升沿启动计数器工作，所以方式发生跳变，其上升沿启动计数器工作，所以方式1 1和方和方式式5 5就可以称为硬件启动方式。计数器溢出时，就可以称为硬件启动方式。计数器溢出时，OUTOUT有两种有两种输出形式，要么是电平，要么是负脉冲。前者有方式输出形式，要么是电平，要么是负脉冲。前者有方式0 0方式方式1 1，后者有方式后者有方式4 4和方式和方式5 5。31第31页，共57页，编辑于2022年，星期六四、控制字用于确定各计数器的工作方式。8253必须先必须先初始化初始化才能正常工作。每个计数器都必须初始化一次。CPU通过OUTOUT指令把控制字

17、写入控制寄存器。32第32页，共57页，编辑于2022年，星期六 8253只有一个控制字，8253的一个方式控制字只决定一个计数通道的工作模式。8253的控制字格式如图所示。共分为4部分，通道选择、计数器读/写方式、工作方式和计数码的选择。33第33页，共57页，编辑于2022年，星期六在8253的初始化编程中，由CPU向8253的控制字寄存器写入一个控制字，它规定了8253的工作方式。其格式如图所示。34第34页，共57页，编辑于2022年，星期六35第35页，共57页，编辑于2022年，星期六（1）计数器选择（D7D6）。控制字的最高两位决定这个控制字是哪一个计数器的控制字。（2）数据读/

18、写格式（D5D4）。CPU向计数器写入初值和读取它们的当前状态时，有几种不同的格式。36第36页，共57页，编辑于2022年，星期六（3）工作方式（D3D2D1）。8253的每个计数器可以有6种不同的工作方式，由这三位决定。每一种方式的特点（4）数制选择（D0）。8253的每个计数器有两种计数制：二进制计数和BCD码计数，由这位决定。37第37页，共57页，编辑于2022年，星期六五、8253的应用与系统的连接设置工作方式置计数初值编程编程38第38页，共57页，编辑于2022年，星期六与系统的连接示意图CLKGATEOUTD0D7WRRDA1A0CSDBWRRDA2A1译码器译码器高位地址高

19、位地址A15-A38253共三组共三组82538253占用占用占用占用4 4个接口个接口个接口个接口地址：地址：地址：地址：计数器计数器计数器计数器0 0 计数器计数器计数器计数器1 1 计数器计数器计数器计数器2 2 控制寄存器控制寄存器控制寄存器控制寄存器(决定决定决定决定82538253的基地址的基地址的基地址的基地址)39第39页，共57页，编辑于2022年，星期六初始化程序流程写控制字写控制字写计数值低写计数值低8位位写计数值高写计数值高8位位*非必须非必须写入顺序：写入顺序：可按计数器分别写入可按计数器分别写入控制字和初值。控制字和初值。也可先写所有计数器也可先写所有计数器控制字，

20、再写入它们控制字，再写入它们的初值的初值40第40页，共57页，编辑于2022年，星期六8253应用举例采用8253作定时/计数器，其接口地址为0120H0126H。输入8253的时钟频率为2MHz。计数器0:每10ms输出1个CLK脉冲宽的负脉冲.计数器1:产生10KHz的连续方波信号 计数器2:启动计数5ms后OUT输出高电平。画线路连接图，并编写初始化程序。41第41页，共57页，编辑于2022年，星期六8253应用举例（续）确定计数初值：CNT0：10ms/0.5us =20000 CNT1：2MHz/10KHz=200 CNT2：5ms/0.5us =10000确定控制字：CNT0：

21、方式2，16位计数值 00 11 010 0 CNT1：方式3，低8位计数值 01 01 011 0 CNT2：方式0，16位计数值 10 11 000 042第42页，共57页，编辑于2022年，星期六8253应用举例（续）CLK0GATE0OUT1D0D7WRRDA1A0CSDBWRRDA2A1译码器译码器8253CLK2GATE1GATE2+5VCLK12MHzOUT0OUT2？线路连接图：线路连接图：43第43页，共57页，编辑于2022年，星期六8253应用举例 初始化程序初始化程序CNT0：MOV DX,0126HMOV AL,34HOUT DX,ALMOV DX,0120HMOV

22、 AX,20000OUT DX,ALMOVAL,AHOUTDX,ALCNT1：CNT2：44第44页，共57页，编辑于2022年，星期六*如何读出当前计数值如何读出当前计数值第1种方法在计数过程中读计数值先锁存当前计数值，再用两条输入指令将16位计数值读出。第2种方法停止计数器再读用GATE信号使计数器停止，再规定RL1和RL0的读写格式，然后读出。45第45页，共57页，编辑于2022年，星期六*扩展定时/计数范围 当定时长度不够时，可把2个或3个计数通道串联起来使用，甚至可把多个8253串联起来使用。例如：CLK频率为1MHz，要求在OUT1端产生频率1Hz的脉冲。这时可将计数器0、1串联

23、，工作方式都均为方式3，计数初值均为1000。连接方法见下页。46第46页，共57页，编辑于2022年，星期六扩展定时/计数范围1MHz1KHz1Hz47第47页，共57页，编辑于2022年，星期六六、六、8253应用举例应用举例 例例1 1：现现有一个高精密晶体振有一个高精密晶体振荡电荡电路，路，输输出信号是脉冲波，出信号是脉冲波，频频率率为为1MHz1MHz。要求利用。要求利用82538253做一个秒信号做一个秒信号发发生器，其生器，其输输出接一出接一发发光二极管，以光二极管，以0.50.5秒点亮，秒点亮，0.50.5秒熄秒熄灭灭的方的方式式闪烁闪烁指示。指示。设设82538253的通道地

24、址的通道地址为为80H80H86H86H（偶地址）（偶地址）48第48页，共57页，编辑于2022年，星期六解：解：1 1、时间常数计算、时间常数计算 这个例子要求用这个例子要求用82538253作一个分频电路，而作一个分频电路，而且其输出应该是方波，否则发光二极管不可且其输出应该是方波，否则发光二极管不可能等间隔闪烁指示。频率为能等间隔闪烁指示。频率为1MHz1MHz信号的周期信号的周期为为1 1微妙，而微妙，而1Hz1Hz信号的周期为信号的周期为1 1秒，所以分秒，所以分频系数频系数N N可按下式进行计算：可按下式进行计算：49第49页，共57页，编辑于2022年，星期六 由于由于8253

25、8253一个通道最大的计数值是一个通道最大的计数值是6553665536，所以对于，所以对于N N10000001000000这样的大数，一个通道是不可能完成上述分这样的大数，一个通道是不可能完成上述分频要求的。由于频要求的。由于 即取两个计数器，采用级联方式。即取两个计数器，采用级联方式。2 2、电路、电路50第50页，共57页，编辑于2022年，星期六3、工作方式选择、工作方式选择由于通道由于通道1 1要输出方波信号推动发光二极管，所以通要输出方波信号推动发光二极管，所以通道道1 1应选工作方式应选工作方式3 3。对于通道。对于通道0 0，只要能起分频作用，只要能起分频作用就行，对输出波形

26、不做要求，所以方式就行，对输出波形不做要求，所以方式2 2和方式和方式3 3都可都可以选用。以选用。这样对于通道这样对于通道0 0，我们取工作方式，我们取工作方式2 2，二进制计数；对于，二进制计数；对于通道通道1 1，我们取工作方式，我们取工作方式3 3，二进制计数（当然也可选，二进制计数（当然也可选BCDBCD计数）计数）51第51页，共57页，编辑于2022年，星期六4、程序、程序MOVAL,00110100B；通道；通道0控制字控制字OUT86H,ALMOVAX,1000；通道；通道0初始计数值初始计数值OUT80H,ALMOVAL,AHOUT80H,ALMOVAL,01110110B

27、；通道；通道1控制字控制字OUT86H,ALMOVAL,0E0H；通道；通道1初始计数值，初始计数值，OUT82H,AL;03E8H=1000BCDMOVAL,03HOUT82H,AL52第52页，共57页，编辑于2022年，星期六例：例：计件系统。计件系统的功能就是记录计件系统。计件系统的功能就是记录 脉冲的个数。脉冲的个数。一个脉冲代表一个事件，比如交通道路检测系统一个脉冲代表一个事件，比如交通道路检测系统中通过检测点的车辆，工业控制系统中流水线上中通过检测点的车辆，工业控制系统中流水线上已加工好的工件。要求在计件过程中，已加工好的工件。要求在计件过程中，PCPC机可以显机可以显示当前计数

28、器的内容，当完成示当前计数器的内容，当完成1000010000个工件记录后，个工件记录后，系统发出系统发出1KHz1KHz信号推动喇叭发音通知用户。信号推动喇叭发音通知用户。53第53页，共57页，编辑于2022年，星期六 解：解：1 1、电路。、电路。需要两个通道，一个作为计数，选用通道需要两个通道，一个作为计数，选用通道0。另一个产。另一个产生生1KHz信号，选用通道信号，选用通道1。工作原理如下，传感器电路把物工作原理如下，传感器电路把物理事件转换为脉冲信号输入到通道理事件转换为脉冲信号输入到通道0 0计数，当记录计数，当记录1000010000个事件个事件后，通道后，通道0 0计数器溢

29、出，计数器溢出，GATEGATE端输出高电平，这时通道端输出高电平，这时通道1 1开开始工作，产生始工作，产生1KHz1KHz信号推动喇叭发音信号推动喇叭发音。54第54页，共57页，编辑于2022年，星期六 2 2、工作方式选择、工作方式选择 对于通道对于通道1 1，由于要产生，由于要产生1KHz信号，故选用工作方信号，故选用工作方 式式3。对于通道。对于通道0，要求初始计数值写入计数通道后，计数器就可，要求初始计数值写入计数通道后，计数器就可以工作，则通道以工作，则通道0的启动方式应是软件启动。另外由于要求计数的启动方式应是软件启动。另外由于要求计数溢出后产生一个信号来启动一个事件，即喇叭

30、发音，故可选的溢出后产生一个信号来启动一个事件，即喇叭发音，故可选的工作方式为方式工作方式为方式0和方式和方式4，对于图所示方案，通道，对于图所示方案，通道1的的GATE信号信号由通道由通道0的的OUT信号产生，这个信号产生，这个OUT信号应该是电平型的，所信号应该是电平型的，所以通道以通道0应选用方式应选用方式0。55第55页，共57页，编辑于2022年，星期六3、时间常数、时间常数 N010004、程序（略）、程序（略）56第56页，共57页，编辑于2022年，星期六8253小结包含3个16位计数器通道4个编址部件：CNT0/1/2和控制寄存器每个计数器通道工作前必须初始化：控制字和计数初值6种工作方式每种工作方式：启动方式、输出波形、是否可重复计数等各不相同57第57页，共57页，编辑于2022年，星期六