武漢大學(xué)易凡第12章.ppt

1、微機(jī)原理與接口技術(shù)易凡 武漢大學(xué)物理學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)系,第八章 計(jì)數(shù)/定時(shí)接口,教學(xué)重點(diǎn),8253/4的引腳和6種工作方式 8253/4的編程 8253/4在IBM PC系列機(jī)上的應(yīng)用,8.1 定時(shí)器和計(jì)數(shù)器,定時(shí)器 由數(shù)字電路中的計(jì)數(shù)電路構(gòu)成，通過(guò)記錄高精度晶振脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)，輸出準(zhǔn)確的時(shí)間間隔 計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)電路如果記錄外設(shè)提供的具有一定隨機(jī)性的脈沖信號(hào)時(shí)，它主要反映脈沖的個(gè)數(shù)（進(jìn)而獲知外設(shè)的某種狀態(tài)）。,定時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)方法,軟件延時(shí) 利用微處理器執(zhí)行一個(gè)延時(shí)程序段實(shí)現(xiàn) 不可編程的硬件定時(shí) 采用分頻器、單穩(wěn)電路或簡(jiǎn)易定時(shí)電路控制定時(shí)時(shí)間 可編程的硬件定時(shí) 軟件硬件相結(jié)合、用可編程定時(shí)器芯片

2、構(gòu)成一個(gè)方便靈活的定時(shí)電路,8.2 8253/8254定時(shí)計(jì)數(shù)器,3個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器通道 每個(gè)計(jì)數(shù)器有6種工作方式 按二進(jìn)制或十進(jìn)制（BCD碼）計(jì)數(shù),8254是8253的改進(jìn)型,8.2.1 8254的結(jié)構(gòu)與工作原理,數(shù)據(jù)總線緩沖器(Data Bus Buffer) 是8254 連接CPU數(shù)據(jù)總線的三態(tài)、雙向8位寄存器，它有三個(gè)基本功能： CPU通過(guò)它向8254寫(xiě)入工作命令字； 向某一計(jì)數(shù)器寫(xiě)入初值； 從某一計(jì)數(shù)器讀取當(dāng)前計(jì)數(shù)值。,圖示,從系統(tǒng)控制總線上接收的輸入信號(hào)，轉(zhuǎn)換成8254內(nèi)部操作的多種控制信號(hào)。 當(dāng)片選信號(hào)CS#=0時(shí), 由A1A0信號(hào)選擇內(nèi)部寄存器; 讀信號(hào)RD#和寫(xiě)信號(hào)WR#

3、完成對(duì)選定寄存器的讀或?qū)懖僮鳌?當(dāng)片選信號(hào)CS#=1時(shí),數(shù)據(jù)總線緩沖器與數(shù)據(jù)總線脫開(kāi)。,讀/寫(xiě)邏輯(Read/Write Logic),8.2.1 8254的結(jié)構(gòu)與工作原理（續(xù)）,控制字寄存器 由CPU寫(xiě)入控制字，決定計(jì)數(shù)器的工作方式，設(shè)置讀出命令。控制寄存器只能寫(xiě)入, 不能讀出。 計(jì)數(shù)器 8253/4有三個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，分別變成使用； 對(duì)外部計(jì)數(shù)脈沖（或時(shí)鐘）信號(hào)進(jìn)行減1計(jì)數(shù)，并輸出定時(shí)（計(jì)數(shù)）信號(hào)； 計(jì)數(shù)值可讀出。,圖示,8.2.1 8254的結(jié)構(gòu)與工作原理（續(xù)）,8254的引腳功能,與外設(shè)相連信號(hào) D7D0 ：8位雙向數(shù)據(jù)線 CS#：片選信號(hào)輸入端，低電平有效 A1, A0 : 內(nèi)部寄存

4、器選擇信號(hào)線，接CPU地址總線 RD# : 讀命令輸入端，低電平有效 WR# : 寫(xiě)命令輸入端，低電平有效，接CPU的控制總線,圖示,8254的引腳功能（續(xù)）,與CPU相連信號(hào) GATE0，1，2 ：門(mén)控信號(hào)輸 入端 CLK0，1，2 ：計(jì)數(shù)脈沖輸入端 OUT0，1，2：計(jì)數(shù)/定時(shí)信號(hào)輸出端,圖示,表7.1 8254端口選擇和讀/寫(xiě)操作,計(jì)數(shù)器的工作原理,程序員向初值寄存器寫(xiě)入計(jì)數(shù)值； 初值寄存器中的初值送入減1計(jì)數(shù)器； 減1計(jì)數(shù)器被啟動(dòng)開(kāi)始減1計(jì)數(shù)，每一個(gè)CLKi脈沖使計(jì)數(shù)器減1； 當(dāng)計(jì)數(shù)值減到零時(shí)，OUTi端產(chǎn)生輸出信號(hào)(脈沖或電平)。,圖示,GATEi信號(hào)可控制允許或禁止減1計(jì)數(shù) 當(dāng)前計(jì)

5、數(shù)值被鎖存至輸出鎖存器中，可被讀出 CLKi信號(hào)可以是周期性信號(hào)，也可以是隨機(jī)脈沖信號(hào) 計(jì)數(shù)初值N的計(jì)算公式：,計(jì)數(shù)器的工作原理（續(xù)）,8.2.2 8254的工作方式,8254有6種工作方式，區(qū)別在于： 輸出波形不同； 啟動(dòng)計(jì)數(shù)器的觸發(fā)方式不同； GATE信號(hào)對(duì)計(jì)數(shù)過(guò)程的影響不同； 計(jì)數(shù)初值的重裝的方式不同。,方式0計(jì)數(shù)結(jié)束輸出正躍變信號(hào),工作特點(diǎn) 寫(xiě)入控制字后，OUT端輸出低電平； 寫(xiě)入初值后，OUT端保持低電平，計(jì)數(shù)器開(kāi)始對(duì)CLK脈沖進(jìn)行減1計(jì)數(shù)； 當(dāng)計(jì)數(shù)值減至0時(shí)，OUT端輸出變?yōu)楦唠娖?，它可用作中斷?qǐng)求信號(hào)；,圖示,方式0不具備“初值自動(dòng)重裝功能”；僅當(dāng)寫(xiě)入新的初值才能觸發(fā)計(jì)數(shù)； 在計(jì)

6、數(shù)過(guò)程中，若寫(xiě)入新的計(jì)數(shù)初值，則初值寫(xiě)入后將按新的初值重新開(kāi)始減1計(jì)數(shù)； GATE的作用 GATE=1時(shí)，允許計(jì)數(shù)； GATE=0時(shí)，停止計(jì)數(shù)。,圖示,方式0計(jì)數(shù)結(jié)束輸出正躍變信號(hào)（續(xù)）,方式1單脈沖發(fā)生器,工作特點(diǎn) 寫(xiě)入控制字后，OUT輸出高電平； 寫(xiě)入初值后，OUT保持高電平； GATE的上升沿啟動(dòng)計(jì)數(shù)器，開(kāi)始對(duì)CLK脈沖進(jìn)行減1計(jì)數(shù)。啟動(dòng)后，OUT變?yōu)榈碗娖剑?當(dāng)計(jì)數(shù)值減到0時(shí)，OUT輸出高電平，從而在OUT端輸出一個(gè)負(fù)脈沖; 幅脈沖寬度計(jì)數(shù)初值CLK的脈沖周期,圖示,方式1單脈沖發(fā)生器（續(xù)）,GATE的作用 方式1無(wú)“初值自動(dòng)重裝”功能，僅GATE的上升沿能啟動(dòng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù) 只要GATE

7、信號(hào)出現(xiàn)了正脈沖，計(jì)數(shù)初值將重新裝入計(jì)數(shù)器，并啟動(dòng)計(jì)數(shù)器按新的初值重新減1計(jì)數(shù) 在計(jì)數(shù)過(guò)程中裝入了新的計(jì)數(shù)初值，計(jì)數(shù)過(guò)程不受影響，僅當(dāng)GATE再次出現(xiàn)01的正躍變，計(jì)數(shù)器才按新的計(jì)數(shù)初值做減1計(jì)數(shù),圖示,方式2分頻器,工作特點(diǎn) 寫(xiě)入控制字后，OUT輸出高電平； 寫(xiě)入初值后，計(jì)數(shù)器啟動(dòng)減1計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器減到1時(shí)，OUT輸出低電平，維持一個(gè)CLK周期，OUT又變?yōu)楦撸?計(jì)數(shù)初值自動(dòng)重新裝入，計(jì)數(shù)器開(kāi)始重新計(jì)數(shù)，OUT輸出周期負(fù)脈沖信號(hào)。 脈沖周期:Tout= 初值 Tclk 脈沖寬度 = 1Tclk,圖示,在計(jì)數(shù)過(guò)程中，GATE變低，暫停計(jì)數(shù)，GATE的上升沿使計(jì)數(shù)器恢復(fù)初值，并從初值開(kāi)始計(jì)數(shù)；

8、在計(jì)數(shù)過(guò)程中，當(dāng)GATE為高電平，若寫(xiě)入初值，不影響計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器減到1后，計(jì)數(shù)器才裝入新的初值，按新初值減1計(jì)數(shù)。,GATE的作用,圖示,方式2分頻器（續(xù)）,方式3方波發(fā)生器,方式3具有自動(dòng)重新裝入初值的功能 當(dāng)初值為偶數(shù)時(shí)，從OUT輸出1:1的方波， Tout=NTclk 脈沖寬度 = N/2 Tclk 當(dāng)初值為奇數(shù)時(shí)，OUT輸出周期脈沖波形， Tout=NTclk 正脈沖寬度 = Tclk(N1)/ 2 負(fù)脈沖寬度= Tclk(N1)/ 2,圖示,方式4軟件觸發(fā)的單脈沖發(fā)生器,工作特點(diǎn) 寫(xiě)入控制字后，OUT輸出高電平； 寫(xiě)入初值后，開(kāi)始減1計(jì)數(shù)，減到0時(shí)，OUT變低 方式4無(wú)初值自動(dòng)重裝

9、功能，OUT輸出一負(fù)脈沖，脈沖寬度 = 1Tclk GATE=1，允許計(jì)數(shù)；GATE=0，停止計(jì)數(shù)； 計(jì)數(shù)過(guò)程中改變初值，則按新的初值重新開(kāi)始計(jì)數(shù),圖示,方式5硬件觸發(fā)的單脈沖發(fā)生器,工作特點(diǎn) 寫(xiě)入控制字后，OUT輸出高電平； 寫(xiě)入初值后，僅當(dāng)GATE端出現(xiàn)0到1的躍變時(shí)，啟動(dòng)計(jì)數(shù)減1計(jì)數(shù)； 當(dāng)計(jì)數(shù)至減到0時(shí)，OUT輸出一個(gè)CLK周期的負(fù)脈沖,圖示,方式5硬件觸發(fā)的單脈沖發(fā)生器（續(xù)）,GATE的作用 在計(jì)數(shù)過(guò)程中，若GATE端出現(xiàn)01的躍變，初值重新裝入計(jì)數(shù)器，并重新減1計(jì)數(shù)； 在計(jì)數(shù)過(guò)程中，若改變計(jì)數(shù)初值，僅當(dāng)GATE的上升沿觸發(fā)，則立即按新的初值重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。,圖示,8.2.3 8254的

10、控制字與編程,8254的方式控制字/狀態(tài)字 方式控制字,方式控制字 D7D6(SC1SC0)：計(jì)數(shù)器選擇 D7D6=00 選擇0號(hào)計(jì)數(shù)器; D7D6=01 選擇1號(hào)計(jì)數(shù)器; D7D6=10 選擇2號(hào)計(jì)數(shù)器; D7D6=11 讀出控制字標(biāo)志之一,8254的方式控制字/狀態(tài)字（續(xù)）,D5D4 (RL1RL0)讀/寫(xiě)方式選擇 D5D4=00, 鎖存計(jì)數(shù)器當(dāng)前計(jì)數(shù)值以便讀出。 D5D4=01, 只讀/寫(xiě)低8位計(jì)數(shù)初值，高8位置0。 D5D4=10, 只讀/寫(xiě)高8位計(jì)數(shù)初值，低8位置0。 D5D4=11, 16位操作, 先讀/寫(xiě)低8位計(jì)數(shù)值，后讀/寫(xiě)高8位計(jì)數(shù)值。,方式控制字,D3D2D1(M2M1M0

11、)工作方式選擇 D3D2D1 =000 方式0; D3D2D1=011 方式3 D3D2D1 =001 方式1; D3D2D1=100 方式4 D3D2D1 =010 方式2; D3D2D1=101 方式5 D0(BCD)計(jì)數(shù)數(shù)制選擇 D0 =0 二進(jìn)制計(jì)數(shù)，初值范圍： 0000H-FFFFH, 0000H 代表 65536 D0 =1 十進(jìn)制計(jì)數(shù)(BCD碼)，初值范圍： 0000H-9999H, 0000H 代表10000,方式控制字,例8.1 對(duì)8253初始化，選擇2號(hào)計(jì)數(shù)器，工作方式2，計(jì)數(shù)初值為533H，二進(jìn)制計(jì)數(shù)，程序段為：,TIMER EQU 040H; 0號(hào)計(jì)數(shù)器端口地址 MOV

12、AL , 10110100B; 2號(hào)計(jì)數(shù)器方式控制字 OUT TIMER+3 , AL; 寫(xiě)入控制字寄存器 MOV AX , 533H; 計(jì)數(shù)初值 OUT TIMER+2 , AL; 先送低位字節(jié)到2號(hào)計(jì)數(shù)器 MOV AL , AH; 取高位字節(jié) OUT TIMER+2 , AL; 再送高位字節(jié)到2號(hào)計(jì)數(shù)器,讀出控制字,在鎖存計(jì)數(shù)值/狀態(tài)信息期間，不影響計(jì)數(shù); 當(dāng)CPU讀取某一計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值/狀態(tài)信息時(shí)，該計(jì)數(shù)器自動(dòng)解鎖，但其它計(jì)數(shù)器不受影響。,D7D6 =11，D0 =0: 讀出控制字的特征； D5 =0 鎖存計(jì)數(shù)值，以便CPU讀?。?D4 =0 將狀態(tài)信息鎖存入狀態(tài)寄存器； D3, D2,

13、 D1 計(jì)數(shù)器選擇 Di = 1, 計(jì)數(shù)器i 被選中( i = 0, 1, 2 ),讀出控制字（續(xù)）,狀態(tài)字,D5D0: 意義與方式控制字的對(duì)應(yīng)位意義相同 D7: OUT 引腳輸出的電平狀態(tài) D7=1 OUT 引腳為高電平 D7=0 OUT 引腳為低電平 D6: 表示讀出的計(jì)數(shù)值 是否有效； D6=0 表示初值 已裝入，可以讀取計(jì)數(shù)值； D6=1 初值尚未裝入，讀出值無(wú)效。,狀態(tài)字（續(xù)）,8254的讀出操作,8254的讀出操作有3種辦法 GATE=0, 停止計(jì)數(shù), 然后對(duì)相應(yīng)的計(jì)數(shù)器端口進(jìn)行兩次讀操作(若是16位讀), 依次讀出鎖存計(jì)數(shù)值的低8位和高8位。 在計(jì)數(shù)過(guò)程中, 先向控制寄存器寫(xiě)一個(gè)

14、D7D6=計(jì)數(shù)器編號(hào), D5D4=00的控制字, 鎖存當(dāng)前的計(jì)數(shù), 再對(duì)相應(yīng)的計(jì)數(shù)器端口進(jìn)行讀操作。,在計(jì)數(shù)過(guò)程中, 先向控制寄存器端口寫(xiě)入讀出命令(D7D6= 11, D0=0), 如果讀出命令僅鎖存計(jì)數(shù)器的狀態(tài)信息(D5D4=10), 則只對(duì)相應(yīng)計(jì)數(shù)器端口進(jìn)行1次讀操作, 即可讀出狀態(tài)信息； 如果讀出命令僅鎖存計(jì)數(shù)器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值(D5D4=01), 則對(duì)相應(yīng)計(jì)數(shù)器端口進(jìn)行2次讀操作, 依次讀出鎖存計(jì)數(shù)值的低8位和高8位,8254的讀出操作（續(xù)）,如果讀出命令同時(shí)鎖存計(jì)數(shù)器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值和狀態(tài)信息(D5D4=00), 則對(duì)相應(yīng)計(jì)數(shù)器端口進(jìn)行3次讀操作, 第一次讀出狀態(tài)信息, 第二次讀出計(jì)數(shù)值的

15、低8位, 第三次讀出計(jì)數(shù)值的高8位。,8254的讀出操作（續(xù)）,例8.2 設(shè)8254端口地址為40H-43H，要讀取計(jì)數(shù)器2的當(dāng)前16位計(jì)數(shù)值，編程如下:,；用鎖存方式讀計(jì)數(shù)值 MOVAL , 84H;84H：計(jì)數(shù)器2的鎖存命令 OUT 43H , AL;43H：控制寄存器的端口地址 IN AL , 42H ;讀低8位，42H：計(jì)數(shù)器2的口地址 MOV CL , AL;存入CL中 IN AL , 42H;對(duì)同一個(gè)端口讀高8位 MOV CH , AL;存入CH中,；用讀出命令字方式讀計(jì)數(shù)值 MOVAL , 0E8H;0E8H：計(jì)數(shù)器2的讀命令 OUT43H , AL;43H：控制寄存器口地址 I

16、NAL , 42H;讀低8位 MOVCL , AL;存入CL中 INAL , 42H;讀高8位 MOVCH , AL;存入CH中,；若需要讀出計(jì)數(shù)器2的狀態(tài)和當(dāng)前計(jì)數(shù)值 MOVAL , 0C8H; 0C8H：計(jì)數(shù)器2的讀命令 OUT43H , AL; 寫(xiě)入控制寄存器 INAL , 42H; 讀計(jì)數(shù)器2的狀態(tài)信息 MOVBL , AL; 存入BL中 INAL , 42H; 讀低8位 MOVCL , AL; 存入CL中 INAL , 42H; 讀高8位 MOVCH , AL; 存入CH中,8.3 8253在IBM PC系列機(jī)上的應(yīng)用,8254在系統(tǒng)中提供動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的刷新定時(shí)、系統(tǒng)的時(shí)鐘中斷、發(fā)聲音

17、調(diào)控制等功能。,表7.2 8254在PC/AT中的使用現(xiàn)狀,圖示,8.3.1 定時(shí)中斷和定時(shí)刷新,計(jì)數(shù)器0作為定時(shí)中斷的作用,計(jì)數(shù)器0：方式3，計(jì)數(shù)值：65536，輸出頻率為1.19318MHz6553618.206Hz的方波 門(mén)控為常啟狀態(tài)，這個(gè)方波信號(hào)不斷產(chǎn)生 OUT0端接8259A的IRQ0，用作中斷請(qǐng)求信號(hào)， 每秒產(chǎn)生18.206次中斷請(qǐng)求，或說(shuō)每隔55ms（54.925493ms）申請(qǐng)一次中斷 DOS系統(tǒng)利用計(jì)數(shù)器0的這個(gè)特點(diǎn)，通過(guò)08號(hào)中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)了日時(shí)鐘計(jì)時(shí)功能,定時(shí)中斷,moval , 36h;計(jì)數(shù)器0為方式3，采用二進(jìn)制計(jì)數(shù)， ;先低后高寫(xiě)入計(jì)數(shù)值 Out43h , al

18、;寫(xiě)入方式控制字 mov al , 0;計(jì)數(shù)值為0 out 40h , al;寫(xiě)入低字節(jié)計(jì)數(shù)值 out 40h , al;寫(xiě)入高字節(jié)計(jì)數(shù)值,8253初始化,計(jì)數(shù)器0的初始化程序,計(jì)數(shù)器1：定時(shí)刷新,需要重復(fù)不斷提出刷新請(qǐng)求； 門(mén)控總為高，選擇方式2或3； 2ms內(nèi)刷新128次，即15.6s刷新一次； 計(jì)數(shù)初值為18,定時(shí)刷新,mov al , 54h;計(jì)數(shù)器1為方式2，采用二進(jìn)制計(jì)數(shù)，只寫(xiě)低8位計(jì)數(shù)值 out 43h , al;寫(xiě)入方式控制字 mov al , 18;計(jì)數(shù)初值為18 out 41h , al;寫(xiě)入計(jì)數(shù)值,8253初始化,計(jì)數(shù)器1的初始化程序,8.3.2 揚(yáng)聲器控制,計(jì)數(shù)器2的輸

19、出控制揚(yáng)聲器的發(fā)聲音調(diào) 計(jì)數(shù)器2只能工作在方式3，才能輸出一定頻率的方波，經(jīng)濾波后得到近似的正弦波，進(jìn)而推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲 揚(yáng)聲器還受控于并行接口（8255芯片） 必須使PB0和PB1同時(shí)為高電平，揚(yáng)聲器才能發(fā)出預(yù)先設(shè)定頻率的聲音,頻率設(shè)置,speakerproc push ax mov al , 0b6h out 43h , al;寫(xiě)入控制字 pop ax out 42h , al;寫(xiě)入低8位計(jì)數(shù)值 mov al , ah out 42h , al;寫(xiě)入高8位計(jì)數(shù)值 ret speakerendp,揚(yáng)聲器控制子程序,揚(yáng)聲器開(kāi),speakonproc pushax inal , 61h or al

20、 , 03h ;D1D0PB1PB011B，其他位不變 out 61h , al pop ax ret speakonendp,揚(yáng)聲器控制子程序,揚(yáng)聲器關(guān),speakoffproc push ax in al , 61h and al , 0fch ;D1D0PB1PB000B，其他位不變 out 61h , al pop ax ret speakoffendp,揚(yáng)聲器控制子程序,主程序,;數(shù)據(jù)段 freqdw 1193180/600 ;代碼段 mov ax , freq call speaker;設(shè)置揚(yáng)聲器音調(diào) call speakon;打開(kāi)揚(yáng)聲器聲音 mov ah , 1;等待按鍵 int 21h call speakoff;關(guān)閉揚(yáng)聲器聲音,揚(yáng)聲器控制程序,8.2.3 可編程硬件延時(shí),利用日時(shí)鐘每隔55ms中斷一次不變的特點(diǎn)，可以編寫(xiě)一段不隨系統(tǒng)時(shí)鐘頻率變化的固定延時(shí)程序 由于日時(shí)鐘中斷的時(shí)間單位是55ms，所以無(wú)法實(shí)現(xiàn)更短時(shí)間的延時(shí) 這時(shí)只有利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷，不過(guò)它的最短延時(shí)約是1ms（976 s）,;延時(shí)開(kāi)始 mov ah , 0 int 1ah add dx , 90;加5秒（51890） mov bx , dx;期望值送bx repeat:int 1ah;再讀日時(shí)鐘 cmp bx ,