微机接口第七章

侯彦利吉林大学工学部计算机硬件基础课程微机原理与接口技术12可编程定时/计数器8253可编程并行接口8255A串行通讯基本概念第7章可编程接口芯片37.1定时/计数器8253芯片常用定时方法：1.软件定时：采用软件编程来实现定时和计数要求,通用灵活,但占用CPU时间；2.硬件定时：采用专用的硬件电路来实现。定时/计数器从计数方式上分为加法计数器和减法计数器。计数器启动后与CPU并行工作，不占CPU时间。4D0D7~数据总线缓冲器读/写逻辑控制寄存器计数器0计数器1计数器2片内总线RDWRA0A1CSCLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2可编程定时器8253的内部结构图58253的功能：具有三个功能完全相同的独立的16位减法计数器；每个计数器都包括一个16位的初值寄存器、一个计数执行单元和一个输出锁存器；每个计数器的计数时钟频率最高为：2MHZ每个计数器可以按十进制数或二进制数预置初值；每个计数器有六种工作方式，可通过编程设定或改变；每个计数器的计数定时值，可由CPU随时读取；初值寄存器计数执行单元输出锁存器CLKGATEOUT6D0～D7：8位双向数据线；CS：芯片选择；RD、WR：读写控制信号；A1，A0：地址线；A1A0=00计数器0A1A0=01计数器1A1A0=10计数器2A1A0=11控制寄存器CLK：计数器的时钟信号输入端,最高计数频率2MHz；GATE：门控信号；控制计数器的启动和停止；OUT：计数器输出信号；8253的引线及功能78253的工作原理当置入初值后，计数执行单元开始对输入脉冲CLK进行减1计数，减到0时从OUT端输出一个信号；整个过程可以重复进行；初值寄存器计数执行单元输出锁存器CLKGATEOUT8计数器的启动的方法软启动：由程序指令启动。MOVAX,500OUT80H,ALMOVAL,AHOUT80H,AL如果GATE为高电平，就启动计数；硬件启动：由外部信号启动。写入初值后并不启动计数，门控信号GATE由低变高电平后，在CLK的下降沿开始计数；97.1.2计数器的工作方式8253一共有6种工作方式；在多数工作方式下，计数器每启动一次只工作一个周期；有两种工作方式可以进行自动重复计数；MOVAL,0B4HOUT43H,AL;控制字送入控制寄存器MOVAX,800OUT42H,AL;计数初值低8位送入计数器MOVAL,AHOUT42H,AL;计数初值高8位送入计数器10方式0：计数结束中断软件启动、不自动重复计数方式；计数结束后，OUT端输出为高电平，可以作为中断请求信号使用；1.只计数一个周期；2.在计数过程中GATE变为低电平，则暂停计数；3.在计数过程中，可以随时修改计数初值；WRCLKGATEOUTCWN=44321011注意，8253所有的6个工作方式都有下列共同点：⑴控制字写入计数器时，OUT端进入初始状态，不同的工作方式OUT端初始状态不一定相同。⑵计数初值写入计数器之后，暂存在初值寄存器中，要经过一个时钟周期的上升沿和下降沿，计数初值才进入计数执行单元，开始计数。⑶通常在每个时钟脉冲的上升沿，采样门控信号GATE。不同的工作方式下，门控信号的作用不同。⑷在时钟脉冲的下降沿，计数器减1。(5)计数初值也叫时间常数。12方式1：可重复触发的单稳态触发器硬件启动、不自动重复的工作方式；当写入控制字后，OUT端输出高电平。写入计数初值后计数器并不开始工作；当GATE端由低到高触发后，在下一个CLK脉冲的下降沿开始计数，OUT端立刻由高到低，计数结束后OUT端输出高电平；432101314方式1的特点：GATE的上升沿触发计数器，计数过程中GATE即使变低也不影响计数；可重复触发；OUT端的负脉冲宽度=计数初值N×TCLK计数器0CLKGATEOUT如果CLK=2MHz，则：fc=2MHzTc=1/fc=0.5x10-6，如果时间常数N=1000，则OUT端的负脉冲宽度=NxTc=1000x0.5x10-6=500us4321015方式2：频率发生器也叫分频器；可以软件启动，也可以硬件启动，计数器自动重复工作。在写入控制字和计数初值期间GATE一直为高电平，则在下一个CLK开始计数，既软启动；若写入计数初值时GATE为低电平，则要等到GATE由低到高时才启动，即硬件启动；一旦计数器启动，计数器可以自动重复工作；GATE为低，停止计数；WRCLKGATEOUTCWN=332132116写入控制字后，OUT为高电平。如果GATE为高，写入初值后开始减1计数。当计数值减到1时，OUT输出变为低电平，再经过一个CLK之后计数值减为0，OUT变为高电平，接着自动重新装入初值，计数器重复工作。WRCLKGATEOUTCWN=33213211718【例题7-2】设8253的端口地址为：40H～43H，用计数器2作频率发生器，二进制计数，输入脉冲信号为2M，计数初值为800，输出脉冲信号的频率是多少？控制字为：10110100B=0B4H输出脉冲信号的频率为：FOUT=FCLK/N=2X106/800=2500Hz19初始化程序：MOVAL,0B4HOUT43H,AL;控制字送入控制寄存器MOVAX,800OUT42H,AL;计数初值低8位送入计数器2MOVAL,AHOUT42H,AL;计数初值高8位送入计数器2，计数器启动。20可以软启动，也可以硬件启动，计数器自动重复工作；写入控制字后，OUT为高电平。如果GATE为高，写入初值后开始减1计数。当计数值减到N/2时，OUT输出变为低电平，直到计数值减为0；接着自动重新装入初值，OUT变为高电平，计数器自动重复工作。OUT输出对称方波：若计数初值为奇数，OUT输出非对称方波：GATE由高变低，停止计数。N/2（N+1）/2方式3－方波发生器21【例题7-3】设8253的端口地址为：FCF8H～FCFFH，利用计数器1作方波发生器，给定CLK1为2MHz，要求产生频率为1KHz的方波，BCD码计数。编程初始化8253。计数器1工作在方式3：01110111B分频系数：N＝FCLK/FOUT=2×106/1000=200022程序设计如下：MOVDX,0FCFBHMOVAL,01110111B；OUTDX,ALMOVDX,0FCF9HMOVAX,2000H;BCD码计数初值OUTDX,AL;写入计数初值低字节MOVAL,AHOUTDX,AL;写入计数初值高字节，计数器启动23方式4：软件触发选通软件启动、不自动重复计数方式；写入控制字后，OUT为高电平，计数器装入初值后即启动计数，计数结束时OUT输出宽度为TCLK的负脉冲，如下：WRCLKGATEOUTCWN=443210GATE为低，停止计数。432124方式5：硬件触发选通硬件启动、不自动重复的工作方式。GATE的上升沿触发计数器；计数结束时，在OUT端输出一个脉冲宽度为TCLK的负脉冲信号：WRCLKGATEOUTCWN=543210GATE的上升沿，将重新计数。25SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCD数制选择：0二进制1BCD码方式选择：000－方式0001－方式1X10－方式2X11－方式3100－方式4101－方式5计数初值长度选择：00－计数器中的数据锁存于缓冲器01－只读/写低8位,高8位默认为010－只读/写高8位，低8位默认为011－先读/写低8位后读/写高8位计数器选择：00－选计数器001－选计数器110－选计数器211－无效8253的控制字二进制计数范围：0000～65536H；初值=0000，为最大计数值十进制计数范围：0000～10000；初值=0000，为最大计数值；26例如：利用计数器1作频率发生器，给定CLK1为2MHz，要求产生频率为1KHz的脉冲。计数器1工作在方式2：0111X100B时间常数N＝fc/fo=2×106/(1×103)=2000程序设计如下：MOVAL,01110100B；OUT83H,ALMOVAX,2000；先写入低字节计数值，OUT81H,ALMOVAL,AH；后写入高字节计数值OUT81H,AL…；OUT输出脉冲周期为1ms27例如：利用计数器2作脉冲发生器，给定CLK2为1MHz，要求产生周期为20ms的方波。计数器2工作在方式3：1011X110B计数初值N＝fc/fo=1×106×20×10-3=20000=4E20H程序设计如下：MOVAL,10110110B；＃2，方式3，二进制OUT83H,ALMOVAL,20H：先写入低字节计数值OUT82H,ALMOVAL,4EH；后写入高字节计数值OUT82H,AL…；OUT输出周期为20ms的方波288253与系统的连接D0D7~A1A0IORIOWD0D7~RDWRA1A08253GATE0GATE1GATE2OUT0OUT1OUT2CLK0CLK1CLK2CS&&≥1GG2AG2BCBAY0IOWIORA3A4A5A6A7A2A8A9A10A11A12A13A14A15系统总线信号74LS138297.1.38253的应用8253的初始化编程，主要设置两方面的内容，一是写入控制字，二是写入计数初值。控制字写入8253的控制寄存器。3个控制字可以连续写入控制寄存器。写入计数初值时注意两个问题：一是3个计数初值应写入相应的计数器中，不可混乱，二是要符合控制字的要求。30【例7-4】8253与计算机系统的连接如图所示，三个计数器使用情况如下：CNT0：对外部事件计数，计满100次向CPU发出中断请求。CNT1：产生1kHz方波。CNT2：标准定时，定时时间为1s。31送8259的IR0端中断请求信号GG2AG2BCBA74LS138&≥1D0—D7CSY7IOWA1A3A4A5A6A7A2A8A10A11A12A13A14A9A15A0IORA1A0D0—D7RDWR&8253GATE0GATE1+5VCLK0CLK1OUT0OUT1GATE2外部事件产生源CLK2OUT22MHz1KHz方波32计数器0应设置为方式0，完成计数功能。计数器1应设置为方式3，CLK1输入的时钟脉冲频率为2MHz，输出频率为1kHz的方波，周期为1ms；计数器1的计数初值为2000。计数器2设置为方式0，完成定时功能，定时1秒，利用OUT2向CPU发出一次中断请求，其输入时钟频率为1kHz，计数初值应为1000。8253的端口地址为01FC~01FFH。33START：MOVDX,01FFHMOVAL,10HOUTDX,AL;计数器0工作在方式0MOVDX,01FCHMOVAL,100OUTDX,AL;计数器0置初值MOVDX,01FFHMOVAL,76HOUTDX,AL;计数器1工作在方式3MOVDX,01FDHMOVAX,2000OUTDX,ALMOVAL,AHOUTDX,AL;计数器1置初值34MOVDX,01FFHMOVAL,0B0HOUTDX,AL;计数器2工作在方式0MOVDX,01FEHMOVAX,1000OUTDX,ALMOVAL,AHOUTDX,AL;计数器2置初值35【例题7-6】在IBMPC/XT中定时器/计数器芯片8253，其计数器0（CNT0）工作在方式3，GATE0固定为高电平，OUT0作为中断请求信号接至8259A中断控制器的IRQ0，作为定时中断，用于时钟的时间基准。计数器1工作在方式2，GATE1固定为高电平，OUT1的输出作为定时（约15us）信号，用于刷新动态RAM，在2ms内可以有132次刷新（128次是系统的最低要求）。36计数器2工作在方式3，输出1KHZ的方波，作为扬声器的音频信号源，GATE2由8255的PB0控制，OUT2与8255的PB1相与，这样利用8255的PB0、PB1同时为高电平的时间来控制喇叭发长音还是发短音。三个计数器的输入时钟频率一样，为F=1.19MHZ3774LS138D0—D7CSIOWIORA1A0D0—D7RDWR8253GATE0GATE1+5VC