009第9章常用可编程接口技术及应用

第九章常用可编程接口技术及应用本章内容可编程计数器/定时器8253可编程并行接口芯片8255A9.1可编程计数器/定时器8253定时控制在微机系统中具有极为重要的作用，计数是许多过程控制领域常用的功能。它们都是由数字电路中的计数电路构成。定时器由数字电路中的计数电路构成，通过记录高精度晶振脉冲信号的个数，输出准确的时间间隔。计数电路记录外设提供的具有一定随机性的脉冲信号时，它主要反映脉冲的个数（进而获知外设的某种状态），常又称为计数器。定时器和计数器8253定时计数器概述3个独立的16位计数器通道每个计数器有6种工作方式按二进制或十进制（BCD码）计数8253的内部结构D7～D0计数器0控制字寄存器计数器1计数器2内部数据总线数据总线缓冲器读写控制逻辑RDWRA0A1CSCLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT28253的引脚1.计数器预置寄存器GATECLKOUT减1计数器输出锁存器计数初值存于预置寄存器；在计数过程中，减法计数器的值不断递减，而预置寄存器中的预置不变。输出锁存器用于写入锁存命令时，锁定当前计数值计数器的3个引脚CLK时钟输入信号在计数过程中，此引脚上每输入一个时钟信号（下降沿），计数器的计数值减1。计数器计数的对象。GATE门控输入信号控制计数器工作，可分成电平控制和上升沿控制两种类型。高电平时允许计数器工作。OUT计数器输出信号当一次计数过程结束（计数值减为0），OUT引脚上将产生一个输出信号2.与处理器接口D0~D7数据线A0~A1地址线CS*片选信号RD*读信号WR*写信号端口选择CS*A1A0I/O地址读操作RD*写操作WR*00000101001140H41H42H43H读计数器0读计数器1读计数器2无操作写计数器0写计数器1写计数器2写控制字9.28253控制字计数器读写格式工作方式数制D7D6D5D4D3D2D1D000计数器001计数器110计数器211非法00计数器锁存命令01只读写低字节10只读写高字节11先读写低字节后读写高字节000方式0001方式1X10方式2X11方式3100方式4101方式50二进制1十进制示例9.38253的工作方式8253有6种工作方式，由方式控制字确定熟悉每种工作方式的特点才能根据实际应用问题，选择正确的工作方式每种工作方式的过程类似：⑴设定工作方式⑵设定计数初值〔⑶硬件启动〕⑷计数初值进入减1计数器⑸每输入一个时钟计数器减1的计数过程⑹计数过程结束方式0：计数结束中断1，结果特点：计数器减为0时，OUT升高，向CPU发中断申请。2，过程特点：（1）控制字写入：OUT变为0且保持，直到计数为0（2）计数值写入：OUT不变，仍为0（3）启动方式：写入计数值，写入后，再下一个CLK计数脉冲到来时，计数初值由初值寄存器进入计数器。（4）计数期间：OUT不变，仍为0（5）计数为0时：OUT升高，OUT=1，直到写入新的控制字或计数值才能使OUT=0（6）计数期间写入新的计数值：如果计数值为一个字节，则在写入后的下一个时钟脉冲，新的计数值送入计数器，开始新的计数。如果计数值为两个字节，则在写入第一个字节时终止计数，写入第二个字节后的下一个时钟脉冲，新的计数值送入计数器，开始新的计数（7）GATE作用：GATE=0，禁止计数；GATE=1，允许计数，从刚才断开的地方开始（8）计数值有效期限：计数值一次有效。方式0：计数结束中断方式0：计数结束中断①②④③⑤GATEOUTCLK031244方式0WR①设定工作方式②设定计数初值③计数值送入计数器④计数过程⑤计数结束方式0时GATE信号的作用方式0在计数过程中改变计数值方式1：可编程单稳脉冲1，结果特点：输出单拍负脉冲，脉冲宽度可编程设定2，过程特点：（1）控制字写入：OUT=1（2）计数值写入：OUT=1不变（3）启动方式：GATE上升沿，启动后的下一个CLK脉冲使OUT变低电平（延迟一个时钟周期）。（4）计数期间：OUT不变，仍为0（5）计数为0时：OUT升高，OUT=1。（6）计数期间写入新的计数值：不影响原计数，只有当下一个GATE上升沿到来时才使用新的计数值。（7）GATE作用：GATE=0或GATE=1不影响计数，但若出现上升沿则重新启动计数器，按最新计数值开始计数。若在计数尚未结束时就出现了上升沿，则重新计数，故使输出负脉冲的宽度延长。（8）计数值有效期限：计数值多次有效，在没有新的计数值写入之前，原计数值保持不变，以后每触发一次，初值寄存器中保存的计数值就重新装入计数器一次方式1：可编程单稳脉冲方式1：可编程单稳脉冲①②⑤④⑥①设定工作方式②设定计数初值③③硬件启动④计数值送入计数器⑤计数过程⑥计数结束GATEOUTCLK031244方式1WR方式1时GATE信号的作用方式1在计数过程中改变计数值方式2：脉冲频率发生器（分频器）1，结果特点：产生连续的负脉冲信号，负脉冲宽度等于一个CLK周期；脉冲周期=计数值×CLK周期。2，过程特点：（1）控制字写入：OUT=1（2）计数值写入：OUT=1不变（3）启动方式：两种：硬件启动：GATE上升沿，软件启动：写入计数值启动（此时GATE=1）（4）计数期间：OUT=1，但在计数器由1到0的过程中，OUT输出一个宽度为CLK的负脉冲。（5）计数为0时：OUT=1，开始下一周期的计数。（6）计数期间写入新的计数值：影响随后的脉冲周期。（7）GATE作用：GATE=0，OUT=1，停止计数；GATE上升沿启动计数器重新计数；GATE=1，不影响计数器工作。（8）计数值有效期限：计数值重复有效。当计数值减到0时，初值寄存器的计数值自动重新装入计数器，实现循环计数。方式2：脉冲频率发生器（分频器）方式2：脉冲频率发生器（分频器）03124GATEOUTCLK4方式2031240312403124WR方式2时GATE信号的作用方式2在计数过程中改变计数值方式3：方波发生器1，结果特点：产生连续的方波，方波的重复周期=计数值×CLK脉冲周期2，过程特点：（1）控制字写入：OUT=1（2）计数值写入：OUT=1不变（3）启动方式：两种：硬件启动：GATE上升沿，软件启动：写入计数值启动（此时GATE=1）（4）计数期间：若计数值为偶数，则在前N/2计数期间，OUT=1，后N/2计数期间，OUT=0；若计数值为奇数，则在前（N+1）/2计数期间，OUT=1，后（N－1）/2计数期间，OUT=0。（5）计数为0时：OUT=1，从而完成一个周期，然后，计数初值由初值寄存器装入计数器，开始下一周期的计数。（6）计数期间写入新的计数值：不影响当前输出周期，等计数值到0时，或GATE有上跳沿后，计数初值由初值寄存器装入计数器，开始以新的周期输出方波。（7）GATE作用：GATE=0，停止计数，OUT=1；GATE上升沿，下一个时钟启动计数器重新计数；GATE=1，不影响计数器工作。（8）计数值有效期限：计数值重复有效。当计数值减到0时，初值寄存器的计数值自动重新装入计数器，实现循环计数。方式3：方波发生器方式3：方波发生器02244GATEOUTCLK4方式3022440224402244WR方式3时计数值为奇数方式3时GATE信号的作用方式4：软件触发选通1，结果特点：计数器减为0时，输出一个时钟周期的负脉冲。2，过程特点：（1）控制字写入：OUT=1（2）计数值写入：OUT=1不变（3）启动方式：软件启动：写入计数值启动（此时GATE=1）（4）计数期间：OUT=1。（5）计数为0时：输出一个宽度为一个CLK周期的负脉冲，然后又自动变为高电平，并一直维持高电平，通常将此脉冲作为选通信号。（6）计数期间写入新的计数值：立即有效，在下一个时钟脉冲以新值计数（计数值一个字节），若计数值为两个字节，则在写入第一个字节时计数不受影响。（7）GATE作用：GATE=0，停止计数；GATE=1，允许计数，此时计数器从暂停的地方开始连续计数，GATE信号不影响OUT的状态。（8）计数值有效期限：计数值一次有效。只有在输入新的计数值后才能开始新的计数。方式4：软件触发选通方式4：软件触发选通信号GATEOUTCLK031244方式4WR方式4时GATE信号的作用方式4在计数过程中改变计数值方式5：硬件触发选通1，结果特点：计数器减为0时，输出一个时钟周期的负脉冲。2，过程特点：（1）控制字写入：OUT=1（2）计数值写入：OUT=1不变（3）启动方式：GATE上升沿，启动后的下一个CLK脉冲开始计数。（4）计数期间：OUT=1。（5）计数为0时：输出一个宽度为一个CLK周期的负脉冲，然后又自动变为高电平。（6）计数期间写入新的计数值：不影响本次计数，但下次硬件启动后按照新的计数值计数。（7）GATE作用：无论GATE=0或GATE=1均不影响计数，只有GATE信号上升沿才重新开始计数。（8）计数值有效期限：计数值多次有效。当计数值减到0后，将自动重新装入计数值，但并不开始计数，而是在GATE信号上升沿才开始计数。方式5：硬件触发选通方式5：硬件触发选通信号GATEOUTCLK031244方式522333110WR方式5时GATE信号的作用方式5在计数过程中改变计数值各种工作方式的输出波形方式0方式1方式2方式3方式4方式50N0N0N0/N110NN/2N/20/N0N01N01N01讨论：计数开始的时刻9.48253的编程8253加电后的工作方式不确定8253必须初始化编程，才能正常工作写入控制字写入计数初值读取计数值D7D6D5D4D3D2D1D0写入控制字和计数值选择二进制时计数值范围：0000H～FFFFH0000H是最大值，代表65536选择十进制（BCD码）计数值范围：0000～99990000代表最大值10000计数值写入计数器各自的I/O地址示例控制字写入控制字I/O地址（A1A0＝11）示例读取计数值对8位数据线，读取16位计数值需分两次计数在不断进行，应该将当前计数值先行锁存，然后读取：向控制字I/O地址：给8253写入锁存命令从计数器I/O地址：读取锁存的计数值读取计数值，要注意读写格式和计数数制计数器0：初始化程序moval,36h；36H＝00110110B；计数器0为方式3，采用二进制计数；先低后高写入计数值out43h,al；写入方式控制字moval,05；计数值低字节为5out40h,al；写入低字节计数值moval,08；计数值高字节为8out40h,al；写入高字节计数值9.58253应用【例1】8253在IBMPC机中的应用。IBMPC机系统板上8253的接口电路如图9.9所示，3个计数器的时钟输入频率为1.1932MHZ。系统分配给8253的端口地址为40H～43H。CSWRRDD7～D0A0CLK0GATE0OUT0A1CLK1GATE1OUT1GATE2OUT2CLK2地址译码QDCPQ+5V(8255)PB0(8284)PCLKDBIORIOW(8259)IR0DCPQ+5V(8237)DREQ0&8255PB1放大器扬声器ABIBM-PC机系统板上8253接口电路F=1.1932MHZ计数器0为方式3，先写低字节，后写高字节，二进制计数，计数初值为0。输出端OUT0接至中断控制器8259A的IR0，OUT0输出的脉冲周期约为55ms（65536÷1193200）,即计数器0每隔55ms产生一次中断请求。计数器1为方式2，只写低字节，二进制计数，计数初值为18。输出端OUT1接至DMA控制器8237A通道0的DMA请求DREQ0，作为定时（15.08µs）刷新动态存储器的启动信号。IBM-PC机BIOS对CNT0的初始化程序：MOVAL，00110110BOUT43H，ALMOVAL，0OUT40H，ALOUT40H，ALIBM-PC机BIOS对CNT1的初始化程序：MOVAL，0