第六章 微机接口技术34

6.3可编程时间接口定时/计数器芯片Intel8253在微机系统或智能化仪器仪表的工作过程中，经常需要使系统处于定时工作状态，或者对外部过程进行计数。定时或计数的工作实质均体现为对脉冲信号的计数，如果计数的对象是标准的内部时钟信号，由于其周期恒定，故计数值就恒定地对应于一定的时间，这一过程即为定时，如果计数的对象是与外部过程相对应的脉冲信号（周期可以不相等），则此时即为计数。在计算机系统中经常要用到定时信号，如动态存储器的刷新定时、系统日历时钟的计时，系统定时中断以及喇叭的声源等都是用定时信号来产生的。定时信号可以通过二种方法获得，即软件定时和硬件定时。硬件定时又可分为不可编程的硬件定时和可编程的硬件定时两种。(1)．硬件法硬件定时主要指用单稳延时电路或计数电路来实现延时和定时。可编程定时/计数方法的优点是定时或计数时，不占用CPU空间。特点是需要花费一定硬设备，而且当电路制成之后，定时值及计数范围不能改变。(2)．软件法软件定时是根据所需要的时间常数来设计一个延迟子程序,特点无需太多的硬设备，控制比较方便，但在定时期间，CPU不能从事其它工作，降低了机器的利用率。(3)．软、硬件结合法即设计一种专门的具有可编程特性的芯片，来控制定时和计数的操作，而这些芯片，具有中断控制能力，定时、计数到时能产生中断请求信号，因而定时期间不影响CPU的正常工作。一、8253的一般性能概述1．每个8253芯片有3个独立的16位计数器通道2．每个计数器通道都可以按照二进制或二—十进制计数3．每个计数器的计数速率可以高达2MHz4．每个通道有6种工作方式，可以由程序设定和改变5．所有的输入、输出电平都与TTL兼容二、8253内部结构三、8253的外部引脚8253芯片的24个引脚分为两组，一组面向CPU，另一组面向外部设备，如下：1．D7~D0：双向、三态数据线引脚，用以与系统的数据线连接，传送控制、数据及状态信息。2．RD：来自于CPU的读控制信号输入引脚，低电平有效。3．WR：来自于CPU的写控制信号输入引脚，低电平有效。4．CS：芯片选择信号输入引脚，低电平有效5VCC及GND：+5V电源及接地引脚6．A1、A0：地址信号输入引脚，一般接CPU地址总线的A1、A0位，用以选择8253芯片的通道及控制字寄存器。、的状态与8253端口地址的对应关系000＃通道011＃通道102＃通道11控制端口7．CLKi：i=0,1,2,第i个通道的计数脉冲输入引脚，8253规定，加在CLK引脚的输入时钟信号的频率不得高于2.6MHZ，即时钟周期不能小于380ns。8．GATEi：i=0,1,2,第i个通道的门控信号输入引脚，门控信号的作用与通道的工作方式有关。9．OUTi：i=0,1,2,第i个通道的定时/计数到信号输出引脚，输出信号的形式由通道的工作方式确定，此输出信号可用于触发其它电路工作，或作为向CPU发出的中断请求信号。三、8253的控制字8253的三个计数器在工作前必须分别进行初始化编程。每个计数器的编程步骤均由写入控制字开始，选定一种工作方式，然后写入计数初值。8253的编程主要包括设置控制字、赋初值、发锁存命令和读计数值。1.设置控制字控制字的格式及各位的含义如下2.赋初值设置控制字后，按有关规定给计数器赋初值。3．锁存命令在读计数值时，应先用锁存命令将计数器当前的计数值在锁存器中锁定，然后再加以读取。目的是为了获取正确的当前计数值。锁存器的输出会随计数执行部件的内容而变化，当计数器收到一个锁存命令时，锁存器的输出将保持当前的计数值不再发生变化，而当CPU读取计数值后，锁存器的输出将再次随计数执行部件而变。4.读计数值读计数值即CPU通过执行输入指令来获取指定计数器的当前计数值。读计数值时，必须符合控制字的有关规定，即只读低位字节还是只读高位字节或高低位字节都读四．8253的初始化编程要使用8253，必须首先进行初始化编程，初始化编程包括设置通道控制字和送通道计数初值两个方面，控制字写入8253的控制字寄存器，而初始值则写入相应通道的计数寄存器中。初始化编程包括如下步骤：(1)．写入通道控制字，规定通道的工作方式(2)．写入计数值，若规定只写低8位，则高8位自动置0，若规定只写高8位，则低8位自动置0。若为16位计数值则分两次写入，先写低8位，后写高8位。D0：用于确定计数数制，0，二进制；1，BCD码五、8253的工作方式1．几条基本原则(1)．控制字写入计数器时，所有的控制逻辑电路立即复位，输出端OUT进入初始状态。初始状态对不同的模式来说不一定相同。(2)．计数初始值写入之后，要经过一个时钟周期上升沿和一个下降沿，计数执行部件才可以开始进行计数操作，因为第一个下降沿将计数寄存器的内容送减1计数器。(3)．通常，在每个时钟脉冲CLK的上升沿，采样门控信号GATE。不同的工作方式下，门控信号的触发方式是有具体规定的，即或者是电平触发，或者是边沿触发，在有的模式中，两种触发方式都是允许的。其中0、2、3、4是电平触发方式，1、2、3、5是上升沿触发。(4)．在时钟脉冲的下降沿，计数器作减1计数，0是计数器所能容纳的最大初始值。二进制相当于216，用BCD码计数时，相当于1042．方式0—计数结束产生中断当控制字写入控制字寄存器后，输出OUT就变低，当计数值写入计数器后开始计数，在整个计数过程中，OUT保持为低，当计数到0后，OUT变高；GATE的高低电平控制计数过程是否进行。①计数器只计一遍，直到输入一新的计数值，OUT才变低，开始新的计数；②计数值是在写计数值命令后经过一个输入脉冲，才装入计数器的，下一个脉冲开始计数，因此，如果设置计数器初值为N，则输出OUT在N＋1脉冲后才能变高；③在计数过程中，GATE信号控制暂停。当GATE＝0时，暂停；当GATE＝1时，继续计数④在计数过程中可以改变计数值，且这种改变是立即有效的.3．方式1—可编程的硬件触发单拍脉冲CPU向8253写入控制字后OUT变高，并保持，写入计数值后并不立即计数，只有当外界GATE信号启动后（一个正脉冲）的下一个脉冲才开始计数，OUT变低，计数到0后，OUT才变高，此时再来一个GATE正脉冲，计数器又开始重新计数，输出OUT再次变低，因此输出为一单拍负脉冲。①输出OUT业宽度为计数初值的单脉冲；②输出受门控信号GATE的控制，分三种情况：计数到0后，再来GATE脉冲，则重新开始计数，OUT变低；在计数过程中来GATE脉冲，则从下一CLK脉冲开始重新计数，OUT保持为低；改变计数值后，只有当GATE脉冲启动后，才按新值计数，否则原计数过程不受影响，仍继续进行，新值的改变是从下一个GATE开始的。③计数值是多次有效的，每来一个GATE脉冲，就自动装入计数值开始从头计数，因此在初始化时，计数值写入一次即可。4、方式2—速率发生器CPU输出控制字后，输出OUT就变高，写入计数值后的下一个CLK脉冲开始计数，计数到1后，输出OUT变低，经过一个CLK以后，OUT恢复为高，计数器重新开始计数，输出连续相同间隔的负脉冲（前提：GATE保持为高），即周期性地输出，①通道可以连续工作；②GATE可以控制计数过程，当GATE为低时暂停计数，恢复为高后重新从初值；（注意：该方式与方式0不同，方式0是继续计数）③重新设置新的计数值即在计数过程中改变计数值，则新的计数值是下次有效的，同方式1。5．方式3—方波速率发生器这种方式下的输出与方式2都是周期性的，不同的是周期不同，CPU写入控制字后，输出OUT变高，写入计数值后开始计数，不同的是减2计数，当计数到一半计数值时，输出变低，重新装入计数值进行减2计数，当计数到0时，输出变高，装入计数值进行减2计数，循环不止①通道可以连续工作；②关于计数值的奇偶，若为偶数，则输出标准方波，高低电平各为N/2个；若为奇数，输出有（N＋1）/2个CLK个高电平，（N－1）/2个CLK个低电平；③GATE信号能使计数过程重新开始，当GATE＝0时，停止计数，当GATE变高后，计数器重新装入初值开始计数，尤其是当GATE＝0时，若OUT此时为低，则立即变高，其它动作同上；④在计数期间改变计数值不影响现行的计数过程，新的计数值是在现行半周结束后才装入计数器。但若中间遇到有GATE脉冲，则在此脉冲后即装入新值开始计数。6．方式4—软件触发的选通信号发生器当CPU写入控制字后，OUT立即变高，写入计数值开始计数，当计数到0后，OUT变低，经过一个CLK脉冲后，OUT变高，这种计数是一次性的（与方式0有相似之处），只有当写入新的计数值后才开始下一次计数。①当计数值为N时，则间隔N＋1个CLK脉冲输出一个负脉冲（计数一次有效）；②GATE＝0时，禁止计数，GATE＝1时，恢复继续计数；③在计数过程中重新装入新的计数值，则该值是立即有效的（若为16位计数值，则装入第一个字节时停止计数，装入第二个字节后开始按新值计数）。7．方式5—硬件触发的选通信号发生器当控制字写入后，OUT立刻变高，写入计数值后并不立即开始计数，而是由GATE的上升沿触发启动计数的，当计数到0时，输出变低，经过一个CLK之后，输出恢复为高，计数停止，若再有GATE脉冲来，则重新装入计数值开始计数，上述过程重复①在这种方式下，若设置的计数值是N，则在GATE脉冲后，经过（N＋1）个CLK才一个负脉冲；②若在计数过程中又来一个GATE脉冲，则重新装入初值开始计数，输出不变，即计数值多次有效；③若在计数过程中修改计数值，则该计数值在下一个GATE脉冲后装入开始按此值计数。六、8253的编程应用例1：CPU为8088，用8253的CH0（通道0），每隔2ms输出一个负脉冲，设CLK为2MHZ，完成软件设计。分析：时间常数的计算：已知时钟频率F及定时时间t，求计数初值N：设用方式2，时间常数：控制字：00110100――――二进制端口地址：CH0――00H；控制端口――03H初始化编程：MOVAL，34H；00110100BOUT03H，ALMOVAX，4000OUT00H，AL；先送低八位MOVAL，AHMOVAL，02HOUT00H，AL；再送高八位可编程定时器/计数器8253可与各种微型计算机系统相连并构成完整的定时、计数或脉冲发生器。在使用8253时有两项工作要做，一是要根据实际应用要求，设计一个包含8253的硬件逻辑电路或接口，二是对8253进行初始化编程。例1将8253的计数器1作为5ms定时器，设输入时钟频率为200kHz，试编写8253的初始化程序。(1)计数初值N计算已知输入时钟CLK频率为200kHz，则时钟周期为5us，于是计数初值N=5ms/T=1000。(2)确定控制字按题意选计数器1，按BCD码计数，工作于方式0，由于计数初值N=1000，控制字D5D4应为11，于是8253的控制字为：01110001B=71H。(3)选择8253各端口地址设计数器1的端口地址为3F82H，控制口地址为3F86H。(4)初始化程序如下MOVAL,71H；控制字MOVDX,3F86H；控制口地址OUTDX,AL；控制字送8253控制寄存器MOVDX,3F82H；计数器1端口地址MOVAL,00；将计数初值N=1000的低8位写入计数器1OUTDX,ALMOVAL,10；将N的高8位写入计数器1OUTDX,AL在IBMPC/XT中，8253作为定时计数器电路，将计数器0编程为方式3，GATE0固定为高电平，OUT0作为中断请求信号接至8259A中断控制器的第0级IRQ0。这个定时中断（约55ms）用于报时时钟的时间基准。MOVAL，00110110B；00110110――二进制OUT43H，ALMOVAL，0；计数初值为0000，即为216OUT40H，ALOUT40H，