组成原理课程设计报告之8253定时计数器

计算机科学与技术学院计算机组成原理课程设计报告书课题名扩展8253定时计数器班级芙蓉计算机0801姓名黎祖吉学号08120134指导教师杨红杰日期2010.12.20～2010.12.24一、设计目的1、融会贯通教材各章的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，以及对计算机工作中“时间-空间”概念的理解，从而清晰地建立计算机的整机概念。2、在构成一台完整的模型机的基础上，控制真实的外围接口芯片，进行基本的接口实验。3、本实验外扩一块8253接口实验板，完成定时计数器实验。4、熟悉8253定时器/计数器的功能及接口方法。二、实验任务1．分析本实验主板上8253的硬件电路原理。2．熟悉8253的工作原理后，运行出8253的初始化程序。三、设计内容1、8253的引脚8253有3个独立的16位减计器通道，每一个通道有三条引线：CLK、GATE和OUT。①CLK:输入时钟，8253规定，加在CLK引脚的输入时钟周期不能小于380ns。②GATE：门控信号输入引脚。这是控制计数器工作的一个外部信号。当GATE引脚为低时，通常都是禁止计数器工作的；只有GATE为高时，才允许计数器工作。③OUT：输出引脚。当计数到“0”时，OUT引脚上必然有输出，输出信号波形取决于工作方式。8253内部端口的选择及每个通道的读/写操作的选择如下表所示：RDWRA1A0寄存器选择和操作1000写入计数器01001写入计数器11010写入计数器21011写入控制寄存器0100读计数器00101读计数器10110读计数器20111无操作（3态）8253的端口的控制子：实验电路组成原理框图：OUT0GATE0CLK0OUT1GATE1CLK1OUT2GATE2CLK2CSRDWRA0A1111091314151617182MHZfx2122232019DSDCDCLKQQVccD0....D71Y5RDWRA0A1VccPC3AO2FX自激振荡(自D/A输出)（外部输入TTL）（实验主板振荡电路）指示灯电路D0D7VccVccVccD7D6D5D4D3D2D1D000选择计数器001选择计数器110选择计数器211非法选择00计数器锁存命令01只读/写最高有效字节（高8位）10只读/写最低有效字节（低8位）11先写最低有效字节再写最高有效字节000方式0001方式1x10方式2x11方式3100方式4101方式50二进制1BCD初始状态：2、8253的工作方式和输出波形方式功能输出波形0计完最后一个数中断写入计数值N后，经过N+1个CLK脉冲输出变高1硬件再触发单拍脉冲单拍脉冲的宽度为N个CLK脉冲2速率发生器每N个CLK脉冲，输出一个宽度为CLK周期的脉冲3方波速率发生器写入N后，输出1/2N个CLK高电平,1/2N个CLK低电平(N为偶数)(N+1)/2个CLK高电平,(N-1)/2N个CLK低电平(N为奇数){4软件触发选通写入N后，过N+1个CLK，输出一个宽度为1个CLK的脉冲5硬件触发选通门控触发后，过N+1个CLK，输出一个宽度为1个CLK的脉冲芯片介绍8253芯片内部有三个独立的16位定时/计数器。每个计数器有三个信号端，其作用是：1).CLK——时钟输入信号2).GATE——门选通信号3).OUT——计数器输出信号8253有六种工作方式，分别为：1).方式0：计数结束产生中断方式2).方式1：可编程单次脉冲方式3).方式2：分频工作方式4).方式3：方波方式5).方式4：软件触发选通方式6).方式5：硬件触发选通方式3、8253芯片引脚特性及外部连接⑴8253的引脚分配图如图3－19所示:⑵实验接线①实验机内部连接同实验九②外部连接说明·扩展区数据总线KJ1用8芯排线连至数据总线BUS6；·扩展区KJ2用5芯排线连至外部总线区的KZ；·CLK1用单针连接线连至H24；·扩展区的VCC和GND用单针连接线分别连至主控区的VCC和GND上；·扩展区短路片DL1、DL2连右边。⑶A0、A1、CS、RD、WR五个引脚的电平与8253操作关系如表3－11所示。4、为本实验新设计几条指令⑴清寄存器指令助记符机器码CLRR011100XX这是一条单字节指令，XX为寄存器选择码，00=R0，01=R1，02=R2。其功能是清0寄存器Ri。⑵取数指令助记符机器码LDAM，D，R00XX00XXXXXXXXXX这是一条双字节指令，前面的XX（M）为寻址模式（详见实验九），后面XX（R）为寄存器选择码，00=R0，01=R1，02=R2，其功能是将（（R）+D）内存中的内容送到目标寄存器R中。5、实验步骤⑴连好线路，并检查无误后接通电源。⑵在实验九所设计的微程序基础上将表3－12的微程序改写到微程序控制存储器中，根据上面指令格式，对8253编程，编写如下机器指令，写入主存，微程序流程图见3-19（A），如果是在联机状态下，只要将16进制文件C8JHE5装载到实验机即可。然后，执行机器指令，验证系统执行指令的正确性。机器指令如下：地址(二进制)内容(二进制)助记符说明0000000001000100INR0；输入开关量→R0；输入开关置数011101100000000111110000COUTR0，[03]；R0→以03H为地址的端口00000010000000110000001101110000CLRR0；清0寄存器R00000010000010000LDAM，20H，R0；（（R0）+20）→R000000101001000000000011011110000COUTR0，[01]；R0→以01H为地址的端口00000111000000010000100001110000CLRR0；清0寄存器R00000100100010000LDAM，21H，R000001010001000010000101111110000COUTR0，[01]；R0→以01H为地址的端口00001100000000010000110100001000JMPM，00H；00→PC00001110000000000010000000010000；20H、21H单元定义时间常数0010000100000000；其中，第一条指令从输入设备置数01110110，是将8253置成方式3，且通道1输出OUT1输出方波。将机器指令写入主存，运行程序，用示波器测量OUT1端，应有方波输出。实验程序框图四、系统调试结果1．程序运行图执行第一条指令，程序计数器将指令地址送到地址寄存器PC→AR，AR为00；PC自加1，pc由00变为01.；存储器RAM的内容为00地址内的内容01000100（44）微地址为02，存储器RAM将存储器中的内容经bus总线传给指令寄存器IR，故IR的内容为44，再传到微控器中。微地址为14。将输入数据01110110（76）经数据总线传送到R0寄存器中。微地址为01。执行第二条指令，程序计数器将指令地址送到地址寄存器PC→AR，AR为01，PC自加1为02，存储器RAM中的值为第二条即地址为01中的内容，11110000（F0）。微地址为02。存储器RMA将其内容经bus总线传送到指令寄存器IR，IR为F0，再传到微控器中。微地址为1F。执行第3条指令，程序计数器将指令地址送到地址寄存器PC→AR，AR为02，pc自加1为03，存储器RAM中的值为第二条即地址为02中的内容00000011（03）。微地址为39存储器RAM将内容03传送到地址寄存器中，即地址寄存器AR为03，又经地址总线将第四条指令03地址内的内容01110000（70）送到存储器中RAM。微地址为3A。寄存器R0中的内容经数据总线输出。微地址为01。执行第4条指令，程序计数器将指令地址送到地址寄存器PC→AR，AR为03，pc自加1为04，存储器RAM中的值为第4条即地址为03中的内容01110000（70）。微地址值为02。微地址为17。计数器ALU经BUS总线将ALU中的数据内容传给寄存器R0，在经BUS总线传给299。微地址为01。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2．程序运行波形图将触头插入OUT1中，打开示波器即可看到示波器中的波形图，如不大明显可将笔触头贴近8253的相应的引脚上，因引脚的效果比较明显。五、实验分析运行时要先输入数据01110110。经以上运行结果可知，当微地址为01时，则将运行程序计数器将其中的内容传给地址寄存器，后程序计数器将自加1，即PC→AR，PC+1。当微地址为02时，存储器RAM将其内容经bus总线传送到指令寄存器IR，即RAM-BUS，BUS→IR。当微地址为14时，执行SW经BUS总线传到R0寄存器中，即SW-BUS，BUS-AR。当微地址为1F时，执行程序计数器PC将其中的内容传给地址寄存器，后程序计数器自加1，即PC→AR，PC+1。当微地址为39时，执行存储器RAM的内容经BUS总线传到地址寄存器AR。即RAM-BUSBUS-AR。当微地址为3A时，R0寄存器中的数据经BUS总线到OUTPUT输出。即R0-BUS，BUS-OUTPUT。当微地址为17时，计数器ALU经BUS总线将ALU中的数据内容传给寄存器R0。当微地址为10时，则将运行程序计数器将其中的内容传给地址寄存器，后程序计数器将自加1，即PC→AR，PC+1。当微地址为03时，执行存储器RAM经BUS总线经内容传到数据寄存器DR1。即ALU-BUSBUS-DR1。当微地址为04时，执行存储器RAM的内容经BUS总线传到地址寄存器AR。即RAM-BUSBUS-AR。当微地址为11时，执行程序计数器PC将其中的内容传给地址寄存器，后程序计数器自加1，即PC→AR，PC+1。当微地址为22时，执行SW经BUS总线传到R0寄存器中，即SW-BUS，BUS-AR。当微地址为2C时，执行存储器RAM的内容经BUS总线传到地址寄存器AR。即RAM-BUSBUS-AR。当微地址为2D时，执行存储器RAM经BUS总线将存储器中的内容送给数据寄存器DR2中。即RAM-BUSBUS-DR2。当微地址为2E时，存储器RAM经BUS总线将RAM中的内容送格给数据寄存器DR1中。即RAM-BUSBUS-DR1。当微地址为2F时，将执行把ALU中的DR1+DR2的结果经BUS总线传送给寄存器R0中。即DR1+DR2-BUSBUS-R0.六、设计总结这次实验，要求对8253非常了解的基础上才能灵活的运用。在学习的时候知道8253有6种工作方式。8253的工作方式有6种，不论哪种工作方式，都遵守如下几条基本原则：(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。该初始状态与工作方式有关，设置成方式0时，OUT的初始状态为低电平，设置成其他工作方式，OUT的初始状态为高电平。(2)初始值写入初值计数器CR以后，要经过一个时钟脉冲的上升沿和下降沿，将初值送入计数执行单元，计数执行单元从下一个时钟开始进行计数。(3)通常，在时钟脉冲CLK的上升沿对门控信号GATE进行采样，各计数器的门控信号的触发方式与工作方式有关。在方式0、方式4中，门控信号为电平触发；方式1、方式5中，门控信号为上升沿触发；方式2、方式3中，即可用电平触发，也可用上升沿触发。(4)在时钟脉冲的下降沿计数器进行计数。1).方式0：计数结束产生中断方式2).方式1：可编程单次脉冲方式3).方式2：分频工作方式4).方式3：方波方式5).方式4：软件触发选通方式6).方式5：硬件触发选通方式在这次实验我们用到方式3，方式3为方波发生器。方波的每个周期宽度总是N个CLK脉冲周期，因此输入的CLK脉冲信号也是具有N分频关系。在正确选择方式的情况下，我们如何设置呢？首先，要确定控制端口地址，端口地址的确定要结合实验具体的硬件电路来确定。其次，在正确定义确定端口地址后，我们需要对端口进行控制字的写入。最后，还要写完整的汇编程序写入编程软件，并下载到实验机进行验证程序是否符合要求。七、心得体会本次