微机原理与接口技术第89章.ppt

第8章 可编程计数器/定时器 8253及其应用 8.0 计数/定时方法简介 8.1 8253的工作原理 8.2 8253的应用举例 8.0 计数/定时方法简介 软件定时（软件延时） CPU执行指令需要花费固定的时间，执行一段没有目的的指令 可以达到定时的效果。灵活方便，节省费用。CPU利用率低。 不可编程硬件定时 以逻辑门配合RC组成定时电路，如555等。通过改变RC值，调 整定时时间。定时精度不高。RC值容易随外部环境变化而变化 可编程硬件计数/定时 利用晶体振荡器产生高频时间基准，送至可编程硬件进行分频 后，通过指令设定定时初值，到达预定时间后，自动形成一个 输出信号到CPU的中断引脚，提出中断请求。CPU占用率低， 定时时间可设。 注：将晶体振荡器输出改为外部脉冲输出，则可实现计数功能。 8.1 8253的工作原理 数据 总线 缓冲器 控制 寄存器 计数器 2 O O 读 / 写 控制逻辑 O 计数器 1 CLK1 GATE1 OUT1 CLK2 GATE2 OUT2 D0 D7 RD WR A0 A1 CS 计数器 0 CLK0 GATE0 OUT0 计数器 0 计数初值寄存器 低8高8 执行部件 输出锁存寄存器 D0 D7 8253基本原理图8253内部结构及引脚 一、8253作用 定时 软件定时：让机器执行一段程序，安排循环来实现定 时，容易实现，定时时间调整方便，定时不精确，占用 了CPU资源，降低了CPU的利用率。 硬件定时：可编程定时/计数硬件芯片，定时值、定时范 围可以很容易的由软件改变，具有使用灵活、功能较强 等特点。 外部事件计数 外部事件计数就是对外部脉冲信号计数。产生脉冲信号 的外部原因就是外部事件。 如高速公路入口处一个专用计算机检测系统，它可以自 动对进入高速公路的车辆进行计数 8253/8254定时计数器 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 8254是8253的改进型 OUT 输出 计数脉冲 可预置初值计数器 计数初值 8253定时/计数器的工作原理 定时 / 计数器的核心部件为可预置初值计数 器。预置初值后开始计数，CLK信号每输入一个脉 冲，计数值减1，一直减到0，并且OUT脚同时产生 相应输出信号，该信号可用作中断请求。 要注意定时器 的容量即位数 CLK 输入 GATE门控 信号 四大部分：数据总线缓冲器、读写控制逻辑、控制字寄存器 以及三个独立的16位的计数器通道。这三个计数器分别是计数器 0通道、计数器1通道和计数器2通道。 (1)数据总线缓冲器：8位的双向三态缓冲器。用于暂存数据， 使用在以下几个方面： CPU在初始化编程时，向8253写入控制字。 CPU向某一通道写计数初值。 CPU从某一通道读计数初值。 (2)读写控制逻辑电路：接受输入的RD、WR、CS、A1、A0等信 号组合产生出对8253要执行的操作，见操作表。 (3)控制字寄存器：只能写入，不能读出。8初始化编程时，写 入控制字决定通道的工作方式。 (4)3个计数器：分别为0、1和2，是3个独立的计数定时通 道，都可按不同的方式工作。每个计数器内部都包含一个16位的 预置初始值寄存器。一个可预置数减法计数器和一个锁存器。 数据总线缓冲器 双向三态的8位数据缓冲器，实现8253和 CPU之间的数据接口 读写控制电路 片选信号 CS A1A0的组合 ：选择三个通道一个控制寄存 器，共4个端口 读信号 RD 和写信号WR 由CPU提供，低电平 有效。 计数器 通道0、通道1和通道2 CLK：计数器的脉冲输入端，GATE: 计数器的门控 信号，OUT: 计数器的输出信号，一般与计数溢出 有关。 8253计数器工作在减1状态，每输入一个计数脉 冲，计数器值减l， 16位计数器 GATE 当计数器计数到零时，CLK OUT信号有效通知外 设计数器产生溢出 OUT 计数器：将要计数的次数预置到该通道计数器中 定时器：从CLK输入一固定频率的时钟脉冲，再根 据要求定时的时间计算出定时所需的计数值或称 时间常数，并预置到计数器中 计数值定时时间/时钟脉冲周期 计数器的使用 . . 写 8253的控制字，写入控制寄存器（A1，A0 = 11） 写入计数值，写到相应的计数器。 8253控制寄存器格式 D0D1D2D3D4D5D6D7 BCDM1M2M3RW1 RW0SC0SC1 工作方式选择 000：方式0 001：方式1 010：方式2 101：方式5 计数值写入顺序 00:读计数值(锁存) 01:写低8位,高8位为0 10:写高8位,低8位为0 11:先写低8位,后写高8位 计数器选择 00:计数器0 01:计数器1 10:计数器2 11:*8254读回 计数值形式 0：二进制 1：BCD码 二、 初始化编程步骤和门控信号的功能 8253初始化 通过8253的控制端口向控制字寄存器写入相应通道的 控制字，控制字包括如下信息：指定通道的工作方式， 对通道计数器的读写方式，通道计数器计数时所采用的 数制； 通过8253的通道端口向相应的通道计数器写入初始计 数值。如果在控制字中已确定16位的读写方式，则要对 通道端口写操作两次，第一次写初始计数值的低8位， 第二次写高8位。 8253的编程 控制字 分为4部分，通道选择、计数器读/写方式、 工作方式和计数码的选择。 计数器选择（SC1、SC0）计数器读/写方式（RLl、RL0） 计数器的锁存操作 8253一旦初始化后，就不需要CPU参与而自动计数。为 了读出计数值时不干扰实际计数过程，同时读出的值又 是稳定的，就要求对通道计数器中的计数值进行锁存。 硬件锁存暂停计数GATE暂停计数 软件控制命令锁存 每一个通道都有一个输出锁存器(16位)，平时它的值随通道计数 器的值变化，当向通道写入锁存的控制命令时，它把计数器的现 行值锁存而计数器的计数过程照样进行。这样，CPU读取的是锁 存器中的值。当重新写入一个命令字或CPU读取计数值后，计数 通道会自动解除锁存状态。 锁存控制字： 0000XXXXB 先读低8位，后读取高8位（不锁存）： 1000H0F00H BCD计数制：写入初值范围为0000到 9999，而0000是最大值，代表10000 二进制计数制：写入初值范围为0000 到FFFFH，其中0000为最大值，代表 65536。 工作方式选择（M2、M1、M0） 控制字的D5D4为00，表示的是锁 存命令。这时控制字中的低4位无 效 8253的工作方式 方式0计数结束中断方式 方式1可编程序的单独负脉冲 方式2速率发生器 方式3方波发生器 方式4软件触发方式 方式5硬件触发方式 方式0计数结束中断方式 方式0的作用 用户可以在设定时间上产生中断信号 工作方式0特点： 门控信号GATE必须为1，计数器才能计数； 计数时通道输出端OUT一直为0； 通道计数器计数到0后，OUT由0到1，同时计数器停止工作。 OUT输出的从低到高的正跳变或高电平可作为中断请求信号INTR，向 CPU发出中断请求。 在计数过程中，GATE信号为低电平时，停止计数，一旦GATE变高，则 继续计数 INT 8086 ；置8255A方式控制字 ；8255A置位/复位控制字,使PC00 ；置8253通道0方式控制字 ；置8253通道0时间常数 MOV AL,10011010B OUT 8255控制口，AL MOV AL,00H OUT 8255控制口，AL MOV AL,30H OUT 8253控制口，AL MOV AL，40H OUT 通道0端口，AL MOV AL，38H OUT 通道0端口，AL 中断程序中有关程序段如下： ；8255置位/复位控制字，使PC01MOV AL,00000001B OUT 8255控制口，AL 家庭厨房系统 方式1可编程序的单稳态输出方式 单稳电路 在输入的激励下产生固定宽度脉冲的电路，当输入端输入一个不低 于规定的最小宽度的脉冲后，单稳电路就输出一个用户事先设定宽 度的脉冲。 8253的方式1就是一个可编程单稳电路 方式1工作过程 门控信号GATE是触发信号，上升沿有效。即开始计数是由GATE的 上升沿触发的； 触发后，通道计数器开始计数，输出端OUT由高变低； 计数器计数到0，OUT再由低变高。 PWNTclk PW：输出的负脉冲宽度 ；N：初始计数值，Tclk：CLK端的脉冲周期 方式2比率发生器 方式2是一个可编程的分频电路，它把输入信号CLK分频 后以脉冲的形式由OUT输出，而分频系数就是用户事先对 通道计数器写入的初始计数值 工作方式（OUT初始为高电平） GATE门为1，计数器才能工作，对CLK 端上的脉冲进行计数； 当计数器“减”计数到1时，输出端由 高变低，再经过一个CLK周期，即计 数器计数到0时，输出端OUT又跳变 为高。所以方式2输出周期性负脉冲信 号，其宽度固定为一个CLK周期； 当计数器的值减为0时，自动重新装入 计数初值，实现循环计数 方式2计数初值重载 在计数过程中，如果GATE信号为低电平，则停止计数，待 GATE信号变为高电平后，从初始值开始重新计数。 方式2定时波形图 方式3方波发生器 工作方式： 当控制字写入控制寄存器后，输出端OUT变高。 当计数初值写入通道，且GATE为高电平时计数器开始计数，OUT保持高电平。 若计数初值n为偶数，则当计数值减到n2时，输出端OUT变为低电平。然后此 低电平一直保持到计数值减为0，OUT再次变为高电平。 当计数值减到0时计数器重新装入计数值，实现循环计数。 当计数值N为偶数时，输出端OUT输出重复周期为NCLK，占空比为1：1 的方波。 当计数初值N为奇数，输出重复周期为NCLK，但占空比为(N+1)/2(N- 1)/2，因而输出是近似方波。 方式4软件触发方式 软件触发方式:CPU通过指令触发一个选通信号给外 部设备，选通信号在触发后设定时间点上发出。 选通信号作用:锁存器STB,打印机STB CPU通过触发8253的某个通道，定时启动一个事件 或工作过程，或CPU启动某个事件的命令延迟了设 定时间后才执行。 方式4中，当写入控制字后，输出端OUT变为高电 平。当计数初值写入通道后，CPU就完成了对通道 的触发。当计数器计数到0时，通道的OUT端就输 出负脉冲。 方式4工作过程 门控信号GATE为高电平，计数器开始减1计数，OUT维持高电平； 当计数器减到0，输出端OUT变低，再经过一个CLK输入时钟周期，OUT 输出又变高。 所以输出端OUT在计数器溢出时产生一个宽度为1个CLK周期的负脉冲。 而这个负脉冲就可以做为外设的选通信号。 若在计数过程中，GATE信号变低，则停止计数；到GATE信号变高，重 新开始从初值减1计数。 GATE0 5V 8253通 道 0 CLK0 OUT0 CP RD D SD Q 送家用电器 +5V 220V 5V C R 方式4下的家庭厨房系统 早晨启动你的计算机，在8点钟执行对8253通道0的初始化程序 ,关掉CPU 方式5硬件触发方式 硬件触发方式 外部通过一个有效沿触发信号启动一个选通信号给外部设备，选通 信号在触发后设定时间点上发出。 工作过程 当控制字写入控制寄存器后，输出端OUT变高; 当计数值写入通道计数器后，立即开始计数; 只有当GATE信号的上升沿触发通道后，通道计数器才开 始计数(所以方式5称硬件触发); 当计数值减到0，输出端OUT变低，再经过一个CLK时钟 周期，OUT端输出又变高。(输出端OUT输出的也是一个 宽度固定为1个CLK周期的负脉冲 ) 计数器的计数值减到0后，将自动重新装入计数值，但并不 开始计数，待到再一次有GATE的上升沿触发才开始计数。 8253通道0 D SD Q CP RD 送家用电器 +5V 220V C R CLK0 OUT0 GATE0 5V 早晨8点前的任何一个时刻启动你的计算机 , 对8253通道0的初始化程序 ,关掉CPU在8 点时，按下开关，计数开始计数 5V 工作方式启动方式“溢出”方式计数值使用 方式0软件启动OUT为正电平一次有效 方式1GATE上升沿OUT为正电平自动重装 方式2软件启动OUT为负脉冲自动重装 方式3软件启动OUT为方波自动重装 方式4软件启动OUT为负脉冲一次有效 方式5GATE上升沿OUT为负脉冲自动重装 8253的工作方式小节 与频率发生器有关的工作方式 方式2和发生3，对OUT端，方式2提供给用户的是负脉冲，方式3提 供给用户的是方波。GATE信号均要始终保持为高。 与计数器有关的工作方式 2161 0 0 0 0 0 0N = = = 例题: 现有一个高精密晶体振荡电路，输出信号是脉冲波， 频率为1MHz。要求利用8253做一个秒信号发生器，其输出 接一发光二极管，以0.5秒点亮，0.5秒熄灭的方式闪烁指 示。设8253的通道地址为80H86H（偶地址） 解答: （1） 8253作一个分频电路，而且其输出应该是方波 （2）分频系数N ： 1 S 1000000 S 1 S 1 S N = 1000000 = 1000 1000 = N1 N 2 1MHz 8253通 道 0 CLK 0 OUT 0 GATE 0 1KHz 8253通 道 1 CLK 1 OUT 1 GATE 1 5V 通道0首先把1MHz信号1000分频，产生1KHz的信号，通道1再把 1KHz信号1000分频，结果就得到的1Hz信号 （3）通道1要输出方波信号推动发光二极管，所以通道1 应选工作方式3。对于通道0，只要能起分频作用就行，对 输出波形不做要求，所以方式2和方式3都可以选用。 (4) 初始化： 通道0: 工作方式2，BCD计数； 通道1: 工作方式3，二进制计数 MOV AL,00110101B OUT 86H,AL MOV AL,00 OUT 80H,AL MOV AL,10H OUT 80H,AL MOV AL,01110110B ；通道0控制字 ；通道0初始计数值 ；通道1控制字 OUT 86H,AL MOV AL,0E8H；通道1初始计数值，03E8H=1000BCD OUT 82H,AL MOV AL,03H OUT 82H,AL 第9章 可编程外围接口芯片 8255A及其应用 9.1 8255A的工作原理 9.2 8255的应用举例 一、8255A的结构和功能 具有多种功能的可编程并行接口电路芯片 最基本的接口电路：三态缓冲器和锁存器 与CPU间、与外设间的接口电路：状态寄存器 和控制寄存器 还有端口的译码和控制电路、中断控制电路 分3个端口，共24个外设引脚 共三种输入输出工作方式 8255A的内部结构和引脚 A组 控制 A组 端口A 内部数据线 B组 控制 内部控制线 A组 端口C 上部 B组 端口B B组 端口C 下部 数据 总线 缓冲器 读写 控制 逻辑 PC4PC7 PB0PB7 PC0PC3 PA0PA7 D0D7 RD WR A0 A1 CS RESET 外设数据端口 方式0 4位PC0PC3 端 ：7端口A：PA0口 PA PA0PA7 A组，支持工作方式0端口，功能最强大常作数据 、1、2 端 ：7端口B：PB0口 PB PB0PB7 B组，支持工作方式0端口常作数据 、1 端 ：7端口C：PC0口 PCPC0PC7 4位PC44位 7， 仅支持工作可作数据、状态和控制端口 A组控制高 分两个 PC 每位可独立操作 B组控制低 控制最灵活，最难掌握 CS* A1 A0 I/O地址读操作RD*写操作WR* 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 60H 61H 62H 63H 读端口A 读端口B 读端口C 非法 写端口A 写端口B 写端口C 写控制字 与处理器接口 D0 D7数据线 RD*读信号 CS*片选信号 A0 A1地址线 WR*写信号 RESET复位信号 三、 8255A的工作方式 方式0：基本输入输出方式 适用于无条件传送和查询方式的接口电路 方式1：选通输入输出方式 适用于查询和中断方式的接口电路 方式2：双向选通传送方式 适用于与双向传送数据的外设 适用于查询和中断方式的接口电路 data data 方式0输入时序 RD 输入端口 CS,A1,A0 D0D7 方式0输出时序 WR data data输出端口 CS,A1,A0 D0D7 8255A对CPU通过它输出给外设的数据进行锁存 方式1输入引脚：A端口 数据选通信号 表示外设已经准备好数据 输入缓冲器满信号 表示A口已经接收数据 中断请求信号 请求CPU接收数据 PC4 PC5 PC3 PA7PA0 INTEA INTRA STBA IBFA 中断允许触发器 PC2 PB7PB0 INTEB STBB 方式1输入引脚：B端口 数据选通信号 表示外设已经准备好数据 输入缓冲器满 中断请求信号 请求CPU接收数据 中断允许触发器 PC 同时还具有中断请求和屏蔽功能 信号 表示A口已经接收数据 PC0 INTRB 方式1输入联络信号 STB*选通信号，低电平有效 由外设提供的输入信号，当其有效时，将输入设备送 来的数据锁存至8255A的输入锁存器 IBF输入缓冲器满信号，高电平有效 8255A输出的联络信号。当其有效时，表示数据已锁 存在输入锁存器 INTR中断请求信号，高电平有效 8255A输出的信号，可用于向CPU提出中断请求，要 求CPU读取外设数据 data data 输入端口 D0D7 方式1输入时序 STB IBF 的一对应答联络信号， INTR RD 方式1中断控制 8255A的中断由中断允许触发器INTE控制 置位允许中断，复位禁止中断 对INTE的操作通过写入端口C的对应位实 现，INTE触发器对应端口C的位是作应答 联络信号的输入信号的哪一位，只要对那 一位置位/复位就可以控制INTE触发器 选通输入方式下 端口A的INTEA对应PC4 端口B的INTEB对应PC2 方式1输出引脚：A端口 外设响应信号 表示外设已经接收到数据 输出缓冲器满信号 表示CPU已经输出了数据 PC6 PC7 PA7PA0 INTEA OBFA INTRA 中断请求信号 请求CPU再次输出数据 ACKA PC3 中断允许触发器 PC2 PC1 PB7PB0 INTEB OBFB ACKB 方式1输出引脚：B端口 外设响应信号 表示外设已经接收到数据 输出缓冲器满信号 表示CPU已经输出了数据 INTRB 中断请求信号 请求CPU再次输出数据 PC0 中断允许触发器 ACK*响端口A的INTEA对应PC6 方式1输出联络信号 OBF*输出缓冲器满信号，低有效 8255A输出给外设的一个控制信号，当其有效时，表 示CPU已把数据输出给指定的端口，外设可以取走 应信号，低有效 INTR中断请求信号，高有效 当输出设备已接受数据后，8255A输出此信号向CPU 提出中断请求，要求CPU继续提供数据 外设的响应信号，指示INTEB的端口数据已由外设接 受 端口B 8255A 对应PC2 INTR data data 输出端口 D0D7 方式1输出时序 WR OBF ACK OBF*和ACK*是外设和8255A间 的一对应答联络信号， 为的是可靠地输出数据 方式2双向方式 方式2将方式1的选通输入输出功能组合成一个双 向数据端口，可以发送数据和接收数据 只有端口A可以工作于方式2，需要利用端口C的 5个信号线，其作用与方式1相同 方式2的数据输入过程与方式1的输入方式一样 方式2的数据输出过程与方式1的输出方式有一点 不同：数据输出时8255A不是在OBF*有效时向 外设输出数据，而是在外设提供响应信号ACK* 时才送出数据 PC6 方式2双向引脚 PA7PA0 INTE1 ACKA OBFA STBA IBFA INTRA PC7 INTE2 PC4 PC5 PC3 用PC6设置INTE1（输出） 用PC4设置INTE2（输入） 输入和输出中断通过 或门输出INTRA信号 data-out data-in data-in data-out PA0PA7 D0D7 方式2双向时序 WR OBF INTR ACK STB IBF RD 8255A的编程 初始化编程：一个方式控制字 采用控制I/O地址：A1A011 工作过程中：通过数据端口对外设数据 进行读写 数据读写利用端口A、B和C的I/O地址， A1A0依次等于00、01、10 IBM PC/XT机上，端口A、B、C和控制 端口的I/O地址为60H、61H、62H和63H 1. 写入方式控制字：控制字格式 写入方式控制字：示例 要求： A端口：方式1输入 C端口上半部：输出，C口下半部：输入 B端口：方式0输出 方式控制字：10110001B或B1H 初始化的程序段： mov dx,0fffeh mov al,0b1h out dx,al ;假设控制端口为FFFEH ;方式控制字 ;送到控制端口 2. 读写数据端口 初始化编程后： 当数据端口作为输入接口时，执行输入IN指 令将从输入设备得到外设数据 当数据端口作为输出接口时，执行输出OUT 指令将把CPU的数据送给输出设备 8255A具有锁存输出数据的能力 对输出方式的端口同样可以输入 不是读取外设数据 读取的是上次CPU给外设的数据 2. 读写数据端口：示例 利用8255A的输出锁存能力，可实现按位 输出控制 对输出端口B的PB7位置位的程序段： mov dx,0fffah in al,dx or al,80h out dx,al ;B端口假设为FFFAH ;读出B端口原输出内容 ;使PB71 ;输出新的内容 3. 读写端口C：归纳1 C端口被分成两个 4位端口，两个端 口只能以方式0工 作，可分别选择 输入或输出 在控制上，C端口上半部和A端口编为A 组，C端口下半部和B端口编为B组 3. 读写端口C：归纳2 当A和B端口工作 在方式1或方式2 时，C端口的部分 或全部引脚将被征 用 其余引脚仍可设定工作在方式0 3. 读写端口C：归纳3 对端口C的数据输出有两种办法 通过端口C的I/O地址：向C端口直接写入 字节数据。这一数据被写进C端口的输出 锁存器，并从输出引脚输出，但对设置为 输入的引脚无效 通过控制端口：向C端口写入位控字，使C 端口的某个引脚输出1或0，或置位复位内 部的中断允许触发器 端口C的位控制字 位控制字写入控制端口 特别便于置位复位内部 中断允许触发器INTE 3. 读写端口C：归纳4 读取的C端口数据有两种情况 未被A和B端口征用的引脚：将从定义为输 入的端口读到引脚输入信息；将从定义为 输出的端口读到输出锁存器中的信息 被A和B端口征用作为联络线的引脚：将读 到反映8255A状态的状态字 方式1输入 INTRAINTE2IBFAINTE1OBFA INTRBOBFBINTRA INTEBI/OI/OINTEAOBFA 方式2双向 方式1输出 INTRBIBFBINTEA INTRA INTEBIBFAI/OI/O D0D1D2D3D4D5D6D7 端口C的状态字 A组 B组 9.2 8255A的应用 作为通用的并行接口电路芯片， 825A具有广泛的应用 应用在IBM PC/XT微机上 应用于打印机接口电路 连接简易键盘 驱动LED数码管 11.2.1 8255A在IBM PC/XT上的应用 工作在基本输入/输出方式0 端口A为方式0输入，用来读取键盘扫描码 端口B工作于方式0输出，例如控制扬声器等 端口C为方式0输入，读取系统状态和配置 系统的初始化编程： ;方式控制字99Hmov al,10011001b out 63h,al 同时送出数据选通信号STROBE* BUSY 忙信号 打印机接口的信号与时序 DATA07 ACK 主机把数据送给引脚DATA0DATA7 打印机 STROBE 在BUSY信号线上发出忙信号 打印机处理好输入的数据时 撤消 同时又送出一个响应信号ACK* 用8255A方式0与打印机接口 8255A PA0PA7 PC7 PC2 打印机 DATA07 STROBE BUSY 8255A的初始化 mov dx,0fffeh ;控制端口地址：FFFEH mov al,10000001B ;方式控制字：91H out dx,al ;A端口方式0输出，C端口上输出、下输入 mov al,00001111B ;端口C的复位置位控制字，使PC71 out dx,al 打印子程序：查询 printc prn: proc push ax push dx mov dx,0fffch ;读取端口C in al,dx and al,04h ;查询打印机状态 ;PC2BUSY0？ jnz prn ;PC21，打印机忙，则循环等待 打印子程序：输出 mov dx,0fff8h ;PC20，打印机不忙，则输出数据 mov al,ah out dx,al;将打印数据从端口A输出 打印子程序：打印 mov dx,0fffeh ;从PC7送出控制低脉冲 mov al,00001110B ;置STROBE*0 out dx,al nop ;产生一定宽度的低电平 nop mov al,00001111B ;置=1 out dx,al ;最终，STROBE*产生低脉冲信号 打印子程序：返回 pop dx pop ax ret printcendp 11.2.3 用8255A方式1与打印机接口 1000pf 2K 15 3 14 4 2 电路 +5V PC6 INTR PC3 8255A PA0PA7 打