可编程计数定时控制器(共49张PPT).pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,*,计数,/,定时控制器,*,第一页，共49页。,一、概述(i sh),实现定时的三种方法：,1.软件定时：由CPU执行指令序列所花费的时间来构成一定的时间间隔(jin g)，从而达到定时的目的。,例如：MOV CX,H,HERE:LOOP HERE,优点：不需要专门的硬件设备。,缺点：浪费了宝贵的CPU资源。,第二页，共49页。,2.不可编程的硬件(yn jin)定时,单稳态电路,时序(sh x)波形,t,d,触发(chf)信号,稳态,暂稳态,第三页，共49页。,3.,可编程计数器,/,定时器,可用软件的方法(通过(tnggu)初始化编程)设定或调整定时范围。,典型产品：Zilog Z80-CTC,Intel 8253(8254),第四页，共49页。,二、可编程计数器,/,定时器,8253,2.1 8253 的主要功能,(1)具有三个独立的16位计数通道(tngdo)；,(2)每个计数通道(tngdo)可按二进制或二十进制 计数；,(3)每个计数通道(tngdo)的计数速率可达2MHz；,(4)每个计数通道(tngdo)有六种工作方式；,第五页，共49页。,2.2 8253的结构(jigu),8253的内部结构框图如图1所示。,由图可见，它由与CPU的接口、内部控制电路以及三,个计数器通道(tngdo)所组成。,第六页，共49页。,数据,总线,缓冲器,读,/,写,逻辑,控制(kngzh)字,寄存器,D,7,D,0,计数器,0,计数器,1,计数器,2,RD,WR,A,0,A,1,CS,内部(nib)总线,CLK,0,GATE,0,OUT,0,CLK,1,GATE,1,OUT,1,CLK,2,GATE,2,OUT,2,图1 8253内部结构框图(kungt),第七页，共49页。,第三十三页，共49页。,例3 设8253的三个计数器端口分别为304H307H。,等计数到0并出现新的门控发信号后，再按新的计数值计数。,(4)在计数过程(guchng)中也可改变计数值。,第二十一页，共49页。,如何(rh)产生1Hz的时钟信号？,(4)在计数过程中，CPU可改变计数初值，这时计数过程不受影响，计数到零后输出变高。,4 8253 的工作(gngzu)方式,8253有三个独立的计数器通道，每个通道可以(ky)被CPU访问的部件有：8位的控制寄存器，它只能写入，不能读出；,每个通道都有两个输入引脚CLK和GATE以及一个输出引脚OUT。,第三十三页，共49页。,(4)每个计数通道(tngdo)有六种工作方式；,方式5的时序图如图10所示。,计数(j sh)执行部件,当GATE信号变低时，立即暂停现行计数；,1.数据总线缓冲器,这是8253与CPU的数据总线(DD)连接的8位双向三态缓冲器。CPU用输入输出指令对8253进行(jnxng)读写操作时的所有信息都通过这个缓冲器传送。,2.读/写逻辑,这是8253内部操作的控制电路，它从系统控制总线上接收输入(shr)信号，然后转换成8253内部操作的各种控制信号。,第八页，共49页。,3.控制字寄存器,当地址信号(xnho)A1和A0都为1时，访问控制字寄存器。控制字寄存器从数据总线上接收CPU送来的控制字，并由控制字的D7、D6两位的编码决定控制字写入哪个通道的控制寄存器中去，由寄存在每个通道内的控制寄存器的内容决定该通道的工作方式，选择计数器是按二进制还是BCD数计数，并确定每个计数器初值的写入顺序。,第九页，共49页。,4.计数器0、计数器1、计数器2,这是三个计数器/定时器通道，每一个都由16位的可设置计数初值的减法(jinf)计数器构成。,三个通道的操作是完全独立的。每个通道都有两个输入引脚CLK和GATE以及一个输出引脚OUT。,从编程的角度看，8253的结构框图如图2所示。,第十页，共49页。,数据总线,地址译码,RD,WR,IO/M,V,CC,GND,CLK,0,GATE,0,OUT,0,CLK,1,GATE,1,OUT,1,CLK,2,GATE,2,OUT,2,D,7,D,0,RD,WR,CS,A,1,A,0,控制(kngzh)寄存器（8位）,高,8,位,低,8,位,高,8,位,低,8,位,计数器,0,高,8,位,低,8,位,计数(j sh)初值寄存器,（CR）,计数(j sh)执行部件,（CE）,输出锁存器（,OL,）,计数器,1,计数器,2,图,2 8253,计数通道结构,第十一页，共49页。,2.3 8253,的引脚,8253,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,CLK,0,OUT,0,GATE,0,GND,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,24,23,22,21,20,19,18,17,16,15,14,13,V,cc,WR,RD,CS,A,1,A,0,CLK,2,GATE,2,OUT,2,CLK,1,GATE,1,OUT,1,图,3,8253,的引脚图,第十二页，共49页。,2.4 8253 的工作(gngzu)方式,8253的每个通道均可以通过(tnggu)编程选择6种工作方式之一:,1.方式0计数到零产生中断请求,方式0的操作时序图如图4所示。,第十三页，共49页。,图4 方式(fngsh)0的时序图,第十四页，共49页。,方式0的主要(zhyo)特点是：,(1)计数器只计一遍而不能自动重复工作。只有CPU再次写入一个新的计数值(即使计数值相同也需再次写入)，OUT才变为低电平，计数器按新写入的计数值重新开始计数。,或者CPU重新对8253设置方式0控制字，它的OUT输出也可以(ky)立即变为低电平，并等再次写入计数初值后重新开始计数。,第十五页，共49页。,(2)CPU向CR寄存器写入计数初值后的第一个CLK脉冲（即图中用斜线标出的那个脉冲），将CR的内容送入CE，从此之后计数器才开始减1计数。因此这第一个CLK脉冲不包括在减1计数过程中。,如果设置计数初值为N，则输出(shch)OUT是在N+1个CLK脉冲之后才变为高电平。,(3)在计数过程中，可由GATE信号控制暂停计数。当GATE变低时，计数暂停；当GATE变高后又接着计数。,第十六页，共49页。,(4)在计数过程(guchng)中也可改变计数值。在写入新的计数值后，计数器将立即按新的计数值重新开始计数。当按新的计数值减1计数到0时，输出OUT变为高电平。其工作波形如图所示。,第十七页，共49页。,CLK,GATE,（高）,1,2,1,2,3,CW,N,3,WR,OUT,图5 方式0计数过程中改变(gibin)计数值,0,N,2,第十八页，共49页。,2.方式1硬件(yn jin)可重复触发的单稳态触发器,方式(fngsh)1的时序图如图6所示。,图6 方式(fngsh)1的时序图,第十九页，共49页。,在方式1，当CPU输出控制字后(WR的上升沿)，OUT输出变为高电平(若原为高电平，则保持为高电平)；,在CPU写入计数初值后，计数器并不开始计数，直至门控信号(xnho)GATE上升沿(即门控触发信号(xnho)出现。,在计数过程中，OUT一直维持为低电平，直至减1计数到0时，OUT输出变为高电平。即由于GATE上升沿的触发，使OUT输出端产生一个宽度为N个CLK周期的负脉冲。,第二十页，共49页。,(1)若设置计数初值为N，则输出负脉冲的宽度为N个CLK脉冲周期。,(2)当计数到零时，可再次由GATE上升沿触发，输出同样宽度的负脉冲，而不必重新(chngxn)写入计数初值。,(3)在计数过程中(输出负脉冲期间)，可由GATE上升沿再触发。并使计数器从计数初值开始重新(chngxn)作减1计数，减至0时，OUT输出变为高电平。其效果是使输出负脉冲的宽度比原来加宽了。,(4)在计数过程中，CPU可改变计数初值，这时计数过程不受影响，计数到零后输出变高。,当再次触发时，计数器才按新输入的计数值计数，即改变计数值是下次有效的。,第二十一页，共49页。,3.方式(fngsh)2分频器,在方式2，当CPU输出控制字后，OUT输出为高。在写入计数(j sh)初值后，计数(j sh)器将自动对输入时钟CLK计数(j sh)。,在计数(j sh)过程中OUT输出为高，直至计数(j sh)器减到1(注意，不是减到0)时，OUT输出变低，经过一个CLK周期，输出恢复为高，且计数(j sh)器将自动重新开始计数(j sh)。,这种方式可作脉冲速率发生器或用来产生实时时钟中断信号。,方式2的时序图如图7所示。,第二十二页，共49页。,图7 方式(fngsh)2时序图,重复(chngf)周期,第二十三页，共49页。,方式(fngsh)2的主要特点是：,(1)不用重新设置计数值，通道能连续工作，输出固定频率的脉冲。如果计数初值为N，则每输入N个CLK脉冲，输出一个负脉冲。负脉冲宽度为1个CLK周期，重复周期为N倍的CLK周期。,(2)计数过程可由GATE信号控制。当GATE信号变低时，立即暂停现行计数；当GATE信号又变高后，从计数初值开始重新计数。,(3)如果在计数过程中，CPU重新写入计数值，则对于正在进行的计数无影响，而是从下一个计数操作(cozu)周期开始按新的计数值改变输出脉冲的频率。,第二十四页，共49页。,4.方式(fngsh)3方波发生器,方式3和方式2的工作情况类似(li s)，两者的主要区别是输出波形的形式。,对于方式3，OUT输出是对称方波或基本对称的矩形波。即在一个计数周期内，若计数初值N为偶数，则OUT输出将有N/2个CLK周期为高电平，N/2个CLK周期为低电平，输出为对称方波，其周期为N个CLK周期；,若N为奇数，则OUT输出将有(N+1)/2个CLK周期为高电平，(N-1)/2个CLK周期为低电平，输出为基本对称的矩形波，其周期也为N个CLK周期。,第二十五页，共49页。,图8 方式(fngsh)3时序图,第二十六页，共49页。,方式3的主要(zhyo)特点是：,(1)若计数初值N为偶数，则输出波形是周期为N个CLK周期的对称方波；若计数初值N为奇数，则输出波形是周期为N个CLK周期的基本对称矩形波，其高电平持续时间比低电平持续时间多一个CLK周期。,(2)如果在计数过程(guchng)中，GATE信号变低，则暂停现行计数过程(guchng)，直到GATE再次有效，将从计数初值开始重新计数。,(3)如果要求改变输出方波的频率，则CPU可在任何时候重新写入新的计数初值，并从下一个计数操作周期开始改变输出方波的频率。,第二十七页，共49页。,5.方式4软件(run jin)触发选通,在方式4，当写入控制(kngzh)字后，OUT输出为高。当写入计数初值后计数器即开始计数(相当于软件触发启动)，当计数到0后，输出变低，经过1个CLK周期，输出又变高。方式4不能自动重复计数，即这种方式计数是一次性的。每次启动计数都要靠重新写入计数值，所以称为“软件触发选通”。,当8253工作于方式4时，可用作软件触发的选通信号发生器。,方式4的时序图如图9所示。,第二十八页，共49页。,图9 方式(fngsh)4时序图,第二十九页，共49页。,方式(fngsh)4的主要特点是：,(1)若设置计数初值为N，则在写入计数初值后的N+1个CLK脉冲，才输出一个负脉冲。负脉冲的宽度为1个CLK周期。,(2)GATE为高时，允许(ynx)计数；GATE为低时，禁止计数。所以，要实现软件启动，GATE应为高。,(3)若在计数过程中改变计数值，则按新的计数值重新开始计数，即改变计数值是立即有效的。,第三十页，共49页。,方式4可应用于这样一种(y zhn)情况：CPU经输出端口发送并行数据给接收系统，经过一段时间延迟后，再发送一个选通信号，利用该选通信号将并行数据打入到接收系统的缓冲寄存器中。,通过改变计数初值N,可以方便地调整发出选通信号的延迟时间。,第三十一页，共49页。,6.方式(fngsh)5硬件触发选通,在方式5，设置了控制字后，输出为高。在设置了计数初值后，计数器并不立即开始计数，而是由门控信号(xnho)GATE的上升沿触发启动。当计数到0时，输出变低，经过一个CLK周期，输出恢复为高，并停止计数。要等到下次门控GATE信号(xnho)的触发才能再计数，即方式5的计数是一次性的。,方式5的时序图如图10所示。,第三十二页，共49页。,CLK,GATE,0,1,2,3,CW,N,3,WR,OUT,图10 方式(fngsh)5时序图,第三十三页，共49页。,方式5的主要(zhyo)特点是：,(1)若设置计数初值为N，则在门控GATE上升沿触发(chf)后，经过N+1个CLK脉冲，才输出一个负脉冲。,(2)若在计数过程中再次出现门控GATE触发(chf)信号，则将使计数器从计数初值开始重新计数，但OUT输出的高电平不受影响。,(3)若在计数过程中改变计数值，只要在计数到0之前不出现新的门控触发(chf)信号，则原计数过程不受影响；等计数到0并出现新的门控发信号后，再按新的计数值计数。,若在写入了新的计数值后，在未计数到0之前有门控触发(chf)信号出现，则立即按新的计数值重新开始计数.。,第三十四页，共49页。,7.8253工作(gngzu)方式小结,(1)方式2(分频器)、方式4(软件触发选通)和方式5(硬件触发选通)，它们的输出波形相同，都是宽度为1个CLK周期的负脉冲。区别是，方式2是自动重复工作的，而方式4需由软件(设置计数(j sh)值)触发启动，方式5需由门控GATE信号触发启动。,(2)方式5(硬件触发选通)与方式1(硬件触发单稳)，触发信号相同，但输出波形不同方式1输出为宽度是N个CLK周期的负脉冲(计数(j sh)过程中输出为低)，而方式5输出为宽度是1个CLK周期的负脉冲(计数(j sh)过程中输出为高)。,第三十五页，共49页。,(3)在6种工作方式中，只有方式0，在写入控制字后输出为低；其余5种方式，都是在写入控制字后输出为高。,(4)6种工作方式中的任一种方式，只有在写入计数初值后才能开始计数。方式0、2、3、4都是写入计数初值后，计数过程就开始了。而方式1和方式5在写入计数初值后，需由外部GATE信号的触发(chf)启动，才能开始计数过程。,(5)6种工作方式中，只有方式2(分频器)和方式3(方波发生器)为自动重复工作方式，其他4种方式都是一次性计数，要继续工作需要重新启动。,第三十六页，共49页。,2.5 8253,的初始化编程,1.内部寄存器的寻址,8253有三个独立的计数器通道，每个通道可以(ky)被CPU访问的部件有：8位的控制寄存器，它只能写入，不能读出；16位的计数初值寄存器CR，它只能写入，不能读出；16位的输出锁存器OL，它只能读出，不能写入。,第三十七页，共49页。,由输入信号A1和A0的四种编码(bin m)来选择四个端口之一。,8253内部寄存器的寻址如（P246，表95）所示。,第三十八页，共49页。,2.初始化编程顺序,注意：必须(bx)按控制字D5,D4位规定的格式进行写入。,设置控制字,写入计数初值,第三十九页，共49页。,3.8253的控制(kngzh)字,SC,1,SC,0,RL,1,RL,0,M,2,M,1,M,0,BCD,00 通道(tngdo)0,01 通道(tngdo)1,02,通道,2,11,无效,通道选择,：,00,计数器锁存命令,01,只读,/,写计数器低,8,位,10,只读,/,写计数器高,8,位,11,先读,/,写计数器低,8,位,后读,/,写计数器高,8,位,读,/,写格式：,计数器,：,工作方式：,000,方式,0,001,方式,1,x10,方式,2,x11,方式,3,100,方式,4,101,方式,5,图,12 8253,控制字格式,0,二进制计数,1,十进制计数,第四十页，共49页。,需要说明的是，当采用二进制计数时，如果是8位二进制计数（计数值256），则在8253初始化编程的传送指令“MOV AL,n”中，n可以写成任何进制数（二进制、十进制或十六进制(sh li jn zh)）的形式；,如果是16位二进制计数（计数值65536），一种方法是先把计算得到的十进制计数初值n转换成4位十六进制(sh li jn zh)数（即16位二进制），然后分两次写入8253的指定端口；,第四十一页，共49页。,另一种方法是先把该十进制计数(j sh)初值n直接传送给AX，然后分两次写入8253指定端口，即：,MOV AX,n；,OUT PORT,AL ；先写低8位（PORT为端口号）,MOV AL,AH ；,OUT PORT,AL ；后写高8位,第四十二页，共49页。,当采用十进制（BCD码）计数时，必须在8253初始化编程中把计算得到的十进制计数初值n加上后缀H,以便在相应的传送(chun sn)指令执行后能够在AL(或AX)中得到十进制数n的BCD码表示形式，例如n=50，则应按如下方式写入：,MOV AL,50H ；,OUT PORT,AL ；,第四十三页，共49页。,并使计数器从计数初值开始重新(chngxn)作减1计数，减至0时，OUT输出变为高电平。,(1)不用重新设置计数值，通道能连续工作，输出固定频率的脉冲。,5 8253的初始化编程,图8 方式(fngsh)3时序图,OUT 48H，AL ；,(3)如果要求改变输出方波的频率，则CPU可在任何时候重新写入新的计数初值，并从下一个计数操作周期开始改变输出方波的频率。,等计数到0并出现新的门控发信号后，再按新的计数值计数。,(1)不用重新设置计数值，通道能连续工作，输出固定频率的脉冲。,HERE:LOOP HERE,GATE为低时，禁止计数。,这是8253与CPU的数据总线(DD)连接的8位双向三态缓冲器。,方式(fngsh)2分频器,OUT PORT,AL ；,在方式4，当写入控制(kngzh)字后，OUT输出为高。,图10 方式(fngsh)5时序图,(1)若计数初值N为偶数，则输出波形是周期为N个CLK周期的对称方波；,(2)CPU向CR寄存器写入计数初值后的第一个CLK脉冲（即图中用斜线标出的那个脉冲），将CR的内容送入CE，从此之后计数器才开始减1计数。,如果(rgu)n=1250，则需分两次写入，即：,MOV AL,50H ；,OUT PORT,AL ；先写低8位,MOV AL,12H ；,OUT PORT,AL ；后写高8位,也可按如下方法两次写入：,MOV AX,1250H ；,OUT PORT,AL ；先写低8位,MOV AL,AH ；,OUT PORT,AL ；后写高8位,第四十四页，共49页。,4.初始化编程举例(j l),例1 若用8253的计数(j sh)通道1，工作在方式0，按8位二进制计数(j sh)，计数(j sh)初值为128，则初始化编程如下：,(1)确定通道控制字-50H,(2)8位计数(j sh)初值为80H。,设8253的端口地址为48H4BH，则初始化程序段为：,MOV AL，50H；,OUT 4BH，AL；设置通道1控制字,MOV AL，80H；,OUT 49H，AL；写通道1计数(j sh)初值，只写低8位,第四十五页，共49页。,例2 若用通道0，工作(gngzu)在方式1，按十进制（BCD码）计数，计数初值为2021，则初始化编程如下：,(1)确定通道控制字-33H,(2)计数初值低8位为10，高8位为20。,若8253的端口地址同例1，则初始化程序段为：,MOV AL，33H；,OUT 4BH，AL ；设置通道0控制字,MOV AL，10H ；,OUT 48H，AL ；写通道0计数初值低8位,MOV AL，20H ；,OUT 48H，AL ；写通道0计数初值高8位,第四十六页，共49页。,2.6 8253的读出操作(cozu),1.读之前先暂停(zn tn)计数,2.读之前先发锁存命令,第四十七页，共49页。,例3 设8253的三个计数器端口分别为304H307H。要求2号计数器作为方波发生器，要求产生40kHz方波输出，并知CLK2时钟输入信号(xnho)频率为2MHz。试编写初始化程序。,第四十八页，共49页。,MOV DX,0307H ；向2号计数器送控制(kngzh)字,MOV AL,10110110B,OUT DX,AL,MOV AL,32H ；送初值低8位,MOV DX,0306H,OUT DX,AL,MOV AL,00H ；送初值高8位,OUT DX,AL,如何(rh)产生1Hz的时钟信号？,第四十九页，共49页。,