微机系统与接口教学资料第八章.ppt

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1、第八章 定时与计数器,一、基本概念,二、定时/计数器 Intel 8253,三、IBM PC/XT 中的定时/计数器电路,四、应用举例,一、基本概念 1.定时信号的需求：在计算机系统中，经常要用到定时信号，比如：在许多个人计算机中，动态存储器的刷新定时；系统日历时钟的计时；喇叭的 声源；都是用定时信号来产生的。在计算机实时控制与处理系统中，计算机需要每隔一段时间采样一次，在对采 样的数据处理、控制，也要用到定时信号。2.定时信号的产生 定时信号的产生有两种方式：软件方法：延时子程序；硬件方法：用定时/计数器（简单的软件控制，产生准确的时间延迟）。,3.可编程定时/计数器的工作原理,CPU对计数

2、器设定工作方式，装入初值，在GATE（门控信号）的启动下，计数器开始工作，在输入脉冲CLK的作用下做减 1 计数（来一个脉冲计数值减 1），减至 0时，输出端 OUT 输出一个信号。,4.可编程定时/计数器的功能,计数 在设定好计数初值后，做减 1 计数，减为 0 时，输出一个信号。,定时 在设定好计数初值后，做减 1 计数，并按定时常数不断输出为时 钟周期整数倍的定时间隔。,二、可编程定时/计数器 Intel 8253,原理,主要功能 芯片上有三个独立的16位计数器通道；每个计数器可以按照二进制或二十进制计数；每个计数器的计数速率可达 2MHZ;每个通道有 6 种工作方式，可有程序设置和改变

3、；所有的输入输出都与 TTL 兼容。,(2)结构,管脚信号,D7D0 数据总线（双向）RD 读输入WR 写输入A0,A1 选择内部寄存器地址CS 片选CLK 输入脉冲（计数器即 对此脉冲计数）GATE 门控信号输入（控制 计数器工作的外部信 号，为低时，禁止计 数器工作）OUT 输出引脚（计数到0 时，OUT上必有输出,输出信号的波形由 工作方式决定）,端口选择,控制字 在8253的初始化编程时，由CPU向8253的控制字寄存器 写入一个控制字，它规定了8253的工作方式。,2.工作方式 8253共有六种工作方式,(1)方式0 计数结束中断,(2)方式1 可编程的单拍脉冲,(3)方式2 频率发

4、生器,(4)方式3 方播频率发生器,(5)方式4 软件触发选通,(6)方式5 硬件触发选通,3.8253编程,(1)方式0 计数结束中断,当控制字写入控制字寄存器时，即使OUT输出端变低，在写入计数初值后，计数器开始计数（此时GATE信号必须为高），计数结束后OUT输出端变高。,特点：1.计数器只计一遍。当计数到 0 时，并不恢复计数初值，不开始重新 计数，且输出一直保持为高。只有在写入下一个计数值时，OUT 变低，开始新的计数。,特点：3.在计数过程中，可改变计数值。在写入新的计数之后，计数器按新 的值重新开始计数。,特点：2.在计数过程中，可由门控信号GATE控制暂停。GATE=0,计数暂

5、停，GATE变高后，接着计数。,特点：4.8253内部没有中断控制电路，也没有专用的中断请求引线，因此，若要用于中断，则可用OUT 信号作为中断请求信号，但需要有外接 的中断优先权排队电路与中断向量产生电路。在PC机中，用 8259A 作中断优先权排队电路与中断向量产生电路。,Watchdog timer的概念,(2)方式1 可编程的单拍脉冲,当控制字写入控制字寄存器后，OUT输出保持为高，当CPU写完计数值后，计数器并不开始计数，直到 GATE 信号启动之后的下一个输入CLK脉冲的下降沿开始计数），OUT输出端变低。在整个计数过程中，OUT 都维持为低，直到计数为 0 时，输出变为高，输出一

6、个单脉冲。,特点：1.若设置的计数值为N，则输出的单脉冲宽度即为N个输入脉冲间隔。2.当计数到 0 后，可再次由外部触发启动，输出一个同样宽度的 单拍脉冲，而不用再次送计数值。,特点：3.在计数过程中，外部可发门控信号进行再触发，在触发脉冲上升沿 后的下一个CLK脉冲的下降沿，计数器将重新开始工作。,特点：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 0 后输出为高。若再次触发启动，则计数器将按新的计数值计数。所以改变计数值是下次有效的。,(3)方式2 频率发生器,当控制字写入控制字寄存器后，OUT输出为高。在写入计数值后，计数器将立即自动对输入脉冲 CLK 计数。在

7、计数过程中，OUT一直保持为高，直到计数器减到 1 时，OUT变低，经过一个CLK后，OUT恢复为高，计数器重新开始工作。,特点：1.不用重新设置计数值，计数器能够连续工作，输出固定频率的脉冲。,特点：2.计数过程可由门控信号GATE控制。当GATE变低时，暂停计数；在 GATE变高后的下一个CLK脉冲使计数器恢复初值，重新开始计数。,特点：3.在计数过程中可以改变计数值，这对正在进行的计数过程没有影响，但在计数到 1 输出变低后，下一个计数周期，计数器将按新的计数 值计数。所以改变计数值是下次有效的。,(4)方式3 方波频率发生器,同频率发生器，区别在于，方波频率发生器在计数过程中输出一半时

8、间为高，一半时间为低。即其输出是N（N为计数值）个CLK脉冲的方波。,特点：1.若计数值为偶数，在装入计数值后，每个CLK脉冲使计数值减2，当计数 到 0 时，一方面输出改变状态，一方面重新装入计数值开始新的计数。若计数值为奇数，装入计数值后，第一个CLK脉冲使计数器减1，以后每 个CLK使计数器减2。所以，若计数值N为奇数，则（N+1)/2个CLK脉冲为高电平，（N-1)/2 个CLK脉冲为低电平。,特点：2.GATE信号能使计数过程重新开始。GATE=0，计数停止，当GATE=1后，计数器将重新装入计数初值，重新开始计数。,特点：3.若在计数期间写入新的计数值，并不影响现行计数过程。但若此

9、时收到 GATE信号，则计数器将在下一个CLK脉冲时装入新的计数值并开始计数。,(5)方式4 软件触发选通,在这种方式下，当写入控制字后，输出为高，当写入计数值后立即开始计数。计数到 0 后，输出变低，经过一个CLK周期，输出又变高，计数器停止计数。这种计数方式是一次性的，当输入新的计数值后，才能开始新的计数。,特点：1.CPU写入计数值的下一个CLK脉冲，将计数值装入计数器，再下一个 CLK脉冲开始计数，即在装入计数值后的第 N+1 个脉冲后，才输出一个 负脉冲。,特点：3.若在计数期间写入新的计数值，则按新的计数值重新开始计数。,特点：2.GATE=0，禁止计数，GATE=1，允许计数。因

10、此要做到软件触发，GATE必须保持为高。但GATE不影响输出。,(6)方式5 硬件触发选通,在这种方式下，当写入控制字后，输出为高，当写入计数值后，计数器并不立即开始计数，而是由门控信号的上升沿触发启动。计数到 0 后，输出变低，经过一个CLK周期，输出又变高，计数器停止计数。等到下一次门控信号的触发才能开始新的计数。,特点：1.CPU写入计数值的下一个CLK脉冲，将计数值装入计数器，再下一个 CLK脉冲开始计数，即在装入计数值后的第 N+1 个脉冲后，才输出一个 负脉冲。,特点：2.若在计数过程中使用GATE信号，则使计数器重新开始计数。但GATE不 影响输出。,特点：3.若在计数期间改变计

11、数值，只要没有门控信号的触发，不影响计数过程，计数到0后，若有门控信号触发，则按新的计数值开始计数；若未计数到 0，即有门控信号触发，则立即按新的计数值重新开始计数。,3.8253编程,要使用 8253 必须首先对其进行初始化编程。初始化编程的步骤是：(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，则写入的为计数值的低8位，高8位自动置0；若规定只写高8位，则写入的为计数值的高8位，低8位自动置0；若是16位计数值，则分两次写入，先写入低8位，在写入高8位。,4.8253 编程举例,(1)初始化编程：使用通道0，工作在方式 1 下，按二十进制计数，计数值为5080

12、。,0 0 1 1 0 0 1 1 通道0 先写低8位 方式1 BCD计数 再写高8位,通道控制字,计数值的低8位为80，高8位为50。MOV AL,33H OUT 07H,AL MOV AL,80 OUT 04H,AL MOV AL,50 OUT 04H,AL,;假设8253的地址为 04H 07H;0 0 0 0,0 1 0 0 0 0 0 0,0 1 1 1,CPU 读取计数器的计数值。因为计数值在不断地变化，故读取计数值时，必须将当前计数值锁存。通常的做法是：向8253送一个控制字，令通道中的锁存器将计数值锁存，然后由CPU读取。例：读取通道1 中的计数值。通道控制字 MOV AL,4

13、0H OUT 07H,AL IN AL,05H MOV CL,AL IN AL,05H MOV CH,AL,三、IBM PC/XT 中的定时/计数器电路,PC机中，8253 的三个计数器都得到使用，三个计数器的时钟脉冲都是1.1931816MHZ,即时钟信号发生器8284A的PCLK外围设备用时钟信号。,1.1931816 MHZ,IRQ0到8259,1.计数器0 计数器0工作在方式3（方波频率发生器）下，在系统运行期间：GATE恒接于+5V，处于开启状态，当装入一个初值后，即开始计数。计数初值为 0（65536），输出的方波频率为 18.2 HZ。输出OUT0 接于 8259 的中断请求线

14、IRQ0 上，这样便每隔 1/18.2=55ms 产 生一次 0 级中断，当 0 级中断发生时，系统便进入 BIOS 日时钟中断子程序，产生日时钟计数;此外，还作为软盘驱动器的马达开启时间管理，当开启一定的时间后，令其自 动关闭。,方式3,1.1931816 MHZ,0,65536,18.2 HZ,2.计数器1,计数器1工作在方式 2（频率发生器方式）下，在系统运行期间：GATE恒接+5V，处于常启状态；OUT1 接 DMA控制器 8237 的 0 通道 DREQ0，计数初值定为 18，输出频率=1.1931816 MHZ/18=66.287 KHZ 的一系列负脉冲，即：每隔 1/66.287

15、=15.0857 s 向DMA控制器提出DMA请求，由DMA控制 器的 0 通道完成对动态存储器的刷新。用于定时的向DMA控制器提出请求，以对动态存储器刷新。,方式2,1.1931816 MHZ,3.计数器 2,计数器3工作在方式3（方波频率发生器方式）下，在系统运行期间：预置初值为 533H，GATE2 信号受系统并行接口芯片8255 PB0 的控制；OUT2 受系统并行接口芯片8255 PB1 的控制。用于提供系统喇叭发声的音调。,4.8253 的 BIOS 功能调用,INT 1AH 读当前时钟；设置当前时钟。INT 1CH 在时钟中断处理程序（INT 8）中有一条软中断指令 INT 1C

16、H INT 1CH 的处理程序只是一条返回指令（IRET指令），用户可在此 程序中加入自己的程序，当发生时钟中断时则可执行此程序，以实现 时实控制。,5.8253 的 DOS 功能调用,INT 21H 的 AH=2AH 设置日期 2BH 读日期 2CH 设置时间 2DH 读时间,四、应用举例 1.编写时钟中断处理程序日时钟,CLK0,CLK1,CLK2,OUT0,IRQ0,INT,INTR,INTA,INTA,S2 S1 S0,D70,类型码,0000591F,00000,00020,00023,1F59:0000,中断向量表,中断服务程序,8253,8259,8086,8288,内存,时间常

17、数的计算,要求 8253 每隔 10ms 发一次定时中断。,计数初值=PCLK/计数器输出频率=PCLK*计数器输出周期=1.1931816*106*（*10*10-3）=11932,地址 寄存器40H 计数器141H 计数器242H 计数器343H 控制寄存器,PC机中8253 地址分配,Stack segment para stack stack db 256 dup(?)Stack endsData segment public dataCount100 db 100;100计数器Tenhour db 0;时的十位数 Hour db 0;时的个位数 db:Tenmin db 0;分的十位

18、数 Minute db 0;分的个位数 db:Tensec db 0;秒的十位数 Second db 0;秒的个位数 Data ends Code segment para public codeStart proc far assume cs:code,da:data,es:data,ss:stackBegin:push ds xor ax,ax push ax,mov ax,data mov ds,ax mov es,ax mov si,82h;PSP中命令行参数hh:mm:ss存放地址 mov di,offset tenhour;数据段中存放时间的首地址 mov cx,8 cld rep

19、 movsb;将8个字串从PSP中移到数据段中存放时间的单元中 mov ah,0;键盘功能调用等待按键 int 16h cli;关中断 mov ax,0 mov es,ax mov di,20h mov ax,offset timer stosw mov ax,seg timer stosw;将中断服务程序入口地址存入中断向量表,mov al,36h;设8253 控制字选计数器0，双字节写，方式2，二进制 out 43h,al mov bx,11932;送计数值 mov al,bl out 40h,al mov al,bh out 40h,al mov al,fch;设8259 屏蔽寄存器允许

20、时钟和键盘中断 out 21h,al sti;开中断 Forever：mov bx,offset tenhour;取 hh:mm:ss 8个字串进行显示 mov cx,8 Dispclk:mov al,bx call dispchar inc bx loop dispclk mov al,second;取秒数 Wait:cmp al,second jz wait;等待变化 jmp forver;变了则重新显示,Timer proc far push ax dec count100;计数值减1，jnz timerx;不到 0，返回 inc second;到0，秒加1 cmp second,9;处

21、理秒 jle timerx mov second,0 inc tensec cmp tensec,6 jl timerx mov tensec,0 inc minute;处理分 cmp minute,9 jle timerx mov minute,0 inc tenmin cmp tenmin,6 jl timerx mov tenmin,0 inc hour;处理时 cmp hour,4 jl timerx,mov hour,0 inc tenhour cmp tenhour,2 jl timerx mov tenhour,0Timerx:mov al,20h;对8259发EOI命令 out

22、 20h,al pop ax iret Timer endp Dispchar proc near;显示 push bx mov bx,0 mov ah,14h;用显示器功能调用 int 10h pop bx retDispchar endpStart endpCode ends end begin,2.扬声器控制,设计一个程序，使扬声器发出600Hz频率的声音，按下任意键声音停止PC机的发声系统以计数器2为核心。CLK2的输入频率1.19MHz,改变计数器初值可以由OUT2得到不同频率的方波输出对于600Hz，计数初值1.19MHz/600Hz=1938发声系统受8255芯片B口的两个输出端

23、线PB0、PB1的控制PB0为1，使GATE2为1，计数器2能正常计数PB1为1，打开输出控制门,2.扬声器控制,CODE SEGMENT ASSUME CS:CODESTART:MOV AL 0B6H OUT 43H,AL:IN AL,61H OR AL,03H OUT 61H,AL MOVAX,1983 OUT42H,AL MOVAL,AH OUT 42,AL,MOVAH,01H INT 21H INAl,61H AND AL,0FCH OUT 61H,AL MOVAH,4CH INT 21HCODE ENDS END START,3.PC机8253的应用-程序运行时间计算,方法1：时钟中

24、断处理程序（INT 8）通过8235的计数器0，工作方式3，预置的数为0000H，故OUT将输入的1.19318MHz以216分频，输出18.2Hz的方波提供给8259 int0,每55ms产生一次中断，在时钟中断处理程序（INT 8）中有一条软中断指令 INT 1CH，INT 1CH 的处理程序只有一条返回指令（IRET指令），用户可在此 程序中加入自己的程序（或修改中断向量使其指向用户自己的程序），例如设置计数器，当发生时钟中断时则可执行此程序，则可以判断程序运行的时间。使用前提：计数是以55ms为单位，故程序运行的时间应该至少大于55ms,方法2：若程序运行时间小于55ms，可以直接读取8253计算器0的计数值，步骤是1.先发计数锁存命令，2.然后读OL的值(程序运行前)3.再次读OL的值(程序运行后)4.两次的差值就是程序的运行时间问题：如果想设计一个完善的程序运行计时方案（任意时长），可以考虑何种方法？,