接口_第4章定時計數(shù)技術(shù)

1、第第4 4章章 定時定時/ /計數(shù)技術(shù)計數(shù)技術(shù)4.1 定時與計數(shù)1、定時 一天24小時的計時，稱為日時鐘。 在監(jiān)測系統(tǒng)中，對被測點的定時取樣。 在讀鍵盤時，要去抖動。一般采用延遲一段時間（10ms-20ms）后再去讀。 在步進電機速度控制程序中，利用在前一次和后一次發(fā)送相序代碼之間延時的時間間隔來控制步進電機的轉(zhuǎn)速。2、計數(shù) 對零件和產(chǎn)品的計數(shù)。 對大橋和高速公路上車流量的統(tǒng)計，等等。3、定時與計數(shù)的關(guān)系定時與計數(shù)本質(zhì)上都是計數(shù)，但它們所計的數(shù)來源是不同的。4.2 微機中的定時類型微機中的定時分為內(nèi)部定式和外部定時1、內(nèi)部定時。產(chǎn)生與運算器、控制器等CPU內(nèi)部的控制時序。2、外部定時。外設(shè)在實

2、現(xiàn)某種功能時所需要的時序。注意：l外部定時和內(nèi)部定時是相互獨立的兩個定時系統(tǒng)。l內(nèi)部定時固定不變，外部定時隨外設(shè)而變。4.3 外部定時方法及硬件定時器1、定時方法（1）軟件定時 是利用CPU內(nèi)部定時機構(gòu)，運用軟件編程去循環(huán)執(zhí)行一段程序而產(chǎn)生的等待延時。優(yōu)點：不需增加硬件設(shè)備，只需編制相應(yīng)的延時程序以備調(diào)用。缺點：CPU執(zhí)行延時等待時間，增加了CPU的時間開銷。延時時間越長，CPU的效率也越低，浪費了CPU的資源，另外還受主頻的影響。（2）硬件定時 它是采用可編程通用的定時/計數(shù)器或單穩(wěn)延時電路產(chǎn)生定時或延時。優(yōu)點： 這種方法不占用CPU的時間，定時時間長， 使用靈活。 定時準(zhǔn)確，定時時間不受主

3、機頻率影響， 在一定程度上具有通用性，故得到廣泛 的應(yīng)用。缺點：需要有硬件的支持。2、外部硬件定時器不可編程定時器采用中小規(guī)模集成電路構(gòu)成的定時電路，常見的定時器件有單穩(wěn)觸發(fā)器等?？删幊潭〞r器定時長度可由程序設(shè)定或改變。定時器的定時原理定時器三要素： 穩(wěn)定、準(zhǔn)確的震蕩頻率。 GATE控制定時開始。 定時時間到后輸出的波型。定時長度 = T *（減1寄存器的初始值）震蕩器減1寄存器GATET定時輸出OUTCLK4.4 可編程定時/計數(shù)器82C54A1、82C54的外部連接特性與內(nèi)部結(jié)構(gòu)l82C54的外部特性與CPU連接的信號有:D0-D7,WR,RD, CS,A0,A1與外設(shè)連接的信號有:CLK

4、,GATE,OUT面向CPU的信號線 數(shù)據(jù)總線D0-D7：為三態(tài)輸出輸入線。用于將 8253與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。 片選線CS：為輸入信號，低電平有效。當(dāng)為 低電平時，CPU選中82C54,并可以對82C54進行 讀/寫操作；當(dāng)為高電平時，CPU沒有選中82C54。CS由 CPU輸出的地址碼經(jīng)譯碼產(chǎn)生。 讀信號RD：為輸入信號，低電平有效。 寫信號WR：為輸入信號，低電平有效。 地址線A1,A0:這兩根線接到系統(tǒng)地址總線的A1,A0上， 用于片內(nèi)尋址。面向I/O設(shè)備的信號線計數(shù)器時鐘信號CLK：CLK為輸入的計時脈沖信號。計數(shù)器門控選通信號GATE：為輸入的計時啟動信號。計數(shù)器輸出信號OUT：為

5、定時到的輸出信號。 l82C54的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(1)82C54內(nèi)部模塊 82C54內(nèi)部有6個模塊，其結(jié)構(gòu)如下圖示。數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器讀讀/ /寫邏輯寫邏輯控制命令寄存器控制命令寄存器計數(shù)器計數(shù)器0 0計數(shù)器計數(shù)器1 1計數(shù)器計數(shù)器2 2CLKCLK0 0GATEGATE0 0OUTOUT0 0CLKCLK1 1GATEGATE1 1OUTOUT1 1CLKCLK2 2GATEGATE2 2OUTOUT2 2D0D7 A A0 0A A1 1RDRDWRWRCSCS內(nèi)部總線內(nèi)部總線各組成部分的含義：數(shù)據(jù)總線緩沖器：它是一個三態(tài)、雙向8位寄存器，用于將8253與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線D0-D7 相連。

6、讀/寫邏輯：用于讀/寫控制和片選。控制命令寄存器：它接收CPU送來的控制字。計數(shù)器：8253有3個獨立的計數(shù)器（計數(shù)通道），其內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同。(2)計數(shù)器通道的組成及工作原理16位當(dāng)前計數(shù)值鎖存器16位減1計數(shù)器16位計數(shù)初值寄存器鎖存后讀出當(dāng)前值LSBMSB&CLKGATE裝入/讀出初值LSBOUT圖4.3 計數(shù)通道內(nèi)部邏輯圖(減1至0時)MSB計數(shù)初值寄存器（16位）： 用于存放計數(shù)初值（定時常數(shù)、分頻系數(shù)），其長度為16位，故最大計數(shù)值為65536（64KB）。在初始化時同減1計數(shù)器的初值一起裝入。計數(shù)初值寄存器的計數(shù)初值，在計數(shù)過程中保持不變。減1計數(shù)器（16位）： 用于進行

7、減1計數(shù)操作，每來一個時鐘脈沖，它就作減1運算，直至將計數(shù)初值減為零。當(dāng)前計數(shù)值鎖存器（16位）： 用于鎖存減1計數(shù)器的內(nèi)容，以供讀出和查詢。CSRDWRA1A0操 作01000加載T/C0(向計數(shù)器0寫入“計數(shù)初值”)01001加載T/C1(向計數(shù)器1寫入“計數(shù)初值”)01010加載T/C2(向計數(shù)器2寫入“計數(shù)初值”)01011向控制器寄存器寫“方式控制字”00100讀T/C0(從計數(shù)器0讀出“當(dāng)前計數(shù)值”)00101讀T/C1(從計數(shù)器1讀出“當(dāng)前計數(shù)值”)00110讀T/C2(從計數(shù)器2讀出“當(dāng)前計數(shù)值”)00111無操作三態(tài)1禁止三態(tài)011無操作三態(tài)82C54A 讀寫操作及端口地址2

8、、82C54的命令字 82C54有3個命令字和一個狀態(tài)字。3個命令字是：方式命令、鎖存命令和讀回命令。其中方式命令是必須的，其它兩個命令根據(jù)需要使用。注意：這3個命令字使用同一個端口，按方式命令在先，其它命令在后的循序?qū)懭攵丝?。l 方式命令 選定計數(shù)通道及其工作方式、讀/寫字節(jié)的順序以及計數(shù)碼制。 方式命令的格式：例：選用計數(shù)器1，工作在3方式，計數(shù)初值為1234H；設(shè)307H是命令寄存器的地址，305H是定時器1的地址，則初始化程序段為： MOV DX，307H ；命令口 MOV AL，01110110B ；方式字 OUT DX，AL MOV DX，305H ；T1數(shù)據(jù)口 MOV AL，34

9、H ；低8位計數(shù)值 OUT DX，ALMOV AL，12H ；高8位計數(shù)值OUT DX，ALl 鎖存命令 將減1寄存器的內(nèi)容鎖存到輸出寄存器中，以供CPU讀取。？鎖存命令的格式：讀當(dāng)前計數(shù)值為什么要先鎖存計數(shù)值？ 減1計數(shù)器是16位的，而定時器的數(shù)據(jù)線是8位的，必須讀兩次才能讀出16位數(shù)據(jù)，在兩次讀操作時可能使減1計數(shù)器的內(nèi)容發(fā)生變化。 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 減1若先讀高字節(jié)0000000111111111若先讀低字節(jié)000000000000000000000000第1次讀減1計數(shù)器中的值

10、第2次讀減1計數(shù)器中的值例：要求讀取計數(shù)器1的當(dāng)前計數(shù)值，并把讀取的計數(shù)值裝入到AX寄存器中。設(shè)計數(shù)器1的端口地址為305H，命令口的地址為307H。程序段如下：MOV DX，307HMOV AL，0100XXXXB；鎖存計數(shù)器1OUT DX，ALMOV DX，305HIN AL，DX；讀低字節(jié)MOV BL，ALIN AL，DX；讀高字節(jié)MOV AH，ALMOV AL，BL可以取任意數(shù)，一般取0l 讀回命令(8253不具有這種功能) 讀回命令與前面的鎖存命令不同，它即能鎖存計數(shù)值又能鎖存狀態(tài)信息，而且一條讀回命令可以鎖存3個計數(shù)通道的當(dāng)前計數(shù)值與狀態(tài)。注意：讀回命令只是一個鎖存的功能，要讀回計

11、數(shù)值和狀態(tài)還要發(fā)一條讀命令。讀回命令的格式：含義：D1，D2，D3用于選擇3個計數(shù)器1：選中，0：未選中；D4，D5用于選擇讀當(dāng)前狀態(tài)還是當(dāng)前計數(shù)值0：要讀取，1：不讀取例：讀取計數(shù)器2的當(dāng)前計數(shù)值，讀回命令=11011000B讀取計數(shù)器2的當(dāng)前狀態(tài)，讀回命令=11101000B讀取計數(shù)器2的當(dāng)前計數(shù)值和狀態(tài)，讀回命令=11001000B4.3 82C54的工作方式1、82C54在不同工作方式下的功能和特點 有6種工作方式，不同的工作方式主要體現(xiàn)在輸出波形、啟動方式、初值裝入，以及GATE信號的控制作用的不同。 l 0方式功能及輸出波形特點：計數(shù)結(jié)束，輸出OUT產(chǎn)生01的上升沿，用此沿可申請中

12、斷（單次輸出波形）。0方式的上述工作特點可用下圖的時序來表示n=5n=5CLKCLKOUTOUTWRWR 5 54 43 32 21 10 0l 0方式的計數(shù)過程由軟件啟動，寫入時間常數(shù)后開始計數(shù)。l 門控信號用于開放或禁止計數(shù)，GATE為1則容許計數(shù)，為0則禁止計數(shù)。例：使計數(shù)器T1工作在0方式，進行16位二進制計數(shù)，計數(shù)初值的高低字節(jié)分別為0AH和35H。初始化程序段為： MOV DX，307H ；命令口 MOV AL，01110000B ；方式字 OUT DX，AL MOV DX，305H ；T1數(shù)據(jù)口 MOV AL，35H ；計數(shù)值低字節(jié) OUT DX，AL MOV AL，0AH ；計

13、數(shù)值高字節(jié) OUT DX，AL 某個時間常數(shù)值某個時間常數(shù)值l 1方式功能及輸出波形特點：該方式是硬件可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)方式（每次觸發(fā)產(chǎn)生單次輸出波形） 。n=4n=4CLKCLKGATEGATEWRWROUTOUT 4 43 32 21 10 0l 當(dāng)寫入計數(shù)初值后，必須再由GATE信號01變化后才能啟動計數(shù)，否則不能啟動計數(shù)；l GATE每出現(xiàn)一次01的變化，都會重新啟動一次計數(shù)。例：使計數(shù)器T2 工作在1方式，進行8位二進制計數(shù)，并設(shè)計數(shù)初值的低8位為0E0H。初始化程序段為： MOV DX，307H ；命令口 MOV AL，10010010B ；方式字 OUT DX，AL MOV DX，3

14、06H ；T2數(shù)據(jù)口 MOV AL，0E0H ；低8位計數(shù)值 OUT DX，ALl 2方式功能及輸出波形 該方式是N分頻器方式或速率波發(fā)生器方式。分頻系數(shù)就是計數(shù)初值，可產(chǎn)生連續(xù)的負(fù)脈沖，且負(fù)脈沖的寬度固定（周期輸出波形） 。工作特點： 計數(shù)器計數(shù)期間，輸出OUT為高電平，計數(shù) 器回零時，輸出一個寬度等于時鐘脈沖周期 的負(fù)脈沖，并自動重新裝入原計數(shù)初值。 n=4n=4CLKCLKWRWROUTOUT4 43 32 21 10 0(4)(4)3 32 21 1例：使計數(shù)器T0 工作在2方式，進行16位二進制計數(shù)。初始化程序段為： MOV DX，307H ；命令口 MOV AL，00110100B

15、 ；方式字 OUT DX，AL MOV DX，304H ；T0數(shù)據(jù)口 MOV AL，00H ；低8位計數(shù)值 OUT DX，AL MOV AL，01H ；高8位計數(shù)值 OUT DX，ALl 3方式功能及輸出波形特點：產(chǎn)生占空比為1:1或接近1:1的連續(xù)方波。l 4方式和5方式功能特點：都是單個脈沖發(fā)生器，且脈沖寬度固定，差別是啟動方式不同，4方式由軟件啟動，5方式由硬件啟動。CLKWROUT2n=4222小結(jié)：6 種工作方式的比較l0方式和1方式的輸出波形類似，但0方式靠軟件啟動，1方式靠硬件啟動。l2方式（分頻器）和3方式（方波發(fā)生器），這兩種方式共同的特點是具有自動再加載功能。l4方式和5方

16、式的輸出波形類似，但4方式靠軟件啟動，5方式靠硬件啟動。4.4 82C54的計數(shù)初值1、計數(shù)初值的作用 為了產(chǎn)生不同的定時。2、計數(shù)初值的計算產(chǎn)生時間間隔的時間常數(shù)T = 要求定時的時間/時鐘脈沖周期 = * CLK產(chǎn)生頻率為f的信號波形的時間常數(shù)T = 時鐘脈沖的頻率/要求的波形頻率 = CLK/f3、計數(shù)初值的范圍 二進制碼的范圍是0000H-0FFFFH， BCD碼的范圍是0000-9999。4、計數(shù)初值的裝入 8位時間常數(shù)可一次裝入； 16位時間常數(shù)分兩次裝入，先低后高。5、計數(shù)初值的重裝與改寫 重裝：2方式和3方式具有自動重裝載能力 改寫：計數(shù)初值不能改變只能重寫。4.5 82C54

17、A不同方式下的的啟動/停止1、計數(shù)過程的啟動方式（1）軟件啟動 在GATE=1時，計數(shù)初值一旦寫入減1計數(shù)器，就開始計數(shù)。（2）硬件啟動 計數(shù)初值已經(jīng)寫到減1計數(shù)器中，GATE信號由01的上升沿開始計數(shù)2、計數(shù)過程的停止方式 強制停止方式：通過GATE=0來中止計數(shù)； 自動停止方式：要等到單次定時結(jié)束為止。1、82C54A在微機系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)置 在微機系統(tǒng)中82C54的通道0用于日時鐘的中斷請求，通道1用于DRAM的刷新請求，通道2用于揚聲器的發(fā)聲。4.6 定時/計數(shù)器的應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用配置如下：例1：利用計數(shù)通道2產(chǎn)生896HZ的方波使揚聲器發(fā)聲。初值的計算：T=1.19318MHZ/896H

18、Z=1331=533H通道2的程序：MOV AL，10110110B；初始化方式字OUT 43H，ALMOV AX，533H；初值為533HOUT 42H，AL；先低后高MOV AL，AHOUT 42H，AL例2：計數(shù)通道0每55ms產(chǎn)生一次中斷請求初值的計算： T=1.19318MHZ/（1/55ms）65536通道0的程序：MOV AL，00110110B；初始化方式字OUT 43H，ALMOV AX，0H；初值為533HOUT 40H，AL；先低后高OUT 40H，AL例3：計數(shù)通道1每15us請求一次DMA傳送初值的計算： T=1.19318MHZ/（1/15us ）12H通道1的程序：MOV AL，01010100B；初始化方式字OUT 43H，ALMOV AL，12H；初值為533HOUT 41H，AL；先低后高2、定時/計數(shù)器82C54A的應(yīng)用舉例 當(dāng)使用擴展的定時/計數(shù)器時，定時器的4個地址分別為：計數(shù)器0為304H、計數(shù)器1為305H、計數(shù)器2為306H、命令寄存器為307H。 現(xiàn)在利用82C54A測量脈沖寬度，分析如下： 把被測脈沖連接到某個計數(shù)通道的GATE上，當(dāng)被測脈沖為低電平時，裝計數(shù)初值；當(dāng)被測脈沖為高電平時，開始計數(shù)；直到被測脈沖為低電平時，停止計數(shù)，并鎖