第三章定時(shí)/計(jì)數(shù)技術(shù)退出1/11/20231伊犁師范學(xué)院本章內(nèi)容基本概念可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8253/8254應(yīng)用舉例實(shí)時(shí)鐘電路MC146818及其應(yīng)用1/11/20232長江大學(xué)地物學(xué)院3.1基本概念什么是定時(shí)/計(jì)數(shù)定時(shí)確定時(shí)間間隔計(jì)數(shù)即統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)定時(shí)與計(jì)數(shù)的關(guān)系計(jì)時(shí)的本質(zhì)是計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)是計(jì)時(shí)的基礎(chǔ)頻率-聲音-音樂1/11/20233長江大學(xué)地物學(xué)院基本概念微機(jī)系統(tǒng)中的定時(shí)分為外部定時(shí)和內(nèi)部定時(shí)內(nèi)部定時(shí)是計(jì)算機(jī)本身運(yùn)行的時(shí)間基準(zhǔn)或時(shí)序關(guān)系,計(jì)算機(jī)的每個(gè)操作都是按照嚴(yán)格的時(shí)間節(jié)拍執(zhí)行的，是固定的。如:DRAM的刷新外部定時(shí)是外部設(shè)備實(shí)現(xiàn)某種功能時(shí)，本身所需要的一種時(shí)序關(guān)系，是多樣的。如:打印機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)接口所需要的定時(shí)。1/11/20234長江大學(xué)地物學(xué)院定時(shí)的方法兩種：軟件定時(shí)和硬件定時(shí)軟件定時(shí)原理執(zhí)行指令需要若干指令周期延時(shí)程序優(yōu)點(diǎn)不需要硬件或硬件很簡單只需要編制相應(yīng)的延時(shí)程序缺點(diǎn)增加CPU的時(shí)間開銷，浪費(fèi)其資源，無通用性。1/11/20235長江大學(xué)地物學(xué)院定時(shí)的方法（續(xù)）硬件定時(shí)專用多諧振器件或單穩(wěn)器件缺點(diǎn)：改變定時(shí)要改變器件可編程通用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片目前通用（高檔微機(jī)：多功能芯片實(shí)現(xiàn)）優(yōu)點(diǎn)：使用靈活，改變定時(shí)時(shí)間或工作方式只要改變編程參數(shù)初始化后，不再占用CPU時(shí)間種類很多：Z480-CTC,MC6840-PTM,Intel8253/8254等等1/11/20236長江大學(xué)地物學(xué)院8253/8254定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1/11/20237伊犁師范學(xué)院定時(shí)/計(jì)數(shù)技術(shù)的作用為CPU和外部設(shè)備提供定時(shí)控制對(duì)外部事件計(jì)數(shù)例子分時(shí)系統(tǒng)的程序切換輸出周期性定時(shí)信號(hào)定時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求或控制信號(hào)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的刷新定時(shí)……1/11/20238長江大學(xué)地物學(xué)院8253與8254引腳和操作方式完全一樣8254的改進(jìn)：計(jì)數(shù)頻率快：5MHz10MHz新的有效控制字：讀回命令1/11/20239長江大學(xué)地物學(xué)院8253概述參數(shù)特性3個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器通道（channel）6種工作方式二進(jìn)制計(jì)數(shù)或二－十進(jìn)制計(jì)數(shù)通用性其讀寫操作對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘沒有特殊要求方波頻率發(fā)生器、分頻器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，事件計(jì)數(shù)器、單脈沖方式器1/11/202310長江大學(xué)地物學(xué)院8253引腳及功能邏輯圖

1/11/202311長江大學(xué)地物學(xué)院8253內(nèi)部邏輯框圖1/11/202312長江大學(xué)地物學(xué)院8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

數(shù)據(jù)總線緩沖器三態(tài)、雙向8位寄存器與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線相連基本功能：通過它，CPU實(shí)現(xiàn)：向芯片寫入工作方式的命令字向某一計(jì)數(shù)器寫入計(jì)數(shù)初值從某一計(jì)數(shù)器讀取當(dāng)前計(jì)數(shù)值1/11/202313長江大學(xué)地物學(xué)院8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

讀/寫邏輯內(nèi)部控制電路CS＝0時(shí)A1、A0信號(hào)選擇芯片內(nèi)部寄存器讀信號(hào)RD和寫信號(hào)WR完成對(duì)選定寄存器的讀寫操作CS＝1時(shí)數(shù)據(jù)總線緩沖器與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線脫開（現(xiàn)行的計(jì)數(shù)工作不受影響）1/11/202314長江大學(xué)地物學(xué)院8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

控制字寄存器初始化時(shí)，由CPU寫入控制字，決定計(jì)數(shù)器的工作方式。只能寫入，不能讀出1/11/202315長江大學(xué)地物學(xué)院8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

計(jì)數(shù)器3個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，每個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同每個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)外有3個(gè)引腳GATEi（門控信號(hào)輸入）、CLKi（計(jì)數(shù)脈沖輸入）、OUTi（信號(hào)輸出）工作程序：每來一個(gè)脈沖則計(jì)數(shù)器減1，計(jì)數(shù)器減到0時(shí)，OUT端產(chǎn)生輸出信號(hào)，表示定時(shí)或計(jì)數(shù)已到。1/11/202316長江大學(xué)地物學(xué)院

8253寄存器讀/寫操作及端口地址CSRDWRA1A2操作地址01000計(jì)數(shù)初值寫入0＃計(jì)數(shù)器304H01001計(jì)數(shù)初值寫入1＃計(jì)數(shù)器305H01010計(jì)數(shù)初值寫入2＃計(jì)數(shù)器306H01011向控制字寄存器寫控制字307H00100讀0＃計(jì)數(shù)器當(dāng)前計(jì)數(shù)值304H00101讀1＃計(jì)數(shù)器當(dāng)前計(jì)數(shù)值305H00110讀2＃計(jì)數(shù)器當(dāng)前計(jì)數(shù)值306H00111無操作1XXXX禁止011XX無操作1/11/202317長江大學(xué)地物學(xué)院8253的端口地址CS等于0時(shí)，A1、A0等于：00：0＃計(jì)數(shù)器01：1＃計(jì)數(shù)器10：2＃計(jì)數(shù)器11：控制字寄存器1/11/202318長江大學(xué)地物學(xué)院8253的工作方式3個(gè)計(jì)數(shù)器均有6種工作方式主要區(qū)別輸出波形不同啟動(dòng)計(jì)數(shù)器的觸發(fā)方式不同計(jì)數(shù)過程中門控信號(hào)GATE對(duì)計(jì)數(shù)操作的影響不同有的工作方式具備“初值自動(dòng)重裝”功能減到規(guī)定數(shù)值后，計(jì)數(shù)器初值重裝1/11/202319長江大學(xué)地物學(xué)院方式0：減一計(jì)數(shù)到零發(fā)中斷請(qǐng)求寫入控制字，OUT端輸出為低電平。寫入計(jì)數(shù)初值，OUT保持低電平，計(jì)數(shù)器開始對(duì)CLK脈沖進(jìn)行減1計(jì)數(shù)，到0時(shí)，OUT端輸出變?yōu)楦唠娖剑ㄓ么诵盘?hào)向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求）不具備“初值自動(dòng)重裝”計(jì)數(shù)過程中，改變初值后，重新計(jì)數(shù)GATE為計(jì)數(shù)控制信號(hào)，GATE＝1時(shí)允許計(jì)數(shù)＝0時(shí)停止計(jì)數(shù)見圖1/11/202320長江大學(xué)地物學(xué)院方式0：減一計(jì)數(shù)到零發(fā)中斷請(qǐng)求-圖

(MODE0)CLOCKWRn#OUTPUT(中斷）43210n=4WRm#OUTPUT(中斷）GATEm=55432101/11/202321長江大學(xué)地物學(xué)院方式1：可編程單脈沖輸出外部門控脈沖（硬件）啟動(dòng)計(jì)數(shù)寫入控制字后，OUT輸出高電平。寫入計(jì)數(shù)初值后，OUT保持高電平。計(jì)數(shù)器由GATE的上升沿啟動(dòng)，GATE啟動(dòng)之后，OUT變?yōu)榈碗娖?。?jì)數(shù)器對(duì)CLK計(jì)數(shù)至0時(shí)，OUT輸出高電平，這樣產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，其寬度=計(jì)數(shù)初值*CLK脈沖周期。1/11/202322長江大學(xué)地物學(xué)院方式1：可編程單脈沖輸出NOTE：方式1沒有“初值自動(dòng)重裝”功能。GATE再次0-->1躍變，完成初值重裝。計(jì)數(shù)過程中，GATE出現(xiàn)正脈沖，計(jì)數(shù)器將從初值開始重新計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)過程中，程序員可裝入新的計(jì)數(shù)初值，此新值在GATE出現(xiàn)躍變才生效。見圖(n=4)1/11/202323長江大學(xué)地物學(xué)院方式1：可編程單脈沖輸出-圖WRn#GATE(TRIGGER)43210OUTPUT34210

(MODE1)CLOCKGATE(TRIGGER)OUTPUT2341/11/202324長江大學(xué)地物學(xué)院方式2：周期性時(shí)間間隔計(jì)時(shí)器（分頻器）“初值自動(dòng)重裝”寫入控制字后，OUT輸出高電平，寫入計(jì)數(shù)初值后，如果GATE為高電平，計(jì)數(shù)器開始減1計(jì)數(shù)。當(dāng)減到1時(shí)，OUT輸出低電平，維持一個(gè)CLK周期，又變?yōu)楦唠娖剑矣?jì)數(shù)初值自動(dòng)重裝，計(jì)數(shù)器重新計(jì)數(shù)，周而復(fù)始。這樣，OUT輸出連續(xù)的負(fù)脈沖，其寬度為一個(gè)CLK周期。1/11/202325長江大學(xué)地物學(xué)院方式2：周期性時(shí)間間隔計(jì)時(shí)器（分頻器）關(guān)于GATE：在減1計(jì)數(shù)中，GATE變低，則暫停計(jì)數(shù)；GATE的上升沿使計(jì)數(shù)器恢復(fù)初值，并從初值重新開始計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)過程中，如GATE為高電平，寫入的新計(jì)數(shù)初值不會(huì)影響正在進(jìn)行的減1計(jì)數(shù)過程；當(dāng)減到1后，新初值被裝入，新的計(jì)數(shù)初值開始計(jì)數(shù)。圖1/11/202326長江大學(xué)地物學(xué)院方式2：周期性時(shí)間間隔計(jì)時(shí)器（分頻器）-圖WRn#4321

0(3)OUTPUTGATE(RESET)OUTPUT(MODE2)CLOCKn=4n=3

0(4)3212100(3)3210(3)210(3)2101/11/202327長江大學(xué)地物學(xué)院方式3：方波發(fā)生器有“初值自動(dòng)重裝”功能，計(jì)數(shù)規(guī)律比較特殊計(jì)數(shù)初值為偶數(shù)時(shí)（圖…）每一個(gè)CLK脈沖，計(jì)數(shù)值減2；減至0時(shí)OUT改變極性，內(nèi)部完成初值自動(dòng)重裝，繼續(xù)如此計(jì)數(shù)；輸出為1：1的方波，正（負(fù)）脈沖寬度均為N/2個(gè)CLK周期。1/11/202328長江大學(xué)地物學(xué)院方式3：方波發(fā)生器計(jì)數(shù)初值為奇數(shù)時(shí)（圖…）正脈沖寬度=TCLK*(N+1)/2;負(fù)脈沖寬度=TCLK*(N-1)/2;輸出正脈沖期間，CLK使計(jì)數(shù)值減1，至(N+1)/2時(shí)，OUT變?yōu)榈碗娖剑敵鲐?fù)脈沖期間，CLK使計(jì)數(shù)值減1，至(N-1)/2時(shí)，OUT變?yōu)楦唠娖剑瑑?nèi)部進(jìn)行初值重裝1/11/202329長江大學(xué)地物學(xué)院方式3：方波發(fā)生器-圖422

1

0(4)OUTPUTn=4GATE(RESET)OUTPUTn=4n=4n=3

0(4)2103210(4)21

331(MODE3)CLOCKOUTPUTn=53210(5)43210(5)430(5)4301/11/202330長江大學(xué)地物學(xué)院方式4：軟件觸發(fā)選通寫入控制字后，OUT輸出高電平，寫入計(jì)數(shù)初值后，開始作減1計(jì)數(shù)，到0時(shí)，OUT輸出一個(gè)寬度等于CLK的負(fù)脈沖（與方式0比較，圖…）沒有“初值自動(dòng)重裝”功能GATE（圖…）＝1：允許計(jì)數(shù)＝0：停止計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)過程中，改變計(jì)數(shù)值，則按新的值開始計(jì)數(shù)（圖…）1/11/202331長江大學(xué)地物學(xué)院方式4：軟件觸發(fā)選通-圖(MODE4)CLOCKWRn#n=4OUTPUTn=401234443210LOADn

GATEOUTPUT1/11/202332長江大學(xué)地物學(xué)院方式5：硬件觸發(fā)選通寫入控制字后，OUT輸出高電平。寫入計(jì)數(shù)初值后，OUT保持高電平。計(jì)數(shù)器由GATE的上升沿啟動(dòng)，計(jì)數(shù)初值被裝入計(jì)數(shù)器，開始在CLK脈沖下計(jì)數(shù)，到0時(shí)，OUT輸出一個(gè)CLK周期的負(fù)脈沖。（與方式1的比較，圖…）沒有“初值自動(dòng)重裝”功能1/11/202333長江大學(xué)地物學(xué)院方式5：硬件觸發(fā)選通關(guān)于GATE（圖…）初值由GATE信號(hào)01躍變來重裝。計(jì)數(shù)過程中，GATE出現(xiàn)正脈沖，計(jì)數(shù)器將從初值開始重新計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)過程中，程序員可裝入新的計(jì)數(shù)初值，此新值在GATE出現(xiàn)躍變才生效。1/11/202334長江大學(xué)地物學(xué)院方式5：硬件觸發(fā)選通-圖(MODE5)CLOCKOUTPUT(n=4)0123443210GATE

GATEOUTPUT431/11/202335長江大學(xué)地物學(xué)院小結(jié)：6種方式的比較方式0方式1方式2方式3方式4方式5功能計(jì)數(shù)結(jié)束輸出正躍變信號(hào)單脈沖發(fā)生器頻率發(fā)生器方波發(fā)生器單脈沖發(fā)生器單脈沖發(fā)生器啟動(dòng)方式“軟件啟動(dòng)”“硬件”啟動(dòng)“軟件啟動(dòng)”“軟件啟動(dòng)”“軟件啟動(dòng)”“硬件”啟動(dòng)輸出波形初值后，過N+1個(gè)CLK輸出高寬度為N個(gè)CLK周期的負(fù)脈沖寬度為一個(gè)CLK周期的負(fù)脈沖波形與N的奇偶有關(guān)寬度為一個(gè)CLK周期負(fù)脈沖寬度為一個(gè)CLK周期負(fù)脈沖初值重裝－－初值自動(dòng)重裝初值自動(dòng)重裝－－計(jì)數(shù)中改變初值立即有效外部觸發(fā)有效計(jì)數(shù)到1后有效外部觸發(fā)有效

計(jì)數(shù)結(jié)束有效立即有效外部觸發(fā)有效GATE信號(hào)作用＝0停止計(jì)數(shù)停止計(jì)數(shù)停止計(jì)數(shù)停止計(jì)數(shù)上升沿－啟動(dòng)計(jì)數(shù)啟動(dòng)計(jì)數(shù)啟動(dòng)計(jì)數(shù)－啟動(dòng)計(jì)數(shù)＝1允許計(jì)數(shù)－允許計(jì)數(shù)允許計(jì)數(shù)允許計(jì)數(shù)－1/11/202336長江大學(xué)地物學(xué)院8253的初始化設(shè)置（提綱）涉及內(nèi)容尋址問題控制字的意義編程順序1/11/202337長江大學(xué)地物學(xué)院8253的尋址參見前幻燈片8253的端口地址8253內(nèi)部寄存器讀/寫操作（表）1/11/202338長江大學(xué)地物學(xué)院8253/8254的控制字8253的控制字：方式控制字8254的新增控制字：讀出控制字（讀回命令）1/11/202339長江大學(xué)地物學(xué)院8253的控制字D7D0D6D5D4D3D2D11/11/202340長江大學(xué)地物學(xué)院8253的控制字1/11/202341長江大學(xué)地物學(xué)院8253的編程順序步驟向控制字寄存器寫入方式控制字向計(jì)數(shù)器寫入計(jì)數(shù)初值初值的寫入跟方式控制字有關(guān)1/11/202342長江大學(xué)地物學(xué)院8253的讀操作通過讀操作來獲得計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，用于實(shí)時(shí)顯示，處理。計(jì)數(shù)值（OL）的讀出也跟方式控制字（D5D4）有關(guān)兩種方法（針對(duì)16位）：讀之前停止計(jì)數(shù)讀之前先送計(jì)數(shù)值鎖存命令1/11/202343長江大學(xué)地物學(xué)院8253的簡單編程舉例舉例1(參見8253的控制字)

計(jì)數(shù)器T1工作在0方式，進(jìn)行16位二進(jìn)制，計(jì)數(shù)初值的高低字節(jié)分別是BYTEH和BYTEL，則初始程序段為:

MOVDX,307H;命令口地址字放在DX中

MOVAL,01110000B;方式字

OUTDX,AL;寫入方式字

MOVDX,305H;T1的數(shù)據(jù)口

MOVAL,BYTEL;向數(shù)據(jù)口寫入計(jì)數(shù)初值

OUTDX,ALMOVAL,BYTEHOUTDX,AL1/11/202344長江大學(xué)地物學(xué)院8253的簡單編程舉例舉例2:(參見8253的控制字)

計(jì)數(shù)器T2工作在1方式，進(jìn)行8位二進(jìn)制，計(jì)數(shù)初值的低字節(jié)是BYTEL，則初始程序段為:

MOVDX,307H;命令口地址字放在DX中

MOVAL,10010010B;方式字

OUTDX,AL;寫入方式字

MOVDX,306H;T2的數(shù)據(jù)口

MOVAL,BYTEL;向數(shù)據(jù)口寫入計(jì)數(shù)初值

OUTDX,AL

1/11/202345長江大學(xué)地物學(xué)院8253的簡單編程舉例舉例3:(參見8253的控制字)

計(jì)數(shù)器T0工作在2方式，進(jìn)行16位二進(jìn)制，計(jì)數(shù)初值的高低字節(jié)分別是BYTEH和BYTEL，則初始程序段為:

MOVDX,307H;命令口地址字放在DX中

MOVAL,00110100B;方式字

OUTDX,AL;寫入方式字

MOVDX,304H;T0的數(shù)據(jù)口

MOVAL,BYTEL;向數(shù)據(jù)口寫入計(jì)數(shù)初值

OUTDX,ALMOVAL,BYTEHOUTDX,AL1/11/202346長江大學(xué)地物學(xué)院8253的簡單編程舉例舉例4:(參見8253的控制字)

計(jì)數(shù)器T1工作在4方式，進(jìn)行8位二進(jìn)制，只裝入計(jì)數(shù)初值的高字節(jié)BYTEH，則初始程序段為:

MOVDX,307H;命令口地址字放在DX中

MOVAL,01101000B;方式字

OUTDX,AL;寫入方式字

MOVDX,305H;T1的數(shù)據(jù)口

MOVAL,BYTEH;向數(shù)據(jù)口寫入計(jì)數(shù)初值

OUTDX,AL

1/11/202347長江大學(xué)地物學(xué)院讀當(dāng)前計(jì)數(shù)值舉例5:(參見8253的控制字)

讀出并檢查1號(hào)計(jì)數(shù)器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值是否為全1(假定計(jì)數(shù)器只有低8位)，程序段為:MOVDX,307HL:MOVAL,01000000bOUTDX,ALMOVDX,305HINAL,DXCMPAL,OFFHJNELHLT1/11/202348長江大學(xué)地物學(xué)院8253的應(yīng)用舉例在IBMPC/XT機(jī)上的應(yīng)用三個(gè)通道接口電路圖（針對(duì)三個(gè)通道）初始化1/11/202349長江大學(xué)地物學(xué)院8253在IMB-PC中的應(yīng)用

8253在IBM/XT中的連接圖1/11/202350長江大學(xué)地物學(xué)院說明:計(jì)數(shù)器0：接到8259A的IRQ0向系統(tǒng)日歷提供定時(shí)中斷；工作方式3；控制字為36H；計(jì)數(shù)器初值為0；輸出時(shí)鐘為：1.19M/65536=18.21Hz；周期為55ms計(jì)數(shù)器1：向DMA控制器定時(shí)發(fā)動(dòng)態(tài)刷新請(qǐng)求；工作方式2；控制字為54H；計(jì)數(shù)器初值為18；輸出時(shí)鐘為1.19M/18=16.1KHz；周期為15.1μs1/11/202351長江大學(xué)地物學(xué)院說明:計(jì)數(shù)器3：控制喇叭發(fā)聲；工作方式3；控制字為B6H；計(jì)數(shù)器初值為533H；輸出方波為頻率1.19M/1331=894Hz；out3與8255A共同工作發(fā)出音響1/11/202352長江大學(xué)地物學(xué)院初始化程序段(1):PR0:MOVAL,36HOUT43H,ALMOVAL,0OUT40H,ALOUT40H,AL1/11/202353長江大學(xué)地物學(xué)院初始化程序段(2):PR1:MOVAL,54HOUT43H,ALMOVAL,12HOUT41H,AL

1/11/202354長江大學(xué)地物學(xué)院初始化程序段(3):PR2:MOVAL,0B6HOUT43H,ALMOVAX,533HOUT42H,ALMOVAL,AHOUT42H,AL1/11/202355長江大學(xué)地物學(xué)院8253/8254應(yīng)用舉例日時(shí)鐘的設(shè)計(jì)1.計(jì)時(shí)單位的建立選擇8253的計(jì)數(shù)器2，工作在3方式，產(chǎn)生準(zhǔn)確的方波計(jì)時(shí)信號(hào)：

初值為0(即65536)；

則輸出方波的頻率為：

fout=1.1931816/65536=18.2Hz

周期為：Tout=1/18.2x1000ms=54.945ms1/11/202356長江大學(xué)地物學(xué)院8253/8254應(yīng)用舉例(續(xù))則1天的計(jì)時(shí)單位個(gè)數(shù)為：1天=24x60x60x1000/