第11章 可编程定时计数器.ppt
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1、2021年10月9日星期六,1,第11章 可编程定时计数器,11.1 可编程定时计数器82C54的特点 11.2 82C54的工作方式 11.3 定时计数器的应用,2021年10月9日星期六,2,11.1 可编程定时计数器82C54的特点,11.1.0 定时与计数的基本概念 11.1.1 82C54的组成和工作原理 11.1.3 计数初值 11.1.2 82C54的控制字和状态字,2021年10月9日星期六,3,11.1.0 定时与计数的基本概念,定时 日常生活:日时钟、实时钟。 微机系统:系统时钟、DRAM刷新定时、周期性控制信号。 定时与计数的关系 相同点 由数字电路中的计数电路构成; 定
2、时就是采用时间单位进行计数。 不同点 定时是对固定频率的脉冲信号进行计数; 计数是对随机性的脉冲信号进行计数。,2021年10月9日星期六,4,微机系统中的定时,内部定时: CPU(主机)本身工作的控制时序,如时钟周期; 由硬件结构确定,微机中所有操作都要严格按照此节拍来完成,是固定的,无法更改的。 一般为ns(纳秒)级; 外部定时: 外设工作时,所需要的时序关系; 实时监控系统的定时中断、定时监测、定时扫描等; 对I/O设备运行速度和工作频率的调整和控制; 一般定时为ms(毫秒)级;,2021年10月9日星期六,5,外部定时方法(1/2),软件定时: 定时方法: 通过CPU执行一段循环程序,
3、而产生等待延时; 需要按延时的时间来计算时间常数。 优点: 节省硬件成本; 缺点: 占用CPU的时间,降低了CPU的工作效率; 软件延时的时间随主机频率不同而发生变化,通用性差。 适用于短时间或不频繁发生延时的简单系统。,2021年10月9日星期六,6,延时程序: MOV DX , 0FFFFH AGAIN: MOV CX , DX WAIT : NOP LOOP WAIT DEC DX JNZ AGAIN ,也可单独作为一延时程序,延时时间较短,延时常数决定于: 需要的延时时间、系统主频、指令的执行时间,延时常数,2021年10月9日星期六,7,外部定时方法(2/2),硬件定时: 方法: 采
4、用可编程定时/计数器或单稳延时电路产生定时或延时。 特点: 不占用CPU时间,提高了CPU的利用率; 可以产生精确的时间时隔,形成各种脉冲序列,灵活性强; 定时不受主机频率影响,定时程序通用性强。 可用于各种定时计数场合。,2021年10月9日星期六,8,11.1.1 82C54的组成和工作原理,82C54A芯片的工作特点 82C54A芯片的外部引脚特性 82C54A的内部结构,2021年10月9日星期六,9,一、82C54A芯片的工作特点,每片82C54A上都有3个独立的16位的计数通道; 最大可计数值为216=65536; 每个通道计数均可编程设置为二进制或BCD码计数; BCD码计数即十
5、进制计数; 每个计数通道都有6种工作方式,可以编程选择; 每种工作方式的输出波形、触发方式等不同; 计数通道都是减法计数器; 计数/定时启动之前需要设置计数初值/定时常数;,2021年10月9日星期六,10,二、82C54A芯片的外部引脚特性,数据总线,片选及读写控制信号,片内端口选通信号,计数通道0的输入、输出信号,计数通道1的输入、输出信号,计数通道2的输入、输出信号,2021年10月9日星期六,11,计数通道的外部信号,时钟输入信号CLK 定时计数时,每经过一个脉冲,计数值减1; 门控输入信号GATE 用于控制计数的启停; 可有开关作用和触发作用; 计数器输出信号OUT 各种波形输出端;
6、 可供CPU检测状态,也可用于提供请求信号。,2021年10月9日星期六,12,定时/计数器的读写操作类型,2021年10月9日星期六,13,三、82C54A的内部逻辑结构,数据总线缓冲器: 三态双向8位寄存器; 82C54A与CPU之间数据交换的部件;,读/写控制逻辑: 接收CPU有关控制信号,决定操作对象及类型。,控制字寄存器: 接收CPU发出的控制字,决定各计数器的工作方式; 三个计数通道共用一个命令端口,区分该芯片内部的端口类型!,计数通道为数据端口,每个计数通道分别占用一个端口地址; (计数通道0 304H、计数通道1305H、计数通道2 306H) 控制字寄存器为命令端口,占用一个
7、端口地址(307H ); 无状态端口。,2021年10月9日星期六,14,计数通道的内部结构,存放CPU发出的计数初值,在计数过程中不发生变化;用于自动重装计数初值。,锁存当前的计数值,以供CPU读取。,装入计数初值,每个计数脉冲到来时执行减1操作。,时钟脉冲输入端,控制输入端,对计数操作起开关作用或触发作用,输出端,其输出波形由操作方式决定,注意CPU对计数器内部部件的可访问性!,16位当前计数值锁存器只读 16位减1计数器不可访问 16位计数初值寄存器可读写,2021年10月9日星期六,15,11.1.3 计数初值,82C54芯片的初始化步骤: 按照命令字格式写出满足当前操作的命令字,使用
8、I/O指令将其写入命令端口; 写入命令字后,计数初值寄存器清零; 确定计数初值(定时常数),使用I/O指令将初始值装入指定计数通道的初值寄存器。 计数初值会通过初值寄存器送入减1计数器; 当计数条件满足时,减1计数器即开始定时/计数。,2021年10月9日星期六,16,计数初值的确定,按定时时间计算: t定时时间、 TCLK 时钟周期 则计算公式为: n = t / TCLK 按脉冲序列频率计算: fCLK输入时钟频率;fOUT输出波形频率 则计算公式为: n = fCLK / fOUT 计数初值的范围: 二进制:000000FFFFH 十进制(BCD码):000009999 其中,最大值为0
9、,因为计数器计数时先减1后判断。,n计数初值(定时常数),2021年10月9日星期六,17,计数初值/定时常数计算例子,假定输入时钟频率fCLK=2MHz 要求1:定时20ms n = t / TCLK = t fCLK = 2010-32106 = 40000 要求2:产生1KHz的方波 n = fCLK / fOUT = 2106 / 1103 = 2000,2021年10月9日星期六,18,11.1.2 82C54A的控制字和状态字,工作方式控制字 初始化时使用,用于选择计数通道及其工作方式; 也可作为计数值锁存命令使用; 读回命令控制字 在82C54芯片使用过程中,由CPU发给82C5
10、4的命令; 用于锁存某个计数通道中的当前计数值、或状态信息; 状态字 表示某计数通道当前的工作状态;,2021年10月9日星期六,19,1、工作方式命令字,2021年10月9日星期六,20,工作方式命令字的应用举例(1/4),例1. 选择计数通道2 ,工作在方式3下,计数初值为533H,采用二进制计数,试写出其初始化程序段。 工作方式命令字 初始化程序段,写入命令字:,写入计数初值 (先写低字节,再写高字节):,MOV DX,306H,MOV AL,05H,MOV DX,307H,MOV AL,0B6H,OUT DX,AL,OUT DX,AL,MOV AL,33H,OUT DX,AL,1 0,
11、1 1,0 1 1,0,2021年10月9日星期六,21,初始化程序段 MOV DX,307H MOV AL,0B6H OUT DX,AL MOV DX,306H MOV AL,33H OUT DX,AL MOV AL,05H OUT DX,AL,初始化程序执行过程,1011 0110,0011 0011,0000 0101,0000 0101 0011 0011,0000 0000,0000 0000,2021年10月9日星期六,22,工作方式命令字的应用举例(2/4),例2. 计数通道1工作于方式0,用二进制计数,计数初值为128。 工作方式命令字 初始化程序段 MOV DX,307H M
12、OV AL,50H OUT DX,AL MOV DX,305H MOV AL,128 OUT DX,AL,0 1,0 1,0 0 0,0,2021年10月9日星期六,23,工作方式命令字的应用举例(3/4),例3. 计数通道0工作于方式1,按BCD码计数,计数值为3000。 工作方式命令字 初始化程序段 MOV DX,307H MOV AL,33H OUT DX,AL MOV DX,304H MOV AX,3000,0 0,1 1,0 0 1,1,OUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,AL,H,2021年10月9日星期六,24,工作方式命令字的应用举例(4/4),例4. 读取1
13、号计数器的当前计数值,并判断是否为全1。 读当前计数值的操作: 先发锁存命令,锁存当前计数值; 再用输入指令从计数器的当前计数值锁存器中读取数据。 命令字: 程序段 发锁存命令 MOV DX,307H MOV AL,40H OUT DX,AL,0 1,0 0,0 0 0 0,读计数值,判断处理,MOV DX,305H,IN AL,DX,CMP AX,0FFFFH,JE YES ,IN AL,DX,MOV AH , AL,XCHG AL,AH,假定初始化的工作方式命令字的RL位为11。,2021年10月9日星期六,25,2、读回命令控制字,2021年10月9日星期六,26,读回命令控制字举例,例
14、5. 将1号计数器的当前计数值读入AX寄存器。 读回命令控制字 控制程序段,0,0,1,0,1,发锁存命令 MOV DX,307H MOV AL,0D4H OUT DX,AL,读计数值 MOV DX,305H IN AL , DX MOV AH , AL IN AL , DX XCHG AL , AH,2021年10月9日星期六,27,3、状态字,每个通道内部都有一个状态寄存器,通过对该通道端口的读取获得。,2021年10月9日星期六,28,读取82C54状态字举例,例6. 试判断计数通道1是否正在计数。 处理步骤 发送读回命令 读取状态字信息并判断 控制程序段,1,0,1,0,0,发锁存命令
15、 MOV DX,307H MOV AL,0E4H OUT DX,AL,读计数值 MOV DX,305H IN AL , DX,判断当前的计数状态 TEST AL , 40H JNZ NULL,2021年10月9日星期六,29,82C54对计数通道的访问类型,写计数通道 写计数通道的初值寄存器; 读计数通道 读计数通道的初值寄存器 直接读取 读计数通道的当前计数值 先使用工作方式命令字或读回命令字发锁存命令,再读取; 读计数通道的状态字 先使用读回命令字发锁存命令,再读取;,2021年10月9日星期六,30,11.2 82C54的工作方式,82C54共有6种工作方式,三个计数通道都可以工作在这6
16、种工作方式下。 学习这6种工作方式的要点: 输出波形; 计数的触发方式; 软件触发、硬件触发、软硬触发; 计数过程中,门控信号GATE的变化对计数的影响; 不影响、停止计数、暂停计数、重新计数; 重装计数初值后,对计数过程的影响; 不影响、立刻生效、下次计数生效;,2021年10月9日星期六,31,1. 方式0计数结束产生正脉冲,每次用命令字设置计数器为方式0或写入计数初值后,输出端OUT的起始电平为低电平; 写入计数初值后,经过一个时钟周期,将计数初值送入减1计数器开始计数,OUT输出维持低电平; 直至计数值变为0,OUT输出端变为高电平,并维持到下次使用计数器。,CW,n=3,3,2,1,
17、0,CLK,WR#,OUT,2021年10月9日星期六,32,门控信号GATE对计数起开关作用。 即当GATE=1时,允许计数;当GATE0时,禁止计数。 计数过程中,GATE变为低电平,暂停计数;当GATE再次变为高电平时,从中止计数处继续开始计数。 GATE的变化并不影响OUT端的输出状态。,0,门控信号的作用,n=3,3,2,2,CLK,WR#,OUT,GATE,1,2021年10月9日星期六,33,计数过程中,若计数初值发生变化,则计数器会在下一时钟周期将新的计数值写入减1计数器,并重新开始计数; 方式0是软件触发(写计数初值的OUT指令)的计数方式。 方式0的计数初值只一次有效; 若
18、要再次计数,即使计数值不变,也需重新写入计数初值。,n=4,n=3,3,2,4,CLK,WR#,OUT,GATE,3,2,1,改变计数初值的影响,2021年10月9日星期六,34,3,n=3,WR#,CW,2. 方式1硬件可重复触发的单脉冲发生器,当命令字设定方式1后,输出端OUT以高电平为起始电平; 写入计数初值后,经过一个时钟周期,将计数初值送入减1计数器,但并不开始计数; 当门控信号GATE出现上升沿,则开始计数,计数开始的同时,OUT输出端变为低电平,作为单脉冲的开始; 直到计数值为0,OUT输出变回高电平,计数结束,即单脉冲结束。,2,0,CLK,OUT,GATE,1,2021年10
19、月9日星期六,35,GATE信号对计数过程起触发作用。 GATE的上升沿会使计数过程重新开始;但其高、低电平及下降沿不影响计数。 实质上,GATE的上升沿使计数初值寄存器将当前的计数初值再次装入减1计数器中; GATE变化不影响OUT的输出状态,但会影响输出单脉冲的宽度。,n=3,3,2,0,CLK,WR#,OUT,GATE,3,2,1,门控信号的作用,2021年10月9日星期六,36,n=4,n=3,计数初值多次有效,即该方式下计数过程可以重复被触发。 计数过程中,若计数初值发生变化,则当GATE再次出现上升沿时,立即以新的计数初值开始计数;否则,计数初值的改变不会影响当前的计数过程。,3,
20、2,CLK,WR#,OUT,GATE,1,4,3,2,1,改变计数初值的影响,2021年10月9日星期六,37,方式0与方式1的比较,输出波形大致相同; 在一次计数过程中输出单次负脉冲; 触发方式不同; 方式0软件触发;方式1硬件触发; 方式0主要使用计数结束的上升沿脉冲作为请求信号使用;方式1主要用作定时器使用。 方式1是由硬件触发计数的,因此方式1输出的负脉冲宽度是可以由计数初值精确计算的,而方式0不可。,2021年10月9日星期六,38,1,1,n=3,CW,WR#,3. 方式2分频器,当命令字设置方式2后,OUT输出端的初始状态为高电平; 装入计数初值后,开始计数,输出端仍维持高电平;
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