8253工作原理.ppt
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第第8章章可编程接口芯片可编程接口芯片8253及应用及应用定时与计数定时与计数在微机系统或智能化仪器仪表的工作过程中,经常需要使系统处于定时工作状态,或者对外部过程进行计数。
定时或计数的工作实质均体现为对脉冲信号的计数,如果计数的对象是标准的内部时钟信号,由于其周期恒定,故计数值就恒定地对应于一定的时间,这一过程即为定时,如果计数的对象是与外部过程相对应的脉冲信号(周期可以不相等),则此时即为计数。
定时与计数的实现方法定时与计数的实现方法
(1)硬件法。
设计一套电路用以实现定时与计数,特点是需要花费一定的硬件设备,而且当电路制成之后,定时值及计数范围不能改变。
(2)软件法。
利用一段延时子程序来实现定时操作,特点是无需太多的硬件设备,控制比较方便,但在定时期间,CPU不能从事其他工作,降低了机器的利用率。
(3)软、硬件结合法。
即设计一种专门的具有可编程特性的芯片来控制定时和计数的操作,而这些芯片具有中断控制能力,定时、计数到时能产生中断请求信号,因而定时期间不影响CPU的正常工作。
7.1定时定时/计数器芯片计数器芯片Intel8253的工作原理的工作原理Intel8253是8086/8088微机系统常用的定时/计数器芯片,它具有定时与计数两大功能,同类型的定时/计数器芯片还有Intel8254等,8253是24脚双列直插芯片,用+5V电源供电。
1、8253的一般性能概述的一般性能概述
(1)每个8253芯片有3个独立的16位计数器通道。
(2)每个计数器通道都可以按照二进制或二-十进制计数。
(3)每个计数器的计数速率可以高达2MHz。
(4)每个通道有6种工作方式,可以由程序设定和改变。
(5)所有的输入、输出电平都与TTL兼容。
2、8253的内部结构框图及引脚的内部结构框图及引脚8253的内部结构如下图所示,主要由数据总线缓冲器、读/写逻辑、控制字寄存器及三个独立的、功能相同的计数器组成。
(1)数据数据总线缓冲器:
三冲器:
三态、双向的、双向的8位位缓冲器,用于将冲器,用于将8253与系与系统数据数据总线连接。
接。
CPU执行行I/O指令指令时,缓冲冲器器发送或接收数据,用以写入送或接收数据,用以写入8253控制字、装入控制字、装入计数数初初值或或读出当前出当前计数数值。
(2)读/写写逻辑:
读/写写逻辑电路接受来自系路接受来自系统总线的信号,的信号,然后然后产生控制整个芯片工作的控制信号。
生控制整个芯片工作的控制信号。
(3)控制字寄存器:
当控制字寄存器:
当A1、A0全全为1时,接收并存,接收并存储来自来自数据数据总线缓冲器的控制字。
每个冲器的控制字。
每个计数器数器对应1个控制寄个控制寄存器,只能写入,不能存器,只能写入,不能读出。
出。
(4)计数器数器02:
三个:
三个计数器内部数器内部结构相同,每个构相同,每个计数器数器有一个有一个16位减法位减法计数器,可数器,可对二二进制数或制数或BCD码进行行计数。
某些方式下,一次数。
某些方式下,一次计数数结束可以自束可以自动取初取初值进行下一次行下一次计数。
每个数。
每个计数器都有数器都有时钟输入入CLK、门控控输入入GATE和和输出出OUT引脚。
引脚。
计数数过程、程、输出信号与出信号与控制字中控制字中设定的内容有关。
每个定的内容有关。
每个计数器的工作方式和数器的工作方式和工作工作过程完全独立。
程完全独立。
28253的外部引脚的外部引脚8253芯片是具有芯片是具有24个引脚的双列直插式集成电路芯片,其个引脚的双列直插式集成电路芯片,其引脚分布如图引脚分布如图7-2所示。
所示。
38253的控制字的控制字8253有一个有一个8位的控制字寄存器,其格式如图位的控制字寄存器,其格式如图7-3所示。
所示。
48253的工作方式的工作方式8253共有共有6种工作方式,各方式下的工作状态是不同的,种工作方式,各方式下的工作状态是不同的,输出的波形也不同,其中比较灵活的是门控信号的作用。
输出的波形也不同,其中比较灵活的是门控信号的作用。
由此组成了由此组成了8253丰富的工作方式、波形。
丰富的工作方式、波形。
(1)几条基本原则。
)几条基本原则。
1)控制字写入计数器时,所有的控制逻辑电路立即复位,输出端)控制字写入计数器时,所有的控制逻辑电路立即复位,输出端OUT进入初始状态。
初始状态对不同的模式来说不一定相同。
进入初始状态。
初始状态对不同的模式来说不一定相同。
2)计数初始值写入之后,要经过一个时钟周期上升沿和一个下降)计数初始值写入之后,要经过一个时钟周期上升沿和一个下降沿,计数执行部才可以开始进行计数操作,因为第一个下降沿将计沿,计数执行部才可以开始进行计数操作,因为第一个下降沿将计数寄存器的内容送减数寄存器的内容送减1计数器。
计数器。
3)通常,在每个时钟脉冲)通常,在每个时钟脉冲CLK的上升沿,采样门控信号的上升沿,采样门控信号GATE。
不同的工作方式下,门控信号的触发方式是有具体规定的,即或者不同的工作方式下,门控信号的触发方式是有具体规定的,即或者是电平触发,或者是边沿触发,在有的模式中,两种触发方式都是是电平触发,或者是边沿触发,在有的模式中,两种触发方式都是允许的。
其中允许的。
其中0、2、3、4是电平触发方式,是电平触发方式,1、2、3、5是上升沿触是上升沿触发。
发。
4)在时钟脉冲的下降沿,计数器作减)在时钟脉冲的下降沿,计数器作减1计数,计数,0是计数器所能容纳是计数器所能容纳的最大初始值。
二进制相当于的最大初始值。
二进制相当于216,用,用BCD码计数时,相当于码计数时,相当于104。
特点:
特点:
写入控制字寄存器后,输出OUT就变低,GATE为高计数,为低停止计数;不自动重新计数,需要重新将计数值写入计数器后开始计数;计数到0时,可利用OUT产生中断信号。
(2)方式)方式0:
计数结束产生中断。
方式:
计数结束产生中断。
方式0的波形如图的波形如图7-4所示,当控制字所示,当控制字写入控制字寄存器后,输出写入控制字寄存器后,输出OUT就变低,当计数值写入计数器后开始计就变低,当计数值写入计数器后开始计数,在整个计数过程中,数,在整个计数过程中,OUT保持为低,当计数到保持为低,当计数到0后,后,OUT变高。
变高。
(3)方式)方式1:
可编程的硬件触发单拍脉冲。
:
可编程的硬件触发单拍脉冲。
特点:
特点:
写入控制字寄存器后,输出OUT就变高;GATE的上升沿触发计数,同时OUT变低,直到计数到0;遇到GATE的上升沿时,自动重新计数。
(4)方式)方式2:
速率发生器。
:
速率发生器。
特点:
写入控制字寄存器后,输出OUT就变高;GATE为高计数;计数到1时,OUT变低,计数到0时,OUT变高,并自动重新计数。
GATE为低时,禁止计数,直到GATE变高,重新自动写入计数值计数。
一般作为分频器使用。
(5)方式)方式3:
方波速率发生器。
:
方波速率发生器。
特点:
与方式2类似,只是进行减2操作,直到0时,OUT变低,并自动重新写入计数值减2操作,直到0时,OUT变高。
一般作为方波发生器使用。
(6)方式)方式4:
软件触发的选通信号发生器。
:
软件触发的选通信号发生器。
特点:
特点:
写入控制字寄存器后,输出OUT就变高;GATE为高计数,为低停止计数;不自动重新计数,需要重新将计数值写入计数器后开始计数;计数到0时,OUT变为低,经过一个CLK周期后变为高。
不自动重新计数,只有重新软件写入计数值,同时GATE为高时开始计数。
(7)方式)方式5:
硬件触发的选通信号发生器。
:
硬件触发的选通信号发生器。
特点:
特点:
写入控制字寄存器后,输出OUT就变高;GATE的上升沿触发计数;计数到0时,OUT为低,经过一个CLK周期后变为高。
只有遇到GATE的上升沿时,自动重新计数。
(8)8253的工作方式小结。
的工作方式小结。
1)方式)方式2、4、5的输出波形是相同的,都是宽度为一个的输出波形是相同的,都是宽度为一个CLK周期的负脉冲,但方式周期的负脉冲,但方式2连续工作,方式连续工作,方式4由软件触发由软件触发启动,方式启动,方式5由硬件触发启动。
由硬件触发启动。
2)方式)方式5与方式与方式1的工作过程相同,但输出波形不同,方式的工作过程相同,但输出波形不同,方式1输出的是宽度为输出的是宽度为N个个CLK脉冲的低电平有效的脉冲(计数脉冲的低电平有效的脉冲(计数过程中输出为低),而方式过程中输出为低),而方式5输出的是宽度为一个输出的是宽度为一个CLK脉脉冲的负脉冲(计数过程中输出为高)。
冲的负脉冲(计数过程中输出为高)。
3)输出端)输出端OUT的初始状态。
方式的初始状态。
方式0在写入方式字后输出为在写入方式字后输出为低;其余方式,写入控制字后输出均变为高。
低;其余方式,写入控制字后输出均变为高。
4)任一种方式,均是在写入计数初值之后才能开始计数,)任一种方式,均是在写入计数初值之后才能开始计数,方式方式0、2、3、4都是在写入计数初值之后开始计数的,而都是在写入计数初值之后开始计数的,而方式方式1和方式和方式5需要外部触发启动才开始计数。
需要外部触发启动才开始计数。
5)6种工作方式中,只有方式种工作方式中,只有方式2和方式和方式3是连续计数,其他方是连续计数,其他方式都是一次计数,要继续工作需要重新启动,方式式都是一次计数,要继续工作需要重新启动,方式0、4由软由软件启动,方式件启动,方式1、5由硬件启动。
由硬件启动。
6)门控信号的作用。
通过门控信号)门控信号的作用。
通过门控信号GATE,可以干预,可以干预8253某一通道的计数过程,在不同的工作方式下,门控信号起作某一通道的计数过程,在不同的工作方式下,门控信号起作用的方式也不同,其中用的方式也不同,其中0、2、3、4是电平起作用,是电平起作用,1、5是是上升沿起作用。
上升沿起作用。
7)计数到)计数到0后计数器的状态。
方式后计数器的状态。
方式0、1、4、5进行倒计数,进行倒计数,变为变为FF、FE,而方式,而方式2、3则自动装入计数初值继续计则自动装入计数初值继续计数。
数。
7.28253的应用的应用7.2可编程并行接口芯片可编程并行接口芯片8255A7.2.1并行通信与接口并行通信与接口Intel8255A是一个通用的可编程并行接口芯片,它有三个是一个通用的可编程并行接口芯片,它有三个并行并行I/O口,又可通过编程设置多种工作方式,价格低廉、口,又可通过编程设置多种工作方式,价格低廉、使用方便,可以直接与使用方便,可以直接与Intel系列的芯片连接使用,在中小系列的芯片连接使用,在中小系统中有着广泛的应用。
系统中有着广泛的应用。
7.2.28255A的编程结构的编程结构8255A的编程结构如图的编程结构如图7-10所示,由以下几部分组成:
所示,由以下几部分组成:
(1)三个数据端口)三个数据端口A、B、C。
这三个端口均可看作是。
这三个端口均可看作是I/O口,但它们的结构和功能稍有不同。
口,但它们的结构和功能稍有不同。
(2)A组和组和B组的控制电路。
组的控制电路。
(3)数据总线缓冲器。
)数据总线缓冲器。
(4)读)读/写控制逻辑。
写控制逻辑。
7.2.38255A的引脚功能的引脚功能引脚信号可以分为两组:
一组是面向引脚信号可以分为两组:
一组是面向CPU的信号,一组是的信号,一组是面向外设的信号。
面向外设的信号。
1面向面向CPU的引脚信号及功能的引脚信号及功能2面向外设的引脚信号及功能面向外设的引脚信号及功能PA0PA7:
A组数据信号,用来连接外设。
组数据信号,用来连接外设。
PB0PB7:
B组数据信号,用来连接外设。
组数据信号,用来连接外设。
PC0PC7:
C组数据信号,用来连接外设或者作为控制组数据信号,用来连接外设或者作为控制信号。
信号。
7.2.48255A的工作方式的工作方式8255A有三种工作方式,用户可以通过编程来设置:
有三种工作方式,用户可以通过编程来设置:
方式方式0:
简单输入:
简单输入/输出,查询方式,输出,查询方式,A、B、C三个端口均三个端口均可。
可。
方式方式1:
选通输入:
选通输入/输出,中断方式,输出,中断方式,A和和B两个端口均可。
两个端口均可。
方式方
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