1、第七章 可编程接口芯片及应用,王东明东南大学移动通信国家重点实验室 ,2019/6/26,王东明 / NCRL,2,学习重点：可编程接口芯片8253 8259, 8255, 8250的结构、编程I/O接口和CPU、外设的连接方法。 学习方法：紧密结合实验与作业，学习I/O通道的设计与编程方法。,第七章 可编程接口芯片及应用,2019/6/26,王东明 / NCRL,3,I/O地址译码方法,地址译码的方法灵活多样高位地址线与CPU的控制信号进行组合，经译码电路产生I/O接口芯片的片选信号CS，实现系统中的接口芯片寻址 低位地址线直接接到I/O接口芯片的地址引脚，进行I/O接口芯片的片内端口寻址,
2、2019/6/26,王东明 / NCRL,4,地址译码,A15A8为 译码器使能,A7A5决定 芯片端口范围,A4A0选择 芯片片内端口,2019/6/26,王东明 / NCRL,5,如何实现定时？,软件方法：用一段程序实现延时 利用程序循环延迟指定的时间 缺点：CPU占用率？延时精度？兼容？硬件方法：定时/计数器电路 利用脉冲计数在设定的时间输出定时信号，灵活性较差？采用可编程定时器计数器 定时时间与计数值可由软件来确定和改变，设定后与CPU并行工作，不占用CPU的时间。,2019/6/26,王东明 / NCRL,6,可编程计数器/定时器8253-5,8253是一种可编程的计数器/定时器接口
3、芯片。内部有三个独立的计数器，通过设置控制字，各计数器可以工作于不同方式。该芯片的最高计数频率为2MHz，可用于产生各种定时波形，也可用于对外部事件计数。,可以实现定时与计数两个功能，可用于： 系统时钟 DRAM刷新定时 定时采样 实时控制 脉冲的计数,2019/6/26,王东明 / NCRL,7,可编程计数器/定时器8253-5,掌握: 引线功能及计数启动方法 6种工作方式及其输出波形 8253的使用: 芯片与系统的连接 芯片的初始化编程,2019/6/26,王东明 / NCRL,8,可编程计数器/定时器8253-5,引脚及其功能内部结构寻址方式控制字格式工作方式编程及应用,2019/6/2
4、6,王东明 / NCRL,9,引脚及其功能,数据线：写控制字，读写计数器的计数值,计数器0的时钟输入端,计数器0的输出端,为低电平的时候，CPU将计数值写入计数器或将控制字写入控制字寄存器,为低电平的时候，CPU读取所选计数器的内容,计数器0的门控信号脉冲输入端，控制计数,2019/6/26,王东明 / NCRL,10,与系统的连接示意图,CLK,GATE,OUT,D0D7,WR,RD,A1,A0,CS,DB,IOW,IOR,A1,A0,译码器,高位地址 A15-A2,8253,共三组,8253占用4个接口地址：计数器0计数器1计数器2控制寄存器,(决定8253的基地址),2019/6/26,
5、王东明 / NCRL,11,内部结构,编址部件0,编址部件1,编址部件2,编址部件3,2019/6/26,王东明 / NCRL,12,编程结构程序员的观点,计数器(3个)每个包括控制寄存器 存放控制命令字（只写）占用4个地址 3个计数器，1个控制寄存器,16位初值寄存器 16位计数寄存器 16位输出锁存器,（减法计数器）,2019/6/26,王东明 / NCRL,13,寻址方式,2019/6/26,王东明 / NCRL,14,控制字格式,2019/6/26,王东明 / NCRL,15,定时/计数的工作过程,设置8253的工作方式： 此时，全部控制逻辑电路复位，输出OUT为初始状态（高电平或低电
6、平）； 设置计数初值到初值寄存器 第一个CLK信号使初值寄存器的内容置入计数寄存器 以后每来一个CLK信号 在CLK的上升沿时，计数器对门控信号GATE进行采样，来决定工作状态（计数、触发、停止、重新置初值）； 在CLK的下降沿时，计数器执行部件从初值开始作减1计数；其中0是最大初值，1是最小初值； 若以二进制数制计数，则0相当于216=65536；若以BCD（十进制）数制计数，则0相当于104=10000 减到0时，OUT端输出一特殊波形的信号,2019/6/26,王东明 / NCRL,16,工作方式0：计数结束产生中断,在GATE=1时 写入控制字，OUT端输出低电平为起始电平，装入计数初
7、值n，开始计数。 写信号后沿（ ）经一个CLK（ ）将n值装入计数器。 每经过一个CLK，在CLK下降沿，计数器减1。 n=0时，计数结束，OUT由低电平变为高电平（可利用该电平变化向CPU发出中断请求），并保持，不开始重新计数。只有写入另一个计数值时，开始新的计数。 在GATE=0时 停止计数，直至GATE恢复高电平，再继续计数,2019/6/26,王东明 / NCRL,17,工作方式0：计数结束产生中断（小结）,软件启动，不自动重复计数。装入初值后OUT端变低电平，计数结束OUT输出高电平。计数过程中，GATE端应保持高电平。 每写入一次初值计数一个周期，然后停止计数。 OUT端输出是一个
8、约(n+1) *CLK宽度的负脉冲。 计数过程中可随时修改初值重新开始计数。,2019/6/26,王东明 / NCRL,18,工作方式1：可编程单稳态触发器,写入控制字，OUT端输出高电平为起始电平。装入计数初值n后，必须等待GATE的上升沿来后才转入计数，这时OUT变低，开始计数，每一个计数脉冲，计数器值减1。 计数到0，OUT变成高电平，负脉冲结束，脉冲宽度=tcn（tc为时钟周期）。 在计数过程中，若GATE变低，不影响计数。,方式1的时序图（计数过程中GATE仅有一个上升沿）,2019/6/26,王东明 / NCRL,19,工作方式1：可编程单稳态触发器,在计数过程中，若再次产生GAT
9、E的上升沿触发，则要重新装入n值， 在再触发脉冲上升沿之后的一个CLK脉冲的下降沿，计数器重新开始 计数。可以通过该方法改变脉冲的宽度。,方式1的时序图（计数过程中GATE不止产生一个上升沿）,2019/6/26,王东明 / NCRL,20,工作方式1：可编程单稳态触发器（小结）,硬件启动，不自动重复计数。装入初值后OUT端变高电平，计数开始OUT端变为低电平，计数结束后又变高。门控信号GATE端的跳变触发计数，可重复触发。 若下一次GATE上升沿提前到达，则OUT端负脉冲拉宽为两次计数过程之和。 计数过程中写入新初值不影响本次计数。,2019/6/26,王东明 / NCRL,21,工作方式2
10、：分频器,写入控制字，OUT端输出高电平为起始电平，装入计数初值n，开始计数。 每一个计数脉冲下降沿n减1，当n减至1时，OUT变低，n减为0时，OUT变高，产生一个与时钟脉冲周期一样宽的负脉冲。 接着自动装入n连续计数，输出频率为：fclk/n。 计数过程中，允许重新装入新的n值，下一个计数周期按新的n值计数。,在GATE=1时：,方式2的时序图,2019/6/26,王东明 / NCRL,22,工作方式2：分频器,计数过程中，若GATE0，停止计数，并强迫OUT输出高电平，在GATE变为高电平后，重新装入n值，开始计数。,2019/6/26,王东明 / NCRL,23,工作方式2：分频器（小
11、结）,软、硬件启动，自动重复计数。装入初值后OUT端变高电平，计数到最后一个CLK时OUT输出负脉冲，并连续重复此过程。GATE为计数的控制信号：GATE变低计数停止，再变高时的下一个CLK下降沿，从初值开始重新计数。 每个计数周期结束时（减到1时），OUT端输出一个CLK宽度的负脉冲。 计数过程自动重复进行。 计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。,2019/6/26,王东明 / NCRL,24,工作方式3：方波频率发生器,输出频率为：fclk/n的方波。 写入控制字后，OUT端输出低电平作为起始电平，装入计数值n后，变为高电平。 n为偶数，每个时钟脉冲下降沿n值减1，至n/2后，电平变为低
12、电平，并继续减1计数至0，然后改变OUT电平，重新装入n，开始计数。 n为奇数，输出高电平宽度为(n+1)/2,低电平宽度为(n-1)/2的方波。 GATE=0 停止计数，并强迫OUT输出高电平，在GATE变高后，重新将n装入，开始计数。 注：GATE功能同方式2,GATE=1,2019/6/26,王东明 / NCRL,25,工作方式3：方波频率发生器（小结）,软、硬件启动，自动重复计数。装入初值后OUT端变高电平，然后OUT连续输出对称方波： 前 N/2或（N+1）/2 个CLK，OUT为高 后N/2或（N-1）/2 个CLK， OUT为低。 计数过程中修改初值不影响本半轮计数过程。 其余的
13、与方式2 类似。,2019/6/26,王东明 / NCRL,26,工作方式4：软件触发选通脉冲,写入控制字后，OUT端变为高电平，写入初始值后，计数器作减1计数，OUT电平保持不变。 计数器减至0时，OUT端输出一个脉冲周期的负脉冲，然后停止计数，只有输入新的计数值后，才能开始新的计数。 计数过程中，若GATE变低电平，停止计数，在其变高后，重新将n装入，开始计数。,2019/6/26,王东明 / NCRL,27,工作方式4：软件触发选通脉冲（小结）,软件启动，不自动重复计数。装入初值后输出端变高电平，计数结束输出一个CLK宽度的负脉冲 计数过程中，GATE端应保持高电平。 每写入一次初值，计
14、数一个周期，然后停止计数。 每个计数周期结束时（减到0时），OUT端输出一个TCLK宽度的负脉冲。 计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。,2019/6/26,王东明 / NCRL,28,工作方式5：硬件触发选通脉冲,写入控制字后，OUT端变为高电平，写入初始值n后，必须等待GATE的上升沿触发才转入计数。 计数器减至0时，OUT端输出一个脉冲周期的负脉冲。然后n值自动装入计数器，但要等GATE的上升沿来后才再次开始计数。 计数过程中，若GATE变低电平，不影响计数，但其上升沿将使得n重新装入计数器，开始计数。,2019/6/26,王东明 / NCRL,29,工作方式5：硬件触发选通脉冲,硬件
15、启动，不自动重复计数。OUT端波形与方式4相同 写入初值时，GATE端应保持低电平。 GATE每出现一次正脉冲，计数一个周期，然后停止计数。 每个计数周期结束时（减到0时），OUT端输出一个CLK宽度的负脉冲。 计数过程中修改初值不影响本轮计数过程。,2019/6/26,王东明 / NCRL,30,编程及应用,在使用8253芯片时，首先要对其进行初始化编程。 初始化编程包括写入控制字和写入计数值两个步骤。,第一步，写入控制字。任一计数器的控制字都要从8253的控制口地址写入，控制哪个计数器由控制字的D7D6位来决定。,第二步，写入计数初始值。计数初始值经由各计数器的端口地址写入。 若控制字里规
16、定只写低八位，则写入低八位，高8位自动置0 若控制字里规定只写高八位，则写入高八位，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，再写入高八位。,写入顺序： 可按计数器分别写入控制字和初值。 也可先写所有计数器控制字，再写入它们的初值,2019/6/26,王东明 / NCRL,31,编程及应用,三个计数器端口地址为：40H，41H,42H,控制寄存器端口地址为：43H 计数器0：输出与8259的IRQ0相连，每隔一定时间向系统日历时钟提供定时中断，产生一个恒定的时间基准。 计数器1：每隔一定时间向DMA控制器发出一个动态RAM刷新请求信号。 计数器2：产生控制扬声器发声的方波
17、。,RESETDRV,接外设时钟,接DMA控制器,如8237，产生动态RAM刷新请求信号DRQ0,OUT1的上升沿使其置1，生请求,DMA控制器接受刷新请求后送回的应答信号，用于复位U21,2019/6/26,王东明 / NCRL,32,编程及应用,计数器0：电子时钟基准 工作于方式3，计数器值预置为0（即65536），即输出的方波频率为：1.19/65536=18.21Hz，即每隔55ms产生 一次中断请求。 程序： MOV AL, 36H ;36H=00110110B OUT 43H, AL ;写控制字 MOV AL, 0 ;预置计数值 OUT 40H, AL ;先写低字节 OUT 40H
18、, AL ;再写高字节,2019/6/26,王东明 / NCRL,33,编程及应用,计数器1：动态RAM定时刷新 工作于方式2，计数器值预置为18,即输出的频率为：1.19/18=66.1kHz，即每隔15.1s产生一次动态刷新请求信号。 程序： MOV AL, 54H ;54H=01010100B OUT 43H, AL ;写控制字 MOV AL, 12H ;预置计数值 OUT 41H, AL ;写低字节,2019/6/26,王东明 / NCRL,34,编程及应用,计数器2：扬声器音调 工作于方式3，计数器值预置为1331(533H),即输出的频率为：1.19/1331=894Hz。 程序：
19、 MOV AL, B6H ;B6H=10110110B OUT 43H, AL ;写控制字 MOV AL, 33H ;预置计数值 OUT 42H, AL ;先写低字节 MOV AL, 05H ;预置计数值 OUT 42H, AL ;再写高字节,2019/6/26,王东明 / NCRL,35,8253应用举例,下图是用8253监视的一个生产流水线示意图，每通过50个工件扬声器响5秒钟，频率为2000Hz。,2019/6/26,王东明 / NCRL,36,编程及应用,计数器0工作于方式2分频方式，每隔50个CLK0产生一个中断INT；方式控制字为：00010101B（15H），即方式2，只装低8位
20、，BCD数制，初值为50（H）。 计数器1工作于方式3方波方式，产生2000Hz喇叭音调，方式控制字为：01110111B（77H），即方式3，先低后高，BCD数制；,初值（分频比）=（1.4106）/2000=700(H)。,2019/6/26,王东明 / NCRL,37,主程序段：,MOV AL，15H ；置计数器0方式 OUT 43H，AL ； MOV AL，50H ；装初值 OUT 40H，AL ； MOV AL，00H ；关8255的PC0 OUT 63H，AL ； MOV AL，77H ；置计数器1方式 OUT 43H，AL ； MOV AL，00H ；装初值 OUT 41H，AL
21、 ； MOV AL，07H ； OUT 41H，AL ； STI； LOP： NOP； JMP LOP；,2019/6/26,王东明 / NCRL,38,中断服务程序：,INTP： MOV AL，01H ；开8255的PC0 OUT 63H，AL ； CALL DLY5S ；调5S延迟子程序 MOV AL，00H ；关8255的PC0 OUT 63H，AL ； IRET；,（说明：在装入8253计数器的初值时，不管是二进制数制还是BCD数制，初值后均要加“H”。）,2019/6/26,王东明 / NCRL,39,扩展定时/计数范围,当定时长度不够时，可把2个或3个计数通道串联起来使用，甚至可把
22、多个8253串联起来使用。例如：CLK频率为2MHz，要求在OUT1端产生频率2Hz的脉冲。这时可将计数器0、1串联，工作方式都均为方式3，计数初值为1000和1000。连接方法见下页。,2019/6/26,王东明 / NCRL,40,扩展定时/计数范围,8253,OUT1,GATE1,CLK1,OUT0,GATE0,CLK0,+5V,+5V,2MHz,2KHz,2Hz,2019/6/26,王东明 / NCRL,41,8253小结,包含3个16位计数器通道 4个编址部件：计数器0/1/2和控制寄存器 每个计数器通道工作前必须初始化： 控制字和计数初值 6种工作方式 每种工作方式：启动方式、输出波形、是否可重复计数等各不相同,
