《微機原理與接口技術(shù)》第九章8253

第9章

可編程接口芯片

可編程接口概術(shù)可編程定時／計數(shù)器接口芯片8253

可編程接口概術(shù)

一個簡單的具有輸入功能和輸出功能的可編程接口電路如下圖，它包括一個輸入接口，其組成主要是八位的三態(tài)門；一個輸出接口，其組成主要是八位的鎖存器；另外還有八位的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)及控制這個開關(guān)的寄存器FF。用戶對寄存器FF寫入的內(nèi)容稱為命令字或方式控制字，而寄存器FF稱為命令寄存器，相應的端口稱為命令端口或控制端口，對可編程芯片初始化過程實際上就是對芯片的控制端口寫入各種命令字的操作過程。

目前常用的可編程芯片有如下幾種：8255A 并行I/O接口8253 計數(shù)器/定時器8251 串行I/O8259A 中斷控制器

9.1可編程定時／計數(shù)器接口芯片8253一、功能

定時和脈沖信號的處理與接口是完全有別于并行信號的，其特點是信號形式簡單但需要連續(xù)檢測，下面介紹的INTEL8253可編程定時／計數(shù)器就是可以實現(xiàn)所要求這方面功能。8253內(nèi)部有3個獨立的16位定時／計數(shù)器通道。計數(shù)器可按照二進制或十進制計數(shù)，計數(shù)和定時范圍可在1—65535之間改變，每個通道有6種工作方式，計數(shù)頻率可高達2MHz以上。二、8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

計數(shù)通道

數(shù)據(jù)總線緩沖器

讀／寫控制電路

通道控制寄存器三、8253的管腳分配

通道管腳數(shù)據(jù)線通道選擇控制線四、8253的編程

8253只有一個控制字，8253的一個方式控制字只決定一個計數(shù)通道的工作模式。8253的控制字格式如圖所示。共分為4部分，通道選擇、計數(shù)器讀/寫方式、工作方式和計數(shù)碼的選擇。五、8253的工作方式1、方式0——計數(shù)結(jié)束中斷方式工作方式0有如下特點：a、門控信號GATE必須為1，計數(shù)器才能計數(shù)；b、計數(shù)時通道輸出端OUT一直為0；c、通道計數(shù)器計數(shù)到0后，OUT由0到1，同時計數(shù)器停止工作。2、方式1——可編程序的單獨負脈沖

方式1工作過程如下：a、門控信號GATE是觸發(fā)信號，上升沿有效。即開始計數(shù)是由GATE的上升沿觸發(fā)的；b、

觸發(fā)后，通道計數(shù)器開始計數(shù)，輸出端OUT由高變低；c、

計數(shù)器計數(shù)到0，OUT再由低變高。

3、方式2——速率發(fā)生器方式2的特點如下：a、

GATE門為1，計數(shù)器才能工作，對CLK端上的脈沖進行計數(shù)；b、

當計數(shù)器“減”計數(shù)到1時，輸出端由高變低，再經(jīng)過一個CLK周期，即計數(shù)器計數(shù)到0時，輸出端OUT又跳變?yōu)楦摺Ｋ苑绞?輸出周期性負脈沖信號，其寬度固定為一個CLK周期；c、

當計數(shù)器的值減為0時，自動重新裝入計數(shù)初值，實現(xiàn)循環(huán)計數(shù)。4、方式3——方波發(fā)生器

方式2雖然可以作分頻電路，但其輸出是窄脈沖，如果是方波，就只有選方式35、方式4——軟件觸發(fā)方式方式4在工作過程中有以下特點：a、

門控信號GATE為高電平，計數(shù)器開始減1計數(shù)，OUT維持高電平；b、

當計數(shù)器減到0，輸出端OUT變低，再經(jīng)過一個CLK輸入時鐘周期，OUT輸出又變高。方式4——軟件觸發(fā)方式

6、方式5——硬件觸發(fā)方式這種工作方式同方式4很相似，當控制字寫入控制寄存器后，輸出端OUT變高。同方式4不同的一點是當計數(shù)值寫入通道計數(shù)器后，通道并未被觸發(fā)，也就是計數(shù)器并不立即開始計數(shù)。只有當GATE信號的上升沿觸發(fā)通道后，通道計數(shù)器才開始計數(shù)。方式5——硬件觸發(fā)方式

8253的工作方式小結(jié)

8253的六種工作方式可歸為兩類，一個是充當頻率發(fā)生器，另一類主要是作計數(shù)器來使用。下面我們就從這個角度來討論總結(jié)OUT和GATE門的作用。

與頻率發(fā)生器有關(guān)的工作方式

8253有兩種方式與頻率發(fā)生器有關(guān)，即方式2和發(fā)生3，對OUT端，方式2提供給用戶的是負脈沖，方式3提供給用戶的是方波。在這個兩種方式下，GATE信號要始終保持為高。與計數(shù)器有關(guān)的工作方式

對于計數(shù)器類，有方式0、1和方式4、5。啟動計數(shù)器的方式有兩種，一種是CPU把時間常數(shù)寫入相應通道后，計數(shù)器就開始工作，我們可以稱之為軟件啟動方式，在這種啟動方式下，GATE要始終保持為高電平，所以方式0和方式4可以稱為軟件啟動方式。另一種是硬件啟動計數(shù)器，即CPU把時間常數(shù)寫入計數(shù)器后，即使GATE為高電平，計數(shù)器并不工作。只有GATE發(fā)生跳變，其上升沿啟動計數(shù)器工作，所以方式1和方式5就可以稱為硬件啟動方式。計數(shù)器溢出時，OUT有兩種輸出形式，要么是電平，要么是負脈沖。前者有方式0方式1，后者有方式4和方式5。

六、8253應用舉例例1：現(xiàn)有一個高精密晶體振蕩電路，輸出信號是脈沖波，頻率為1MHz。要求利用8253做一個秒信號發(fā)生器，其輸出接一發(fā)光二極管，以0.5秒點亮，0.5秒熄滅的方式閃爍指示。設8253的通道地址為80H～86H（偶地址）解：1、時間常數(shù)計算這個例子要求用8253作一個分頻電路，而且其輸出應該是方波，否則發(fā)光二極管不可能等間隔閃爍指示。頻率為1MHz信號的周期為1微妙，而1Hz信號的周期為1秒，所以分頻系數(shù)N可按下式進行計算：

由于8253一個通道最大的計數(shù)值是65536，所以對于N＝1000000這樣的大數(shù)，一個通道是不可能完成上述分頻要求的。由于即取兩個計數(shù)器，采用級聯(lián)方式。

2、電路

3、工作方式選擇由于通道1要輸出方波信號推動發(fā)光二極管，所以通道1應選工作方式3。對于通道0，只要能起分頻作用就行，對輸出波形不做要求，所以方式2和方式3都可以選用。

這樣對于通道0，我們?nèi)」ぷ鞣绞?，BCD計數(shù)；對于通道1，我們?nèi)」ぷ鞣绞?，二進制計數(shù)（當然也可選BCD計數(shù)）

4、程序

moval,00110101b ；通道0控制字

out86h,al

moval,00 ；通道0初始計數(shù)值

out80h,al

moval,10h out80h,al

moval,01110110b ；通道1控制字

out86h,al

moval,0e0h ；通道1初始計數(shù)值，03E8H=1000BCD out82h,al

moval,03h out82h,al例2：計件系統(tǒng)。計件系統(tǒng)的功能就是記錄脈沖的個數(shù)。

一個脈沖代表一個事件，比如交通道路檢測系統(tǒng)中通過檢測點的車輛，工業(yè)控制系統(tǒng)中流水線上已加工好的工件。要求在計件過程中，PC機可以顯示當前計數(shù)器的內(nèi)容，當完成10000個工件記錄后，系統(tǒng)發(fā)出1KHz信號推動喇叭發(fā)音通知用戶。解：1、電路。需要兩個通道，一個作為計數(shù)，選用通道0。另一個產(chǎn)生1KHz信號，選用通道1。工作原理如下，傳感器電路把物理事件轉(zhuǎn)換為脈沖信號輸入到通道0計數(shù)，當記錄10000個事件后，通道0計數(shù)器溢出，GATE端輸出高電平，這時通道1開始工作，產(chǎn)生1KHz信號推動喇叭發(fā)音。

2、工作方式選擇對于通道1，由于要產(chǎn)生1KHz信號，故選用工作方式3。對于通道0，要求初始計數(shù)值寫入計數(shù)通道后，計數(shù)器就可以工作，則通道