《微機(jī)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(shí)／計(jì)數(shù)器接口芯片8253

可編程接口概術(shù)

一個(gè)簡(jiǎn)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(gè)輸入接口，其組成主要是八位的三態(tài)門；一個(gè)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(kāi)關(guān)及控制這個(gè)開(kāi)關(guān)的寄存器FF。用戶對(duì)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(yīng)的端口稱為命令端口或控制端口，對(duì)可編程芯片初始化過(guò)程實(shí)際上就是對(duì)芯片的控制端口寫入各種命令字的操作過(guò)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(jì)數(shù)器/定時(shí)器8251 串行I/O8259A 中斷控制器

9.1可編程定時(shí)／計(jì)數(shù)器接口芯片8253一、功能

定時(shí)和脈沖信號(hào)的處理與接口是完全有別于并行信號(hào)的，其特點(diǎn)是信號(hào)形式簡(jiǎn)單但需要連續(xù)檢測(cè)，下面介紹的INTEL8253可編程定時(shí)／計(jì)數(shù)器就是可以實(shí)現(xiàn)所要求這方面功能。8253內(nèi)部有3個(gè)獨(dú)立的16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器通道。計(jì)數(shù)器可按照二進(jìn)制或十進(jìn)制計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)和定時(shí)范圍可在1—65535之間改變，每個(gè)通道有6種工作方式，計(jì)數(shù)頻率可高達(dá)2MHz以上。二、8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

計(jì)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(gè)控制字，8253的一個(gè)方式控制字只決定一個(gè)計(jì)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(jì)數(shù)器讀/寫方式、工作方式和計(jì)數(shù)碼的選擇。五、8253的工作方式1、方式0——計(jì)數(shù)結(jié)束中斷方式工作方式0有如下特點(diǎn)：a、門控信號(hào)GATE必須為1，計(jì)數(shù)器才能計(jì)數(shù)；b、計(jì)數(shù)時(shí)通道輸出端OUT一直為0；c、通道計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0后，OUT由0到1，同時(shí)計(jì)數(shù)器停止工作。2、方式1——可編程序的單獨(dú)負(fù)脈沖

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

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

計(jì)數(shù)器計(jì)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(diǎn)如下：a、

GATE門為1，計(jì)數(shù)器才能工作，對(duì)CLK端上的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；b、

當(dāng)計(jì)數(shù)器“減”計(jì)數(shù)到1時(shí)，輸出端由高變低，再經(jīng)過(guò)一個(gè)CLK周期，即計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時(shí)，輸出端OUT又跳變?yōu)楦?。所以方?輸出周期性負(fù)脈沖信號(hào)，其寬度固定為一個(gè)CLK周期；c、

當(dāng)計(jì)數(shù)器的值減為0時(shí)，自動(dòng)重新裝入計(jì)數(shù)初值，實(shí)現(xiàn)循環(huán)計(jì)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(guò)程中有以下特點(diǎn)：a、

門控信號(hào)GATE為高電平，計(jì)數(shù)器開(kāi)始減1計(jì)數(shù)，OUT維持高電平；b、

當(dāng)計(jì)數(shù)器減到0，輸出端OUT變低，再經(jīng)過(guò)一個(gè)CLK輸入時(shí)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(dāng)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(diǎn)是當(dāng)計(jì)數(shù)值寫入通道計(jì)數(shù)器后，通道并未被觸發(fā)，也就是計(jì)數(shù)器并不立即開(kāi)始計(jì)數(shù)。只有當(dāng)GATE信號(hào)的上升沿觸發(fā)通道后，通道計(jì)數(shù)器才開(kāi)始計(jì)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(gè)是充當(dāng)頻率發(fā)生器，另一類主要是作計(jì)數(shù)器來(lái)使用。下面我們就從這個(gè)角度來(lái)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(duì)OUT端，方式2提供給用戶的是負(fù)脈沖，方式3提供給用戶的是方波。在這個(gè)兩種方式下，GATE信號(hào)要始終保持為高。與計(jì)數(shù)器有關(guān)的工作方式

對(duì)于計(jì)數(shù)器類，有方式0、1和方式4、5。啟動(dòng)計(jì)數(shù)器的方式有兩種，一種是CPU把時(shí)間常數(shù)寫入相應(yīng)通道后，計(jì)數(shù)器就開(kāi)始工作，我們可以稱之為軟件啟動(dòng)方式，在這種啟動(dòng)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(dòng)方式。另一種是硬件啟動(dòng)計(jì)數(shù)器，即CPU把時(shí)間常數(shù)寫入計(jì)數(shù)器后，即使GATE為高電平，計(jì)數(shù)器并不工作。只有GATE發(fā)生跳變，其上升沿啟動(dòng)計(jì)數(shù)器工作，所以方式1和方式5就可以稱為硬件啟動(dòng)方式。計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，OUT有兩種輸出形式，要么是電平，要么是負(fù)脈沖。前者有方式0方式1，后者有方式4和方式5。

六、8253應(yīng)用舉例例1：現(xiàn)有一個(gè)高精密晶體振蕩電路，輸出信號(hào)是脈沖波，頻率為1MHz。要求利用8253做一個(gè)秒信號(hào)發(fā)生器，其輸出接一發(fā)光二極管，以0.5秒點(diǎn)亮，0.5秒熄滅的方式閃爍指示。設(shè)8253的通道地址為80H～86H（偶地址）解：1、時(shí)間常數(shù)計(jì)算這個(gè)例子要求用8253作一個(gè)分頻電路，而且其輸出應(yīng)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(hào)的周期為1微妙，而1Hz信號(hào)的周期為1秒，所以分頻系數(shù)N可按下式進(jìn)行計(jì)算：

由于8253一個(gè)通道最大的計(jì)數(shù)值是65536，所以對(duì)于N＝1000000這樣的大數(shù)，一個(gè)通道是不可能完成上述分頻要求的。由于即取兩個(gè)計(jì)數(shù)器，采用級(jí)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(hào)推動(dòng)發(fā)光二極管，所以通道1應(yīng)選工作方式3。對(duì)于通道0，只要能起分頻作用就行，對(duì)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(duì)于通道0，我們?nèi)」ぷ鞣绞?，BCD計(jì)數(shù)；對(duì)于通道1，我們?nèi)」ぷ鞣绞?，二進(jìn)制計(jì)數(shù)（當(dāng)然也可選BCD計(jì)數(shù)）

4、程序

moval,00110101b ；通道0控制字

out86h,al

moval,00 ；通道0初始計(jì)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(jì)數(shù)值，03E8H=1000BCD out82h,al

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

一個(gè)脈沖代表一個(gè)事件，比如交通道路檢測(cè)系統(tǒng)中通過(guò)檢測(cè)點(diǎn)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(jì)件過(guò)程中，PC機(jī)可以顯示當(dāng)前計(jì)數(shù)器的內(nèi)容，當(dāng)完成10000個(gè)工件記錄后，系統(tǒng)發(fā)出1KHz信號(hào)推動(dòng)喇叭發(fā)音通知用戶。解：1、電路。需要兩個(gè)通道，一個(gè)作為計(jì)數(shù)，選用通道0。另一個(gè)產(chǎn)生1KHz信號(hào)，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(hào)輸入到通道0計(jì)數(shù)，當(dāng)記錄10000個(gè)事件后，通道0計(jì)數(shù)器溢出，GATE端輸出高電平，這時(shí)通道1開(kāi)始工作，產(chǎn)生1KHz信號(hào)推動(dòng)喇叭發(fā)音。

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