(微机接口技术及其应用)第3章可编程定时计数器接口芯片8253.ppt

　　　　3.1.1 定时/计数的产生　　微机系统中的定时可分为内部定时和外部定时两类：内部定时是计算机本身运行的时间基准或时序关系，计算机每个操作都是按照严格的时间节拍来执行的；外部定时是外部设备实现某种功能时，本身所需要的一种时序关系，如打印机接口标准Centronics就规定了打印机与CPU之间传送的信息应遵守的工作时序。计算机内部定时由CPU硬件结构确定，是固定的时序关系，无法更改。 外部定时由于外设或被控对象的任务不同，其功能各异，无一定模式，往往需要用户根据I/O设备的要求进行安排。当然，用户在考虑外设和CPU连接时，不能脱离计算机的定时要求，应以计算机的时序关系为依据来设计外部定时机构，以满足计算机的时序要求，这就叫做时序配合。至于在一个过程控制、工艺流程或监测系统中，各个控制环节或控制单元之间的定时关系，则完全取决于被处理、加工、制造和控制的对象的性质，因梢按各自的规律独立进行设计。本章的重点是讨论外部定时技术。 　　在微型计算机系统中经常要用到定时信号，例如，定时检测、定时中断、定时扫描等。在许多PC机中，动态存储器的刷新定时、系统日历时钟的计时计数以及喇叭的声源等，都是用定时信号来产生的。又如，在计算机定时控制系统中，计算机主机需要每隔一定的时间就对处理对象进行数据采样，再对获得的数据进行处理，这也要用到定时信号。定时信号可以用软件和硬件两种方法来获得。 　　1．软件定时　　软件定时是利用CPU内部定时机构产生的，一般根据所需的时间常数来设计一个延时子程序。延时子程序中包含一定的指令，设计者要对这些指令的执行时间进行周详的计算或精确的测试，以便确定延迟时间是否符合定时的要求，再运用软件编程，循环执行一段子程序，即可产生等待延时。这是一种常用的定时方法，主要用于短时延时。 　　这种方法的优点是不需增加硬设备，只需编制相应的延时程序以备调用即可；缺点是CPU执行延时程序的等待时间增加了CPU的时间开销，延时时间越长，这种等待开销就越大，降低了CPU的效率，浪费了CPU的资源。因为在执行延时程序时，CPU一直被占用，所以降低了CPU的执行效率，也不容易提供多作业环境。另外，设计延时子程序要用指令执行时间来拼凑延时时间，显得比较麻烦。并且，软件延时时间随主机频率的不同而变化，即定时程序的通用性差。在实际中这种方法还是经常被使用的，尤其在已有系统上进行软件开发，以及延时时间较小而重复次数又有限时，常采用软件方法来实现定时。 　　2．硬件定时　　硬件定时采用可编程通用的定时/计数器或单稳态延时电路来产生定时或延时，即将专门的定时/计数器作为主要硬件，在简单的软件控制下，产生准确的时间延迟。　　这种方法不占用CPU的时间，定时时间长，使用灵活。尤其是定时准确，定时时间不受主机频率的影响，且定时程序具有通用性，故得到了广泛应用。目前，通用的定时/计数器集成芯片种类很多，如Intel?8253/8254，Zilog的CTC等。这里只对Intel?8253/8254定时/计数器进行详细讨论。 　　这种方法的主要思想是：根据需要的定时时间，用指令设置时间常数，并用指令启动定时/计数器开始计数，计数到确定的值之后，便自动产生一个定时/计数输出。这样，在定时/计数器开始工作以后，CPU就不必去管它，而可以去做别的工作，它与CPU并行工作，不占用CPU的时间，利用定时/计数器产生中断信号，就可能建立多作业的环境，从而大大提高了CPU的利用率。由于定时/计数器本身的开销并不大，因此得到了广泛的应用。定时/计数器分为两种，即不可编程定时/计数器和可编程定时/计数器。 3.1.2 可编程定时/计数器的工作原理　　可编程定时/计数器的功能体现在两个方面：一是作为计数器，二是作为定时器。所谓计数器，是指在设置好计数数值后，每来一个脉冲，计数器便开始减1计数，减为“0”时，输出一个计数结束信号。若计数未结束，而外部没有触发信号，则可以通过读取现行计数器的值来求出一共记了多少个时钟脉冲。所谓定时器，是指设置好定时时间常数后，由时钟脉冲触发开始进行减1计数，并按定时常数不断地输出为时钟周期整数倍的定时间隔。定时时间长度就是计数初值与时钟周期的乘积。 　　计数器和定时器之间的差别是：作为计数器时，在减到“0”后，输出一个信号便结束，而作为定时器时，则不断产生一定时间间隔的信号。这两种情况下的工作过程没有根本差别，都是属于计数器的减“1”工作。　　图3-1所示是计数器通道的内部逻辑结构图。 　　　　 图3-1 计数器通道的内部逻辑结构图 　　图3-1中，CLK作为定时/计数脉冲的输入端，它决定了计数的速率；GATE是门控脉冲，作为时钟的控制信号，它对时钟的控制方法有多种，可形成多种工作模式。　　图3-1中有四个寄存器，它们都可