微机原理与应用 第9章.ppt

第9章 计数器/定时器与DMA控制器 本章重点 计数器/定时器8253 计数器/定时器8253的工作方式 8253接口电路的应用 DMA传送的基本原理 DMA控制器8237A 9.1 计数器/定时器8253 计算机系统中经常使用定时信号： － 系统日历时钟的计时 － 动态存储器的刷新定时 － 实时控制系统对处理对象的采样定时 实现定时和计数有两种方法： － 软件定时是利用CPU每执行一条指令都需要几个固定的指令周期的原理，运用软件编程的方式进行定时。 － 硬件定时，是利用专门的定时电路实现精确定时。这种定时方式又可分为简单硬件定时和利用可编程接口芯片实现定时。 计数器/定时器工作原理 作为计数器 －向计数器/定时器部件设置好计数的初值 －启动计数器/定时器工作 －计数器/定时器开始减1计数，减到0时输出一个信号 作为定时器 －向计数器/定时器部件设置好计数的初值 －启动计数器/定时器工作 －计数器/定时器开始减1操作，不断输出时钟周期整数倍 的定时间隔 可编程计数/定时器8253 8253是INTEL系列的可编程计数器/定时器，使用单一5V电源且具有24个引脚的双列直插式芯片，其特点是： 提供了3组结构相同相互独立的计数/定时器，分别称为计数器0、计数器1和计数器2。 利用软件编程控制每个计数/定时器分别工作在6种模式下。 最高计数速率为2.6MHZ。 8253内部有1个控制寄存器，3个计数/定时器各有计数初值寄存器和计数输出锁存器，共7个可访问的寄存器。 8253的引脚A1、A0用来对这7个寄存器进行寻址。 当A1、A0＝00时，访问计数器0 －写信号有效，将计数初值写入计数器0的计数初值寄存器 －读信号有效，将计数器0的计数输出寄存器内容读出 当A1、A0＝01时，访问计数器1 －写信号有效，将计数初值写入计数器1的计数初值寄存器 －读信号有效，将计数器1的计数输出寄存器内容读出 当A1、A0＝10时，访问计数器2 －写信号有效，将计数初值写入计数器2的计数初值寄存器 －读信号有效，将计数器2的计数输出寄存器内容读出 当A1、A0＝11时，访问控制寄存器。 8253A的控制寄存器 8253初始化编程-写操作 8253初始化编程-读操作 8253的工作模式 每个计数器有3个输入输出信号端。 CLK端：时钟输入，决定计数器计数速率； GATE端：控制计数器计数的启动和停止； OUT端：计数结束时的信号输出。 模式0－计数结束产生中断 模式1——外触发的单稳脉冲方式 模式2——分频器 模式3——方波发生器 模式4—软件触发选通方式 模式5——硬件触发选通方式 8253A应用举例 用8253A监视一个生产流水线，要求每通过50个工件，扬声器响5秒，频率为2KHZ。 －电路设计 －中断服务程序的设计 在中断服务程序中，用8253A的计数器1输出2KHz的方波，持续5秒后停止。因为CLK1接5MHz时钟，故计数器1工作在模式3(方波发生器)。计数初值5×106/2000=2500用十进制计数，需16位数据。用8255A的A端口的PA0位控制计数的启动和停止。 9.2 DMA控制器 考虑外设与接口的数据传输方式： 1) 查询方式：CPU通过程序读取接口的状态寄存器，查询外设是否处于就绪状态，在该方式中CPU的绝大部分时间在循环等待，利用率极低。传输一个字符的过程中，CPU全程干预。 2) 中断方式：当外设准备就绪后，发送中断请求给CPU，要求CPU提供服务，在该方式中，CPU的利用率得到了极大的提高。在传输一个字符的过程中，CPU要进行中断响应和中断返回两次干预。 虽然中断技术使得CPU的利用率得到了极大的提高，但是对于大量数据的成批传输，该方式仍显不足。例如一次传递1M字节的文件，CPU要进行100万次的中断服务，每次中断服务都要经过中断响应，保存断点，保存现场，处理服务子程序和中断返回等过程，使CPU的利用率大幅下降。 直接内存访问(DMA)技术 为了进一步提高CPU的利用率，人们提出了直接内存访文技术，即Direct Memory Access,简称DMA技术。 在该方式下，外部设备利用专门的接口电路直接和内存进行高速的数据交换，不需要CPU的干预。这样在进行数据传输时就不需要像中断那样要进行保护断点之类的一系列操作，使CPU的利用率得到大幅度的提高。 利用DMA方式进行数据传输时，当然要利用系统中的数据总线，地址总线和控制总线，但是系统的总线是由CPU管理控制的。因此用DMA方式进行数据传输的时候，接口电路需要向CPU发送总线请求，申请CPU让出