9/9/20241http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术微机接口技术与应用微机接口技术与应用( (第三章）第三章）9/9/20242http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术本章内容本章内容3.1 基本概念3.2 可编程定时/计数器8253-5/8254-23.3 8253-5/8254-2的应用举例9/9/20243http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术本章首页本章首页本章首页本章首页日时钟、实时钟、时间延迟2 2）计数）计数3 3）定时与计数的关系）定时与计数的关系2.频率声音音乐频率声音音乐3.微机系统中的定时微机系统中的定时1.定时定时/计数计数1 1）定时：）定时：内部定时：内部定时：计算机本身运行的时间 基准或时序关系；由计算机硬件决定，用户无法更改无法更改外部定时：外部定时：外设实现某种功能时，本身所需的时序关系时序配合：时序配合：考虑外设与CPU连接时，以计算机的时序关系为依据，以满足计算机的时序要求1）软件定时）软件定时（短时延时）不需增加硬件浪费CPU资源；定时程序通用性差2）硬件定时）硬件定时（定时时间长）可编程定时/计数器或单稳延时电路不占用CPU时间、定时准确、定时程序具有通用性4.定时方法定时方法 典型的延时程序：MOVCX,nWAIT:LOOPDELAY常见硬件定时芯片：常见硬件定时芯片：Intel8253/8254Intel8253/8254、ZilogZilog的的CTC CTC 等等等等9/9/20244http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术3.2 3.2 可编程定时可编程定时/ /计数器计数器8253-5/8254-28253-5/8254-28253/82548253/8254主要特性：主要特性：3个独立的、16位的、减1计数通道（T0T2）；每个通道有自己的GATE、CLK、OUT；6种工作方式1.外部特性与内部结构外部特性与内部结构1 1）外部特性）外部特性 （见（见P32 P32 图图3.13.1）24脚、双列直插、+5V供电D D0 0D D7 7：数据信号线，8位、双向、三态；与CPU交换信息CSCS：片选信号，由高位地址译码产生，低电平表示被选中RDRD：读信号，低有效，由CPU的IOR控制WRWR：写信号，低有效，由CPU的IOW控制A A0 0A A1 1：端口选择线，接收CPU的低位地址，用于8253被选中时，选择内部端口GATEGATE0 0GATEGATE2 2：T0T2的门控信号，对计数过程进行控制，具体作用视方式而定CLKCLK0 0CLKCLK2 2：T0T2的脉冲输入，允许计数时，8253的Ti对CLKi输入的脉冲进行减1计数OUTOUT0 0OUTOUT2 2：T0T2的输出信号，Ti减为0，OUTi输出有效，输出波形视方式而定A1A0选中通道0 0T00 1T11 0T21 1T3本章首页本章首页本章首页本章首页9/9/20245http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术数据总线缓冲器：数据总线缓冲器：8位、双向、三态；连接内、外数据线控制命令寄存器：控制命令寄存器：接收控制字，控制工作方式，只写2 2）内部结构）内部结构内部总线读/写逻辑数据总线缓冲器D0D7A0A1IORIOW控制命令寄存器CS计数器2CLK2GATE2OUT2计数器1CLK1GATE1OUT1计数器0CLK0GATE0OUT016位当前计数值锁存器16位减1计数器16位计数初值寄存器&CLKGATEOUT装入/读出初值LSBMSB减1为0时锁存后读出当前值LSBMSB通道的内部结构通道的内部结构计数通道：计数通道：3个，结构相同初值寄存器：存放初值，可读可写，写入后不变减1计数器：在GATE作用下，对CLK输入的脉冲进行减1计数当前计数值锁存器：锁存减1计数器的当前值，只读本章首页本章首页本章首页本章首页9/9/20246http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术本章首页本章首页本章首页本章首页306H42H读T2 （初值或当前值）0101307H43H非法操作1101305H41H读T1 （初值或当前值）1001304H40H读T0 （初值或当前值）0001307H43H写入方式字1110306H42H加载T2（向T2写入初值）0110305H41H加载T1（向T1写入初值）1010304H40H加载T0（向T0写入初值）0010实验台PC机操作A0A1RDWR8253/8254的读写操作的读写操作读写控制逻辑：读写控制逻辑：接收CPU的地址、读/写信号，选中一个端口并确定传送方向2.计数初值计数初值8253/8254是逆逆计数器（减减1 1计数器），减1计数器减为0时输出有效。3.编程命令编程命令1 1）8253/82548253/8254的初始化的初始化写入方式字：写入方式字：向控制端口写入方式字，选择通道、确定工作方式写入计数初值：写入计数初值：按方式字的要求向指定通道装入计数初值定时的计数初值(时间常数)为：9/9/20247http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术命令字的作用命令字的作用工作方式字：工作方式字：选择通道、确定工作方式锁存命令：锁存命令：将选定计数通道的当前计数值锁存，以便读取2 2）命令字格式）命令字格式SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCDSCSC1 1SCSC0 0：通道选择00：通道0（T0）01：通道1（T1） 10：通道2（T2）11：不用其中：其中：00：发锁存命令（锁存SC1SC0指定的通道）此时低4位无效01：只读/写一个低字节RLRL1 1RLRL0 0：读写长/度选择或发锁存命令10：兵只读/写一个高字节 11:先低后高读/写两个字节M M2 2M M1 1M M0 0：工作方式选择（方式05共6种方式分别由000101选择BCDBCD：计数码制选择0：二进制计数 1：BCD码计数初始化举例初始化举例现有一频率为2MHz的时钟信号，利用T1定时20ms，试对8253初始化（方式3）方式字：方式字：76H（二进制计数） 77H（BCD码计数）初值初值：初始化程序段：初始化程序段：MOVDX,307H MOVAL,76H OUTDX,AL MOVDX,305H MOVAX,40000 OUTDX,AL MOVAL,AH OUTDX,AL;方式字;计数初值40000H本章首页本章首页本章首页本章首页9/9/20248http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术本章首页本章首页本章首页本章首页4.工作方式及特点工作方式及特点3 3）8253/82548253/8254的读操作的读操作读初值：读初值：直接读，按初始化时指定的长度和顺序读读当前值：读当前值：先锁存再读读出上例中初值存入读出上例中初值存入BXBXMOVDX,305H INAL,DX MOVBL,AL INAL,DX MOVBH,AL;读低字节;读高字节读取当前值的作用：读取当前值的作用：求当前所计脉冲数如：上例中BX减去CX即为当前所计脉冲的个数读出上例中当前值存入读出上例中当前值存入CXCXMOVDX,307H MOVAL,40H OUTDX,AL MOVDX,305H INAL,DX MOVCL,AL INAL,DX MOVCH,AL;读低字节;读高字节;锁存T1区分区分6 6种工作方式的标志有如下几点种工作方式的标志有如下几点: :启动计数器的触发方式输出波形计数过程中门控信号的作用在计数过程中写入新初值的处理方式9/9/20249http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术本章首页本章首页本章首页本章首页1 1）0 0方式方式低电平输出（低电平输出（GATEGATE信号上升沿继续计数）信号上升沿继续计数）触发方式：触发方式：写入初值后，WR 触发输出波形：输出波形：计数过程中为低电平，减为0变高，并结束计数过程中计数过程中GATEGATE作用：作用：1，允许；0，禁止； ，暂停， ，继续计数过程中写入新初值：计数过程中写入新初值：马上按新初值开始计数9/9/202410http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术本章首页本章首页本章首页本章首页2 2）1 1方式方式低电平输出（低电平输出（GATEGATE信号上升沿重新计数）信号上升沿重新计数）触发方式：触发方式：写入初值后，GATE 触发输出波形：输出波形：计数过程中为低电平，减为0变高，并结束计数过程中计数过程中GATEGATE作用：作用：1，0， ，不影响； ，启动或重新启动计数过程中写入新初值：计数过程中写入新初值：由GATE 启动新过程9/9/202411http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术周期周期：N*TCLK高低电平比：高低电平比：N-1:13 3）2 2方式方式周期性负脉冲输出周期性负脉冲输出触发方式：触发方式：写入初值后，WR 触发输出波形：输出波形：计数过程中为高电平，减为1时变低，维持1个时钟周期，再次变高并重新装入计数初值，重复计数过程GATEGATE作用：作用：1，允许；0，禁止； ，停止， ，重新开始计数过程中写入新初值：计数过程中写入新初值：等计数器计数回零，输出完负脉冲后，再开始新过程具有自动重新装载计数初值的功能具有自动重新装载计数初值的功能每当减1计数器的值减为0，就将初值寄存器的内容重新装入减1计数器，重新开始计数，输出重复波形本章首页本章首页本章首页本章首页GATEGATE作用：作用：1，允许；0，禁止； ，停止， ，重新开始计数。9/9/202412http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术4 4）3 3方式方式周期性方波输出周期性方波输出触发方式：触发方式：写入初值后，WR 触发输出波形：输出波形：输出占空比为1:1或近似1:1的方波。初值为偶数时，前半周为高电平，后半周为低电平；初值为奇数时，前一半加1的计数过程中为高电平GATEGATE作用：作用：1，允许；0，禁止； ，停止， ，重新开始计数过程中写入新初值：计数过程中写入新初值：计数器回零，输出完整的方波后，再开始新过程本章首页本章首页本章首页本章首页周期周期：N*TCLK高低电平比：高低电平比：1:1(N为偶数); (N为奇数)与方式2一样具有自动重新装载计自动重新装载计数初值数初值的功能，与方式2的区别仅在于输出波形不同9/9/202413http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术本章首页本章首页本章首页本章首页5 5）4 4方式方式单次负脉冲输出（软件触发）单次负脉冲输出（软件触发）触发方式：触发方式：写入初值后，WR 触发输出波形：输出波形：方式设定后输出为高电平，并维持，减为0时变低，维持1个时钟周期，再次变高并结束计数过程中写入新初值：计数过程中写入新初值：待原过程结束并输出完负脉冲后开始新过程GATEGATE作用：作用：1，允许；0，禁止； ，停止， ，重新开始9/9/202414http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术本章首页本章首页本章首页本章首页6 6）5 5方式方式单次负脉冲输出（硬件触发）单次负脉冲输出（硬件触发）触发方式：触发方式：写入初值后，GATE 触发输出波形：输出波形：计数过程中为高，结束时输出宽度为1个时钟周期的负脉冲并结束计数过程中计数过程中GATEGATE作用：作用：1，0， ，不影响； ，启动或重新启动计数过程中写入新初值：计数过程中写入新初值：由GATE 启动新过程触发方式同1方式输出波形同4方式9/9/202415http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术7 7）6 6种方式的比较：种方式的比较：触发方式：触发方式：方式1和方式5为硬件触发；其余为软件触发输出波形：输出波形：方式2和方式3输出重复波形，其余为单次波形；方式0、1基本相同，方式4、5相同方式GATE引脚输入状态所起的作用输出波形高电平 低电平 下降沿上升沿0允许禁止暂停继续计数过程中为低,计数值减为0时,变高(单次)1不影响 不影响 不影响开始或重新开始宽度为n个CLK的低电平（单次）2允许禁止停止重新开始周期为n个CLK，宽度为1个CLK的负脉冲（重复波形）3允许禁止停止重新开始周期为n个CLK的方波（重复波形）4允许禁止停止重新开始减为0时输出宽度为1个CLK的负脉冲(单次)5不影响 不影响 不影响开始或重新开始减为0时输出宽度为1个CLK的负脉冲(单次)本章首页本章首页本章首页本章首页9/9/202416http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术本章首页本章首页本章首页本章首页1.日时钟日时钟1）要求）要求设计一个计一天时间的日计时器日时钟2）分析）分析思路：思路：找一个定时准确的计时单位新计时单位的建立新计时单位的建立方法：方法：利用8253的T0对系统提供的时钟定时 采用方式3，初值取0 OUT0输出方波的频率为周期为 (计时单位)24小时包含新计时单位的个数：统计计时单位的计数单元统计计时单位的计数单元思路：思路：在BIOS数据区设置两个字单元TIMER_LO(40H:6CH)和TIMER_HI(40H:6EH)用T0输出的方波产生中断，在服务程序中对双字单元加1，若TIMER_HI0018H且TIMER_LO00B0H，说明已计满24小时，双字单元清0，再开始第二天的计时3）设计）设计硬件设计硬件设计主要由T/C(8253/8254)和中断控制器8259A构成9/9/202417http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术本章首页本章首页本章首页本章首页软件设计软件设计主要功能主要功能8254+5VGATE0OUT0CLK0DQQCPPCLK2.3863632MHz状态000总线控制器S0S1S28259AIR0INTD07INTAT=54.9msIRQ0中断号8CPUINTRD07S0S1S2日时钟运行硬件原理双字单元加1软驱马达关闭时间控制调用定时报时中断1CH中断服务程序框图中断服务程序框图开中断保护现场双字单元加1到24小时？TIMER_OFL=1双字单元清0关闭软驱马达计数值减1减为0？马达状态清0关闭马达调用定时报时中断1CH发EOI命令恢复现场中断返回YNYN9/9/202418http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术本章首页本章首页本章首页本章首页2.稳定定时稳定定时1）要求）要求实现5秒钟的稳定定时（不依赖于机器速度）2）分析）分析思路思路思路思路：日时钟的计时单位是稳定的，双字单元的内容若增加了91，就说明5s到了3）设计）设计（只涉及软件）软中断软中断 INT IAHINT IAH的的0 0号功能号功能读取日时钟双字单元的内容TIMER_HI CX;TIMER_LO DX MOV AH,0 INT 1AH ADD DX,91 MOV BX,DXDLY:MOV AH,0 INT 1AH CMPDX,BX JNZ DLY;5秒钟到限定时限定时1小时小时之内之内缺点：缺点：占用CPU时间3.发生器发生器1）要求）要求利用8253发600Hz的声音，按任意键开始发声，长/短音交替，按ESC键停止2）分析）分析发声控制包括：发声控制包括：声音频率：声音频率：由初值控制 N=1.19*106/6001983声音开关：声音开关：由8255的PB口控制，PB0PB11，开；PB00或PB10，关声音长短：声音长短：由开放声音的延时时间控制，BL作延时程序入口参数，BL1，短音；BL6，长音8253的T2的输入时钟频率1.1931816MHz9/9/202419http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术本章首页本章首页本章首页本章首页3）设计）设计发声控制包括：发声控制包括：硬件设计：硬件设计：系统板上8253的地址40H43HCLK2GATE2OUT2PB1PB08255A&滤波功放82531.19MHz软件设计：软件设计：由主程序和发声子程序组成主程序流程图主程序流程图8253初始化关闭扬声器关闭扬声器按任意键？发长音(BL=6)调发声子程序发短音(BL=1)调发声子程序按ESC键？结束开始NYNYINT 21HINT 21H的0BH0BH号功能调用(再用8号调用取得该键的ASCII码)8255A的PBPB口地址为61H61H AL00H：无键按下； ALFFH：有键按下，说明：说明：9/9/202420http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术本章首页本章首页本章首页本章首页CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE ORG 100HBEGIN:MOV AL,0B6H ;8253方式字 OUT 43H,AL MOV AX,1983 ;8253初值 OUT 42H,AL MOV AL,AH OUT 42H,AL IN AL,61H AND AL,0FCH OUT 61H,AL ;关闭声音(PB0=PB1=0)WAIT: MOV AH,0BH INT 21H CMP AL,0 JZ WAIT ;无键按下，等待LONG: MOV BL,6 CALL SOUND ;发长音 MOV AH,0BH INT 21H CMP AL,0 JE SHORT ;无键按下转去发短音 MOV AH,8 INT 21H CMP AL,27 JNE SHORT ;按下的不是ESC，发短音EXIT: MOV AH,4CH INT 21H ;按下ESC，结束SHORT:MOV BL,1 CALL SOUND ;发短音 JMP LONG ;转去发长音SOUND PROC NEAR IN AL,61H OR AL,03H OUT 61H,AL ;开放声音(PB0=PB1=1) SUB CX,CX DLY : LOOP DLY DEC BL ;延时，由(BL)决定时间 JNZ DLY ;长短，即发声的长短 IN AL,61H AND AL,0FCH OUT 61H,AL ;关闭声音(PB0=PB1=0) RETSOUND ENDPCODE ENDS END BEGIN9/9/202421http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术3.4.1 MC146818特性及工作原理特性及工作原理MC146818外部引脚图外部引脚图3.4 实时钟电路及其应用实时钟电路及其应用本章首页本章首页本章首页本章首页9/9/202422http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术MC146818MC146818在系统中连接框图在系统中连接框图在系统中连接框图在系统中连接框图本章首页本章首页本章首页本章首页9/9/202423http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术实时钟工作原理示意图实时钟工作原理示意图实时钟工作原理示意图实时钟工作原理示意图本章首页本章首页本章首页本章首页9/9/202424http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术偏移地址偏移地址信息内容信息内容偏移地址偏移地址信息内容信息内容0秒秒7日日1报警秒报警秒8月月2分分9年年3报警分报警分0A状态寄存器状态寄存器A4时时0B状态寄存器状态寄存器B5报警时报警时0C状态寄存器状态寄存器C6星期几星期几0D状态寄存器状态寄存器D32H日日 期期 世世 纪纪 COMS RAMCOMS RAM实实实实时钟信息存放位置表时钟信息存放位置表时钟信息存放位置表时钟信息存放位置表可以用可以用INT 1A功能读取或设置这些值。功能读取或设置这些值。本章首页本章首页本章首页本章首页9/9/202425http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术3.4.2 实时钟状态寄存器实时钟状态寄存器3.4.3 RT/CMOS RAM操作操作815EP芯片组芯片组82801BA的的RTC电路包含电路包含128字节标准字节标准CMOS RAM 区和区和128字节扩展字节扩展CMOS RAM区。区。 访问访问RT/CMOS RAM的端口地址范围从的端口地址范围从70H77H。其中，其中，70H和和71H用来访问标准用来访问标准CMOS RAM 区，区，72H, 73H用来访问扩展用来访问扩展CMOS RAM 区。区。 1.状态寄存器状态寄存器A2.状态寄存器状态寄存器B3.状态寄存器状态寄存器C4.状态寄存器状态寄存器D本章首页本章首页本章首页本章首页9/9/202426http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术MOVAL，6H；6H是存放是存放星期几星期几的单元偏移地址的单元偏移地址OUT70H，AL；送地址端口送地址端口JMPSHORT$+2；芯片芯片I/O延时要求（段内转移延时要求（段内转移）INAL，71H；读数据端口读数据端口MOVAH, AL；AH中中存存放放的的是是当当前前“星星期期几几”的的信信息息；0表示星期日表示星期日 本章首页本章首页本章首页本章首页实实时钟信息读写操作时钟信息读写操作: :（P53P53）1 1、读操作、读操作: :2 2、写操作、写操作: :MOVAL，4H；4H是存放是存放“小时小时的单元偏移地址的单元偏移地址OUT70H，AL；送地址端口送地址端口JMPSHORT$+2：芯片芯片I/O延时要求（段内转移延时要求（段内转移）INAL，3 ；3是是要求写入的小时数要求写入的小时数MOV071H, AL；写数据端口写数据端口9/9/202427http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术3.4.4 CMOS 密码的破解密码的破解mov AL, 2EHout 70H, AL mov AL, 00H out 71H, AL mov AL, 2FHout 70H, AL mov AL, 00H out 71H, AL CMOS中偏移为中偏移为2EH和和2FH的的位置放的是标准校验和位置放的是标准校验和 基本原理是破坏基本原理是破坏CMOS中的设置，使得开机后必须中的设置，使得开机后必须重新设置重新设置CMOS，从而破解密码。从而破解密码。本章首页本章首页本章首页本章首页9/9/202428http:/cs.hbnu.edu.cn 湖北师范学院计算机科学与技术学院湖北师范学院计算机科学与技术学院微机接口技术微机接口技术本章要点本章要点微机系统中的定时、时序配合微机系统中的定时、时序配合8253/82548253/8254的主要特性、的主要特性、8253/83548253/8354计数初值的计算计数初值的计算8253/82548253/8254的初始化的初始化8253/82548253/8254的的6 6种方式的主要区别、应用场合种方式的主要区别、应用场合作业作业: :P54.4P54.4、5 5、1010本章首页本章首页本章首页本章首页