第4章 定时计数技术.ppt

在计算机系统、工业控制领域乃至日常生活中，都存在定时、计时和计数问题，尤其是计算机系统中的定时技术特别重要。 CPU内部各种操作的执行都是严格按时间间隔定时完成的。其次，微机的许多应用都与时间有关，尤其是在实时监测与控制系统中，例如，定时中断、定时检测、定时扫描、定时显示、定时打印。最后，在有的应用系统中，要求对外部事件进行计数，或者对I/O设备的运行速度和工作频率进行控制与调整，或者要求发声（报警），甚至要求产生音乐等，这些功能的实现都与定时/计数技术有关。 4.1 定时与计数 1．定时 日常时间的计时，时钟； 在监测系统中，对被测点的定时取样； 如：在打印程序中，查忙（BUSY）信号一般等待10ms，若超过10ms，还是忙，就作超时处理； 如：在读键盘时，为了去抖，一般延迟10ms再读； 如：在步进电机速度控制程序中，利用在前一次和后一次发送相序代码之间延时的时间间隔来控制步进电机的转速等。 4.1 定时与计数 2．计数 计数使用得更多，在生产线上对零件和产品的计数，对大桥和高速公路上车流量的统计，等等。 4.1 定时与计数 3．定时与计数的关系 定时的本质是计数，只不过这里的“数”的单位是时间单位； 正因为定时与计数在本质上一样，且都是计数； 例如：在82C54A用于音乐发生器中的节拍定时，就可采用BIOS软中断INT1CH的调用次数（注意，这是计数）来定时。 4.2 微机系统中的定时系统 微机中的定时，可分为内部定时和外部定时两种定时系统。 1、内部定时 内部定时产生运算器、控制器等CPU内部的控制时序。例如，取指周期、读/写周期、中断周期等，主要用于CPU内部指令执行过程的定时。内部定时的计时单位比外部定时的计时单位要小得多，一般是ns级。 2．外部定时 外部定时是外设在实现某种功能时所需要的一种时序关系。 如，82C55A的1方式和2方式工作时有固定的时序要求。A/D转换器进行数据采集时也有固定的工作时序。 外部定时可由硬件（外部定时器）实现，也可由软件（延时程序）实现，并且定时长短由用户根据需要决定。外部硬件定时系统不受CPU控制而独立运行，这给使用带来了很大的好处。 外部定时的计时单位比内部定时的计时单位要大，一般为毫秒（ms）级，甚至秒（s）级。 内部定时和外部定时是彼此独立的两个定时系统，各按自身的规律进行定时操作。 内部定时是由CPU硬件决定的，固定不变。 在实际应用中，外部定时与用户的关系比内部定时更密切。这是我们学习的重点。 由于外设或被控对象的任务不同，外部定时功能各异，因此是不固定的，往往需要用户根据外设的要求进行定时。 既符合计算机内部定时的规定，又满足外部设备的工作时序要求，这就是所谓的时序配合。 4.3 外部定时方法及硬件定时器 4.3.1 定时方法 为实现外部定时，可采用软件定时和硬件定时两种方法。 1．软件定时 软件定时是利用CPU内部定时机构，运用软件编程，循环执行一段程序而产生的等待延时。例如，延时程序段： MOV BX,0FFH DELAY: DEC BX JNZ DELAY 延时长短不仅与延时程序中的延时常数有关，而且会随主机工作频率不同而发生变化。 1．软件定时 软件定时的优点是不需要增加硬件电路，只需编制相应的延时程序以备调用。 其缺点是CPU执行延时程序增加了CPU的时间开销，只适于短时间延时，并且，延时的时间与CPU的工作频率有关，随主机频率不同而发生变化，定时程序的通用性差。 2．硬件定时 硬件定时是采用外部定时器进行定时，独立于CPU而自成系统的定时设备。 硬件定时不占用CPU的时间，定时时间可长可短，使用灵活。 尤其是定时时间固定，不受CPU工作频率的影响，定时程序具有通用性。 4.3.2 定时器 硬件定时器有不可编程定时器和可编程定时器两种。 1．不可编程定时器 不可编程定时器是采用中小规模集成电路器件构成的定时电路。 常见的定时器件有单稳触发器和555、556定时器等，利用其外接电阻、电容的组合，可实现一定范围的定时。 例如，可采用555定时器来设计watch dog。 这种定时不占用CPU的时间，且电路简单，但是电路一经连接好后，定时间隔和范围就不便改变，使用不灵活。 2．可编程定时器 可编程定时器的定时间隔和定时范围可由程序进行设定和改变，使用方便灵活。可编程定时电路一般都是用可编程定时/计数器芯片，如Intel 8253/8254/82C54A、MC6840、Zilog的CTC等来实现的。 外部定时器对时间的计时有两种方式：一是正计时；一是倒计时。 4.4 可编程定时/计数器82C54A 82C54A的基本特点是，一旦设定某种工作方式并装入计数初值，启动后，便能独立工作； 当计数完毕时，由