główna technologie indeks tematyczny indeks alfabetyczny

8253/8254 programowalny układ czasowo - licznikowy

Układ 8253 jest programowalnym timerem/licznikiem i często oznaczany jest jako PIT (Programmable Interval Timer). System ten spełnia w komputerze zadanie zegara, generatora tonu, zapewniając przy tym prawidłowe (jeśli chodzi o czas) odświeżanie dynamicznego RAM-u.

W komputerze typu AT wbudowany jest układ 8254, pracujący z częstotliwością do 10 MHz, w pełni zachowujący kompatybilność z układem 8253, który mógł pracować z maksymalną częstotliwością 2,6 MHz. W niektórych komputerach typu AT można się spotkać z dwoma układami 8254. Pierwszy układ pracuje wówczas w takim trybie, w jakim by pracował w komputerze PC. Z drugiego układu wykorzystywany jest jedynie licznik dla programowania NMI (Non Maskable Interrupt), a oba pozostałe liczniki pozostają niewykorzystane

PIT (programmable interrupt - timer) zawiera trzy, niezależne od siebie 16-bitowe liczniki (liczące wstecz), wyposażone we własne wejścia - Gate oraz Clock, jak i wyjścia (OUT).

Licznik 0 stosowany jest do generowania przerwania (IRQ 0), wykorzystywanego dla zegara systemowego w komputerach typu 8088/86.
Odświeżanie dynamicznego RAM-u sterowane jest przez licznik 1, który (co 15 m s) przetwarza kanał DMA na 0.
Licznik 2 odpowiedzialny jest za generowanie tonu i - w przeciwieństwie do innych liczników - może być również używany do innych celów.

Stany liczników zapisywane są w trzech adresach rejestru (Counter-Address). Dla ich zaadresowania stosowane są kanały adresujące A0 i A1. Zapis i odczyt odbywa się za pomocą linii /WR oraz /RD.
Układ uaktywniany jest przez ustawienie wartości Low na sygnale pinu /CS. Sygnał ten generowany jest przez odpowiedni układ dekodujący adresy.
Przewody danych D0 do D7 połączone są bezpośrednio z magistralą danych, ponieważ bufor danych (Data Bus Buffer) może być ustawiony w stan wysokiej impedancji przez: /CS = High (Tri-State)
Przez dopowiednie wejście GATE licznik jest uruchamiany, zatrzymywany lub cofany.
Takt doprowadzany jest przez wejście CLK. W momencie, kiedy licznik osiąga wartość 0, na wyjściu pojawia się OUT.

Rejestr sterujący

Rejestr ten nie jest dostępny dla odczytu. Odpowiedni licznik wybierany jest przez bity SC0 oraz SC1. Zdefiniowanie trybu pracy (Mode) odbywa się przy pomocy bitów M0 - M2. Bit D0 (BCD) określa, czy dany licznik ma pracować jako 16-bitowy licznik binarny (Low), czy jako dziesiętny (High)

Tryby pracy układu 8253/8254

Licznik 2 może być programowany przez użytkownika w 6 różnych trybach. Typową wartością częstotliwości na wejściach zegara jest 1,19 MHz, przetwarzane przez generator taktowania, znajdujący się na płycie głównej. Wejście GATE licznika 2 sterowane jest przez bit 1 portu B układu PIO

• Tryb 0 (interrupt on terminal count)
  Wyjście licznika (Output Interrupt) określone zostaje po otrzymaniu Control Word w odniesieniu do wartości Low. Liczenie rozpoczyna się po ustaleniu stanu licznika, a taktowane jest przez wejście CLK. Przy tym wartość wyjścia ustawiana jest na pozycji High, kiedy tylko stan licznika osiągnie zero. W takiej sytuacji wyjście jest zamknięte do momentu, w którym zdefiniowany zostanie kolejny stan licznika
  Licznik może być zatrzymany, jeśli na wejściu GATE ustalona zostanie wartość Low. Stan licznika zostaje zachowany, po czym - przez ustawienie wartości High - liczenie jest kontynuowane.
• Tryb 1 (programmable one - shot)
  Początkowo dla wyjścia (OUTPUT) określona jest wartość High. Licznik uruchamia się przez wzrastający sygnał na wejściu GATE (TRIGGER), natomiast wyjściu przypisana jest wartość Low. Po uzyskaniu stanu zero licznik zatrzymuje się, a wyjście ponownie ustawiane jest na High. Przy pomocy wzrastającego sygnału GATE (TRIGGER) można ponownie ustalić stan licznika. Jeśli impuls pojawi się na wejściu GATE, zanim stan licznika osiągnie wartość "zero", to nie ma on żadnego wpływu na aktualnie wyprowadzoną funkcję. Bowiem nowa wartość jest uaktywniana dopiero przez kolejny impuls, czyli po zakończeniu operacji przeprowadzanych aktualnie przez licznik
• Tryb 2 (rate generator - dzielnik częstotliwości)
  Podczas występowania sygnału CLK, na wyjściu ustalona jest wartość Low. Okres od jednego pojawienia się sygnału na wyjściu do następnego odpowiada początkowemu stanowi licznika. Jeśli rejestr licznika jest na nowo uruchamiany pomiędzy kolejnymi impulsami, wywołana przez to zmiana zaczyna oddziaływać dopiero później. Podczas cyklu zerowego stan licznika określany jest ponownie. Następnie - po jego uruchomieniu - rozpoczyna się liczenie.
  Wejście GATE może być wykorzystywane do synchronizacji licznika. Poprzez sygnał opadający (wcześniej wzrastający) na wejściu GATE (Reset) przerywany jest proces liczenia, a na wyjściu pojawia się wartość High. Sygnał wzrastający na wejściu GATE uruchamia kolejny cykl.
• Tryb 3 - generator z symetrycznym sygnałem wyjścia
  Tryb 3 odpowiada w zasadzie trybowi 2, z tą tylko różnicą, że częstotliwość dzielona jest przez dwa, przez co osiągany jest niemal identyczny stosunek sygnałów High i Low.
  Wyjściu przeznaczona jest tylko tak długo wartość High, aż osiągnięta zostanie połowa wartości początkowej licznika. Następnie na drugą połowę cyklu wyjściu przyporządkowana zostaje wartość Low. Przy nieparzystych wartościach początkowych na wyjściu, wartość High pozostaje o jeden takt dłużej, niż wartość Low, po czym automatycznie uruchamiany jest następny cykl
• Tryb 4 - impuls przerzutnika sterowany programowo
  Po ustaleniu stanu licznika zostaje on uruchomiony. Początkowo wyjściu przypisana jest wartość High, potem zaś - na czas drugiej połowy taktu - wartość Low (do momentu, kiedy stan licznika będzie wynosił "zero"). Proces ten nie powtarza się automatycznie, lecz musi być ponawiany przez uruchomienie stanu licznika.
  Nowa wartość dla stanu licznika może być ustalana podczas liczenia i uaktywniania przy następnym impulsie CLK. Przez wartość Low na wejściu GATE licznik zostaje zatrzymany, natomiast przez przyporządkowanie temu wejściu wartości High - kontynuuje proces liczenia.
• Tryb 5 - impuls przerzutnika, sterowany sprzętowo
  Tryb 5 odpowiada trybowi 4, z tą tylko różnicą, że licznik uruchamiany jest przez sygnał wzrastający na wejściu GATE. Przez każdy kolejny sygnał wzrastający na tym wejściu uruchamiany jest on od nowa.

Programowanie liczników.

Pierwszą operacją jest wpisanie konfiguracji do rejestru stanu (Control Word Register). Licznik definiowany jest przez SC1 oraz SC0 (patrz tabela). Z kolei RL1 i RL0 określają, który bajt (MSB, LSB) ma zostać wprowadzony. Tryb pracy definiowany jest przez M2-M0, natomiast typ licznika (binarny, BCD) - przez bit BCD. Określony w ten sposób stan licznika zapisywany jest w rejestrze licznika 2 (Counter 2).

Aby uniknąć zakłóceń wszystkie trzy liczniki powinny być skonfigurowane - także wtedy, gdy wykorzystujemy tylko jeden z nich. W innym przypadku w czasie działania mogą wystąpić błędy.

Jeśli potrzebujemy 16-bitowego licznika, to zazwyczaj powinniśmy zacząć od wprowadzenia bitu LSB, a następnie MSB. Dlatego wcześniej dla RL1 oraz RL0 w rejestrze kontroli należy wpisać wartość "1". Po dwukrotnym zapisaniu stan licznika zostaje ustalony. Rejestr licznika wypełniony zostanie dopiero wtedy, kiedy na wejściu taktowania pojawi się impuls.

Najwyższa wartość pracy licznika w trybie binarnym wynosi 65536, a dla trybu dziesiętnego 10000. Wielkość ta redukowana jest przy każdym impulsie taktowania.

Kolejność programowania - najpierw rejestr kontroli, potem zapis stanu licznika - niekoniecznie musi być zachowana. Można np. zacząć od trzech zapisów rejestru kontroli (po jednym dla każdego licznika), a dopiero później podać trzy stany licznika.
Odczyt stanów licznika może się odbywać w różny sposób:

• W trybach 0, 2, 3 i 4 - przez ustalenie wartości Low na wejściu GATE. Dzięki temu zachowany zostaje stan licznika, po czym można go odczytać. Podczas pierwszego czytania następuje odczyt LSB, podczas drugiego - MSB.
• RL0 oraz RL1 przyporządkowana jest w rejestrze kontroli wartość Low, następnie zostaje zachowany stan licznika, który potem można odczytać
• Stan licznika można również odczytać dzięki tymczasowemu wprowadzeniu jego aktualnej wartości. Po zapisie specjalnego polecenia w rejestrze statusu, stan licznika zostaje tymczasowo zapisany, po czym gotowy jest do odczytu.

Specjalne polecenie, służące do odczytu stanu licznika ma postać:

Przy pomocy SC1 oraz SC0 wybierany jest ten licznik, którego stan ma zostać zapisany. Informację o tymczasowym zachowaniu sygnalizują licznikowi D5 i D4 = 0.

Przygotował: Łukasz Staropilny