Použití programovatelného čítače 8253 Zadání 1) Připojte obvod programovatelný čítač- časovač 8253 k mikropočítači 89C52. Pro čtení bude obvod mapován do prostoru vnější programové (CODE) i datové (XDATA) paměti na adresu 0B000h až 0BFFFh. Pro dekódování použijte komparátor 74LS85. Jako hodinový signál pro čítač použijte signál ALE z procesoru. Prostudujte časování procesoru 80C31 a zjistěte, za jakých podmínek má signál ALE konstantní frekvenci a střídu a může být použit pro generování signálů se stálým kmitočtem. Kdy se mění perioda signálu ALE? Jak je možno číst stav čítače CNT2, aby se při této operaci neměnil kmitočet signálu na výstupu CNT0? Realizujte generátor obdélníkového signálu (se střídou 1:1) o frekvenci f = 100 Hz pomocí čítače CNT0. Pomocí čítače CNT1 generujte řídicí signály pro externí obvod UART. Pomocí terminálových tlačítek + a - se bude přepínat frekvence 115200 Hz, 57600Hz, 19200 Hz, 9600 Hz. Ověřte osciloskopem, jak se liší výstupní signál, pokud je čítač naprogramován pro funkci v módu 2 a módu 3.Pomocí čítače CNT2 vytvořte prostý čítač počtu impulsů, které byly přivedeny na jeho vstup ( z tlačítka i specializovaného generátoru skupin impulsů). Jejich počet bude zobrazen na obrazovce. K jaké chybě může dojít, pokud se bude stav čítače číst tak, aby byly zaručena správná velikost frekvence současně generované na výstupu čítače 0. 2) Jako zdroje hodinového signálu použijte signál oscilátoru 89C52, jehož frekvence se sníží na 1/8 čítačem 74LS191. Realizujte 32 bitový čítač pomocí kaskádního řazení dvou čítačů z 8253. Čítač CNT1 pro vyšší bity bude v módu 0, CNT2 pro nižší bity v módu 2. Pomocí přerušení mikropočítače čítačem CNT1 při dosažení přednastaveného stavu realizujte kuchyňské minutky s daným časem. Čas si zvolte a vysvětlete jeho výpočet. Start minutek bude zvolenou klávesou b (budík). Akustická signalizace dosažení stavu bude pomocí ASCII znaku CTRL G (BELL), který se vyšle do PC. Je možné použít tohoto uspořádání pro měření doby trvání kladného impulsu, a jak? Zpráva Bude mimo jiné obsahovat : schéma zapojení, mapování periferie v adresového prostoru mikropočítače včetně všech zrcadlení, vývojový diagram programu, výpis programu, vysvětlení a popis nastavení čítače (jaké režimy jsou použity). Poznámky k řešení: Pozor výstup CNT1 signalizuje dosažení stavu náběžnou hranou, proto je zapotřebí mezi něj a přerušovací vstup 89C52 vložit invertor.
Nezapomeňte příslušně nastavit hradlovací vstupy GATEx jednotlivých čítačů. Výstup oscilátoru na XTAL2 není možno přímo zatěžovat vstupem čítače. Proto se použije pro oddělení hradlo 74HC04, nebo hradlo 74HCT00, které je k dispozici na poli. Výstup signálu z hradla se pak vede do čítače 74LS191 - obr. XXX. Podrobnější informace k 74LS191. Popis součástek: Časovač 8253 (OKI)- datasheet ve formátu PDF (149kB) Rozbor Vstupně-výstupní obvody (V/V), které mají obousměrný přístup (R/W) se mapují do prostoru externí paměti dat (XDATA). Pokud programovatelný V/V obvod obsahuje více bran (jako např. 8253, 8255,..), pak se mimo signál /CS -chipselect připojují ještě další adresové bity, kterými se provádí výběr konkrétní brány nebo řídicího registru. V praxi se tyto adresovací vstupy připojují přímo na adresové vodiče mikropočítače a dekódovací obvody zpravidla ovládají signál /CS. Takovéto programovatelné V/V obvody je však možno v nouzi také připojit přímo k branám jednočipového mikropočítače, který nemá vyvedenu sběrnici. Chování sběrnice se pak musí nahradit programově ovládanými vstupně výstupními branami. V případě obvodu 8253 by to znamenalo použití minimálně 12-ti V/V pinů ( 8 - sběrnice, 1-/RD, 1-/WR, 2 pro adresaci). Signál /CS může v nouzi být neustále ve stavu 0. Přidání dalšího programovatelného V/V obvodu ( např. dalšího 8253,...) by však znamenalo pouze přidání signálů pro ovládání vstupů /CS. Doporučení k organizaci práce: Pro urychlení práce je vhodné si připravit předem ovládací program, resp. část pro komunikaci s terminálem. Odladění sériové komunikace a převodu znaků ASCII-bin včetně případného přepočtu je možné připravit i bez připojeného časovače, např. na destičkách předmětu MIP v době mimo výuku. Rovněž práce ve skupině bude vyváženě rozdělena na oba členy, např. jeden staví HW, druhý připravuje SW, pak se mohou u další úlohy prohodit. V laboratoři má každý k dispozici počítač s destičkou MIP. Takto si prakticky ověříte možnosti i případná úskalí skupinové práce i svou schopnost koordinovat práci a efektivně a rychle sdělovat informace o řešené problematice. Pro zobrazení stavu čítačů je možno výhodně použít programů pro převody a zobrazení, které byly využity již v rámci cvičení předmětu MIP. Popis obvodu 8253 Obvod 8253 je programovatelný čítač a časovač. Je organizován jako 3 nezávislé 16- bitové čítače dolů (down), které mohou čítat impulsy o frekvenci až 2,6 MHz v binárním nebo BCD kódu. Každý čítač má vstup CLK, výstup OUT a hradlovací vstup GATE. Blokové schéma obvodu 8253 je na obr. 1
Obr. 1 Blokové schéma 8253 Obr.2 Zapojení vývodů Komunikace s obvodem 8253 se děje prostřednictvím 8- bitové datové sběrnice, adresovacích signálů A 1, A 0 a signálu výběru obvodu /CS (chip select). Signály /RD a /WR aktivují čtení nebo zápis. Vodiče A 1, A 0 slouží pro výběr jednoho z čítačů CNT0, CNT1, CNT2, případně registru řídicího slova ( control word register - CWR), s nímž se po sběrnici komunikuje.
A1 A0 0 0 CNT0 0 1 CNT2 1 0 CNT2 1 1 CWR (control register) Veškeré nastavování režimů činnosti jednotlivých čítačů se děje zápisem do 8- bitového registru řídicího slova. Pro nastavení režimu všech tří čítačů je zapotřebí provést tři zápisy do CWR, z nichž se každý týká jednoho čítače, a následně pak přednastavení obsahu čítačů. Formát řídicího slova (control word - CW) je: D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SC1 SC0 RL1 RL0 M2 M1 M0 BCD
Bity SC1 a SC0 ( SC- Select Counter) určují, kterého čítače se nastavení týká SC1 SC0 0 0 výběr CNT0 0 1 výběr CNT1 1 0 výběr CNT2 1 1 neplatné Bity RL1,RL0 RL1 RL0 0 0 Zachycení okamžitého stavu čítače ( Counter Latching) 0 1 čtení/ zápis - pouze horní Byte - MSB 1 0 čtení/ zápis - pouze dolní Byte - LSB 1 1 čtení/ zápis - střídavě - nejdříve LSB, pak MSB V režimu RL1, RL0 = 1 je vždy nutno dokončit oba dva cykly čtení LSB a MSB před novým nastavováním stejného čítače
Zachycení okamžitého stavu běžícího čítače se děje zápisem do CW ve formě D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SC1 SC0 RL1 RL0 x x x x kde bity SC1, SC0 specifikují zvolený čítač. Při následném čtení (nejdříve LSB, pak MSB) stavu tohoto čítače se pak obdrží jeho obsah v okamžiku záchytu stavu. Bity M2..M0 - mód provozu čítače M2 M1 M0 význam 0 0 0 Přerušení při dočítání 0 0 1 Programovatelný monostabilní klopný obvod x 1 0 Generátor impulsů dané rychlosti x 1 1 Generátor obdélníkového signálu ( střída 1:1) 1 0 0 Programově spouštěné strobování 1 0 1 Obvodově spouštěné strobování
Bit BCD BCD 0 Binární čítač 1 BCD čítač Při zápisu hodnoty (16- nebo 8- bitové hodnoty) přednastavení čítače se nová hodnota v čítači objeví až po prvním čítaném impulsu. Pokud po předchozím nastavení čítače CNTx nepřijde na jeho vstup CLKx čítaný impuls ( náběžná a spádová hrana), při čtení stavu čítače se nepřečtou správná data, to je nové nastavení čítače. Čítač 74LS191 74LS191 je 4.bitový binární čítač s možností přednastavení. Na obrázku 3. je rozložení vývodů.
Obr. 3 - Zapojení vývodů 74191 Význam vývodů: A,B,C,D - vstupy 4 bitového slova pro přednastavení čítače. Q A -Q D - výstupy čítače /CTEN - log. 0 povoluje čítání. D/U - směr čítání. Log. 0 = čítač inkrementuje, log 1 = čítač dekrementuje /LOAD - vstup, log.0 provede zápis stavu ze vstupu A-D, Q A -Q D. MAX/MIN - výstup přetečení. Při stavu Q A -Q D = 1111 je MAX/MIN=log.1 /RCO - hodinový výstup pro kaskádní řazení čítačů. Pro použití jako jednoduchá 4-bitová dělička se vstupy čítače zapojí: C/D=0, /LOAD =1, /CTEN=0. Nevyužité vstupy A-D se připojí na libovolnou log. úroveň.