工业控制中流水作业的计数与定时装置设计案例分析报告资料.docx
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工业控制中流水作业的计数与定时装置设计案例分析报告资料
班级：
自控0904
学号：
200941105
2012微机接口技术课程案例分析报告
北京化工大学自动化专业微机接口技术课程案例分析报告
报告题目：
工业控制中流水作业的计数与定时装置设计
院系：
信息科学与技术学院专业：
自动化
班级：
自控0904
学号：
200941105
课程序号：
185
指导教师：
韩阳
2012年4月24日完成
1.背景
2．8253功能实现2
2.1分析题目2
2.2方式选择与工作流程3
2.3软件编程4
2.3.1计数初值计算4
2.3.2主体代码4
3.心得体会5
3.1感受和收获5
3.2思考与扩展5
4．参考文献7
5.附录7
5.18253编程命令字7
1.背景
某机械零件加工产品包装流水线上需一自动计数定时装置：
一个包装箱装24个零
件，要求每通过24个，流水线要暂停5秒钟，等待封箱打包完毕，然后重启流水线继续装箱。
微机控制流水线作业时按ESC键则停止生产。
2．8253功能实现
2.1分析题目
为了实现设计要求，有两个工作要做：
一是对24个零件计数：
一是对5秒钟停顿定时。
并且两者之间又是相互关联的，因此，通过定时器的通道0作计数器，通道1作定时器，并且把通道0的计数已到（24）输出OUT0信号连到通道1的GATE。
线上作为外部硬件启动信号去触发通道l的5秒定时，以及去控制流水线的暂停与重启。
电路结构原理如图1所示，定时器端口地址为：
320H（通道0），321H（通道1），322H（通道2），323H（命令口）。
图1中的虚线框是流水线工作台示意图，其中零件计数检测部分的原理是，零件从光源和光敏电阻R之间通过时，在晶体管T发射极上会产生零件的脉冲信号，此脉冲信号即可作为计数脉冲，接到CLK。
对零件进行计数。
2.2方式选择与工作流程
8253是24脚双列直插式芯片，+5V电源供电。
通道0作为计数器，工作在方式2，因为PTC8253—5的6种工作方式中，只有2方式和3方式具有自动重装计数初值的功能，能输出连续波形，保证生产流水线循环往复运行。
GATE0接+5V电源电压，输出端OUT0直接连接到通道的GATE1方式，以作通道1定时器的外部硬件启
动信号
通道1作为定时器，工作在1方式，CLK1为100Hz时钟脉冲。
输出端OUT1接流水线工作台，进行5秒钟定时后重启流水线，继续工作，通道0又重新开始计数。
2.3软件编程
2.3.1计数初值计算
计数初值的计算分两种情况，若8253作计数器用时，则将要求计数的次数就作计数初值，直接装入计数初值寄存器和减法计数器，不要经过计算；若作定时器用时，则计数初值也就是定时常数需要经过换算才能得到。
其换算方法如下：
要求产生定时时间间隔的定时常数
Tc=fclk*T（其中fclk为100Hz，T为5s。
）
通道0的方式命令=00010100B=14H
通道0的计数初值=24=18H
通道1的方式命令=01110010B=72H
通道1的定时系数Tc=5*100=500=1F4H
2.3.2主体代码
初始化部分省略，要注意的是通道一的初值大于256需要分两次写入。
下面给出等待按键的代码：
CHECK:
MOVAH,0BH
INT21H
CMPAL,00H;无键按下则等待。
JECHECK
MOVAH,08H
INT21H
CMPAL,1BH;若不是ESC则等待。
JNECHECK
MOVAH,4CH;若是则结束。
INT21H
3.心得体会
3.1感受和收获
此应用的特殊之处，在于把计数器和定时器组合应用。
把定时和计数连结起来，相互作用，使其在实际生活中发挥更大的作用。
还有一点特别地方，在于此例程巧妙应用了8253计数器在不同方式下的输出不同的特性。
结合流水线设备的触发条件，使整个工作流程衔接流畅，前后联系紧密才得以实现其整体功能。
3.2思考与扩展
这就引发我们对定时器/计数器几种不同工作方式的思考。
由于工作方式不同，其计数过程，基本功能，启动方式，输出波形，初值重装，中止方式及典型应用都有差别。
因此，在使用8253或8254时，应根据不同的用途来选择不同的工作方式，以充分发挥其作用。
在此，再把8254的6中工作方式的特点复习一下。
1．方式0的计数结束中断
计数结束，输出端产生0-1的上升沿，利用此信号可申请中断。
2．方式1的可编程单稳态触发器功能
负脉冲的宽度可以由程序控制，改变计数初值就可以改变延时时间。
3．方式2的分频功能
产生宽度相等连续的负脉冲，可以用作分频器，分频系数即计数初值。
4．方式3的方波发生器功能
输出占空比近1:
1的重复连续波形。
5．方式4和方式5的单个负脉冲发生器
方式4和方式5都是单个负脉冲发生器，输出一个完整负脉冲，但两者启动方式不同，前者为软件启动，后者为硬件启动。
以上5种功能为8254的基本功能，用户以这些原始功能为基础，通过组合和设计可以进一步开发各种各样的应用。
例如，用于计时系统，作定时中断；用于通信系统，作波特率始终发生器；用于实时控制系统，作数据采集和速度控制；还可以用于发声系统，作音乐发生器等。
它们都是基于8254的原始功能或相互间的组合来实现的。
4．参考文献
1.刘乐善主编，华中科技大学出版社，《32位微型计算机接口技术及应用》
2.李玉声，《现代机械》2006年第一期，《机加零件自动包装计数定时装置的设计》
5.附录
5.18253编程命令字
使用8253时，必须首先进行初始化编程。
初始化编程的步骤和内容如下：
首先写入方式控制字，以选择计数通道，确定其工作方式。
每一计数通道的方式控制字都是由CPU依次写入控制字寄存器的，控制字寄存器端口地址只有一个。
然后写入计数初值到对应的计数通道中。
若规定只写低8位，则写入的计数初值为低8位，高8位自动清0；若规定只写高8位，则写入的计数初值为高8位，低8位自动清0；若规定写16位，则分两次写入，先写入的计数初值为低8位，后写入的计数初值为高8位，每个计数通道均有自己的端口地址。
方式控制字的格式如下：
SC1、SC0：
计数通道选择。
确定这个方式控制字是确定哪个计数通道的工作方式的。
若SC1SC0=00，选择计数通道0；若SC1SC0=01，选择计数通道1；若SC1SC0=10，选择计数通道2；若SC1SC0=11，为非法选择。
RL1、RL0：
规定CPU向计数通道写入计数初值的格式和向计数通道锁存器发锁存命令，以及未锁存时CPU从计数通道读取当前计数值的格式。
数据读/写格式为：
RL1RL0=00，计数器锁存命令
RL1RL0=01，只读/写低8位数据
RL1RL0=10，只读/写高8位数据
RL1RL0=11，读/写16位数据，先低8位，后高8位
CPU写入计数通道的计数初值是写到计数通道的初值寄存器中的，而初值寄存器是16位的寄存器。
如果只写入低8位初值，则初值寄存器的高8位自动清0；如果只写入高8位初值，则初值寄存器的低8位自动清0；如果写入16位初值，则先写入低8位初值后写入高8位初值。
计数通道在计数过程中，CPU可以随时读取计数通道的当前值且不影响计数通道的现行计数，CPU读取的计数通道的当前值是锁存寄存器中的值。
在未锁存时（RL1RL0≠00），减1计数器减1计数的同时把当前值送到锁存寄存器中，即锁存寄存器的值跟随减1计数器当前值的变化而变化。
若在读计数通道当前值之前，先写入锁存命令（RL1RL0=00），则在计数过程中，减1计数器减1计数虽然照常进行，但不把当前值送到锁定寄存器中，即锁定寄存器的值被锁定，当对计数通道重新初始化或CPU读计数通道锁定值后，自动解除锁存命令，锁定寄存器的值又随减1计数器
变化。
在未锁定时，若RL1RL0=11，可能会使从计数器直接读出的数值不正确，因为若先读入的低8位值00H时，由于在两次读数值之间计数器计数低8位可能向高8
位有借位，造成后读入的高8位值错误，克服的办法可以用GATE无效或阻断CLK时钟脉冲输入等方法，使计数器暂停计数，以保证CPU读到正确的计数器当前值。
为了计数过程照常进行和保证CPU读到正确的计数器当前值，常常采用先写入锁存命令后读入计数器当前值的方法。
例如，若要读取计数通道2的16位计数值，初始化时若计数通道2工作在方式
0，按二进制计数，设控制字寄存器地址为F6H，计数通道2地址为F4H，则程序为：
MOVAL，10000000B；计数器2锁存命令
OUT0F6H，AL；写入锁存命令
INAL，0F4H；读低8位当前值
MOVCL，AL；存入CL中
INAL，0F4H；读高8位当前值并解除锁存状态
MOVCH，AL；存入CH中
M2M1M0：
由这3位决定计数通道的工作方式。
规定如下：
M2M1M0：
＝000，计数通道工作在方式0
M2M1M0：
＝001，计数通道工作在方式1
M2M1M0：
＝X10，计数通道工作在方式2
M2M1M0：
＝X11，计数通道工作在方式3
M2M1M0：
＝100，计数通道工作在方式4
M2M1M0：
＝101，计数通道工作在方式5
BCD：
该位用来决定计数通道在减1计数过程中是按二进制计数还是按二検
疲˙CD计数制）以及写入的计数初值是二进制还是BCD数，若BCD=0，则按二进制计数，写入的计数初值是二进制数初值范围是0000～FFFFH，其中0000为最大值，代表65536；若BCD=1，则按BCD计数，初值范围是0000～9999H，它是十进制数的BCD码，其中0000是最大值，代表10000，9999H代表9999。
注：
读取计数器的当前值
⑴直接读计数器：
输出锁存器在非锁存状态会跟随计数器计数的变化而变化，直接读计数器是从锁存器得到计数器的当前值。
但由于计数器处于工作状态，读出值不
⑵先锁存再读取：
①通过方式选择控制字对指定通道（SC1、SC0）的计数值锁入锁存器（RL1RL0=00），锁存器一旦锁存了当前计数值，就不再随计数器变化直到被读取。
②读计数器通道（有锁存器）。
5.28253的6种工作方式详细介绍
8253的六种工作方式区别
三个计数通道可有6种可供选择的工作方式，以完成定时、计数或脉冲发生器等多种功能：
方式0：
计数结束则中断
工作方式0被称为计数结束中断方式。
当任一通道被定义为工作方式0时，OUTi输出为低电平；若门控信号GATE为高电平，当CPU利用输出指令向该通道写入计数值使WR#有效时，OUT仍保持低电平，之后的下一时钟周期下降沿计数器开始减“1”计数，直到计数值为“0”，此刻OUT将输出由低电平向高电平跳变，可用它向CPU发出中断请求，OUT端输出的高电平一直维持到下次再写入计数值为止。
在工作方式0情况下，门控信号GATE用来控制减“1”计数操作是否进行。
当GATE=1时，允许减“1”计数；GATE=0时，禁止减“1”计数；计数值将保持GATE有效时的数值不变，待GATE重新有效后，减“1”计数继续进行。
显然，利用工作方式0既可完成计数功能，也可完成定时功能。
当用作计数器时，应将要求计数的次数预置到计数器中，将要求计数的事件以脉冲方式从CLK端输入，由它对计数器进行减“1”计数，直到计数值为0，此刻OUTi输出正跳变，表示计数次数到。
当用作定时器时，应把根据要求定时的时间和CLKi的周期计算出定时系数，预置到计数器中。
从CLK，输入的应是一定频率的时钟脉冲，由它对计数器进行减“1”计数，定时时间从写入计数值开始，到计数值计到“0”为止，这时OUTi输出正跳变，表示定时时间到。
有一点需要说明，任一通道工作在方式0情况下，计数器初值一次有效，经过一次计数或定时后如果需要继续完成计数或定时功能，必须重新写入计数器的初值。
方式1：
单脉冲发生器
工作方式1被称作可编程单脉冲发生器。
进入这种工作方式，CPU装入计数值n后OUT输出高电平，不管此时的GATE输入是高电平还是低电平，都不开始减“1”计数，必须等到GATE由低电平向高电平跳变形成一个上升沿后，计数过程才会开始。
与此同时，OUT输出由高电平向低电平跳变，形成了输出单脉冲的前沿，待计数值计到“0”，OUT输出由低电平向高电平跳变，形成输出单脉冲的后沿，因此，由方式l所能输出单脉冲的宽度为CLK周期的n倍
如果在减“1”计数过程中，GATE由高电平跳变为低电乎，这并不影响计数过程，仍继续计数；但若重新遇到GATE的上升沿，则从初值开始重新计数，其效果会使输出的单脉冲加宽，如教材图9-22（b）中的第2个单脉冲。
这种工作方式下，计数值也是一次有效，每输入一次计数值，只产生一个负极性单脉冲。
方式2：
速率波发生器
工作方式2被称作速率波发生器。
进入这种工作方式，OUT输出高电平，装入计数值n后如果GATE为高电平，则立即开始计数，OUT保持为高电平不变；待计数值减到“1”和“0”之间，OUT将输出宽度为一个CLK周期的负脉冲，计数值为“0”时，自动重新装入计数初值n，实现循环计数，OUT将输出一定频率的负脉冲序列，其脉冲宽度固定为一个CLK周期，重复周期为CLK周期的n倍。
如果在减“1”计数过程中，GATE变为无效（输入0电平），则暂停减“1”计数，待GATE恢复有效后，从初值n开始重新计数。
这样会改变输出脉冲的速率。
如果在操作过程中要求改变输出脉冲的速率，CPU可在任何时候，重新写人新的计数值，它不会影响正在进行的减“1”计数过程，而是从下一个计数操作用期开始按新的计数值改变输出脉冲的速率。
方式3：
方波发生器
工作方式3被称作方波发生器。
任一通道工作在方式3，只在计数值n为偶数，则可输出重复周期为n、占空比为1：
1的方波。
进入工作方式3，OUT输出低电平，装入计数值后，OUT立即跳变为高电平如果当GATE为高电平，则立即开始减“1”计数，OUT保持为高电平，若n为偶数，则当计数值减到n/2时，OUT跳变为低电平，一直保持到计数值为“0”，系统才自动重新置入计数值n，实现循环计数。
这时OUT端输出的周期为n×CLKi周期，占空比为1:
1的方波序列；若n为奇数，则OUTi端输出周期为n×CLK周期，占空比为（（n+1）/2）/（（n-1）/2）的近似方波序列。
如果在操作过程中，GATE变为无效，则暂停减“1”计数过程，直到GATE再次有效，重新从初值n开始减“l”计数。
如果要求改变输出方波的速率，则CPU可在任何时候重新装入新的计数初值n，并从下一个计数操作周期开始改变输出方波的速率。
方式4：
软件触发方式计数
工作方式4被称作软件触发方式。
进入工作方式4，OUT输出高电平。
装入计数值n后，如果GATE为高电平，则立即开始减“1”计数，直到计数值减到“0”为止，OUT输出宽度为一个CLKi周期的负脉冲。
由软件装入的计数值只有一次有效，如果要继续操作，必须重新置入计数初值n。
如果在操作的过程中，GATE变为无效，则停止减“1”计数，到GATE再次有效时，重新从初值开始减“1”计数。
显然，利用这种工作方式可以完成定时功能，定时时间从装入计数值n开始，则OUT输出负脉冲（表示定时时间到），其定时时间＝n×CLK周期。
这种工作方式也可完成计数功能，它要求计数的事件以脉冲的方式从CLK输入，将计数次数作为计数初值装入后，由CLK端输入的计数脉冲进行减“1”计数，直到计数值为“0”，由
OUTt端输出负脉冲（表示计数次数到）。
当然也可利用OUT向CPU发出中断请求因此工作方式4与工作方式0很相似，只是方式0在OUT端输出正阶跃信号、方式
4在OUT端输出负脉冲信号。
方式5：
硬件触发方式计数
工作方式5被称为硬件触发方式。
进入工作方式5，OUT输出高电平，硬件触发信号由GATE端引入。
因此，开始时GATE应输入为0，装入计数初值n后，减“1”计数并不工作，一定要等到硬件触发信号由GATE端引入一个正阶跃信号，减“1”计数才会开始，待计数值计到“0”，OUT将输出负脉冲，其宽度固定为一个CLK周期，表示定时时间到或计数次数到。
这种工作方式下，当计数值计到“0”后，系统将自动重新装入计数值n，但并不开始计数，一定要等到由GATE端引入的正跳沿，才会开始进行减“1”计数，因此这是一种完全由GATE端引入的触发信号控制下的计数或定时功能。
如果由CLKi输入的是一定频率的时钟脉冲，那么可完成定时功能，定时时间从GATE上升沿开始，到OUT端输出负脉冲结束。
如果从CLK端输入的是要求计数的事件，则可完成计数功能，计数过程从GATE上升沿开始，到OUT输出负脉冲结束。
GATE可由外部电路或控制现场产生，故硬件触发方式由此而得名。
如果需要改变计数初值，CPU可在任何时候用输出指令装入新的计数初值m，它将不影响正在进行的操作过程，而是到下一个计数操作周期才会按新的计数值进行操作。
从上述各工作方式可看出，GATE作为各通道的门控信号，对于各种不同的工作
方式，它所起的作用各不相同。
在8253的应用中，必须正确使用GATE信号，才能保证各通道的正常操作
门控信号GATE的作用
方式
功能
GATE=1
GATE=0
GATE上升沿
0
计数结束产生中断
允许计数
停止计数
不受影响
1
可重触发单稳
不受影响
不受影响
从初值开始重新计数
2
分频器
允许计数
停止计数
从初值开始重新计数
3
方波信号发生器
允许计数
停止计数
从初值开始重新计数
4
软件触发选通
允许计数
停止计数
从初值开始重新计数
5
硬件触发选通
不受影响
不受影响
硬件触发信号
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