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1、 微型计算机原理及其应用微型计算机原理及其应用 19.1 定时器定时器/ /计数器概述计数器概述9.2 可编程定时可编程定时/计数器芯片计数器芯片8253工作原理工作原理9.3 8253应用举例应用举例2定时与计数的联系定时与计数的联系计数计数将外部对象的数量、事件的发生次数等转化为电脉冲数将外部对象的数量、事件的发生次数等转化为电脉冲数量，并进行度量。量，并进行度量。增量计数增量计数u计数脉冲到来后，计数值计数脉冲到来后，计数值加加1。u用于对事件的累计，关心的是当前计数的数值。用于对事件的累计，关心的是当前计数的数值。减量计数减量计数l计数脉冲到来后，计数值计数脉冲到来后，计数值减减1。l
2、用于限量计数，关心的是计数终止的时刻。用于限量计数，关心的是计数终止的时刻。定时定时本质也是计数本质也是计数。对对周期恒定周期恒定的脉冲时钟信号进行计数即为定时的脉冲时钟信号进行计数即为定时减量减量计数计数。3定时的实现方式定时的实现方式纯硬件定时纯硬件定时搭建专门的硬件电路实现。搭建专门的硬件电路实现。特点：特点：需要额外的硬件电路，且定时值不能改变。需要额外的硬件电路，且定时值不能改变。软件定时软件定时根据延时时间，设计一段延时子程序实现。根据延时时间，设计一段延时子程序实现。特点：特点：无需额外的硬电路，定时值可通过程序修改，但无需额外的硬电路，定时值可通过程序修改，但在定时期间，会占用
3、在定时期间，会占用CPU，从而降低其用率。，从而降低其用率。 可编程的硬件定时可编程的硬件定时 用软件和硬件结合的方法（即可编程专用芯片）实现。用软件和硬件结合的方法（即可编程专用芯片）实现。特点：特点：综合前述两者的优点。综合前述两者的优点。 49.1 定时器定时器/ /计数器概述计数器概述9.2 可编程定时可编程定时/计数器芯片计数器芯片8253工作原理工作原理9.3 8253应用举例应用举例51. 8253的内部结构和引脚信号的内部结构和引脚信号2. 8253的工作方式的工作方式3. 8253初始化编程和门控信号初始化编程和门控信号6内部结构内部结构7芯片封装芯片封装双列直插双列直插24
4、根引脚根引脚D7D6D5D4D3D2D1D0CLK0OUT0GATE0GNDOUT1GATE1CLK1GATE2CLK2A0A1OUT2WRRDCSVCC82532423222120191817161514131234567891011128数据总线缓冲器数据总线缓冲器8 8位三态双向缓冲器。位三态双向缓冲器。CPUCPU与与82538253间所有数据的传送通道。间所有数据的传送通道。接收接收CPUCPU送来的送来的数据数据( (计数值计数值) )和和控制信息控制信息( (控制字控制字) )。高阻态时，可以保证在芯片未被选中时和系统总线处于高阻态时，可以保证在芯片未被选中时和系统总线处于“隔离
5、隔离”状态。状态。对应引脚对应引脚D D7 7D D0 0连接对象：连接对象：系统数据总线。系统数据总线。9读读/ /写控制逻辑写控制逻辑82538253内部控制电路，用于将内部控制电路，用于将CPUCPU发出的控制信号转变为发出的控制信号转变为内部操作的控制信号，指导内部各单元协调工作。内部操作的控制信号，指导内部各单元协调工作。对应引脚对应引脚CSCS：片选信号输入引脚，低电平有效。由地址总线经译：片选信号输入引脚，低电平有效。由地址总线经译码电路产生。码电路产生。RDRD：读信号输入引脚，低电平有效。：读信号输入引脚，低电平有效。WRWR：写信号输入引脚，低电平有效。：写信号输入引脚，低
6、电平有效。A A1 1、A A0 0：端口选择信号输入引脚。：端口选择信号输入引脚。A1 A0 选选 择择0 0 计数器计数器00 1 计数器计数器11 0 计数器计数器21 1 控制字寄存器控制字寄存器10读读/ /写控制逻辑（续）写控制逻辑（续）CS ACS A1 1 A A0 0 RD WRRD WR功功 能能 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 11 01 01 01 0写计数器0写计数器1写计数器2写方式控制字 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 10 10 10 1读计数器0读计数器1读计数器2无效82538253的端口操作的端口操作11计数器通道计数器通道
7、0202三个三个完全相同完全相同的计数器的计数器/ /定时器通道定时器通道0202。内部结构内部结构计数初值寄存器计数初值寄存器CRCRl1616位位，存放，存放CPUCPU送来的计数初值。送来的计数初值。l必须在计数必须在计数/ /定时启动之前，用定时启动之前，用 输出指令输出指令OUTOUT设定。设定。计数器执行部件计数器执行部件CECEl1616位位减减1 1计数器计数器，初值，初值=CR=CR值。值。l对对CLKCLK引脚引脚输入的脉冲计数。每输入的脉冲计数。每 出现一个脉冲，计数值减出现一个脉冲，计数值减1 1。减。减 至零时，至零时，OUTOUT引脚引脚输出电平或脉输出电平或脉 冲
8、信号。冲信号。lCPUCPU不能直接访问不能直接访问。控制逻辑CRH CRLCEH CELOLH OLL计数初值寄存器CR计数执行部件CE输出锁存器OL12计数器通道计数器通道0202（续）（续）输出锁存器输出锁存器OLOLl1616位，锁存位，锁存CECE值，供值，供CPUCPU读取。读取。l一般跟随一般跟随CECE变化。当收到变化。当收到CPUCPU的的 锁存命令锁存命令时，锁定当前计数值，时，锁定当前计数值， 待待CPUCPU读取后，继续跟随变化。读取后，继续跟随变化。对应引脚对应引脚GATEGATEn n：门控信号输入端。门控信号输入端。u允许允许/ /禁止、启动禁止、启动/ /停止计
9、数等。停止计数等。CLKCLKn n：脉冲信号输入端。脉冲信号输入端。u触发触发CECE的减的减1 1计数。计数。u时钟脉冲频率不能大于时钟脉冲频率不能大于2MHz2MHz。OUTOUTn n：计数计数/ /定时完成信号输出端。定时完成信号输出端。l用电平或脉冲方式，通知用电平或脉冲方式，通知CPUCPU计数计数/ /定时完成。定时完成。控制逻辑CRH CRLCEH CELOLH OLL计数初值寄存器CR计数执行部件CE输出锁存器OLCLKGATEOUT13控制字寄存器控制字寄存器8 8位，存放位，存放CPUCPU送来的控制字。送来的控制字。控制字的作用控制字的作用选定计数器通道；选定计数器通
10、道；指定三个独立计数器通道的工作方式；指定三个独立计数器通道的工作方式；指定读写格式和计数的方式。指定读写格式和计数的方式。控制字写入时，所有控制逻辑电路立即复位，控制字写入时，所有控制逻辑电路立即复位，82538253的的OUTOUT输出引脚进入初始状态输出引脚进入初始状态 1482538253与微机系统的连接与微机系统的连接CLKGATEOUTD0D7WRRDA1A0CSDBIOWIORA1A0译码器译码器高位地址高位地址A15-A282538253占用占用4个接口地址：个接口地址： 计数器计数器0 计数器计数器1 计数器计数器2 控制寄存器控制寄存器共三组共三组接外设接外设151. 82
11、53的内部结构和引脚信号的内部结构和引脚信号2. 8253的工作方式的工作方式3. 8253初始化编程和门控信号初始化编程和门控信号1682538253计数器的启动方式计数器的启动方式软件启动软件启动CPUCPU对指定计数器编程后自动启动计数，即写入计数初值对指定计数器编程后自动启动计数，即写入计数初值后的后的第第1 1个个CLKCLK脉冲的下降沿脉冲的下降沿开始计数。开始计数。前提条件：前提条件：GATEGATE引脚保持引脚保持高电平高电平(GATE(GATE为低则禁止计数为低则禁止计数) )。硬件启动硬件启动CPUCPU对指定计数器编程后并不马上开始计数，而是由对指定计数器编程后并不马上开
12、始计数，而是由门控门控信号信号GATEGATE的上升沿的上升沿触发开始计数。触发开始计数。17六种基本工作方式六种基本工作方式方式方式0 0（计数结束中断）（计数结束中断）方式方式1 1（可编程单稳态输出）（可编程单稳态输出）方式方式2 2（比率发生器）（比率发生器）方式方式3 3（方波发生器）（方波发生器）方式方式4 4（软件触发选通）（软件触发选通）方式方式5 5（硬件触发选通）（硬件触发选通）18方式方式00计数结束中断计数结束中断工作过程工作过程控制字写入后，控制字写入后，OUTOUT引脚输出低电平。引脚输出低电平。计数初值写入后的下一个计数初值写入后的下一个CLKCLK脉冲，开始计数
13、。脉冲，开始计数。计数值减为计数值减为0 0时，时，OUTOUT引脚输出高电平。引脚输出高电平。( (中断请求信号中断请求信号) )软软件件启启动动GATEOUTCLK 031244方式方式0WR写入控制字写入控制字写入计数初值写入计数初值下一个时钟下一个时钟脉冲脉冲保持高电平保持高电平送送8259A8259A19方式方式00计数结束中断（续）计数结束中断（续）特点特点计数初值不会自动重装，故计数初值不会自动重装，故只计数一遍只计数一遍。（OUTOUT保持高）保持高）在计数过程中，写入新的计数初值，则计数器以该值为在计数过程中，写入新的计数初值，则计数器以该值为初值，初值，重新开始重新开始计数
14、。计数。当当GATE=1GATE=1时，允许计数，时，允许计数，GATE=0GATE=0时，停止计数。当时，停止计数。当GATEGATE从低变为高时，则继续计数。从低变为高时，则继续计数。20方式方式11可编程的单稳态触发器可编程的单稳态触发器工作过程工作过程控制字写入后，控制字写入后，OUTOUT引脚输出高电平。引脚输出高电平。计数初值写入后，计数初值写入后，OUTOUT引脚保持高电平。引脚保持高电平。GATEGATE引脚的门控信号上升沿后的下一个引脚的门控信号上升沿后的下一个CLKCLK脉冲，开始计脉冲，开始计数。同时，数。同时，OUTOUT引脚变为低电平。引脚变为低电平。计数值减为计数值
15、减为0 0时，时，OUTOUT引脚输出高电平。引脚输出高电平。硬硬件件启启动动GATEOUTCLK 031244方式方式1WR负的单脉冲，宽度负的单脉冲，宽度4TCLK21方式方式11可编程的单稳态触发器（续）可编程的单稳态触发器（续）特点特点计数初值不会自动重装，但可通过计数初值不会自动重装，但可通过GATEGATE引脚再次出现引脚再次出现上上升沿升沿，实现重装初值。，实现重装初值。若当前计数未结束，若当前计数未结束，GATEGATE引脚出现上升沿，则计数器重引脚出现上升沿，则计数器重新开始计数，即新开始计数，即负脉冲的宽度为两次计数过程之和负脉冲的宽度为两次计数过程之和。计数过程中写入新初
16、值不影响本次计数。计数过程中写入新初值不影响本次计数。22方式方式22分频（比率）发生器分频（比率）发生器工作过程工作过程控制字写入后，控制字写入后，OUTOUT引脚输出高电平。引脚输出高电平。计数初值写入后的下一个计数初值写入后的下一个CLKCLK脉冲，开始计数。脉冲，开始计数。计数值减到计数值减到1 1时，时，OUTOUT引脚输出低电平，维持一个引脚输出低电平，维持一个T TCLKCLK，又，又变为高电平，且计数初值自动重装，重新开始计数变为高电平，且计数初值自动重装，重新开始计数。软硬软硬件件启启动动03124GATEOUTCLK 4方式方式2031240312403124WR周期为周期
17、为4 4T TCLKCLK的负脉冲，宽度的负脉冲，宽度T TCLKCLK 23方式方式22分频（比率）发生器（续）分频（比率）发生器（续）特点特点自动重装计数初值，输出固定频率的脉冲。自动重装计数初值，输出固定频率的脉冲。计数过程中，计数过程中，GATEGATE引脚变低，则暂停计数。若引脚变低，则暂停计数。若GATEGATE引脚引脚出现上升沿，则从初值重新开始计数。出现上升沿，则从初值重新开始计数。计数过程中写入新初值不影响本次计数，影响下次计数。计数过程中写入新初值不影响本次计数，影响下次计数。24方式方式33方波发生器方波发生器工作过程工作过程控制字写入后，控制字写入后，OUTOUT引脚输
18、出高电平。引脚输出高电平。计数初值写入后的下一个计数初值写入后的下一个CLKCLK脉冲，开始计数。脉冲，开始计数。当计数到一半值时，当计数到一半值时，OUTOUT引脚输出变低，直至计数到引脚输出变低，直至计数到1 1。OUTOUT引脚输出高，计数初值自动重装，重新开始计数。引脚输出高，计数初值自动重装，重新开始计数。软硬软硬件件启启动动03124GATEOUTCLK 4方式方式3031244WR前前N/2N/2或或(N+1)/2(N+1)/2个个CLK CLK OUTOUT为高为高后后N/2N/2或或 (N-1)/2(N-1)/2个个CLK CLK OUTOUT为低为低25方式方式33方波发生
19、器（续）方波发生器（续）特点特点自动重装计数初值，输出前高后低的方波信号。自动重装计数初值，输出前高后低的方波信号。计数过程中，计数过程中，GATEGATE引脚变低，则暂停计数，引脚变低，则暂停计数，OUTOUT引脚输出引脚输出高电平。若高电平。若GATEGATE引脚出现上升沿，则从初值重新开始计数。引脚出现上升沿，则从初值重新开始计数。计数过程中写入新初值不影响本次计数，影响下次计数。计数过程中写入新初值不影响本次计数，影响下次计数。26方式方式44软件触发选通信号发生器软件触发选通信号发生器工作过程工作过程控制字写入后，控制字写入后，OUTOUT引脚输出高电平。引脚输出高电平。计数初值写入
20、后的下一个计数初值写入后的下一个CLKCLK脉冲，开始计数。脉冲，开始计数。计数值减计数值减到到0 0时时，OUTOUT引脚输出低电平，维持一个引脚输出低电平，维持一个T TCLKCLK，又，又变为高电平变为高电平，计数停止。，计数停止。软软件件启启动动GATEOUTCLK031244方式方式4WR27方式方式44软件触发选通信号发生器（续）软件触发选通信号发生器（续）特点特点计数初值不会自动重装，只计数一遍。计数初值不会自动重装，只计数一遍。当当GATE=1GATE=1时，允许计数，时，允许计数，GATE=0GATE=0时，停止计数。时，停止计数。计数过程中如改变计数值，则按新值重新开始计数
21、。计数过程中如改变计数值，则按新值重新开始计数。28方式方式55硬件触发选通信号发生器硬件触发选通信号发生器工作过程工作过程控制字写入后，控制字写入后，OUTOUT引脚输出高电平。引脚输出高电平。计数初值写入后，不启动计数。待计数初值写入后，不启动计数。待GATEGATE引脚出现上升沿引脚出现上升沿后，从下一个后，从下一个CLKCLK脉冲开始计数。脉冲开始计数。计数值减计数值减到到0 0时时，OUTOUT引脚输出低电平，维持一个引脚输出低电平，维持一个T TCLKCLK，又，又变为高电平变为高电平，计数停止。，计数停止。硬硬件件启启动动GATEOUTCLK031244方式方式5WR29方式方式
22、55硬件触发选通信号发生器（续）硬件触发选通信号发生器（续）特点特点计数初值不会自动重装，只计数一遍。计数初值不会自动重装，只计数一遍。计数过程中，若改变计数初值，但没有计数过程中，若改变计数初值，但没有GATEGATE上升沿触发，上升沿触发，不影响当前计数；若有则立即按新重新开始计数。不影响当前计数；若有则立即按新重新开始计数。计数过程中如出现计数过程中如出现GATEGATE上升沿，则重新开始计数。上升沿，则重新开始计数。30工作方式小结工作方式小结 启动计数启动计数终止计数终止计数自动重复自动重复更新初值更新初值OUT波形波形方式方式0软件软件（暂停）（暂停）GATE=0无无立即有效立即有
23、效 方式方式1硬件硬件/无无下一轮有效下一轮有效 方式方式2软软 / 硬件硬件GATE=0 有有 方式方式3软软 / 硬件硬件GATE=0有有 方式方式4软件软件（暂停）（暂停） GATE=0 无无 方式方式5硬件硬件/无无 负的单个宽脉冲负的单个宽脉冲负的单个宽脉冲负的单个宽脉冲负的单个窄脉冲负的单个窄脉冲负的单个窄脉冲负的单个窄脉冲对称方波对称方波周期性负脉冲周期性负脉冲下一轮有效下一轮有效下一轮有效下一轮有效下一轮有效下一轮有效下一轮有效下一轮有效31六种工作方式比较六种工作方式比较方式方式0 0：写入控制字后，写入控制字后，OUTOUT立即变低，计数结束后，立即变低，计数结束后，OUT
24、OUT由低变由低变高，常用作中断源信号。该方式可用来实现定时或对外部高，常用作中断源信号。该方式可用来实现定时或对外部事件进行计数。事件进行计数。方式方式1 1：产生单脉冲。产生单脉冲。方式方式2 2：产生序列负脉冲，每个负脉产生序列负脉冲，每个负脉 冲宽度与冲宽度与CLKCLK脉冲周期相同。脉冲周期相同。方式方式3 3：产生连续方波。产生连续方波。方式方式4 4：软件触发计数。软件触发计数。方式方式5 5：硬件触发计数。硬件触发计数。对时钟脉冲对时钟脉冲n分频分频计数器回计数器回0后，后，OUT端输出一端输出一个宽度等于时钟周期的负脉冲个宽度等于时钟周期的负脉冲321. 8253的内部结构和
25、引脚信号的内部结构和引脚信号2. 8253的工作方式的工作方式3. 8253初始化编程和门控信号初始化编程和门控信号33门控信号门控信号GATEGATE的功能的功能3482538253的初始化的初始化对使用的计数器进行初始化，可不按计数器编号顺序。对使用的计数器进行初始化，可不按计数器编号顺序。初始化内容：初始化内容：先写控制字，再送计数初值先写控制字，再送计数初值；如送；如送1616位初位初值，则需要先送低值，则需要先送低8 8位，再送高位，再送高8 8位。位。预置的初值要经过一个预置的初值要经过一个CLKCLK脉冲的上升沿和下降沿后，脉冲的上升沿和下降沿后，才能被装入才能被装入CECE。控
26、制字写入控制口，每个计数器的控制字写入控制口，每个计数器的 计数初值写入各自计数器口计数初值写入各自计数器口。写控制字写控制字写计数值低写计数值低8位位写计数值高写计数值高8位位*非必非必须须写入顺序：写入顺序：可按计数器分别写入控制可按计数器分别写入控制字和初值。字和初值。也可先写所有计数器控制也可先写所有计数器控制字，再写入它们的初值。字，再写入它们的初值。3582538253的方式控制字的方式控制字D7D6D5D4D3D2D1D0计数器选择计数器选择00011011计数器0计数器1计数器2无效读读/ /写格式写格式及锁存命令及锁存命令00011011计数器锁存读/写计数器低8位读/写计数
27、器高8位先读/写低8位，再读/写高8位工作方式选择工作方式选择0000011011方式0方式1方式2方式3100101方式4方式5计数制计数制选择选择01二进制计数BCD码计数36初始化编程举例初始化编程举例【例例1 1】某微机系统，某微机系统，82538253的的3 3个计数器通道的端口地址个计数器通道的端口地址分别为分别为3F0H3F0H、3F2H3F2H、3F4H3F4H，控制口地址为，控制口地址为3F6H3F6H。要求。要求82538253的通道的通道0 0工作于方式工作于方式3 3，计数初值为，计数初值为12341234。初始化程序：初始化程序： MOV AL, MOV AL, 00
28、0011110110111 1B B ；控制字；控制字MOV DX, 3F6H MOV DX, 3F6H ；指向控制口指向控制口OUT DX, AL OUT DX, AL ；送控制字；送控制字MOV AL, 34H MOV AL, 34H ；计数值低字节；计数值低字节MOV DXMOV DX，3F0H 3F0H ；指向计数器指向计数器0 0端口端口OUT DX, AL OUT DX, AL ；先写入低字节；先写入低字节MOV AL, 12H MOV AL, 12H ；计数值高字节；计数值高字节OUT DX, AL OUT DX, AL ；后写入高字节；后写入高字节37初始化编程举例（续）初始化
29、编程举例（续）【例例2 2】设某系统设某系统82538253计数器计数器0 0和和1 1均工作在方式均工作在方式3 3。设置工作方式：设置工作方式：MOV DX，38BH ;控制口控制口MOV AL，36H ;CNT0OUT DX，ALMOV AL，56H ;CNT1OUT DX，AL36H = 00 11 011 0 CNT0 16位位 方式方式356H = 01 01 011 0 CNT1 8位位 方式方式3设置计数初值：设置计数初值：MOV DX，388H ;CNT0MOV AX，2000 ;CR0OUT DX，ALMOV AL，AHOUT DX，ALMOV DX，389H；CNT1MO
30、V AL，200；低低8位位OUT DX，AL389.1 定时器定时器/ /计数器概述计数器概述9.2 可编程定时可编程定时/计数器芯片计数器芯片8253工作原理工作原理9.3 8253应用举例应用举例39利用利用82538253计数并触发中断计数并触发中断【例例】用用82538253监视一个生产流水线。每通过监视一个生产流水线。每通过5050个工件，个工件，扬声器响扬声器响5 5秒钟，频率为秒钟，频率为2000Hz2000Hz。驱驱 动动 器器CLK1OUT1CLK0GATE0GATE1OUT0INT+5V2MHz8255PA0扬声器扬声器8253+5V光源光源工件工件R 光敏电阻光敏电阻2
31、000Hz40利用利用82538253计数并触发中断（续）计数并触发中断（续）方式控制字设置方式控制字设置根据原理分析可知：计数器根据原理分析可知：计数器0 0工作在工作在方式方式0(0(计数计数) )，计数，计数器器1 1工作在工作在1 1方式方式3(3(方波方波) )，且，且GATEGATE0 0=+5V=+5V，GATEGATE1 1接接8255A8255A的的PAPA0 0( (控制位控制位) )。l计数器计数器0 0：方式方式2 2，2 2位位BCDBCD计数，计数初值为计数，计数初值为5050 CWCW0 0 = 00010101B = 15H = 00010101B = 15Hl
32、计数器计数器1 1：方式方式3 3，4 4位位BCDBCD计数，计数初值计数，计数初值=2=2106/2000= 106/2000= 1000 1000 CWCW1 1 = 01110111B = 77H = 01110111B = 77H端口地址端口地址82538253口地址为口地址为40H40H、41H41H、42H42H、43H43H。8255A8255A的的PAPA口地址为口地址为80H80H。41利用利用82538253计数并触发中断（续）计数并触发中断（续）初始化程序初始化程序 MOV AL,15HMOV AL,15H；CNT0CNT0初始化初始化 OUT 43H,ALOUT 43
33、H,AL MOV AL,50H MOV AL,50H；设置计数初值；设置计数初值 OUT 40H,ALOUT 40H,AL ；8259A8259A、8255A8255A初始化（略）初始化（略） STI STI ；开中断；开中断LOPLOP：HLT HLT ；等待中断；等待中断 JMP LOPJMP LOP42利用利用82538253计数并触发中断（续）计数并触发中断（续）中断服务程序中断服务程序MOV ALMOV AL, ,01H 01H ；GATEGATE1 1置置1 1，启动计数，启动计数OUT 80HOUT 80H, ,AL AL ；输出到；输出到PAPA0 0MOV ALMOV AL,
34、 ,77H 77H ；CNT1CNT1初始化初始化OUT 43HOUT 43H, ,ALALMOV ALMOV AL, ,00H 00H ；设置计数初值低位设置计数初值低位OUT 41HOUT 41H, ,AL AL MOV ALMOV AL, ,10H 10H ；设置计数初值高位设置计数初值高位OUT 41HOUT 41H, ,ALALCALL DL5S CALL DL5S ；延时；延时5 5秒秒MOV ALMOV AL, ,00H 00H ；GATEGATE1 1清清0 0，停止计数，停止计数OUT 80HOUT 80H, ,AL AL ；输出到；输出到PAPA0 0IRET IRET ；中断返回中断返回43弄清计数和定时的本质含义。弄清计数和定时的本质含义。熟悉熟悉82538253六种工作方式的特点及适用场合。六种工作方式的特点及适用场合。掌握掌握82538253方式控制字的分析方法及芯片的初始化编方式控制字的分析方法及芯片的初始化编程。程。44