8253的内部结构与工作方式

8253的部结构和工作方式

8253具有3个独立的计数通道，采用减1计数方式。在门控信号有效时，每输入1个计数脉冲，通道作1次计数操作。当计数脉冲是已知周期的时钟信号时，计数就成为定时。

一、8253部结构

8253芯片有24条引脚，封装在双列直插式瓷管壳。

1.数据总线缓冲器

数据总线缓冲器与系统总线连接，8位双向，与CPU交换信息的通道。这是8253与CPU之间的数据接口，它由8位双向三态缓冲存储器构成，是CPU与8253之间交换信息的必经之路。

2.读／写控制

读／写控制分别连接系统的IOR#和IOW#，由CPU控制着访问8253的部通道。接收CPU送入的读／写控制信号，并完成对芯片部各功能部件的控制功能，因此，它实际上是8253芯片部的控制器。A1A0：端口选择信号，由CPU输入。8253部有3个独立的通道和一个控制字寄存器，它们构成8253芯片的4个端口，CPU可对3个通道进行读／写操作3对控制字寄存器进行写操作。这4个端口地址由最低2位地址码A1A0来选择。如表9.3.1所示。

3.通道选择

(1) CS#——片选信号，由CPU输入，低电平有效，通常由端口地址的高位地址译码形成。

(2) RD#、WR#——读／写控制命令，由CPU输入，低电平有效。RD#效时，CPU 读取由A1A0所选定的通道计数器的容。WR#有效时，CPU将计数值写入各个通道的计数器中，或者是将方式控制字写入控制字寄存器中。CPU对8253的读／写操作如表9.3.2所示。

4.计数通道0～2

每个计数通道含1个16位的初值寄存器、减1计数器和1个16位的（输出）锁存器。8253部包含3个功能完全相同的通道，每个通道部设有一个16位计数器，可进行二进制或十进制（BCD码）计数。采用二进制计数时，最大计数值是FFFFH，采用BCD码计数时。最大计数值是9999。与此计数器相对应，每个通道设有一个16位计数值锁存器。必要时可用来锁存计数值。

当某通道用作计数器时，应将要求计数的次数预置到该通道的计数器中、被计数的事件应以脉冲方式从CLK端输入，每输入一个计数脉冲，计数器容减“1”，待计数值计到“0”。OUT端将有输出。表示计数次数到。当某个通道用作定时器时。由CLK输入一定频率的时钟脉冲。根据要求定时的时间长短确定所需的计数值。并预置到计数器中，每输入一个时钟脉冲，计数器容减“1”，待计数值计到“0”。OUT将有输出，表示定时时间到。允许从CLK输入的时钟频在1～2MHz围。因此，任一通道作计数器用或作定时器用，其部操作完全相同，区别仅在于前者是由计数脉冲进行减“1”计数。而后者是时钟脉冲进行减“1”计数。作计数器时，要求计数的次数可直接作为计数器的初值预置到减“1”计数器中。作定时器时，计数器的初值即定时系数应根据要求定时的时间进行如下运算才能得到：

定时系数＝需要定时的时间／时钟脉冲周期

①设置通道：向方式控制字寄存器端口写入方式选择控制字，用于确定要设置的通道及工作方式；

②计数/定时：向通道写入计数值，启动计数操作；

③读取当前的计数值：向指定通道读取当前计数器值时，8253将计数器值存入锁存器，从锁存器向外提供当前的计数器值，计数器则继续作计数操作。

④计数到：当计数器减1为0时，通过引脚OUT i向外输出“到”的脉冲信号。

计数初值输入存放在初值寄存器中，计数开始或重装入时被复制到计数器中。

锁存器在非锁存状态，其值随计数器的变化而变化；一旦锁存了计数器的当前值，直到锁存器值被读取后才能解除锁存状态。

5.方式选择控制字

二、8253的通道工作方式

8253中各通道可有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。8253的各种工作方式如下：

1.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，它的定时波形如图9.3.4所示。当任一通道被定义为工作方式0时，OUT i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WR#有效时，OUT i仍保持低电平，然后计数器开始减“1”计数，直到计数值为“0”，此刻OUT i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 i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 i端输入，由它对计数器进行减“1”计数，直到计数值为0，此刻OUT i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CLK i的周期计算出定时系数，预置到计数器中。从CLK i，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OUT i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。

2.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，其定义波形如图9.3.5。进入这种工作方式，CPU装入计数值n后OUT i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 i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 i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 i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。

3.方式2：速率波发生器

工作方式2被称作速率波发生器，其定时波形如图9.3.6所示。进入这种工作方式，OUT i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 i保持为高电平不变；待计数值减到“1”和“0”之间，OUT i将输出宽度为一个CLK i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 i将输出一定频率的负脉冲序列，其脉冲宽度固定为一个CLK i周期，重复周期为CLK i周期的n倍。