第9章 8253芯片介绍

（3）WR——写信号，输入，低电平有效，用于控制CPU对 8253 的写操作，可与 A1，A0 信号配合以决定 是写入控制字还是计数初值；
（4）RD——读信号，输入，低电平有效。用于控制CPU 对8253的读操作，可与A1，A0信号配合读取 某个计数器的当前计数值； （5）A0，A1——地址输入线。用于8253内部寻址的4个 端口，即3个计数器和一个控制字寄存 器。一般与CPU低位的地址线相连 。
定时功能，这种方法不需要增加硬件，可通过
编程来控制和改变定时时间，灵活方便，节省 费用。缺点是CPU重复执行的这段程序的本身 并没有什么具体目的，仅为延时，从而降低了 CPU利用率。
2.不可编程的硬件定时 这种方法采用数字电路中的分频器将 系统时钟进行适当的分频产生需要的定时 信号；也可以采用单稳电路或简易定时电 路（如常用的555定时器）由外接RC电路 控制定时时间。但是，这种定时电路在硬 件接好后，定时范围不易由程序来改变和 控制，使用不甚方便，而且定时精度也不 高。
对8253来讲，外部输入到CLK引脚上的时钟脉冲 频率不能大于2.6MHZ，否则需分频后才能送到CLK端。
内部总线 初值寄存器
控制单元
减1计数器
OUT CLK GATE
输出锁存器
图9.2 计数器内部逻辑图
二、8253的引脚信号
8253是 一片具有3 个独立通 道的16位 计数器/定 时器芯片， 使用单一 +5V电源， 24引脚双 列直插式 封装，如 图9.3所示
OUT
3 2 1 0 FF 3 2
图9.5(a) 方式1 正常计数
CW = 12 LSB = 3 WR CLK GATE OUT 3 2 1 3 2 1 0
图9.5(b) 方式1时GATE 信号的作用
CW = 12 WR CLK GATE
LSB = 2
LSB=4
OUT
2 1 0 FF FE 4 3
CW = 14 WR CLK GATE OUT
LSB = 3
3
2
1
3
2
1
3
a. 方式2 正常计数
图9.6(a) 方式2 正常计数
CW = 14 WR CLK GATE OUT
LSB = 3
3
2
2
3
2
1
3
图9.6(b) 方式2时GATE信号的作用
b. 方式2 GATE信号的作用
CW = 14
LSB = 4
调度。
定时器和计数器都由数字电路中的计数电路构成。 前者记录高精度晶振脉冲信号，因此可以输出准确的时 间间隔，称为定时器，而当记录外设提供的具有一定随 机性的脉冲信号时，它主要反映脉冲的个数，称为计数 器。
定时的方法有3种：软件定时、不可编程的硬件定 时和可编程的定时。
1. 软件定时
根据CPU执行每条指令需要一定的时间， 重复执行一些指令就会占用一段固定的时间， 通过适当地选取指令和循环次数便很容易实现
用方式4工作时，GATE门控信号只是 用来允许或不允许定时操作的，定时的 执行过程由装入的初值决定，波形图如 图9.8(a)、(b)、(c)所示。
图9.8(a) 方式4 正常计数
CW = 18 WR CLK GATE OUT
LSB = 3
3
2
1
0
FF
a. 方式4 正常计数
图9.8(a) 方式4 正常计数
本章内容
· 定时与计数技术及应用 定时/计数器 —— 8253
学习目的
了解定时/计数技术的应用情况
掌握8253的连接与编程
熟习8253的工作方式
9.1 定时与计数
定时计数技术在计算机中具有极为重要的
作用。微机控制系统中，常要按一定的采样周
期对处理对象进行采样或定时检测某些参数等， 用计数器对外部事件计数，即记录外设提供的 脉冲个数。在实时操作系统和多任务操作系统 中，可以利用定时器产生的定时中断进行进程
2. 与外部设备的接口信号
（1）CLK0（CLK1，CLK2）——时钟脉冲输入端，用于输 入定时脉冲或计数脉冲信号。CLK可以是系统时钟脉冲，也 可以是由其他脉冲源提供。8253规定加在CLK引脚的输入时 钟周期不得小于380ns； （2）GATE0（GATE1，GATE2）——门控输入端，用于外 部控制计数器的启动或停止计数的操作。当GATE为高电平 时，允许计数器工作，当GATE为低电平时，禁止计数器工 作； （ 3 ） OUT0（OUT1，OUT2）—— 计数输出端。在不同工 作方式中，当计数器计数到 0 时， OUT 引脚上必输出相应的 信号。
2. 8253的内部结构
8253的内部结构如图9.1所示，由数据总线缓冲器、 控制寄存器、读/写控制逻辑和计数器等部分组成。
图9.1 8253的内部结构示意图
（1）数据总线缓冲器
该缓冲器为8位双向三态的缓冲器，可直接 挂在数据总线上。CPU通过8位数据总线D0~D7传
送如下信息：
①向控制寄存器写入控制字。 ②向某计数器写入计数初值。 ③CPU通过缓冲器读取计数器的当前计数值
LSB = 5
CLK GATE OUT 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1
b. 方式3 计数值为奇数时的波形
图9.7(b) 方式3 计数值为奇数时的波形
CW = 16 WR
LSB = 4
CLK GATE
OUT 4 3 2 1 4 4 4 3 2 1
c. 方式3 GATE信号的作用
图9.7(c) 方式3 GATE信号的作用
三、8253的工作方式
8253 是一种面向微机系统的专用接口芯片，它的 每一个计数器都可以按照控制字的规定有 6 种不同的工 作方式， 每种工作方式中都有以下三种情况：
* 正常计数的波形图；
* 正在计数过程中改变门控信号GATE后对整个计
数工作的影响；
* 正在计数的过程中改变计数值对整个计数工作的
CW = 18 WR CLK GATE OUT
LSB = 3
3
3
3
2
1
0
FF
b. 方式4 GTAE信号的作用
图9.4(c) 方式0时计数过程中改变计数值
注意
8253写计数值是由CPU的WR信号控 制的，在WR信号的上升沿，计数值被送 入对应计数器的计数值寄存器，在WR信 号上升沿之后的下一个CLK脉冲才开始计 数。如果设置计数初值N，输出OUT是在 写入命令执行后，第N+1个CLK脉冲之后， 才变为高电平的。后面的方式1、2、4、5 也有同样的特点。
CW = 16 WR CLK GATE OUT
LSB = 5
LSB = 4
5
4
3
2
1
4
3
d. 方式3 计数过程中改变计数值
图9.7(d) 方式3 计数过程中改变计数值
5. 方式4 —— 软件触发选通方式 (Software Triggered Strobe)
软件启动，不自动重复计数。装入初值后输出端变 高电平，计数结束输出一个CLK宽度的负脉冲
LSB =5
WR
CLK
GATE OUT
4 3 2 1 5 4 3
图9.6(c) 方式2时计数过程中改变计数值
4. 方式3 —— 方波发生器 (Square Wave Generator)
软、硬件启动，自动重复计数。装入初值后OUT端变 高电平，然后OUT连续输出对称方波：
前 N/2或（N+1）/2 个CLK，OUT为高， 后N/2或（N-1）/2 个CLK， OUT为低。
3
2
1
0
FF
a. 方式0 正常计数
图9.4(a) 方式0 正常计数
CW = 10 WR CLK GATE OUT
LSB = 3
3
2
2
2
1
0
FF
图9.4(b) 方式0时GATE 信号的作用
CW = 10 WR CLK GATE OUT
LSB = 3
LSB = 2
3
2
1
2
1
0
FF
C. 方式0 计数过程中改变计数值
表9.1 8253读/写操作逻辑表 CS RD WR A1 A0
寄存器选择和操作
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
1 1 1 1 0 0 0 0 × 1
0 0 0 0 1 1 1 1 × 1
0 0 1 1 0 0 1 1 × ×
0 1 0 1 0 1 0 1 × ×
写入计数器0 写入计数器1 写入计数器2 写入控制字寄存器 读计数器0 读计数器1 读计数器2 无操作 禁止使用 无操作
9.2 Intel 8253可编程定时器/计数器
一、8253的基本功能和内部结构
1. 8253 PIT的基本功能
（1）3个独立的16位计数器，最大计数范围为0~65535； （2）每个计数器均可以按二进制或二—十进制计数； （3）计数器速率可达2.6MHz； （4）可编程6种不同的工作方式； （5）所有输入和输出都与TTL兼容。 8253具有较好的通用性和使用灵活性，几乎适合于任 何一种微处理器组成的系统。
3.可编程的定时 在微机系统中，常采用软件、硬件相 结合的方法，用可编程定时计数器芯片构 成一个方便灵活的定时计数电路。这种电 路不仅定时值和定时范围可用程序确定和 改变，而且具有多种工作方式，可以输出 多种控制信号，它由微处理器的时钟信号 提供时间基准，故计时也精确稳定。如 Intel 8253。
（3）控制寄存器
接收从CPU来的控制字，并由控制字的D7、D6位的 编码决定该控制字写入哪个计数器的控制寄存器，控制 寄存器只能写入，不能读出。
（4）计数器
当8253用作计数器时，加在CLK引脚上脉冲的间隔 可以是不相等的；当它用作定时器时，则在CLK引脚应 输入精确的时钟脉冲，8253所能实现的定时时间，取决 于计数脉冲的频率和计数器的初值，即：定时时间=时 钟脉冲周期Tc×预置的计数初值n。