第八章 8254

读/写操作说明
写计数通道0的CR 写计数通道1的CR 写计数通道2的CR 写控制寄存器 读通道0的OL或SL 读通道1的OL或SL 读通道2的OL或SL 无操作 禁止使用 无操作
0
1 0
0
× 1
1
×
1
× ×
1
× ×
1
8.2.4 六种工作方式
8254中各计数器通道均有6种工作方式可供选择:



式2可以连续自动工作，方式4由软件触发启动，方式5由硬件触发启动。
8.2.5 应用编程
与其他可编程芯片一样，为了使用8254，必 须通过读/写操作对它编程。包括：

初始化 编程

工作之前写入控制字，以确定每个 计数器通道的工作方式。 工作之前写入每个计数器通道的计 数初值。
注意：启动条件是GATE正跳变，高电平对启动平无效；
1.方式0 2.方式1 3.方式2
4.方式3
5.方式4 6.方式5
方式5输出波形与方式4相同。两种工作方式的区 别是： 方式4为软件启动计数，即GATE＝1，写入 计数初始值时启动计数； 方式5为硬件启动计数，即先写入计数初始值， 由GATE的上升沿触发，启动计数。 方式1、5重触发条件都GATE正跳变区别： 方式1 要求是OUT变为高电平前，； 方式5 可以自动重新装入初值。


方式３是方波方式。OUT输出的是方波或近似方 波信号：
GATE=1 OUT 写入计数值 nTCLK
方式３的工作特点：

若计数初值 n 为偶数， OUT 输出周期为 n 个 CLK周期的标准方波。
若n为奇数，OUT端得到的是近似方波。
GATE 变低电平时停止计数 ; 而当 GATE 由低 重新变高时,重新由初值开始计数。
方式4的工作特点：

软件装入的计数初值只一次有效。 计数过程中若 GATE 变低，则停止计数，直到 GATE恢复到高时，重新从初值开始减1计数。 计数过程中若改变 ( 重写 ) 计数初值，将从改变 之后的下个 CLK 脉冲起，按新初值重新开始计 数。

方式4的定时波形（软件触发选通）
1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5
GATE=1 OU 写入计数值 T nTCLK
方式2的工作特点：

自动重复计数。
可由软件通过写计数初值启动,也可由GATE 上升沿启动。
GATE变低电平时停止计数;而当GATE由低 重新变高时,重新由初值开始计数。

方式2的定时波形：（n分频方式）
1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3
①允许的最高计数频率不同； ②8254中有状态寄存器和状态锁存器，而8253没有； ③8254有读回命令，而8253没有。
8.2.3 内部端口寻址与读写控制
CS 0 0 0 0 0 0 0
RD
1 1 1 1 0 0 0
WR
0 0 0 0 1 1 1
A1
0 0 1 1 0 0 1
A0 0 1 0 1 0 1 0


计数过程中写入新的计数初值，从写入后下一个时钟脉冲开 始，以新的初值计数。（改变初值的对输出的影响）
方式0的定时波形
n ->CR
CR ->CE 不计数
CLK WR
n=4 4 3 2 1 0 n=5 5
软件启动
下一脉冲 影响计数 下一脉冲 影响计数
1.方式0 2.方式1 3.方式2
4
3
2
n=3
在设置8254的工作方式时，需要注意上述六种工作方式的一些特点： 方式0, 1, 4的计数初始值无自动加载功能，当一次计数结束后，若要继续计 数，需要再次编程写入计数值； 方式2和方式3的计数初始值有自动加载功能，只要写入一次计数值，就可以 连续进行重复计数。 方式2, 4, 5的输出波形虽然相同，即都是宽度为一个时钟周期的负脉冲，但方
影响计数
n=3
3
2
1
0
n=3
3
2
3 2
n=4 1
0
4
3
单脉冲 宽度
单脉冲宽度
单脉冲
① 正常计数过程
②
6.方式 5 启动计数
③
计数过程可重触发 改变计数初 值的影响 脉冲宽带= n倍CLK周期
GATE上升沿触发=硬件触发。
方式1的应用:
实时监控器(看门狗电路)
方式2的基本功能：
1.方式0
2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5 方式2是速率波发生器方式。OUT端输出一周 期性负脉冲序列：
3
2
1
0
4.方式3
5.方式4 6.方式5
初始化后为 低电平
GATE
OUT
继续计数值 停止计数
①
INTR
②
门控信号的作用
③
INTR
正常计数过程
改变计数初值
注意：在时钟脉冲CLK的下降沿，计数器减“1”计数。 CPU写计数初值到CR后，CR内容并不立即装入CE。在下 一个CLK脉冲下降沿才将CR内容装入CE，该脉冲不计数。
CLK WR
n=4
下一周期影响计数
4
3
2
1
0 4 3 2 1
4 0
3
4
1
0 4
n=5 3 2 1
5 0
4
GATE OUT
5.方式4
6.方式5
①
停止计数
重复周期
重装计数值
②
③
正常计数过程
门控信号的 作用
改变计数初 值的影响
方式2的应用:
产生矩形波分频
方式３的基本功能：
1.方式0
2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5
③
GATE的影 响
初值为偶数的计数
初值为奇数的计数
方式3的应用:
产生方波分频
方式4的基本功能：
1.方式0 2.方式1 方式 4 是软件触发选通方式。它与方式 0 的功能 很相似，主要差别是计数结束时，在 OUT 端产生 的是一个宽度为1个CLK周期的负选通脉冲。
3.方式2
4.方式3 5.方式4 6.方式5
第八章定时器/计数器电路
2011.10.26
8.1.1 实现定时延时的控制方法
在计算机应用中， MPU和I/O设备需要时钟 和定时脉冲 ，实现定时/延时。
实现定时/延时的方法：
软件定时；


不可以编程硬件定时 ；
可编程硬件定时。
定时 = 计数 ！
8.1.2可编程定时器/计数器的典型结构和主要用途
方式0的基本功能
计数结束中断方式，OUT输出波形如下：
GATE=1 OUT 写入初值 计数开始
1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5
写入控制字
方式0的工作特点

计数结束 CE=0
计数由软件启动。每次写入计数初值，只启动一次计数。
计数过程中,如果GATE=0则暂停计数,直到GATE=1后再接着 计数。 （GATE 的对输出影响）。 CPU写计数初值到CR后，CR内容并不立即装入CE，而是在 其后的下一个 CLK 脉冲下降沿才将 CR 内容装入 CE ，对该 CLK脉冲不计数(方式0-4相同)。所以，若计数初值为n， 必 须在出现n+1个CLK脉冲后。OUT才变高。
方式0的应用
1.方式0
2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5
外部事件计数 频率计 测脉冲宽度
方式1的基本功能
方式1是硬件可重触发单稳方式。计数器相当于一个可编 程的单稳态触发电路。
1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5
OUT
写入计数值 GATE
计数开始 计数结束 CE=0
方式1的工作特点
GATE上升沿启动计数 可重触发在（在CE=0前且GANTE 上升沿）
N->CR
重装计数值
方式1的定时波形（硬件可重触发单稳） CR送CE,并计数
1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4
CLK WR GATE OUT
方式5的定时波形（硬件触发选题）
计数过程改变初 值不影响计数 硬件触发，以 新初值计数
1.方式0
2.方式1 3.方式2
CLK
WR
n=4 4 3 2 1 0 n=5 5 4 3 2 1 0
4
3
2
1
0
4.方式3
5.方式4 6.方式5
GATE
OUT
硬件触发 输出负脉冲 启动计数
正常计数
改变初值的影响
RD WR A1 A0
CS
读写 控制 逻辑
计数 器通 道1
CLK1 GATE1
OUT1
控制字 寄存器
计数 器通 道2
CLK2 GATE2
OUT2
3通道共有！ 内部结构图
脉冲间隔不一定相同，而定时脉冲要求周期一定。
每个计数器既可用作计数器，又可用作定时器，差别在于：计数
8
SL
SR
CR：计数初值寄存器 CE：计数工作单元 CPU不能直接读写。 OL：输出锁存器 读回命令控制。 SR：状态寄存器 工作方式、OUT状态、 CR内容已装入CE状态。 SL：状态锁存器 读回命令控制。
方式5的基本功能：
1.方式0
2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5
方式5是硬件触发选通方式。它与方式1很类似， 也是由硬件触发启动计数,差别在于OUT端产生的 是一个宽度为1个CLK周期的负选通脉冲。
方式5的工作特点：

硬件触发（GATE正跳变）启动计数。 当计数值计到0后，自动重新装入初值n，但 并不开始计数，而是待 GATE 端出现新的上 升沿后才重新作减1计数。

方式0 方式1 方式2 方式3 方式4 方式5
— — — — — —
计数结束中断方式 硬件可重触发单稳方式 速率波发生器方式 方波方式 软件触发选通方式 硬件触发选通方式
门控信号GATE的功能 输出信号OUT的波形 启动计数的条件和改变初值的影响
所有工作方式都应遵循以下规则：
① 控制字写入控制寄存器后，选择工作方式，同时使控制 逻辑电路复位，CR清零，输出信号OUT进入初始状态 （高电平或低电平）。 ②在时钟脉冲CLK的下降沿，计数器减“1”计数。 ③ 通常在时钟脉冲CLK的上升沿对门控信号GATE采样。 在不同工作方式下，对门控信号的触发方式有不同的要求。 ④计数初始值写入CR后，经过一个时钟周期，送入CE (方式0-4）； ⑤对于二进制数 0000H值最大（65536）.
软件启动（第一次） CLK WR
n=4 4 3 2 1 0 n=4 4 3 4 3 2 n=3 1 3 2 1 0
软件启动（第二次）
下一时钟影 改变初值 响计数
GATE OUT
① 计数结束， 输出负脉冲
停止计数 ②
重新计数 ③
正常计数
GATE的影响
改变初值的影响
方式0，4的共同点：初值一次有效。 区别：GATE从低变高时，0：接着计数 4：重装，重新计数
计Hale Waihona Puke Baidu通道内部结构
基本工作原理：
写入控制字，设置工作方式，OUT处于工作方式对应初始状态，逻辑电 路复位， CR清零； 程序设置CR初值；CR内容送CE ； CLK对计数器CE减法计数;
写CR初值，在GATE控制下，在CLK作用下，CR传入CE， 并开始CE - - ;
i8254是i8253的改进型，两者的功能基 本相同，硬件组成、外部引脚和编程特性完 全兼容。差别只在三点：
方式3的定时波形
1.方式0 2.方式1 3.方式2
CLK
CR→CE，并立即 做CE-1操作。其他 方式是下一个CLK 下降！
WR
GATE OUT
n=4 4 2 0 4 2 0
n=5 42 0
重装计数值
420 4 20 420 4 222
4.方式3
5.方式4 6.方式5
标准方波
①
近似方波
②
停止计数
……
8.2.可编程定时器/计数器芯片8254
8.2.1 基本功能
8254具有以下基本功能：

有3个独立的16位计数器通道 每个计数器可按二进制或十进制(BCD)计数 每个计数器可工作于6种不同工作方式 每个计数器允许的最高计数频率为10MHz (8253 为2MHz) 有读回命令(8253没有),可以读出当前计数单元的 内容和状态寄存器内容 每个计数器通道的逻辑功能完全相同，既可作 定时器用，又可作计数器用


8.2.2 内部结构及外部引脚
D7～ D0
与微机相 连的引脚， 接口特 性 与8259和 各类存储器 芯片类似
数据总 线缓冲 器
内 部 总 线
计数 器通 道0
CLK0 GATE0
OUT0
每个计数器内含: 计数工作单元CE 与外部相 初值寄存器 CR 连的引脚， 状态寄存器 SR 取决于工 作方式 OL 输出锁存器 状态锁存器SL
数据 控制字寄存器 读 写 计数初值寄存器 控 计数器（计数工作单元） 制 逻 辑 片选 端口地址 状态锁存器 状态寄存器 输出锁存器 CLK
复位
准备就绪
GATE
OUT
可编程定时器/计数器的主要用途：
①以均匀分布的时间间隔中断分时操作系统，以便切换 程序； ②向I/O设备输出周期可控的定时信号； ③用作可编程波特率发生器； ④检测外部事件发生的频率或周期； ⑤统计外部某过程中某一事件发生的次数； ⑥作为向CPU的定时或定次数中断源；