8253微机原理

(4) 方式3 —— 方波频率发生器
同频率发生器，区别在于，方波频率发生器在计数过程中输出一半时间为 高，一半时间为低。即其输出是N（N为计数值）个CLK脉冲的方波。
特点： 1. 若计数值为偶数，在装入计数值后，每个CLK脉冲使计数值减2，当计数 到 0 时，一方面输出改变状态，一方面重新装入计数值开始新的计数。 若计数值N 为奇数，则（N+1)/2个CLK脉冲为高电平，（N-1)/2个CLK脉冲为低电平。
注： ① 写入控制字后，所有控制逻辑电路复位，输出端OUT进入 初始状态。 ② CPU向8253写入的计数初值，要在CLK端输入一个正脉冲 （ ）后才能被真正装入指定通道（若在此CLK下降沿之前 读计数器，则其值是不定的）。 之后再次输入时钟脉冲（CLK ）才开始计数，且每次在脉冲的下降沿减1计数。 即：写入计数初值后，经过一个CLK，8253才开始计数。
0
0 1
1
1 ×
0
0 ×
1
1 ×
0
1 ×
8253的控制字
◆ 8253控制字可以选择计数器、工作方式、计数数制（ 2#或 10#——BCD码），以及计数器的读/写方法等。 ◆ 8253控制字格式（8位） ：
D7 SC1 D6 SC0 D5 RW1 D4 RW0 D3 M2 D2 M1 D1 M0 D0 BCD
门控信号（GATE） 计数状态信号（OUT）
计数初值寄存器
计数值锁存器
◆计数功能实现过程： 在预先设置好计数初值后，便开始对外部给的触发脉冲做减 “1”计数，当计数值减为“0”时，输出一个“计数到”的信 号。
定时/计数器的特点与应用
◆触发计数减1功能的信号必须是触发脉冲信号。 ◆计数器的触发脉冲信号可以是周期恒定，也可以是周期随 意，仅当计数值减到“0”时，输出一个计数结束信号。 ◆定时器的触发脉冲信号必须是周期恒定的时钟信号，在计 数值减到“0”时，输出一个计数为“0”的信号；并把计数 初值自动重新装入，再继续重复做减“1”计数，从而输出 一个恒定的周期性信号。 ◆定时/计数器的应用： 在多任务系统中产生定时中断信号，实现多任务程序的分 时切换； 在定时数据采集，或者实时控制系统中，产生精确的对外 部事件的计数信号，或定时控制信号； 常做一个可编程的波特率（时钟）发生器使用。
计数器选择
0 0: 计数器0 0 1: 计数器1 1 0: 计数器2 1 1: 无意义
读/写方法
0 0：锁存计数值命令 0 1：只读/写低8位 1 0：只读/写高8位 1 1：读/写16位 ( 先低8位后高8位)
工作方式选择
0 0 0：方式0 0 0 1：方式1 ×1 0：方式2 ×1 1：方式3 1 0 0：方式4 1 0 1：方式5
8253的计数初值
◆8253计数初值N的计算： N=CLK输入频率/OUT输出频率 ◆设置计数初值N要符合控制字的计数器位数规定。 若用低位字节，或高位字节计数，8位计数初值一次写。 若用高、低位字节计数，16位计数初值分两次写入，先写 低字节，后写高字节。 ◆计数初值0是计数器所能容纳的最大计数值。
8253方式0~方式5 的输出波形
（正常计数的OUT状态）
写控制字 写N=4
WR CLK
减1计数器的值 方式0 OUT 方式1 OUT 4 3 2 1 。。。
方式2 OUT
方式3 OUT 方式4/5 OUT
未定态
计数初态
计数态
结束态/计数态
(1) 方式0 —— 计数结束中断
当控制字写入控制字寄存器时，即使OUT输出端变低，在写入计数初值后， 计数器开始计数（此时GATE信号必须为高），计数结束后OUT输出端变高。
特点： 2. GATE信号能使计数过程重新开始。GATE=0，计数停止，当GATE=1后， 计数器将重新装入计数初值，重新开始计数。
特点： 3. 若在计数期间写入新的计数值，并不影响现行计数过程。但若此时收到 GATE信号，则计数器将在下一个CLK脉冲时装入新的计数值并开始计数。
(5) 方式4 —— 软件触发选通
数制选择
0：二进制 1：BCD码
2.初始值命令
计数器的初始值可以是8位，也可以是16位。如果是16位，则 要用2条指令来完成计数初值的设定，先写入低8位字节，后写入高 8位字节。如果是8位，在计数器内部全部当成16位的两字节处理， 缺少的字节自动补上0。
3.锁存命令
锁存命令是为了配合CPU读计数器当前值而设置的。 在读计数器时必须先用锁存命令将当前计数值在输出锁 存器中锁定，才可由CPU输入。
控制寄存器
D7~D0
数据总线 缓冲器
计数器0
初值寄存器
减1计数器
RD
WR
CS A1 A0
读/写 控制 逻辑
输出锁存器
CLK0 GATE0 OUT0
计数器1 计数器2
CLK1 GATE1 OUT1 CLK2 GATE2 OUT2
(2) 结构
8位双向三态。用于与CPU交换信息。 • 初始化时，CPU向其写入命令字等， 计数值； • CPU读取计数值。
计数器/
定时器通 接收来自系统总线 的控制信号，以产 生控制整个芯片工 作的控制信号 数据总线 缓冲器 计数器 0号 道。 由16位的 可预置值 的减法计 数器构成。 读/ 写 逻辑 计数器 1号
初始化时，由CPU 写入控制字以决定 某通道的工作方式。
控制字 寄存器
计数器 2号
8253的管脚性能
◆ D7~D0：8位、双向、三态数据线，直接和系统数据总线 连接。 ◆ CS：片选信号，低电平有效。 ◆ RD，WR：读信号，写信号，低电平时有效。 ◆ A1，A0：8253端口选择线。00~10分别选择计数器0~2， 11选择控制端口。 ◆ CLK0~CLK2：分别是计数器0~2的计数脉冲输入端，做计 数速率的控制。 ◆ GATE0~GATE2：分别是计数器0~2门控输入端，做计数 允许/禁止的控制 。 ◆ OUT0~OUT2：分别是计数器0~2的输出端，做计数器计数 状态的输出。
特点： 4. 在计数过程中，CPU可改变计数初值，这时计数过程不受影响，计
数到 0 后输出为高。若再次触发启动，则计数器将按新的计数值计数。 所以改变计数值是下次有效的。
(3) 方式2 —— 频率发生器
当控制字写入控制字寄存器后，OUT输出为高。在写入计数值后，计数 器将立即自动对输入脉冲 CLK 计数。在计数过程中，OUT一直保持为高， 直到计数器减到 1 时，OUT变低，经过一个CLK后，OUT恢复为高，计数器 重新开始工作。
特点： 4. 8253内部没有中断控制电路，也没有专用的中断请求引线，因此， 若要用于中断，则可用OUT 信号作为中断请求信号，但需要有外接 的中断优先权排队电路与中断向量产生电路。
在PC机中，用 8259A 作中断优先权排队电路与中断向量产生电路。
(2) 方式1 —— 可编程的单拍脉冲
当控制字写入控制字寄存器后，OUT输出保持为高，当CPU写完计数值后， 计数器并不开始计数，直到 GATE 信号启动之后的下一个输入CLK脉冲的下降沿
8253操作的控制逻辑
CS 0 0 0 0 0 0 RD 0 0 0 0 1 1 WR 1 1 1 1 0 0 A1 0 0 1 1 0 0 A0 0 1 0 1 0 1 操作说明
计数器0→数据总线 计数器1→数据总线 计数器2→数据总线 非法状态 数据总线→计数器0 数据总线→计数器1 数据总线→计数器2 数据总线→控制寄存器 D7~D0呈高阻状态
在这种方式下，当写入控制字后，输出为高，当写入计数值后立即开始计数。 计数到 0 后，输出变低，经过一个CLK周期，输出又变高，计数器停止计数。这 种计数方式是一次性的，当输入新的计数值后，才能开始新的计数。
特点： 1. CPU写入计数值的下一个CLK脉冲，将计数值装入计数器，再下一个 CLK脉冲开始计数，即在装入计数值后的第 N+1 个脉冲后，才输出一个 负脉冲。
例如，（8253端口地址40H~43H） MOV AL，40H ；计数器1的锁存命令 OUT 43H，AL IN AL，41H ；读低8位计数值 MOV CL，AL IN AL，41H ；读高8位计数值 MOV CH，AL ；CX中为读取的16位计数值
8253的读操作编程
8253的工作方式
◆8253有六种工作方式： 方式0──计数结束产生中断 方式1──可重复触发的单稳态（脉冲）触发器 方式2──频率发生器（分频器） 方式3──方波频率发生器 方式4──软件触发选通信号发生器 方式5──硬件（GATE）触发的选通信号发生器 ◆六种工作方式的主要区别： 输出波形不同； 启动计数的触发方式不同； 门控（GATE）信号对计数过程的影响不同； 计数过程中，修改计数初值对计数过程的影响不同。
微机Leabharlann Baidu理与接口技术
第 6 章 控制器接口
6.3 定时/计数器
6.3.1 定时/计数器工作原理
6.3.2 可编程定时/计数器8253 6.3.3 8253应用例
本节复习题
计数器/定时器工作原理
◆计数器/定时器是一个具有可编程计数功能的专用芯片。 ◆计数器/定时器的结构：
D 7 ~ D0
“写” 减1计数器 “读” D7~ D0 触发脉冲信号（CLK）
8253的初始化设置
◆8253计数器的初始化设置：
1. 设置控制字
2. 设置计数初值N ◆8253的计数器设置之后，当检测到门控（GATE） 信号有效时，计数器按照其设置工作。 ◆控制字——“写”到控制端口
◆计数初值N ——“写”到对应的计数器端口
8253初始化： 对一个通道
先写入控制字 再写入时间常数（计数初值）
特点： 2. GATE=0，禁止计数，GATE=1，允许计数。因此要做到软件触发， GATE必须保持为高。但GATE不影响输出。
特点： 3. 若在计数期间写入新的计数值，则按新的计数值重新开始计数。
(6) 方式5 —— 硬件触发选通
8位计数初值0，若做2# 计数值是256（100H），若做10# （BCD码）计数值是100；
16位计数初值0，若做2#计数值是65536（10000H），若做 10#（BCD码）计数值是10000 。
◆读取计数器的当前值，可以动态了解计数情况。 ◆ 8253计数器的读操作有直接读和锁存读两种。 直接读操作：计数输出寄存器随减1计数寄存器一直在动态 变化，直接读得不到稳定值，不太可靠（一般不用）。 锁存读操作：先用锁存命令（控制字D5D4为00）把计数值 锁存到计数输出寄存器，然后再读。当计数值读走后，锁 存功能自动失锁。
00010000
特点： 1. 计数器只计一遍。当计数到 0 时，并不恢复计数初值，不开始重新 计数，且输出一直保持为高。只有在写入下一个计数值时，OUT 变低，开始新的计数。
特点： 2. 在计数过程中，可由门控信号GATE控制暂停。GATE=0, 计数暂停， GATE变高后，接着计数。
特点： 3. 在计数过程中，可改变计数值。在写入新的计数之后，计数器按新 的值重新开始计数。
开始计数），OUT输出端变低。在整个计数过程中，OUT 都维持为低，直到计数 为 0 时，输出变为高，输出一个单脉冲。
特点： 1. 若设置的计数值为N，则输出的单脉冲宽度即为N个输入脉冲间隔。 2. 当计数到 0 后，可再次由外部触发启动，输出一个同样宽度的 单拍脉冲，而不用再次送计数值。
特点： 3. 在计数过程中，外部可发门控信号进行再触发，在触发脉冲上升沿 后的下一个CLK脉冲的下降沿，计数器将重新开始工作。
特点： 1. 不用重新设置计数值，计数器能够连续工作，输出固定频率的脉冲。
特点： 2. 计数过程可由门控信号GATE控制。当GATE变低时，暂停计数；在 GATE变高后的下一个CLK脉冲使计数器恢复初值，重新开始计数。
特点： 3. 在计数过程中可以改变计数值，这对正在进行的计数过程没有影响， 但在计数到 1 输出变低后，下一个计数周期，计数器将按新的计数值计数。所 以改变计数值是下次有效的。
8253的主要功能
Intel 8253 定时/计数器的功能：
◆有3个独立的16位计数器通道，既可以做16位计数器，也 可以做8位计数器使用。
◆每个计数器可以选择 2# 计数，或者10# （BCD码）计数。 ◆每个计数器都可以编程设定6种工作方式之一。 ◆每个计数器最高计数速率可达2.6MHz。
8253的内部结构