微机原理-可编程计数器/定时器 8253/8254及其应用
微机原理-可编程计数器/定时器 8253/8254及其应用
在微型计算机系统中，常需要用到定时功能。在IBM PC机中，需要有一个实时时钟以实现计时功能。对动态RAM进行刷新。在计算机实时控制和处理系统中，要按一定的采样周期对处理对象进行采样。外部事件进行计数。Intel 8253就是一种能完成上述功能的计数器/定时器芯片，被称为可编程间隔定时器（Programmable Interval Timer，PIT）。8253内部具有3个独立的16位计数器通道，通过对它进行编程，每个计数器通道均可按6种不同的方式工作，并且都可以按二进制或10进制格式进行计数，最高计数频率能达到2MHz。
一、8253的内部结构和引脚信号
（1）数据总线缓冲器
数据总线缓冲器是8253与系统数据总线相连接时用的接口电路，它由8位双向三态缓冲器构成，CPU用输入、输出指令对8253进行读/写操作的信息，都经8位数据总线D~D传送。
传送信息包括：
①CPU在对8253进行初始化编程时，向它写入的控制字。
②CPU向某一计数器写入的计数初值。
③从计数器读出的计数值。
（2）读/写控制逻辑
可接收的信号有：
①CS片选信号，低电平有效，由地址总线经I/О端口译码电路产生。
②RD读信号，低电平有效。
③WR写信号，低电平有效。
④A1A0端口选择信号。在8253内部有3个计数器通道（0～2）和一个控制字寄存器端口。当A1A0 =00时，选中通道0；A1A0= 01时，选中通道1；A1A0 =10时，选中通道2；A1A0 =11时，选中控制字寄存器端口。
CS | RD | WR | A1A0 | 功能 |
|---|---|---|---|---|
0 | 1 | 0 | 00 | 写入计数器0 |
0 | 1 | 0 | 01 | 写入计数器1 |
0 | 1 | 0 | 10 | 写入计数器2 |
0 | 1 | 0 | 11 | 写入控制字寄存器 |
0 | 0 | 1 | 00 | 读计数器0 |
0 | 0 | 1 | 01 | 读计数器1 |
0 | 0 | 1 | 10 | 读计数器2 |
0 | 0 | 1 | 11 | 无操作 |
1 | × | × | ×× | 禁止使用 |
0 | 1 | 1 | ×× | 无操作 |
（3）计数器0～2
8253内部包含3个完全相同的计数器/定时器通道，对3个通道的操作完全是独立的。每个通道都包含一个8位的控制字寄存器、一个16位的计数初值寄存器、一个计数器执行部件（实际的计数器）和一个输出锁存器。执行部件实际上是一个16位的减法计数器。
每个通道工作时，都是对输入到CLK引脚上的脉冲按二进制或10进制（BCD码）格式进行计数。
定时时间 = 时钟脉冲周期tc × 预置的计数初值n
（4）控制字寄存器
规定各计数器通道的工作方式、读写格式和数制。
SC1SC0通道选择位
SC1SC0 = 00,01,10 分别表示向8253的计数器通道0～2写入控制字。SC1SC0 = 11时无效。
RL1RL0
RL1RL0 =01，表示只读/写低8位字节数据，只写入低8位时，高8位自动置为0。
RL1RL0 =10，表示只读/写高8位字节数据，只写入高8位时，低8位自动置为0。
RL1RL0 =11，允许读/写16位数据。由于8253的数据线只有8位（D7∼D0），一次只能传送8位数据，所以读/写16位数据时必须分两次进行，先读/写计数器的低8位字节，后读/写高8位字节。
RL1RL0 =00，把通道中当前数据寄存器的值送到16位锁存器中，供CPU读取该值。
二、初始化编程步骤和门控信号的功能
2-1 8253的初始化编程步骤
（1）写入控制字
用输出指令向控制字寄存器写人一个控制字，以选定计数器通道，规定该计数器的工作方式和计数格式。写入控制字还起到复位作用，使输出端OUT变为规定的初始状态，并使计数器清0。
（2）写入计数初值
用输出指令向选中的计数器端口地址中写人一个计数初值
初值若是8位数，则只要用一条输出指令就可完成初值的设置。如果是16位数，则必须用两条输出指令来完成，而且规定先送低8位数据，后送高8位数据。注意，计数初值为0时，也要分成两次写入，因为在二进制计数时，它表示65536，BCD计数时，它表示10000。
2-2 门控信号控制功能
三、8253的工作方式
3-1 方式0-计数结束中断方式
当对8253的任一个通道写入控制字，并选定工作于方式0时，该通道的输出端OUT立即变为低电平。
要使8253能够进行计数，门控信号GATE必须为高电平。
向计数通道写入初值n（=4）时，则WR0变成低电平。
在WRn上升沿后的下一个时钟脉冲的下降沿时，才把n装入通道内的实际计数器中，开始进行减1计数。
这个由低到高的正跳变信号，可以接到8259A 的中断请求输入端，利用它向CPU发中断请求信号。
3-2 方式1-可编程单稳态输出方式
当CPU用控制字设定某计数器工作于方式1时，该计数器的输出OUT立即变为高电平。
必须等到GATE由低电平向高电平跳变，形成一个上升沿后，才能在下一个时钟脉冲的下降沿。
当计数器的值减为零时，输出端OUT产牛由低到高的正跳变。这样，就可在OUT引脚上得到一个负的单脉冲，单脉冲的宽度可由利序来控制，它等于时钟脉冲的宽度乘以计数值n。
3-3 方式2-比率发生器
如果 GATE为高电平，则在写人计数值后的下一个时钟脉冲时，将计数值装入执行部件。
每隔n个时钟脉冲就产生一个负脉冲，其宽度与时钟脉冲的周期相同，频率为输入时钟脉冲频率的n分之一。这实际上是一种分频工作方式。
写入新初值n′，下次计数按n′计数。
当GATE变为低电平时，将迫使OUT变为高电平，并禁止计数。
3-4 方式3-方波发生器
从输出端得到的不是序列负脉冲，而是对称的方波或基本对称的矩形波
写入计数器的初值为偶数，则当8253进行计数时，每输入一个时钟脉冲，均使计数值减2。
如果写入计数器的初值为奇数，则当输出端ОUT为高电平时，第一个时钟脉冲使计数器减1，以后每来一个时钟脉冲，都使计数器减⒉，当计数值减为0时，输出端OUT由高电平变为低电平，同时自动重新装入计数初值继续进行计数。这时第一个时钟脉冲使计数器减3，以后每个时钟脉冲都使计数器减⒉，计数值减为0时，OUT端又回到高电平，并重新装入计数初值后，开始下一轮循环计数。
当写入的计数初值为偶数时，输出完全对称的方波，写人初值为奇数时，其输出波形的高电平宽度比低电平多一个时钟周期。
3-5 方式4-软件触发选通
如果GATE为高电平，那么写入计数初值后，在下一个时钟脉冲后沿将自动把计数初值装入执行部件，并开始计数。
计数过程是由软件把计数初值装入计数寄存器来触发的。
3-6 方式5-硬件触发选通
当装入计数值n后，不管GATE是高电平还是低电平，减1计数器都不会工作。
方式1用来产生单脉冲。
方式2用来产生序列负脉冲，每个负脉冲的宽度与CLK脉冲的周期相同。
方式3用于产生连续的方波。方式2和方式3都实现对时钟脉冲进行n分频。
方式4和方式5的波形相同，都在计数器回О后，从OUT端输出一个负脉冲，其宽度等于一个时钟周期。但方式4由软件（设置计数值）触发计数，而方式5由硬件（门控信号GATF）触发计数。