第10章 可編程定時計數(shù)控制器

第10章可編程定時/計數(shù)控制器10.1定時/計數(shù)的基本概念10.2可編程定時/計數(shù)器Intel825310.38254簡介習(xí)題與思考題

定時與計數(shù)技術(shù)在計算機(jī)系統(tǒng)中具有極其重要的作用。微機(jī)系統(tǒng)都需要為CPU和外部設(shè)備提供定時控制或?qū)ν獠渴录M(jìn)行計數(shù)。例如，分時系統(tǒng)的程序切換，向外部設(shè)備輸出周期性定時控制信號，定時時間到發(fā)出中斷申請或外部事件統(tǒng)計達(dá)到規(guī)定值發(fā)出控制信號或提出中斷請求等。因此微機(jī)系統(tǒng)都必須有定時技術(shù)。

為獲得穩(wěn)定準(zhǔn)確的定時，必須有穩(wěn)定準(zhǔn)確的時間基準(zhǔn)。定時的本質(zhì)是計數(shù)，把若干小片的時間單元累加起來，就獲得一段時間。

定時的方法可以采用軟件或硬件兩種。10.1定時/計數(shù)的基本概念1.軟件定時方法

軟件定時方法利用CPU執(zhí)行指令需要若干指令周期的原理，運(yùn)用軟件編程，循環(huán)執(zhí)行一段程序產(chǎn)生延時，配合簡單輸出接口向外送出定時控制信號。這種方法優(yōu)點(diǎn)是不需要增加硬件或硬件很簡單，只需要編制相應(yīng)的延時程序以備調(diào)用。缺點(diǎn)是執(zhí)行延時程序會增加CPU的時間開銷，浪費(fèi)CPU的資源。2.硬件定時方法

硬件定時有專用的多諧振蕩器件或單穩(wěn)器件。使用這些定時器件獲得定時的缺點(diǎn)是改變定時要改變硬件，所以使用很不方便。目前在微機(jī)系統(tǒng)中都采用可編程通用定時器/計數(shù)器芯片。這種可編程芯片(1)使用靈活、定時時間長，改變定時時間或工作方式只要改變編程控制參數(shù)即可;(2)初始化編程后，就按設(shè)定的方式工作，不再占用CPU的資源。通用定時器/計數(shù)器芯片種類很多。生產(chǎn)微處理器公司，都推出自己的定時/計數(shù)器芯片。PC/XT機(jī)使用8253-5，而PC/AT使用8254-2。本章將對Intel8253/8254定時/計數(shù)器芯片進(jìn)行討論。8253和8254的引腳和操作方式完全一樣。Intel先推出8253，在8253的基礎(chǔ)上稍加改進(jìn)又推出8254。8254的改進(jìn)體現(xiàn)在兩方面：首先，8254的計數(shù)頻率比8253更快，8253可以從直流到5MHz，而8254-2可達(dá)10MHz。另外，8254將8253控制字的最高兩位D7D6=11的不用狀態(tài)，設(shè)置成一種有效控制字，稱為讀回命令。Intel8253是一片具有3個獨(dú)立16位計數(shù)器通道的可編程定時器/計數(shù)器芯片。每個通道都可以編程設(shè)定6種工作方式中的一種；每個計數(shù)器可設(shè)定為按二進(jìn)制計數(shù)或BCD碼計數(shù)，最高計數(shù)速率可達(dá)2.6MHz；使用單+5V電源，具有24條引腳雙列直插式封裝的大規(guī)模集成電路芯片；所有輸入輸出引腳都與TTL兼容。8253的讀/寫操作對系統(tǒng)時鐘沒有特殊的要求，可以應(yīng)用于由任何一種微處理器組成的系統(tǒng)中，作為可編程的方波頻率發(fā)生器、分頻器、實時時鐘、事件計數(shù)器和單脈沖發(fā)生器等。Intel8253有3個獨(dú)立的16位計數(shù)器，每個計數(shù)器都可以按照二進(jìn)制或BCD碼進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)速率可達(dá)2MHz（8254為10MHZ），每個計數(shù)器有6種工作方式，可編程設(shè)置和改變。它可用在多種場合，如方波發(fā)生器、分頻器、實時時鐘、事件計數(shù)等方面。10.2.1Intel8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

8253內(nèi)部由數(shù)據(jù)總線緩沖器、控制字寄存器、計數(shù)器和讀寫控制邏輯4部分組成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖10.1所示。10.2可編程定時/計數(shù)器Intel8253圖10.18253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

（1）數(shù)據(jù)總線緩沖器它與CPU的數(shù)據(jù)總線相連，是8位雙向三態(tài)緩沖器。CPU通過緩沖器對8253進(jìn)行讀計數(shù)器當(dāng)前計數(shù)值和寫計數(shù)初值及設(shè)置8253的工作方式。（2）控制字寄存器此寄存器只能寫入而不能讀出。在8253初始化時，由CPU寫入控制字來設(shè)置計數(shù)器的工作方式。當(dāng)A1A0=11B時，訪問控制字寄存器，它從數(shù)據(jù)總線上接收CPU送來的控制字，并由控制字的D7D6的編碼決定控制字寫入哪個計數(shù)器的控制寄存器，其余位數(shù)決定相應(yīng)計數(shù)器通道的工作方式、選擇計數(shù)器是按二進(jìn)制或BCD碼計數(shù)、并選擇相應(yīng)計數(shù)器初值的寫入順序。（3）計數(shù)器

計數(shù)器0、計數(shù)器1、計數(shù)器2是三個完全獨(dú)立、結(jié)構(gòu)相同的計數(shù)器，都是由16位可預(yù)置的減法計數(shù)器構(gòu)成。

每個計數(shù)通道都有CLK和GATE兩根輸入引腳和OUT一根輸出引腳。從編程的角度看，每個計數(shù)通道的結(jié)構(gòu)如圖10.2所示。圖10.28253內(nèi)部通道結(jié)構(gòu)圖

每個計數(shù)器通道，都包含一個用來接受初始計數(shù)值的16位計數(shù)寄存器CR，一個16位的計數(shù)器單元CE，一個用來鎖存CE內(nèi)容的16位的輸出鎖存器OL。CE的初值由CR的初始值裝入，并執(zhí)行從CLK引腳輸入的CLK脈沖的減1計數(shù)的任務(wù)，但CPU不能直接訪問CE。計數(shù)器的初始值必須在開始計數(shù)之前，由CPU用輸出指令預(yù)置入計數(shù)寄存器CR內(nèi)。每個計數(shù)器單元CE都可對其CLK輸入端的輸入脈沖，按照二進(jìn)制或BCD碼從預(yù)置的初始值開始進(jìn)行減1計數(shù)。當(dāng)預(yù)置的初始值減為零時，從OUT引腳輸出一個電平或脈沖信號。在計數(shù)開始和計數(shù)的過程中，計數(shù)器可以由GATE引腳輸入的門控信號控制。3個計數(shù)通道的操作是完全獨(dú)立的。而每個計數(shù)通道的CLK、OUT和GATE相互遵從何種關(guān)系，是由寫入每個通道的控制字(即工作方式)決定的。在計數(shù)過程中，CPU隨時可以用IN指令，將計數(shù)器的當(dāng)前值從輸出鎖存器OL中讀出。讀當(dāng)前計數(shù)值時，不用中斷計數(shù)器的時鐘輸入，也不會影響計數(shù)器的繼續(xù)計數(shù)。（4）讀/寫控制邏輯這是8253內(nèi)部操作的控制電路，它從系統(tǒng)控制線上接收輸入信號，然后轉(zhuǎn)變成8253內(nèi)部操作的各種控制信號。讀/寫邏輯受片選信號的控制，當(dāng)為高電平時，表明該8253芯片沒有被選中，讀/寫邏輯被禁止，8253就不能和CPU交換信息，數(shù)據(jù)總線緩沖器呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，芯片與系統(tǒng)總線脫離。所以對芯片的編程設(shè)置和對芯片的訪問都不能進(jìn)行。但計數(shù)器現(xiàn)行的計數(shù)工作可以繼續(xù)進(jìn)行，而不受電平變化的影響。讀/寫邏輯還受、、A1和A0的控制。由A1、A0不同信號組合決定CPU訪問哪個通道和通道內(nèi)哪個內(nèi)部寄存器，并由、控制內(nèi)部總線上數(shù)據(jù)的傳送方向。10.2.28253的外部引腳8253的引腳包括與系統(tǒng)相連接的引腳和與定時計數(shù)電路相連接的引腳兩部分。其外部引腳如圖10.3所示。圖10.38253的外部引腳圖1.與定時計數(shù)電路相連接的引腳（1）CLK引腳時鐘輸入引腳，每個通道的計數(shù)器單元CE，對CLK輸入脈沖進(jìn)行計數(shù)。CLK脈沖可以是系統(tǒng)時鐘脈沖，也可以由系統(tǒng)時鐘分頻或者是其它脈沖源提供。輸入脈沖可以是均勻、連續(xù)、周期精確的，也可以是不均勻、不連續(xù)、周期不定的。若8253用作分頻器或工作于定時器方式時，則CLK輸入是連續(xù)的、周期精確的時鐘脈沖，而OUT輸出必定是頻率降低的、周期精確的時鐘脈沖。若8253用作計數(shù)器，這時要求CLK輸入只是脈沖的數(shù)量，而不是脈沖的時間間隔，所以CLK可以輸入周期不定的脈沖，也可以輸入周期確定的脈沖。當(dāng)計數(shù)到預(yù)置的初值后，就從OUT端輸出一個脈沖。若CLK的脈沖周期不定，則OUT輸出的脈沖周期也不確定。8253的基本工作方式，就是對外部輸入到CLK引腳上的脈沖進(jìn)行計數(shù)。至于是定時方式還是計數(shù)方式，完全取決于輸入脈沖的性質(zhì)和用戶的需要。（2）OUT引腳

它是8253的脈沖輸出引腳。OUT引腳輸出的信號取決于工作方式，它可以是電平、脈沖或方波等。（3）GATE引腳

門控輸入引腳。這是一根外部控制計數(shù)器工作的信號線，GATE引腳的作用取決于8253的工作方式。2.與系統(tǒng)相連接的引腳8253面向系統(tǒng)的引腳信號按照其傳輸信息的種類不同，分成3組：地址信號、數(shù)據(jù)信號和控制信號。A1，A0：內(nèi)部口地址的選擇，輸入。這兩個引腳上的信號組合決定對8255A內(nèi)部的哪一個口或寄存器進(jìn)行操作。8253內(nèi)部共有4個端口：計數(shù)器0，計數(shù)器1，計數(shù)器2和控制口；

：片選，輸入，用來決定芯片是否被選中，由地址總線高位經(jīng)譯碼電路產(chǎn)生；、、和兩個地址引腳信號組合功能如表10-1所示。表10-18253A端口地址分配表A1A0操作數(shù)據(jù)傳送方式00100001010011001000010010101001011001111××××讀0計數(shù)器讀1計數(shù)器讀2計數(shù)器寫0計數(shù)器寫1計數(shù)器寫2計數(shù)器寫控制口8253無操作未選中0計數(shù)器OL→數(shù)據(jù)總線1計數(shù)器OL→數(shù)據(jù)總線2計數(shù)器OL→數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)→0計數(shù)器CR數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)→1計數(shù)器CR數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)→2計數(shù)器CR數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)→控制口數(shù)據(jù)總線高阻狀態(tài)數(shù)據(jù)總線高阻狀態(tài)D0～D7：8位，雙向，三態(tài)數(shù)據(jù)線，用來與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連；：讀信號，輸入，控制8253將數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息送給CPU；：寫信號，輸入，控制CPU將數(shù)據(jù)或控制信息送到8253。10.2.38253的控制字8253的控制字格式如圖10.4所示?？刂谱址譃?個功能段，設(shè)定計數(shù)方式段、設(shè)定工作方式段、寫入/讀取初值格式段和計數(shù)器選擇段（相當(dāng)于特征位）。圖10.48253命令字格式

SC1、SC0：計數(shù)器選擇位。決定控制字是哪一個計數(shù)器的控制字。SC1：SC0=11B時，在8253中沒有使用，在8254中作為回讀控制命令。RL1、RL0：設(shè)置數(shù)據(jù)讀/寫格式位。8253的計數(shù)寄存器CR、計數(shù)單元CE和輸出鎖存器OL都是16位的，在寫初值時可以使用其中的8位，需要指明高8位還是低8位，也可以使用16位，必須先低8位后高8位。在讀取計數(shù)值時，可令RL1、RL0=00B，先將寫控制字時的計數(shù)值鎖存OL，然后再讀取。M2、M1、M0：設(shè)置計數(shù)器工作方式位。每個計數(shù)器都可以通過控制命令設(shè)置成6種工作方式之一。BCD：用于選擇每個計數(shù)器的計數(shù)制。在二進(jìn)制計數(shù)時，計數(shù)初值的范圍是0000H～FFFFH，其中0000H是最大值，代表65536。在BCD碼計數(shù)時，計數(shù)初值的范圍是0000～9999，其中0000是最大值，代表10000。10.2.48253的工作方式8253的每個計數(shù)器都有6種工作方式，這6種方式的主要區(qū)別是：OUT輸出的波形不同，計數(shù)過程中GATE信號對計數(shù)操作的影響不同，啟動計數(shù)的觸發(fā)方式不同等。6種不同的工作方式如下。1．方式0—計數(shù)結(jié)束時中斷方式（InterruptonTerminalCount）方式0的工作時序如圖10.5所示。圖中，CW表示8253的控制字，LSB表示低8位計數(shù)值。如果是16位計數(shù)器，則還有高8位計數(shù)值MSB。圖10.5方式0波形圖

（1）計數(shù)過程當(dāng)寫入方式0控制字后，OUT立即變?yōu)榈碗娖?，并且在計?shù)過程中一直維持低電平。若GATE=1，寫入初值后，在信號上升沿之后的下一個CLK脈沖計數(shù)值裝入計數(shù)器，并開始計數(shù)，計數(shù)器減到零時，OUT輸出變?yōu)楦唠娖?，且一直保持到該通道重新裝入計數(shù)值或重新設(shè)置工作方式為止，此信號可用于申請中斷。按方式0計數(shù)時，計數(shù)器只計一遍。（2）GATE信號的影響門控信號GATE可以用來控制計數(shù)過程，GATE為高電平，允許計數(shù)；GATE為低電平，暫停計數(shù)；當(dāng)GATE重新為高電平時又恢復(fù)計數(shù)。（3）新的初值對計數(shù)過程的影響方式0是寫一次計數(shù)值，計數(shù)一次，計數(shù)器不會自動重裝初值重新開始計數(shù)。如果在計數(shù)過程中寫入新的計數(shù)初值，則在寫入新值后的下一個時鐘下降沿計數(shù)器將按新的初值計數(shù)，即新的初值是立即有效的。8253寫計數(shù)值是由CPU的信號控制的，在信號的上升沿，計數(shù)值被送入對應(yīng)計數(shù)器的計數(shù)值寄存器，在信號上升沿之后的下一個CLK脈沖才開始計數(shù)。如果設(shè)置計數(shù)初值N，輸出OUT是在寫入命令執(zhí)行后，第N+1個CLK脈沖之后，才變?yōu)楦唠娖降?。后面的方?、2、4、5也有同樣的特點(diǎn)。2．方式1—可編程單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（ProgrammableOne―short）圖10.6方式1波形圖

這種方式由外部門控信號GATE上升沿觸發(fā)，使輸出端變?yōu)榈碗娖剑a(chǎn)生一個單拍負(fù)脈沖信號，脈沖寬度由計數(shù)值決定。（1）計數(shù)過程寫入控制字后，OUT輸出為高電平。寫入計數(shù)初值N后，計數(shù)器并不開始計數(shù)，而要等到GATE上升沿后的下一個CLK輸入脈沖的下降沿，OUT輸出變低，計數(shù)才開始。計數(shù)結(jié)束時，OUT輸出變高，從而產(chǎn)生一個寬度為N個CLK周期的負(fù)脈沖。（2）GATE信號的影響方式1中GATE信號有兩個方面的作用：

第一，在計數(shù)結(jié)束后，若再來一個GATE信號上升沿，則下一個時鐘周期的下降沿又從初值開始計數(shù)，而不需要重新寫入初值，即門控信號可重新觸發(fā)計數(shù)；第二，在計數(shù)過程中，若來一個門控信號的上升沿，也在下一個時鐘下降沿從初值起重新計數(shù)，即終止原來的計數(shù)過程，開始新的一輪計數(shù)。（3）新的初值對計數(shù)過程的影響如果在計數(shù)過程中寫入新的初值，不會立即影響計數(shù)過程。只有下一個門控信號到來后的第一個時鐘下降沿，才終止原來的計數(shù)過程，按新值開始計數(shù)。若計數(shù)結(jié)束前沒有GATE觸發(fā)信號，則原來計數(shù)過程正常結(jié)束。即新的初值下次有效。3．方式2—速率發(fā)生器、分頻器（RateGenerator）方式2的工作波形如圖10.7所示。圖10.7方式2波形圖

這種方式的功能如同一個N分頻計數(shù)器，輸出是輸入時鐘按照計數(shù)值N分頻后的一個連續(xù)脈沖。（1）計數(shù)過程寫入控制字后的時鐘上升沿，輸出端OUT變成高電平。若GATE為高電平，寫入計數(shù)初值后的第一個時鐘下降沿開始減1計數(shù)。減到1時，輸出端OUT變?yōu)榈碗娖?。減到0時，輸出OUT又變成高電平，從初值開始新的計數(shù)過程，即方式2能自動重裝初值，輸出固定頻率的脈沖。因此若裝入計數(shù)初值為N，則OUT引腳上每隔N個時鐘脈沖就輸出一個負(fù)脈沖，其頻率為輸入時鐘脈沖頻率的1/N，故方式2也稱為分頻器。（2）GATE信號的影響在方式2中，GATE信號為低電平終止計數(shù)，而由低電平恢復(fù)為高電平后的第一個時鐘下降沿重新從初值開始計數(shù)。由此可見，GATE一直維持高電平時，計數(shù)器方能作為一個N分頻器。（3）新的初值對計數(shù)過程的影響如果在計數(shù)過程中寫入新的初值，且GATE信號一直維持高電平，則新的初值不會立即影響當(dāng)前的計數(shù)過程，但在計數(shù)結(jié)束后的下一個計數(shù)周期將按新的初值計數(shù)，即新的初值下次有效。4．方式3—方波發(fā)生器（SquareWaveGenerator）方式3的工作波形如圖10.8所示。該方式與方式2相類似，只是OUT輸出的是對稱方波（計數(shù)初值N為偶數(shù)）或近似對稱方波（計數(shù)初值N為奇數(shù)）。圖10.8方式3波形圖

（1）計數(shù)過程方式3的計數(shù)過程按計數(shù)初值的不同分為兩種情況：①計數(shù)初值為偶數(shù)。寫入控制字后的時鐘上升沿，輸出端OUT變成高電平。若GATE=1，寫入計數(shù)初值后的第一個時鐘下降沿開始減1計數(shù)。減到N/2時，輸出端OUT變?yōu)榈碗娖?；減到0時，輸出端OUT又變成高電平，并重新從初值開始新的計數(shù)過程。可見，輸出端OUT的波形是連續(xù)的完全對稱的方波，故稱方波發(fā)生器。②計數(shù)初值為奇數(shù)。寫入控制字后的時鐘上升沿，輸出端OUT變成高電平。若GATE=1，寫入計數(shù)初值后的第一個時鐘下降沿開始減1計數(shù)，減到（N+1）/2以后，輸出端OUT變?yōu)榈碗娖?；減到0時，輸出端OUT又變成高電平，并重新從初值開始新的計數(shù)過程。這時輸出波形的高電平寬度比低電平寬度多一個時鐘周期，為近似對稱方波。（2）GATE信號的影響GATE高電平時，允許計數(shù)；GATE低電平時，禁止計數(shù)。如果在輸出端OUT為低電平期間，GATE變低，則OUT將立即變高，并停止計數(shù)。當(dāng)GATE變高以后，計數(shù)器重新裝入初值并重新開始計數(shù)。（3）新的初值對計數(shù)過程的影響如果在計數(shù)過程中寫入新的初值，而GATE信號一直維持高電平，則新的初值不會影響當(dāng)前的計數(shù)過程，只有在計數(shù)結(jié)束后的下一個計數(shù)周期，才按新的初值計數(shù)。若寫入新的初值后，遇到門控信號的上升沿，則終止現(xiàn)行計數(shù)過程，從下一個時鐘下降沿重新開始計數(shù)。5．方式4—軟件觸發(fā)選通方式（SoftwareTriggeredStrobe）方式4的工作波形如圖10.9所示。

圖10.9方式4波形圖

該方式是一種軟件觸發(fā)計數(shù)方式。即寫入一次初值開始一次新的計數(shù)。（1）計數(shù)過程寫入方式控制字后，OUT輸出高電平。若GATE=1，寫入初值的下一個CLK脈沖開始減1計數(shù)，計數(shù)到達(dá)0值（注意：不是減到1），OUT輸出為低電平，持續(xù)一個CLK脈沖周期后再恢復(fù)到高電平。方式4之所以稱為軟件觸發(fā)選通方式，是因為計數(shù)過程是由軟件把計數(shù)初值裝入計數(shù)寄存器來觸發(fā)的，計數(shù)初值n僅一次有效。若要繼續(xù)計數(shù)，則需重新裝入初值。（2）門控信號的影響GATE為高電平時，允許計數(shù)；GATE信號變低，禁止計數(shù)，輸出維持當(dāng)時的電平，直到GATE變成高電平后繼續(xù)計數(shù)，從OUT端輸出一個負(fù)脈沖。（3）新的初值對計數(shù)過程的影響在計數(shù)過程中改變計數(shù)值，則在寫入新值后的下一個時鐘下降沿計數(shù)器將新的初值計數(shù)，即新值是立即有效的。6．方式5—硬件觸發(fā)選通方式（HardwareTriggeredStrobe）方式5的工作波形如圖10.10所示。

圖10.10方式5波形圖

該方式為硬件觸發(fā)計數(shù)方式，即門控信號GATE上升沿觸發(fā)計數(shù)。（1）計數(shù)過程寫入控制字后，輸出OUT即為高電平。寫入計數(shù)初值后，計數(shù)器并不立即開始計數(shù)，而是由門控脈沖的上升沿觸發(fā)。計數(shù)結(jié)束（計數(shù)器減到0）時輸出一個持續(xù)時間為一個TCLK的負(fù)脈沖，然后輸出恢復(fù)為高電平。直到GATE信號再次觸發(fā)。（2）門控信號的影響若在計數(shù)過程中，又有一個門控信號的上升沿，則立即終止當(dāng)前的計數(shù)過程，且在下一個時鐘下降沿，又從初值開始計數(shù)，如果計數(shù)過程結(jié)束后，來一個門控上升沿，計數(shù)器也會在下一個時鐘下降沿，又從初值開始減1計數(shù)，即門控信號上升沿任何時候到來都會立即觸發(fā)一個計數(shù)過程。（3）新的初值對計數(shù)過程的影響如果在計數(shù)過程中寫入新的初值，則新的初值不會立即影響當(dāng)前的計數(shù)過程，只有到下一個門控信號上升沿到來后，才從新的初值開始減1計數(shù)。即新的計數(shù)初值在下一個門控信號上升沿觸發(fā)后有效。7．工作方式小結(jié)8253六種工作方式都有自己的特點(diǎn)，下面就其特點(diǎn)作一個簡單總結(jié)。（1）在六種工作方式中，只有方式0在寫入控制字后OUT變?yōu)榈碗娖?，其?種方式都在寫入控制字后OUT輸出高電平。（2）預(yù)置值N與輸出波形的關(guān)系如表10-2所示。表10-28253初值N與輸出波形的關(guān)系方式初值N與波形的關(guān)系0寫入初值N后，經(jīng)N+1個CLK輸出變?yōu)楦唠娖?輸出一個寬度為N個CLK的負(fù)脈沖2每N個CLK脈沖，輸出一個寬度為CLK周期的負(fù)脈沖3方波輸出，周期為N個CLK周期，N為奇數(shù)時高電平比低電平多一個CLK周期4寫入初值N后，計數(shù)結(jié)束后輸出一個寬度為CLK周期的負(fù)脈沖5寫入初值N后，由門控觸發(fā)，計數(shù)結(jié)束后輸出一個寬度為CLK周期的負(fù)脈沖表中“N+l”處，這里加1是考慮到預(yù)置的初值需要一個計數(shù)脈沖才能裝入。當(dāng)然，對其它方式初值的裝入也都需要一個CLK脈沖，只是這一個CLK在輸出中不必加以考慮，因為方式1要考慮的是單穩(wěn)負(fù)脈沖的寬度，而方式2，3初值的裝入只影響第一個周期。

（3）方式2，4，5有相同之處，即計數(shù)到終點(diǎn)，都輸出寬度為1個CLK周期的低電平脈沖。主要不同點(diǎn)為：方式2為自動啟動，重復(fù)進(jìn)行計數(shù)及輸出低電平脈沖的過程；方式4也為自動啟動，但僅輸出一個低電平脈沖；方式5需等待GATE上升沿的到來才開始計數(shù)，也只輸出一個低電平脈沖。另外，方式2為減到1輸出一個低電平脈沖，而方式4和5是減到0.（4）方式2和方式3也有相同之處，即都輸出周期性信號，每當(dāng)計數(shù)到終點(diǎn)，初始化時預(yù)置的初值都會被自動重新裝入(減1計數(shù)器)。門控信號GATE在不同工作方式下的作用，如表10-3所示。方式GATE引腳輸入狀態(tài)所起的作用輸出波形高電平低電平下降沿上升沿0允許禁止暫停繼續(xù)計數(shù)過程中為低,計數(shù)值減為0時,變高(單次)1不影響不影響不影響開始或重新開始寬度為n個CLK的低電平（單次）2允許禁止停止重新開始周期為n個CLK，寬度1個CLK的負(fù)脈沖（重復(fù)）3允許禁止停止重新開始周期為n個CLK的方波（重復(fù)）4允許禁止停止重新開始減為0時輸出寬度為1個CLK的負(fù)脈沖(單次)5不影響不影響不影響開始或重新開始減為0時輸出寬度為1個CLK的負(fù)脈沖(單次)表10-3門控信號GATE作用表10.2.58253的應(yīng)用舉例1.8253的初始化要使用8253，必須首先對其進(jìn)行初始化，初始化有兩種方法：（1）對每個計數(shù)器分別進(jìn)行初始化，先寫控制字，后寫計數(shù)值。如果計數(shù)值是16位的，則先寫低8位（LSB）再寫高8位（MSB）。（2）先寫所有計數(shù)器的方式控制字，再寫各個計數(shù)器的計數(shù)值。如果計數(shù)值是16位的，則先寫低8位再寫高8位。

例如：假設(shè)一個8253在某系統(tǒng)中的端口地址40H～43H，如果要將計數(shù)器0設(shè)置為工作方式3，計數(shù)初值為3060H，采用二進(jìn)制計數(shù)法，則初始化方法如下：MOV AL， 36H ；計數(shù)器0，方式3，計數(shù)值16位，二進(jìn)制計數(shù)OUT 43H， AL ；寫入控制寄存器MOV AX， 3060H ；設(shè)置計數(shù)值OUT 40H， AL ；寫低8位至計數(shù)器0MOV AL, AHOUT 40H, AL ；寫高8位至計數(shù)器02.8253的讀操作為了對計數(shù)器的計數(shù)值進(jìn)行實時顯示、實時檢測或?qū)τ嫈?shù)值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用戶就需要讀回計數(shù)通道的計數(shù)值。8253只可以讀回每個通道的計數(shù)值，它是由CPU訪問每個通道的計數(shù)鎖存器OL實現(xiàn)的。讀出的端口地址和寫入計數(shù)初值是同一個端口地址。如果是8位計數(shù)，則只需讀1次，若是16位計數(shù)，則同一端口地址要讀兩次，第一次讀入的是計數(shù)值的低8位，第二次讀入的是計數(shù)值的高8位。讀操作必須嚴(yán)格按控制字RL1、RL0確定的格式進(jìn)行。8253有兩種讀計數(shù)值的方法：（1）讀之前先停止計數(shù)這種方法是在讀之前用GATE信號，控制計數(shù)器暫停計數(shù)，或由外部邏輯禁止所要讀的計數(shù)通道的CLK脈沖輸入。因為計數(shù)值是16位的，因此CPU要執(zhí)行兩次讀入指令，還要把讀入的數(shù)存入寄存器或存儲單元中。兩次讀入必然有一段時間間隔，若計數(shù)器不停止計數(shù)，兩次讀入的計數(shù)值就不是同一個值，這就會使讀入的計數(shù)值有誤，所以，讀之前必須先停止計數(shù)。以讀計數(shù)器0為例，這種讀入要求軟件和硬件配合，即先使GATE為低電平，禁止計數(shù)器計數(shù)，再執(zhí)行如下讀入程序段（端口地址40H～43H）：IN AL， 40H；讀入計數(shù)器0的OL低8位MOV BL， ALIN AL， 40H；讀入計數(shù)器0的OL高8位MOV BH， AL（2）讀之前先送計數(shù)器鎖存命令計數(shù)鎖存命令是控制字RL1、RL0為00的一種特殊形式，所以寫入的端口地址是控制字地址。再由鎖存命令的SC1、SC0編碼，決定所要鎖存的計數(shù)器。鎖存命令的低4位無效，可以為0000B。假設(shè)要讀計數(shù)器2的計數(shù)值，則要執(zhí)行如下程序段：MOV AL， 80H ；計數(shù)器2鎖存命令OUT 43H，AL ；寫入計數(shù)器2控制寄存器IN AL， 42H ；讀計數(shù)器2輸出鎖存器OL低8位MOV BL， ALIN AL， 42H ；讀計數(shù)器2輸出鎖存器OL高8位M0V BH， AL

從上面程序段可見，這種讀計數(shù)值方法，必須先有一次送鎖存命令的寫操作，然后才能進(jìn)行讀操作。這就比第一種方法多用兩條指令，但卻省去對硬件配合的要求。當(dāng)執(zhí)行完OUT指令后，計數(shù)值被鎖存在OL內(nèi)。每個計數(shù)器都有一個16位的計數(shù)輸出鎖存器OL，分別鎖存計數(shù)值的高8位和低8位。當(dāng)沒有接到鎖存命令之前，在計數(shù)器的計數(shù)過程中，每個計數(shù)器的計數(shù)值輸出鎖存器隨計數(shù)單元CE計數(shù)值的變化而變化。當(dāng)接到鎖存命令后，OL中的計數(shù)值就被鎖存住了，不再隨計數(shù)單元變化。鎖存器中的數(shù)值一直保存到數(shù)據(jù)被讀走或?qū)τ嫈?shù)器重新編程為止。

當(dāng)讀走OL中的數(shù)據(jù)或重新編程后，計數(shù)輸出鎖存器解除鎖存狀態(tài)，又開始隨計數(shù)單元的計數(shù)值變化。由于有對計數(shù)值鎖存的功能，讀計數(shù)值時，可以不停止計數(shù)器的計數(shù)。CPU可以在任何時刻先送鎖存命令再讀計數(shù)值，而對計數(shù)單元的計數(shù)沒有任何影響。顯然送完鎖存命令之后不管什么時候讀計數(shù)值，讀到的總是發(fā)出鎖存命令那個時刻的計數(shù)值。每次讀計數(shù)值之前都必須先送鎖存命令。如果讀之前使用了兩次鎖存命令，則第二個命令是無效的。讀入的計數(shù)值是執(zhí)行第一次鎖存命令時所鎖存的計數(shù)值。補(bǔ)充例題例1.在以8086為核心的系統(tǒng)中，擴(kuò)展一片8253芯片，要求通道0每個2ms輸出一個負(fù)脈沖，其工作頻率為2MHZ，8253與8086總線連接圖如下。完成通道初始化程序。1）由分析可知，8253的端口地址為0C0H-0C6H,只占偶地址。由于題目要求每個2ms輸出一個負(fù)脈沖，選擇工作方式2.2)計算計數(shù)初值。設(shè)定時時間為t,通道時鐘頻率為f，計數(shù)初值為N，則N=t*f=2*10-3*2*106=4000.3)初始化編程確定控制字00110100B=34H確定端口地址：通道00C0H,控制端口0C6HMOVAL,34HOUT0C6H,AL;寫控制方式字MOVAX,4000；將計數(shù)初值送AXOUT0C0H,AL;先寫低8位，寫入通道0MOVAL,AHOUT0C0H,AL;再寫高8位，寫入通道0例2.在以8086為核心的系統(tǒng)中，擴(kuò)展一片8253芯片，要求通道0對外部脈沖計數(shù)，記滿400個脈沖后向CPU發(fā)出一個中斷請求，端口地址為80H、82H、84H、86H，完成軟硬件設(shè)計。分析1）完成硬件設(shè)計。如果用譯碼器Y0作為8253的片選，當(dāng)A7為1，A6A5A4A3A0均為0且M/IO為低時，譯碼器工作，依據(jù)給出的8253地址，可分析出8253與8086總線系統(tǒng)連接圖如下所示。2）選擇工作方式。根據(jù)題目要求，選擇通道0工作方式為0.計數(shù)初值為400，確定控制字為00110000B=30H初始化程序如下：MOVAL,30HOUT86H,ALMOVAX,400OUT80H,ALMOVAL,AHOUT80H,AL例3.如果在例2的基礎(chǔ)上，有要求使用通道2輸出30HZ的方波，通道的工作時鐘為2MHZ，則軟硬件設(shè)計如何修改？分析此時通道2應(yīng)工作在方式3，方波周期t=1/30HZ=33ms。因此，計數(shù)初值N=33ms*2MHZ=66000>65536，超出了16位計數(shù)器的計數(shù)范圍，也就是說，一個通道無法完成這樣長的定時工作，怎么辦？

為此，可采用多個通道共同完成(也稱為計數(shù)器的級聯(lián)或串聯(lián))，第一通道的輸出OUT作為第二級通道的CLK輸入，第二級通道的輸出OUT作為第三級通道的CLK輸入,……,最后一級的OUT作為最終輸出結(jié)果。其中，前幾級均采用方式3，最后一級采用滿足題目要求的工作方式。

究竟需要多少級則取決于N的大小。可以將N分解為幾個數(shù)的乘積，每一個數(shù)均小于65536,有幾個數(shù)就需要幾個通道，每個數(shù)就是相應(yīng)通道的計數(shù)初值。對本例來講，可以把N分解為N=66*1000，因此需要2個通道，通道1采用方式3，計數(shù)初值為66，通道2采用方式3，計數(shù)初值為1000.連接電路圖如下圖所示。芯片端口地址為80H—86H，通道1控制字為01010110B=56H,通道2控制字10110110B=0B6H初始化程序：MOVAL,56HOUT86H,ALMOVAL,66OUT82H,AL;只寫低8位，寫入通道1MOVAL,0B6HOUT86H,ALMOVAX,1000OUT84H,AL;先寫低8位，寫入通道2MOVAL,AHOUT84H,AL；再寫高8位，寫入通道23.8253在IBMPC/XT機(jī)的應(yīng)用在PC/XT機(jī)中用了一片8253，如圖10.11所示。圖10.118253在IBM-PC/XT機(jī)的應(yīng)用的示意圖

三個計數(shù)器的使用情況如下： 計數(shù)器0(CNT0)作軟時鐘的時間基準(zhǔn)。程序設(shè)置CNT0為方式3，輸出方波的周期約為55

ms(54.925493

ms)，該信號送到中斷控制器8259A的IR0端。因此，每隔55

ms產(chǎn)生一次中斷請求。在中斷服務(wù)程序中對時間基準(zhǔn)信號進(jìn)行計數(shù)，修改用來表示時間的相應(yīng)內(nèi)存單元(計滿一秒，秒加1；計滿60秒，分加1，秒清0。如次類推)。計數(shù)器1(CNT1)作動態(tài)RAM的刷新定時。程序設(shè)置CNT1為方式2，每隔15.084μs產(chǎn)生一個窄脈沖輸出信號，請求執(zhí)行動態(tài)RAM的刷新操作(刷新一行)，這樣可保證在2

ms內(nèi)將全部單元刷新一遍。CNT1的輸出信號送往DMA控制器8237A通道0的DMA請求輸入端。當(dāng)通道0執(zhí)行DMA操作時，對動態(tài)RAM進(jìn)行刷新。計數(shù)器2(CNT2)也設(shè)置成方式3，輸出的方波送到揚(yáng)聲器。用程序設(shè)定CNT2輸出波形的頻率和延續(xù)時間就能控制揚(yáng)聲器的音調(diào)和發(fā)音長短。在PC/XT機(jī)中8253的CNT0、CNT1、CNT2和控制字口的地址分別是40H、4lH、42H和43H。這三個計數(shù)器在系統(tǒng)中的初始化程序如下：（1）計數(shù)器0用于定時中斷（約55ms）MOV AL， 36H ；計數(shù)器0，方式3，寫兩個字節(jié)，二進(jìn)制計數(shù)OUT 43H， AL ；控制字送控制字寄存器MOV AL， 0 ；計數(shù)值為最大值OUT 40H， AL ；寫低8位OUT 40H， AL ；寫高8位（2）計數(shù)器1用于定時（15μs）DMA請求MOV AL， 54H ；計數(shù)器1，方式2，只寫低8位，二進(jìn)制計數(shù)OUT 43， ALMOV AL， 12H