第10章 可編程定時(shí)計(jì)數(shù)控制器

第10章可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)控制器10.1定時(shí)/計(jì)數(shù)的基本概念10.2可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器Intel825310.38254簡(jiǎn)介習(xí)題與思考題

定時(shí)與計(jì)數(shù)技術(shù)在計(jì)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(shí)控制或?qū)ν獠渴录M(jìn)行計(jì)數(shù)。例如，分時(shí)系統(tǒng)的程序切換，向外部設(shè)備輸出周期性定時(shí)控制信號(hào)，定時(shí)時(shí)間到發(fā)出中斷申請(qǐng)或外部事件統(tǒng)計(jì)達(dá)到規(guī)定值發(fā)出控制信號(hào)或提出中斷請(qǐng)求等。因此微機(jī)系統(tǒng)都必須有定時(shí)技術(shù)。

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

定時(shí)的方法可以采用軟件或硬件兩種。10.1定時(shí)/計(jì)數(shù)的基本概念1.軟件定時(shí)方法

軟件定時(shí)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(shí)，配合簡(jiǎn)單輸出接口向外送出定時(shí)控制信號(hào)。這種方法優(yōu)點(diǎn)是不需要增加硬件或硬件很簡(jiǎn)單，只需要編制相應(yīng)的延時(shí)程序以備調(diào)用。缺點(diǎn)是執(zhí)行延時(shí)程序會(huì)增加CPU的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)，浪費(fèi)CPU的資源。2.硬件定時(shí)方法

硬件定時(shí)有專(zhuān)用的多諧振蕩器件或單穩(wěn)器件。使用這些定時(shí)器件獲得定時(shí)的缺點(diǎn)是改變定時(shí)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(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片。這種可編程芯片(1)使用靈活、定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，改變定時(shí)時(shí)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(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片種類(lèi)很多。生產(chǎn)微處理器公司，都推出自己的定時(shí)/計(jì)數(shù)器芯片。PC/XT機(jī)使用8253-5，而PC/AT使用8254-2。本章將對(duì)Intel8253/8254定時(shí)/計(jì)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(jì)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(chēng)為讀回命令。Intel8253是一片具有3個(gè)獨(dú)立16位計(jì)數(shù)器通道的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片。每個(gè)通道都可以編程設(shè)定6種工作方式中的一種；每個(gè)計(jì)數(shù)器可設(shè)定為按二進(jìn)制計(jì)數(shù)或BCD碼計(jì)數(shù)，最高計(jì)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(xiě)操作對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘沒(méi)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(shí)時(shí)時(shí)鐘、事件計(jì)數(shù)器和單脈沖發(fā)生器等。Intel8253有3個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器，每個(gè)計(jì)數(shù)器都可以按照二進(jìn)制或BCD碼進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)速率可達(dá)2MHz（8254為10MHZ），每個(gè)計(jì)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(chǎng)合，如方波發(fā)生器、分頻器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、事件計(jì)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(jì)數(shù)器和讀寫(xiě)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(shí)/計(jì)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(guò)緩沖器對(duì)8253進(jìn)行讀計(jì)數(shù)器當(dāng)前計(jì)數(shù)值和寫(xiě)計(jì)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(xiě)入而不能讀出。在8253初始化時(shí)，由CPU寫(xiě)入控制字來(lái)設(shè)置計(jì)數(shù)器的工作方式。當(dāng)A1A0=11B時(shí)，訪問(wèn)控制字寄存器，它從數(shù)據(jù)總線上接收CPU送來(lái)的控制字，并由控制字的D7D6的編碼決定控制字寫(xiě)入哪個(gè)計(jì)數(shù)器的控制寄存器，其余位數(shù)決定相應(yīng)計(jì)數(shù)器通道的工作方式、選擇計(jì)數(shù)器是按二進(jìn)制或BCD碼計(jì)數(shù)、并選擇相應(yīng)計(jì)數(shù)器初值的寫(xiě)入順序。（3）計(jì)數(shù)器

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

每個(gè)計(jì)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(gè)計(jì)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(gè)計(jì)數(shù)器通道，都包含一個(gè)用來(lái)接受初始計(jì)數(shù)值的16位計(jì)數(shù)寄存器CR，一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器單元CE，一個(gè)用來(lái)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(jì)數(shù)的任務(wù)，但CPU不能直接訪問(wèn)CE。計(jì)數(shù)器的初始值必須在開(kāi)始計(jì)數(shù)之前，由CPU用輸出指令預(yù)置入計(jì)數(shù)寄存器CR內(nèi)。每個(gè)計(jì)數(shù)器單元CE都可對(duì)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(kāi)始進(jìn)行減1計(jì)數(shù)。當(dāng)預(yù)置的初始值減為零時(shí)，從OUT引腳輸出一個(gè)電平或脈沖信號(hào)。在計(jì)數(shù)開(kāi)始和計(jì)數(shù)的過(guò)程中，計(jì)數(shù)器可以由GATE引腳輸入的門(mén)控信號(hào)控制。3個(gè)計(jì)數(shù)通道的操作是完全獨(dú)立的。而每個(gè)計(jì)數(shù)通道的CLK、OUT和GATE相互遵從何種關(guān)系，是由寫(xiě)入每個(gè)通道的控制字(即工作方式)決定的。在計(jì)數(shù)過(guò)程中，CPU隨時(shí)可以用IN指令，將計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值從輸出鎖存器OL中讀出。讀當(dāng)前計(jì)數(shù)值時(shí)，不用中斷計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入，也不會(huì)影響計(jì)數(shù)器的繼續(xù)計(jì)數(shù)。（4）讀/寫(xiě)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(hào)，然后轉(zhuǎn)變成8253內(nèi)部操作的各種控制信號(hào)。讀/寫(xiě)邏輯受片選信號(hào)的控制，當(dāng)為高電平時(shí)，表明該8253芯片沒(méi)有被選中，讀/寫(xiě)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(duì)芯片的編程設(shè)置和對(duì)芯片的訪問(wèn)都不能進(jìn)行。但計(jì)數(shù)器現(xiàn)行的計(jì)數(shù)工作可以繼續(xù)進(jìn)行，而不受電平變化的影響。讀/寫(xiě)邏輯還受、、A1和A0的控制。由A1、A0不同信號(hào)組合決定CPU訪問(wèn)哪個(gè)通道和通道內(nèi)哪個(gè)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(shí)計(jì)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(shí)計(jì)數(shù)電路相連接的引腳（1）CLK引腳時(shí)鐘輸入引腳，每個(gè)通道的計(jì)數(shù)器單元CE，對(duì)CLK輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。CLK脈沖可以是系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖，也可以由系統(tǒng)時(shí)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(shí)器方式時(shí)，則CLK輸入是連續(xù)的、周期精確的時(shí)鐘脈沖，而OUT輸出必定是頻率降低的、周期精確的時(shí)鐘脈沖。若8253用作計(jì)數(shù)器，這時(shí)要求CLK輸入只是脈沖的數(shù)量，而不是脈沖的時(shí)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(jì)數(shù)到預(yù)置的初值后，就從OUT端輸出一個(gè)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(duì)外部輸入到CLK引腳上的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。至于是定時(shí)方式還是計(jì)數(shù)方式，完全取決于輸入脈沖的性質(zhì)和用戶(hù)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(hào)取決于工作方式，它可以是電平、脈沖或方波等。（3）GATE引腳

門(mén)控輸入引腳。這是一根外部控制計(jì)數(shù)器工作的信號(hào)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(hào)按照其傳輸信息的種類(lèi)不同，分成3組：地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)。A1，A0：內(nèi)部口地址的選擇，輸入。這兩個(gè)引腳上的信號(hào)組合決定對(duì)8255A內(nèi)部的哪一個(gè)口或寄存器進(jìn)行操作。8253內(nèi)部共有4個(gè)端口：計(jì)數(shù)器0，計(jì)數(shù)器1，計(jì)數(shù)器2和控制口；

：片選，輸入，用來(lái)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(gè)地址引腳信號(hào)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(jì)數(shù)器讀1計(jì)數(shù)器讀2計(jì)數(shù)器寫(xiě)0計(jì)數(shù)器寫(xiě)1計(jì)數(shù)器寫(xiě)2計(jì)數(shù)器寫(xiě)控制口8253無(wú)操作未選中0計(jì)數(shù)器OL→數(shù)據(jù)總線1計(jì)數(shù)器OL→數(shù)據(jù)總線2計(jì)數(shù)器OL→數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)→0計(jì)數(shù)器CR數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)→1計(jì)數(shù)器CR數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)→2計(jì)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(lái)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連；：讀信號(hào)，輸入，控制8253將數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息送給CPU；：寫(xiě)信號(hào)，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(gè)功能段，設(shè)定計(jì)數(shù)方式段、設(shè)定工作方式段、寫(xiě)入/讀取初值格式段和計(jì)數(shù)器選擇段（相當(dāng)于特征位）。圖10.48253命令字格式

SC1、SC0：計(jì)數(shù)器選擇位。決定控制字是哪一個(gè)計(jì)數(shù)器的控制字。SC1：SC0=11B時(shí)，在8253中沒(méi)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(xiě)格式位。8253的計(jì)數(shù)寄存器CR、計(jì)數(shù)單元CE和輸出鎖存器OL都是16位的，在寫(xiě)初值時(shí)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(jì)數(shù)值時(shí)，可令RL1、RL0=00B，先將寫(xiě)控制字時(shí)的計(jì)數(shù)值鎖存OL，然后再讀取。M2、M1、M0：設(shè)置計(jì)數(shù)器工作方式位。每個(gè)計(jì)數(shù)器都可以通過(guò)控制命令設(shè)置成6種工作方式之一。BCD：用于選擇每個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)制。在二進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)初值的范圍是0000H～FFFFH，其中0000H是最大值，代表65536。在BCD碼計(jì)數(shù)時(shí)，計(jì)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(gè)計(jì)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(jì)數(shù)過(guò)程中GATE信號(hào)對(duì)計(jì)數(shù)操作的影響不同，啟動(dòng)計(jì)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(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)中斷方式（InterruptonTerminalCount）方式0的工作時(shí)序如圖10.5所示。圖中，CW表示8253的控制字，LSB表示低8位計(jì)數(shù)值。如果是16位計(jì)數(shù)器，則還有高8位計(jì)數(shù)值MSB。圖10.5方式0波形圖

（1）計(jì)數(shù)過(guò)程當(dāng)寫(xiě)入方式0控制字后，OUT立即變?yōu)榈碗娖?，并且在?jì)數(shù)過(guò)程中一直維持低電平。若GATE=1，寫(xiě)入初值后，在信號(hào)上升沿之后的下一個(gè)CLK脈沖計(jì)數(shù)值裝入計(jì)數(shù)器，并開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器減到零時(shí)，OUT輸出變?yōu)楦唠娖剑乙恢北３值皆撏ǖ乐匦卵b入計(jì)數(shù)值或重新設(shè)置工作方式為止，此信號(hào)可用于申請(qǐng)中斷。按方式0計(jì)數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)器只計(jì)一遍。（2）GATE信號(hào)的影響門(mén)控信號(hào)GATE可以用來(lái)控制計(jì)數(shù)過(guò)程，GATE為高電平，允許計(jì)數(shù)；GATE為低電平，暫停計(jì)數(shù)；當(dāng)GATE重新為高電平時(shí)又恢復(fù)計(jì)數(shù)。（3）新的初值對(duì)計(jì)數(shù)過(guò)程的影響方式0是寫(xiě)一次計(jì)數(shù)值，計(jì)數(shù)一次，計(jì)數(shù)器不會(huì)自動(dòng)重裝初值重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。如果在計(jì)數(shù)過(guò)程中寫(xiě)入新的計(jì)數(shù)初值，則在寫(xiě)入新值后的下一個(gè)時(shí)鐘下降沿計(jì)數(shù)器將按新的初值計(jì)數(shù)，即新的初值是立即有效的。8253寫(xiě)計(jì)數(shù)值是由CPU的信號(hào)控制的，在信號(hào)的上升沿，計(jì)數(shù)值被送入對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值寄存器，在信號(hào)上升沿之后的下一個(gè)CLK脈沖才開(kāi)始計(jì)數(shù)。如果設(shè)置計(jì)數(shù)初值N，輸出OUT是在寫(xiě)入命令執(zhí)行后，第N+1個(gè)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(mén)控信號(hào)GATE上升沿觸發(fā)，使輸出端變?yōu)榈碗娖?，產(chǎn)生一個(gè)單拍負(fù)脈沖信號(hào)，脈沖寬度由計(jì)數(shù)值決定。（1）計(jì)數(shù)過(guò)程寫(xiě)入控制字后，OUT輸出為高電平。寫(xiě)入計(jì)數(shù)初值N后，計(jì)數(shù)器并不開(kāi)始計(jì)數(shù)，而要等到GATE上升沿后的下一個(gè)CLK輸入脈沖的下降沿，OUT輸出變低，計(jì)數(shù)才開(kāi)始。計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，OUT輸出變高，從而產(chǎn)生一個(gè)寬度為N個(gè)CLK周期的負(fù)脈沖。（2）GATE信號(hào)的影響方式1中GATE信號(hào)有兩個(gè)方面的作用：

第一，在計(jì)數(shù)結(jié)束后，若再來(lái)一個(gè)GATE信號(hào)上升沿，則下一個(gè)時(shí)鐘周期的下降沿又從初值開(kāi)始計(jì)數(shù)，而不需要重新寫(xiě)入初值，即門(mén)控信號(hào)可重新觸發(fā)計(jì)數(shù)；第二，在計(jì)數(shù)過(guò)程中，若來(lái)一個(gè)門(mén)控信號(hào)的上升沿，也在下一個(gè)時(shí)鐘下降沿從初值起重新計(jì)數(shù)，即終止原來(lái)的計(jì)數(shù)過(guò)程，開(kāi)始新的一輪計(jì)數(shù)。（3）新的初值對(duì)計(jì)數(shù)過(guò)程的影響如果在計(jì)數(shù)過(guò)程中寫(xiě)入新的初值，不會(huì)立即影響計(jì)數(shù)過(guò)程。只有下一個(gè)門(mén)控信號(hào)到來(lái)后的第一個(gè)時(shí)鐘下降沿，才終止原來(lái)的計(jì)數(shù)過(guò)程，按新值開(kāi)始計(jì)數(shù)。若計(jì)數(shù)結(jié)束前沒(méi)有GATE觸發(fā)信號(hào)，則原來(lái)計(jì)數(shù)過(guò)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(gè)N分頻計(jì)數(shù)器，輸出是輸入時(shí)鐘按照計(jì)數(shù)值N分頻后的一個(gè)連續(xù)脈沖。（1）計(jì)數(shù)過(guò)程寫(xiě)入控制字后的時(shí)鐘上升沿，輸出端OUT變成高電平。若GATE為高電平，寫(xiě)入計(jì)數(shù)初值后的第一個(gè)時(shí)鐘下降沿開(kāi)始減1計(jì)數(shù)。減到1時(shí)，輸出端OUT變?yōu)榈碗娖?。減到0時(shí)，輸出OUT又變成高電平，從初值開(kāi)始新的計(jì)數(shù)過(guò)程，即方式2能自動(dòng)重裝初值，輸出固定頻率的脈沖。因此若裝入計(jì)數(shù)初值為N，則OUT引腳上每隔N個(gè)時(shí)鐘脈沖就輸出一個(gè)負(fù)脈沖，其頻率為輸入時(shí)鐘脈沖頻率的1/N，故方式2也稱(chēng)為分頻器。（2）GATE信號(hào)的影響在方式2中，GATE信號(hào)為低電平終止計(jì)數(shù)，而由低電平恢復(fù)為高電平后的第一個(gè)時(shí)鐘下降沿重新從初值開(kāi)始計(jì)數(shù)。由此可見(jiàn)，GATE一直維持高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器方能作為一個(gè)N分頻器。（3）新的初值對(duì)計(jì)數(shù)過(guò)程的影響如果在計(jì)數(shù)過(guò)程中寫(xiě)入新的初值，且GATE信號(hào)一直維持高電平，則新的初值不會(huì)立即影響當(dāng)前的計(jì)數(shù)過(guò)程，但在計(jì)數(shù)結(jié)束后的下一個(gè)計(jì)數(shù)周期將按新的初值計(jì)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(lèi)似，只是OUT輸出的是對(duì)稱(chēng)方波（計(jì)數(shù)初值N為偶數(shù)）或近似對(duì)稱(chēng)方波（計(jì)數(shù)初值N為奇數(shù)）。圖10.8方式3波形圖

（1）計(jì)數(shù)過(guò)程方式3的計(jì)數(shù)過(guò)程按計(jì)數(shù)初值的不同分為兩種情況：①計(jì)數(shù)初值為偶數(shù)。寫(xiě)入控制字后的時(shí)鐘上升沿，輸出端OUT變成高電平。若GATE=1，寫(xiě)入計(jì)數(shù)初值后的第一個(gè)時(shí)鐘下降沿開(kāi)始減1計(jì)數(shù)。減到N/2時(shí)，輸出端OUT變?yōu)榈碗娖?；減到0時(shí)，輸出端OUT又變成高電平，并重新從初值開(kāi)始新的計(jì)數(shù)過(guò)程?？梢?jiàn)，輸出端OUT的波形是連續(xù)的完全對(duì)稱(chēng)的方波，故稱(chēng)方波發(fā)生器。②計(jì)數(shù)初值為奇數(shù)。寫(xiě)入控制字后的時(shí)鐘上升沿，輸出端OUT變成高電平。若GATE=1，寫(xiě)入計(jì)數(shù)初值后的第一個(gè)時(shí)鐘下降沿開(kāi)始減1計(jì)數(shù)，減到（N+1）/2以后，輸出端OUT變?yōu)榈碗娖?；減到0時(shí)，輸出端OUT又變成高電平，并重新從初值開(kāi)始新的計(jì)數(shù)過(guò)程。這時(shí)輸出波形的高電平寬度比低電平寬度多一個(gè)時(shí)鐘周期，為近似對(duì)稱(chēng)方波。（2）GATE信號(hào)的影響GATE高電平時(shí)，允許計(jì)數(shù)；GATE低電平時(shí)，禁止計(jì)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(jì)數(shù)。當(dāng)GATE變高以后，計(jì)數(shù)器重新裝入初值并重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。（3）新的初值對(duì)計(jì)數(shù)過(guò)程的影響如果在計(jì)數(shù)過(guò)程中寫(xiě)入新的初值，而GATE信號(hào)一直維持高電平，則新的初值不會(huì)影響當(dāng)前的計(jì)數(shù)過(guò)程，只有在計(jì)數(shù)結(jié)束后的下一個(gè)計(jì)數(shù)周期，才按新的初值計(jì)數(shù)。若寫(xiě)入新的初值后，遇到門(mén)控信號(hào)的上升沿，則終止現(xiàn)行計(jì)數(shù)過(guò)程，從下一個(gè)時(shí)鐘下降沿重新開(kāi)始計(jì)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(jì)數(shù)方式。即寫(xiě)入一次初值開(kāi)始一次新的計(jì)數(shù)。（1）計(jì)數(shù)過(guò)程寫(xiě)入方式控制字后，OUT輸出高電平。若GATE=1，寫(xiě)入初值的下一個(gè)CLK脈沖開(kāi)始減1計(jì)數(shù)，計(jì)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(gè)CLK脈沖周期后再恢復(fù)到高電平。方式4之所以稱(chēng)為軟件觸發(fā)選通方式，是因?yàn)橛?jì)數(shù)過(guò)程是由軟件把計(jì)數(shù)初值裝入計(jì)數(shù)寄存器來(lái)觸發(fā)的，計(jì)數(shù)初值n僅一次有效。若要繼續(xù)計(jì)數(shù)，則需重新裝入初值。（2）門(mén)控信號(hào)的影響GATE為高電平時(shí)，允許計(jì)數(shù)；GATE信號(hào)變低，禁止計(jì)數(shù)，輸出維持當(dāng)時(shí)的電平，直到GATE變成高電平后繼續(xù)計(jì)數(shù)，從OUT端輸出一個(gè)負(fù)脈沖。（3）新的初值對(duì)計(jì)數(shù)過(guò)程的影響在計(jì)數(shù)過(guò)程中改變計(jì)數(shù)值，則在寫(xiě)入新值后的下一個(gè)時(shí)鐘下降沿計(jì)數(shù)器將新的初值計(jì)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(jì)數(shù)方式，即門(mén)控信號(hào)GATE上升沿觸發(fā)計(jì)數(shù)。（1）計(jì)數(shù)過(guò)程寫(xiě)入控制字后，輸出OUT即為高電平。寫(xiě)入計(jì)數(shù)初值后，計(jì)數(shù)器并不立即開(kāi)始計(jì)數(shù)，而是由門(mén)控脈沖的上升沿觸發(fā)。計(jì)數(shù)結(jié)束（計(jì)數(shù)器減到0）時(shí)輸出一個(gè)持續(xù)時(shí)間為一個(gè)TCLK的負(fù)脈沖，然后輸出恢復(fù)為高電平。直到GATE信號(hào)再次觸發(fā)。（2）門(mén)控信號(hào)的影響若在計(jì)數(shù)過(guò)程中，又有一個(gè)門(mén)控信號(hào)的上升沿，則立即終止當(dāng)前的計(jì)數(shù)過(guò)程，且在下一個(gè)時(shí)鐘下降沿，又從初值開(kāi)始計(jì)數(shù)，如果計(jì)數(shù)過(guò)程結(jié)束后，來(lái)一個(gè)門(mén)控上升沿，計(jì)數(shù)器也會(huì)在下一個(gè)時(shí)鐘下降沿，又從初值開(kāi)始減1計(jì)數(shù)，即門(mén)控信號(hào)上升沿任何時(shí)候到來(lái)都會(huì)立即觸發(fā)一個(gè)計(jì)數(shù)過(guò)程。（3）新的初值對(duì)計(jì)數(shù)過(guò)程的影響如果在計(jì)數(shù)過(guò)程中寫(xiě)入新的初值，則新的初值不會(huì)立即影響當(dāng)前的計(jì)數(shù)過(guò)程，只有到下一個(gè)門(mén)控信號(hào)上升沿到來(lái)后，才從新的初值開(kāi)始減1計(jì)數(shù)。即新的計(jì)數(shù)初值在下一個(gè)門(mén)控信號(hào)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(gè)簡(jiǎn)單總結(jié)。（1）在六種工作方式中，只有方式0在寫(xiě)入控制字后OUT變?yōu)榈碗娖剑渌?種方式都在寫(xiě)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(xiě)入初值N后，經(jīng)N+1個(gè)CLK輸出變?yōu)楦唠娖?輸出一個(gè)寬度為N個(gè)CLK的負(fù)脈沖2每N個(gè)CLK脈沖，輸出一個(gè)寬度為CLK周期的負(fù)脈沖3方波輸出，周期為N個(gè)CLK周期，N為奇數(shù)時(shí)高電平比低電平多一個(gè)CLK周期4寫(xiě)入初值N后，計(jì)數(shù)結(jié)束后輸出一個(gè)寬度為CLK周期的負(fù)脈沖5寫(xiě)入初值N后，由門(mén)控觸發(fā)，計(jì)數(shù)結(jié)束后輸出一個(gè)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(gè)計(jì)數(shù)脈沖才能裝入。當(dāng)然，對(duì)其它方式初值的裝入也都需要一個(gè)CLK脈沖，只是這一個(gè)CLK在輸出中不必加以考慮，因?yàn)榉绞?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(gè)周期。

（3）方式2，4，5有相同之處，即計(jì)數(shù)到終點(diǎn)，都輸出寬度為1個(gè)CLK周期的低電平脈沖。主要不同點(diǎn)為：方式2為自動(dòng)啟動(dòng)，重復(fù)進(jìn)行計(jì)數(shù)及輸出低電平脈沖的過(guò)程；方式4也為自動(dòng)啟動(dòng)，但僅輸出一個(gè)低電平脈沖；方式5需等待GATE上升沿的到來(lái)才開(kāi)始計(jì)數(shù)，也只輸出一個(gè)低電平脈沖。另外，方式2為減到1輸出一個(gè)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(hào)，每當(dāng)計(jì)數(shù)到終點(diǎn)，初始化時(shí)預(yù)置的初值都會(huì)被自動(dòng)重新裝入(減1計(jì)數(shù)器)。門(mén)控信號(hào)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(jì)數(shù)過(guò)程中為低,計(jì)數(shù)值減為0時(shí),變高(單次)1不影響不影響不影響開(kāi)始或重新開(kāi)始寬度為n個(gè)CLK的低電平（單次）2允許禁止停止重新開(kāi)始周期為n個(gè)CLK，寬度1個(gè)CLK的負(fù)脈沖（重復(fù)）3允許禁止停止重新開(kāi)始周期為n個(gè)CLK的方波（重復(fù)）4允許禁止停止重新開(kāi)始減為0時(shí)輸出寬度為1個(gè)CLK的負(fù)脈沖(單次)5不影響不影響不影響開(kāi)始或重新開(kāi)始減為0時(shí)輸出寬度為1個(gè)CLK的負(fù)脈沖(單次)表10-3門(mén)控信號(hào)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(duì)其進(jìn)行初始化，初始化有兩種方法：（1）對(duì)每個(gè)計(jì)數(shù)器分別進(jìn)行初始化，先寫(xiě)控制字，后寫(xiě)計(jì)數(shù)值。如果計(jì)數(shù)值是16位的，則先寫(xiě)低8位（LSB）再寫(xiě)高8位（MSB）。（2）先寫(xiě)所有計(jì)數(shù)器的方式控制字，再寫(xiě)各個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。如果計(jì)數(shù)值是16位的，則先寫(xiě)低8位再寫(xiě)高8位。

例如：假設(shè)一個(gè)8253在某系統(tǒng)中的端口地址40H～43H，如果要將計(jì)數(shù)器0設(shè)置為工作方式3，計(jì)數(shù)初值為3060H，采用二進(jìn)制計(jì)數(shù)法，則初始化方法如下：MOV AL， 36H ；計(jì)數(shù)器0，方式3，計(jì)數(shù)值16位，二進(jìn)制計(jì)數(shù)OUT 43H， AL ；寫(xiě)入控制寄存器MOV AX， 3060H ；設(shè)置計(jì)數(shù)值OUT 40H， AL ；寫(xiě)低8位至計(jì)數(shù)器0MOV AL, AHOUT 40H, AL ；寫(xiě)高8位至計(jì)數(shù)器02.8253的讀操作為了對(duì)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)檢測(cè)或?qū)τ?jì)數(shù)值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用戶(hù)就需要讀回計(jì)數(shù)通道的計(jì)數(shù)值。8253只可以讀回每個(gè)通道的計(jì)數(shù)值，它是由CPU訪問(wèn)每個(gè)通道的計(jì)數(shù)鎖存器OL實(shí)現(xiàn)的。讀出的端口地址和寫(xiě)入計(jì)數(shù)初值是同一個(gè)端口地址。如果是8位計(jì)數(shù)，則只需讀1次，若是16位計(jì)數(shù)，則同一端口地址要讀兩次，第一次讀入的是計(jì)數(shù)值的低8位，第二次讀入的是計(jì)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(jì)數(shù)值的方法：（1）讀之前先停止計(jì)數(shù)這種方法是在讀之前用GATE信號(hào)，控制計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)，或由外部邏輯禁止所要讀的計(jì)數(shù)通道的CLK脈沖輸入。因?yàn)橛?jì)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(chǔ)單元中。兩次讀入必然有一段時(shí)間間隔，若計(jì)數(shù)器不停止計(jì)數(shù)，兩次讀入的計(jì)數(shù)值就不是同一個(gè)值，這就會(huì)使讀入的計(jì)數(shù)值有誤，所以，讀之前必須先停止計(jì)數(shù)。以讀計(jì)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(jì)數(shù)器計(jì)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(jì)數(shù)器0的OL低8位MOV BL， ALIN AL， 40H；讀入計(jì)數(shù)器0的OL高8位MOV BH， AL（2）讀之前先送計(jì)數(shù)器鎖存命令計(jì)數(shù)鎖存命令是控制字RL1、RL0為00的一種特殊形式，所以寫(xiě)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(jì)數(shù)器。鎖存命令的低4位無(wú)效，可以為0000B。假設(shè)要讀計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)值，則要執(zhí)行如下程序段：MOV AL， 80H ；計(jì)數(shù)器2鎖存命令OUT 43H，AL ；寫(xiě)入計(jì)數(shù)器2控制寄存器IN AL， 42H ；讀計(jì)數(shù)器2輸出鎖存器OL低8位MOV BL， ALIN AL， 42H ；讀計(jì)數(shù)器2輸出鎖存器OL高8位M0V BH， AL

從上面程序段可見(jiàn)，這種讀計(jì)數(shù)值方法，必須先有一次送鎖存命令的寫(xiě)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(duì)硬件配合的要求。當(dāng)執(zhí)行完OUT指令后，計(jì)數(shù)值被鎖存在OL內(nèi)。每個(gè)計(jì)數(shù)器都有一個(gè)16位的計(jì)數(shù)輸出鎖存器OL，分別鎖存計(jì)數(shù)值的高8位和低8位。當(dāng)沒(méi)有接到鎖存命令之前，在計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)過(guò)程中，每個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值輸出鎖存器隨計(jì)數(shù)單元CE計(jì)數(shù)值的變化而變化。當(dāng)接到鎖存命令后，OL中的計(jì)數(shù)值就被鎖存住了，不再隨計(jì)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?jì)數(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(jì)數(shù)輸出鎖存器解除鎖存狀態(tài)，又開(kāi)始隨計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)值變化。由于有對(duì)計(jì)數(shù)值鎖存的功能，讀計(jì)數(shù)值時(shí)，可以不停止計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)。CPU可以在任何時(shí)刻先送鎖存命令再讀計(jì)數(shù)值，而對(duì)計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)沒(méi)有任何影響。顯然送完鎖存命令之后不管什么時(shí)候讀計(jì)數(shù)值，讀到的總是發(fā)出鎖存命令那個(gè)時(shí)刻的計(jì)數(shù)值。每次讀計(jì)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(gè)命令是無(wú)效的。讀入的計(jì)數(shù)值是執(zhí)行第一次鎖存命令時(shí)所鎖存的計(jì)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(gè)2ms輸出一個(gè)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(gè)2ms輸出一個(gè)負(fù)脈沖，選擇工作方式2.2)計(jì)算計(jì)數(shù)初值。設(shè)定時(shí)時(shí)間為t,通道時(shí)鐘頻率為f，計(jì)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(xiě)控制方式字MOVAX,4000；將計(jì)數(shù)初值送AXOUT0C0H,AL;先寫(xiě)低8位，寫(xiě)入通道0MOVAL,AHOUT0C0H,AL;再寫(xiě)高8位，寫(xiě)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(duì)外部脈沖計(jì)數(shù)，記滿(mǎn)400個(gè)脈沖后向CPU發(fā)出一個(gè)中斷請(qǐng)求，端口地址為80H、82H、84H、86H，完成軟硬件設(shè)計(jì)。分析1）完成硬件設(shè)計(jì)。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(shí)，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(jì)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(shí)鐘為2MHZ，則軟硬件設(shè)計(jì)如何修改？分析此時(shí)通道2應(yīng)工作在方式3，方波周期t=1/30HZ=33ms。因此，計(jì)數(shù)初值N=33ms*2MHZ=66000>65536，超出了16位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍，也就是說(shuō)，一個(gè)通道無(wú)法完成這樣長(zhǎng)的定時(shí)工作，怎么辦？

為此，可采用多個(gè)通道共同完成(也稱(chēng)為計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)或串聯(lián))，第一通道的輸出OUT作為第二級(jí)通道的CLK輸入，第二級(jí)通道的輸出OUT作為第三級(jí)通道的CLK輸入,……,最后一級(jí)的OUT作為最終輸出結(jié)果。其中，前幾級(jí)均采用方式3，最后一級(jí)采用滿(mǎn)足題目要求的工作方式。

究竟需要多少級(jí)則取決于N的大小?？梢詫分解為幾個(gè)數(shù)的乘積，每一個(gè)數(shù)均小于65536,有幾個(gè)數(shù)就需要幾個(gè)通道，每個(gè)數(shù)就是相應(yīng)通道的計(jì)數(shù)初值。對(duì)本例來(lái)講，可以把N分解為N=66*1000，因此需要2個(gè)通道，通道1采用方式3，計(jì)數(shù)初值為66，通道2采用方式3，計(jì)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(xiě)低8位，寫(xiě)入通道1MOVAL,0B6HOUT86H,ALMOVAX,1000OUT84H,AL;先寫(xiě)低8位，寫(xiě)入通道2MOVAL,AHOUT84H,AL；再寫(xiě)高8位，寫(xiě)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(gè)計(jì)數(shù)器的使用情況如下： 計(jì)數(shù)器0(CNT0)作軟時(shí)鐘的時(shí)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(hào)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(qǐng)求。在中斷服務(wù)程序中對(duì)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，修改用來(lái)表示時(shí)間的相應(yīng)內(nèi)存單元(計(jì)滿(mǎn)一秒，秒加1；計(jì)滿(mǎn)60秒，分加1，秒清0。如次類(lèi)推)。計(jì)數(shù)器1(CNT1)作動(dòng)態(tài)RAM的刷新定時(shí)。程序設(shè)置CNT1為方式2，每隔15.084μs產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖輸出信號(hào)，請(qǐng)求執(zhí)行動(dòng)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(hào)送往DMA控制器8237A通道0的DMA請(qǐng)求輸入端。當(dāng)通道0執(zhí)行DMA操作時(shí)，對(duì)動(dòng)態(tài)RAM進(jìn)行刷新。計(jì)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(shí)間就能控制揚(yáng)聲器的音調(diào)和發(fā)音長(zhǎng)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(gè)計(jì)數(shù)器在系統(tǒng)中的初始化程序如下：（1）計(jì)數(shù)器0用于定時(shí)中斷（約55ms）MOV AL， 36H ；計(jì)數(shù)器0，方式3，寫(xiě)兩個(gè)字節(jié)，二進(jìn)制計(jì)數(shù)OUT 43H， AL ；控制字送控制字寄存器MOV AL， 0 ；計(jì)數(shù)值為最大值OUT 40H， AL ；寫(xiě)低8位OUT 40H， AL ；寫(xiě)高8位（2）計(jì)數(shù)器1用于定時(shí)（15μs）DMA請(qǐng)求MOV AL， 54H ；計(jì)數(shù)器1，方式2，只寫(xiě)低8位，二進(jìn)制計(jì)數(shù)OUT 43， ALMOV AL， 12H