8253定时/计数器总结

在微机系统中产生定时信号的方法有 软件定时 和 硬件定时

软件定时就是写延迟函数循环，优点：编程简单，缺点：一直占用CPU时间，没有充分利用

硬件定时是有两种不同器件

一种是不可编程器件，此方法电路简单，通过改变电路中的阻容值

第二种就是可编程器件，如8253/8254，通过预先设定控制方式，定时时间等完成定时

 

8253按照设定的定时/计数常数进行递减，若作为计数器，则由外部事件控制计数器递减；若为定时器，则由内部事件控制计数器递减。8254只是多了一个读回命令和状态字。

8253 内部结构

nmos 工艺，24引脚的双直插式封装（DIP），输出与TTL兼容，最高计数频率为2.6MHz

8253有3个独立的定时/计数器，可以按二进制/十进制（BCD码）计数，计数方式可编程。每个技术器有3个引脚和外部相连，分别是CLK，GATE和OUT

引脚图和功能图如下

 

 

数据总线缓冲期：它是8位3态，双向数据缓冲器，其功能是CPU向8253的控制寄存器写控制字；CPU向计数器012写入计数初值，如果是16位计数初值，需要写两次，先低八位后高八位（8253/8254与CPU连接的数据线却是8位的）

读/写逻辑电路：接收来自总线的5个控制信号，包括（RD）（WR），地址选择（A1A0）和片选信号（CS）

当CS=1的时候，片选未选中，后续所有操作都无效

当CS=0的时候，片选选中

看A1A0，00为0号计数器，01为1号计数器，10为2号计数器，11就是没有操作

看RD和WR，当RD为1，WR为0，写信号选通，开始向计数器设置初值

当RD为0，WR为1，读信号选通，开始读计数器计数值

下面是计数器的结构

 

 

可以看到

CLK是时钟信号，输入决定计数频率

GATE ：门控信号，输入，控制计数器工作模式（上升沿有效/高电平有效）

OUT：计数结束信号，计数结束就会产生一个输出信号，输出波形随工作模式

设置完初值，在GATE和CLK信号下，来一个CLK信号，计数器-1

8253/8254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

方式2:分频器

方式3:方波发生器

方式4:软件触发选通

方式5:硬件触发

8253有6种工作方式，每个通道均可以通过编程选择工作方式。

计数启动方式：

软件启动：GATE端为高电平，置入计数初值后的第2个CLK脉冲的

          下降沿就开始计数

硬件启动：GATE端要求有一个上升沿跳变，对应CLK脉冲的下降

          沿开始计数

工作方式：

方式0：计数到零产生中断请求。软件启动。

方式1：硬件可重复触发的单稳态触发器。硬件启动。

(3)方式2：分频器。软、硬件启动。

(4)方式3：方波发生器（用得最多的方式）。软、硬件启动。

(5)方式4：软件触发选通。软件启动。

(6)方式5：硬件触发选通。硬件启动。

 

方式0：

 

 

当WR发出选通信号的时候，OUT立刻为0，当CPU填入初值的时候，从下一时刻开始计数，计数到0的时候，OUT立刻为1（门控信号始终为1）

如果中间GATE信号为0，则中断计数中断，直到GATE信号为1的时候重新开始计数。

 

 

方式1:单稳态脉冲可重复触发

OUT初始为低电平，当WR选通的时候，OUT为高电平。此时等待GATE的上升沿。当GATE为高电平的时候

① 若设置初值为N，则输出为N个CLK周期宽度的负脉冲。

② 计数到零时，可再次由GATE上升沿触发，输出同样宽度的负脉冲，而不必重新写入初值，即可重复触发如图7.7所示。

③ 在计数过程中（输出负脉冲期间），可由GATE上升沿再触发，如图7.8所示。

④ 在计数过程中，CPU可改变初值，这时计数过程不受影响，计数到0后输出变高。当再次触发时，计数器才开始按新的计数初值计数。即改变计数初值是下次有效的。

 

 

 

 

方式2 分频器

① 不用重新设置计数初值，通道能连续工作。如果初值为N，则每输入N个CLK脉冲，输出一个负脉冲，负脉冲的宽度为1个CLK周期，重复周期为N倍的CLK周期。

② 计数过程中可由GATE信号控制，当GATE信号变低时，立即暂停现行计数；当GATE信号变高后，从计数初值开始重新计数，如图7.9所示。

③ 如果在计数过程中，CPU重新写入计数初值，则对于正在进行的计数无影响，而是从下一个计数操作周期开始按新的计数值改变输出脉冲的频率，如图7.10。

 

 

方式3 方波产生器

 

 

① 注意初值N为偶数或奇数时，输出信号的差别。N为偶数时，输出对称方波，周期为N个CLK宽度；N为奇数时，输出有N+1/2个CLK周期的高电平和N-1/2个CLK周期的低电平。

② 在计数过程中，GATE信号变低则暂停现行计数过程，直到GATE变高，将从计数初值开始重新计数。

③ 如果要求改变输出方波的频率，则CPU可在任何时候重新写入初值，并从下一个计数操作周期开始改变输出方波频率

 

方式4：软件触发选通

 

 

① 若初值为N ，则写入初值后的N+1个CLK脉冲才输出一个负脉冲，负脉冲的宽度为一个CLK周期，如图7.12。

② 当GATE=1时，允许计数；GATE=0时，禁止计数。

③ 在计数过程中改变初值，则按新的初值重新计数，即改变初值是立即有效的。

 

 

方式5:硬件触发选通

 

 

① 初值为N，则在门控GATE上升沿触发后。经过N+1个CLK脉冲，才输出一个CLK周期的负脉冲，如图7.13。

② 若在计数过程中再次出现门控GATE触发信号。则将从初值开始重新计数，但OUT输出的高电平不受影响，如图7.14。

③ 若在计数过程中改变初值，只要在计数到0之前不出现新的门控触发信号，则原计数过程不受影响；等计数到0并出现新的门控触发信号后，再按新的计数初值计数。若在写入了新的计数初值后，在未计数到0之前有门控触发信号出现，则立即按新的计数初值重新开始计数。

 

总结，比较

 

 

 

 

⑴ 方式2（分频器）、方式4（软件触发选通）和方式5（ 硬件触发选通），它们的输出波形相同，都是宽度为 1个CLK周期的负脉冲。区别是：方式2是自动重复工作的，而方式4需要由软件（设置计数初值）触发启动，方式5需要由硬件（门控GATE信号）触发启动。

⑵ 方式5（硬件触发选通）与方式1（硬件触发单稳），触发信号相同，但输出波形不同：方式1输出为宽度是N个CLK周期的负脉冲（计数过程中输出为低） ，而方式5输出为宽度是1个CLK周期的负脉冲（计数过程中输出为高）。

⑶ 6种工作方式中，只有方式0，写入控制字后输出为低；其余5种方式，都是写入控制字后输出为高。

⑷ 6种工作方式中的任何一种方式，只有在写入计数值后才能开始计数。方式0、2、3、4都是写入计数初值后，计数过程就开始了。而方式1和方式5在写入计数初值后，需由外部GATE信号的触发启动，才能开始计数过程。

⑸ 6种工作方式中，只有方式2（分频器）和方式3（方波发生器）为自动重复工作方式，其他4种方式都是一次 性计数，要继续工作需要重新启动。

图7.15是8253六种工作方式下的输出波形图。

 

 

8253/8254的编程

1. 写入控制字

因为8253没有复位，只能先写控制字初始化

 

 

8253中，D7D6为11为非法，8254中为读回命令

D5D6为读写格式，

如果写入的初值为0-255，选01

写入初值大于255，但低位全为0，选10

如果大于255，低位不为0，选11

如果想读出，选00，直接进行锁存

D0选择计数初值的格式，1为十进制，0为二进制

 

1. 写入初值

注意的问题

1. 要先写控制字
2. 写入的格式要和控制字一致
3. 0为计数值的最大值

计数初值的计算有下面几种情况：

当计数器工作在方式2或者方式3的时候，实际上是一个分频器，因此计数常数就是分频系数，分频系数＝ƒi/ƒo（ƒi：输入CLK频率；ƒo：OUT端输出频率）。

当计数器作为定时器工作时，CLK通常来自系统内部的时钟，计数常数就是定时系数，定时系数＝T/tCLK=T׃CLK（T为定时时间，ƒCLK为输入的CLK频率）。

当计数器作为外部计数使用时，计数脉冲通常来自系统外部，计数常数就是要记录的外部事件的脉冲个数。

 

3 计数返回

8253想读当前计数值，先发命令字锁存，然后先读低八位，再读高八位

8254，可以将3个计数器的计数值和状态都锁存，向CPU返回命令字

8253的计数值的读回

由CPU访问每个通道的输出锁存器OL，即可实现读出每个通道的计数值。

在上面的方式控制字格式中，我们看到，如果D5D4＝00，就表示锁存该计数器的值，用来进行读入。

8254的计数值和状态读回

多了专门的读回命令字，可以将3个计数器的计数值和状态都进行锁存，并且向CPU返回一个状态字

读回命令写入控制端口，而状态字和计数值都通过相应的计数器端口读出