8253概述

　　8253芯片是可編程計數(shù)器/定時器。這種芯片外形引腳都是兼容性的。8253內(nèi)部有三個計數(shù)器，分別稱為計數(shù)器0、計數(shù)器1和計數(shù)器2，他們的機構完全相同。

　　每個計數(shù)器的輸入和輸出都決定于設置在控制寄存器中的控制字，互相之間工作完全獨立。每個計數(shù)器通過三個引腳和外部聯(lián)系，一個為時鐘輸入端CLK，一個為門控信號輸入端GATE，另一個為輸出端OUT。每個計數(shù)器內(nèi)部有一個8位的控制寄存器，還有一個16位的計數(shù)初值寄存器CR、一個計數(shù)執(zhí)行部件CE和一個輸出鎖存器OL。

　　8253各通道的工作方式

　　8253中各通道可有6種可供選擇的工作方式， 以完成定時、計數(shù)或脈沖發(fā)生器等多種功能。8253的各種工作方式如下：

　　1.方式0：計數(shù)結束則中斷

　　工作方式0被稱為計數(shù)結束中斷方式。當任一通道被定義為工作方式0時， OUTi輸出為低電平；若門控信號GATE為高電平，當CPU利用輸出指令向該通道寫入計數(shù)值WR#有效時，OUTi仍保持低電平，然后計數(shù)器開始減“1”計數(shù)， 直到計數(shù)值為“0”，此刻OUTi將輸出由低電平向高電平跳變，可用它向CPU發(fā)出中斷請求，OUTi端輸出的高電平一直維持到下次再寫入計數(shù)值為止。

　　在工作方式0情況下，門控信號GATE用來控制減“1”計數(shù)操作是否進行。當GATE=1時，允許減“1”計數(shù)；GATE=0時，禁止減“1”計數(shù)； 計數(shù)值將保持GATE有效時的數(shù)值不變， 待GATE重新有效后，減“1”計數(shù)繼續(xù)進行。

　　顯然，利用工作方式0既可完成計數(shù)功能， 也可完成定時功能。當用作計數(shù)器時，應將要求計數(shù)的次數(shù)預置到計數(shù)器中，將要求計數(shù)的事件以脈沖方式從CLKi端輸入， 由它對計數(shù)器進行減“1”計數(shù)，直到計數(shù)值為0，此刻OUTi輸出正跳變， 表示計數(shù)次數(shù)到。當用作定時器時，應把根據(jù)要求定時的時間和CLKi的周期計算出定時系數(shù)，預置到計數(shù)器中。從CLKi，輸入的應是一定頻率的時鐘脈沖，由它對計數(shù)器進行減“1”計數(shù)， 定時時間從寫入計數(shù)值開始，到計數(shù)值計到“0”為止，這時OUTi輸出正跳變，表示定時時間到。

　　有一點需要說明，任一通道工作在方式0情況下， 計數(shù)器初值一次有效，經(jīng)過一次計數(shù)或定時后如果需要繼續(xù)完成計數(shù)或定時功能，必須重新寫入計數(shù)器的初值。

　　2.方式1：單脈沖發(fā)生器

　　工作方式1被稱作可編程單脈沖發(fā)生器。進入這種工作方式， CPU裝入計數(shù)值n后OUTi輸出高電平， 不管此時的GATE輸入是高電平還是低電平， 都不開始減“1”計數(shù)，必須等到GATE由低電平向高電平跳變形成一個上升沿后，計數(shù)過程才會開始。與此同時，OUTi輸出由高電平向低電平跳變，形成了輸出單脈沖的前沿，待計數(shù)值計到“0”， OUTi輸出由低電平向高電平跳變，形成輸出單脈沖的后沿， 因此，由方式l所能輸出單脈沖的寬度為CLKi周期的n倍。

　　如果在減“1”計數(shù)過程中， GATE由高電平跳變?yōu)榈碗姾?，這并不影響計數(shù)過程，仍繼續(xù)計數(shù)；但若重新遇到GATE的上升沿，則從初值開始重新計數(shù)， 其效果會使輸出的單脈沖加寬，如教材圖9-22（b）中的第2個單脈沖。

　　這種工作方式下，計數(shù)值也是一次有效，每輸入一次計數(shù)值，只產(chǎn)生一個負極性單脈沖。

　　3.方式2：速率波發(fā)生器

　　工作方式2被稱作速率波發(fā)生器。進入這種工作方式， OUTi輸出高電平，裝入計數(shù)值n后如果GATE為高電平，則立即開始計數(shù)，OUTi保持為高電平不變； 待計數(shù)值減到“1”和“0”之間， OUTi將輸出寬度為一個CLKi周期的負脈沖，計數(shù)值為“0”時，自動重新裝入計數(shù)初值n，實現(xiàn)循環(huán)計數(shù)，OUTi將輸出一定頻率的負脈沖序列， 其脈沖寬度固定為一個CLKi周期， 重復周期為CLKi周期的n倍。

　　如果在減“1”計數(shù)過程中，GATE變?yōu)闊o效（輸入0電平），則暫停減“1”計數(shù)，待GATE恢復有效后，從初值n開始重新計數(shù)。這樣會改變輸出脈沖的速率。

　　如果在操作過程中要求改變輸出脈沖的速率，CPU可在任何時候，重新寫入新的計數(shù)值， 它不會影響正在進行的減“1”計數(shù)過程，而是從下一個計數(shù)操作用期開始按新的計數(shù)值改變輸出脈沖的速率。

　　4.方式3：方波發(fā)生器

　　工作方式3被稱作方波發(fā)生器。任一通道工作在方式3， 只在計數(shù)值n為偶數(shù)，則可輸出重復周期為n、占空比為1：1的方波。

　　進入工作方式3，OUTi輸出低電平， 裝入計數(shù)值后，OUTi立即跳變?yōu)楦唠娖?。如果當GATE為高電平， 則立即開始減“1”計數(shù)，OUTi保持為高電平，若n為偶數(shù)，則當計數(shù)值減到n/2時，OUTi跳變?yōu)榈碗娖?，一直保持到計?shù)值為“0”，系統(tǒng)才自動重新置入計數(shù)值n，實現(xiàn)循環(huán)計數(shù)。這時OUTi端輸出的周期為n×CLKi周期，占空比為1:1的方波序列； 若n為奇數(shù)， 則OUTi端輸出周期為n×CLKi周期，占空比為（（n+1）/2）/（（n-1）/2）的近似方波序列。

　　如果在操作過程中， GATE變?yōu)闊o效，則暫停減“1”計數(shù)過程，直到GATE再次有效，重新從初值n開始減“l(fā)”計數(shù)。

　　如果要求改變輸出方波的速率， 則CPU可在任何時候重新裝入新的計數(shù)初值n，并從下一個計數(shù)操作周期開始改變輸出方波的速率。

　　5.方式4：軟件觸發(fā)方式計數(shù)

　　工作方式4被稱作軟件觸發(fā)方式。進入工作方式4，OUTi輸出高電平。 裝入計數(shù)值n后， 如果GATE為高電平，則立即開始減“1”計數(shù)，直到計數(shù)值減到“0”為止，OUTi輸出寬度為一個CLKi周期的負脈沖。由軟件裝入的計數(shù)值只有一次有效，如果要繼續(xù)操作， 必須重新置入計數(shù)初值n。如果在操作的過程中，GATE變?yōu)闊o效，則停止減“1”計數(shù)， 到GATE再次有效時，重新從初值開始減“1”計數(shù)。

　　顯然，利用這種工作方式可以完成定時功能，定時時間從裝入計數(shù)值n開始，則OUTi輸出負脈沖（表示定時時間到），其定時時間=n×CLK周期。 這種工作方式也可完成計數(shù)功能，它要求計數(shù)的事件以脈沖的方式從CLKi輸入，將計數(shù)次數(shù)作為計數(shù)初值裝入后，由CLKi端輸入的計數(shù)脈沖進行減“1”計數(shù)，直到計數(shù)值為“0”，由OUTt端輸出負脈沖（表示計數(shù)次數(shù)到）。 當然也可利用OUTj向CFU發(fā)出中斷請求。 因此工作方式4與工作方式0很相似，只是方式0在OUTi端輸出正階躍信號、方式4在OUTi端輸出負脈沖信號。

　　6.方式5：硬件觸發(fā)方式計數(shù)

　　工作方式5被稱為硬件觸發(fā)方式。進入工作方式5， OUTi輸出高電平， 硬件觸發(fā)信號由GATE端引入。 因此，開始時GATE應輸入為0， 裝入計數(shù)初值n后，減“1”計數(shù)并不工作，一定要等到硬件觸發(fā)信號由GATE端引入一個正階躍信號，減“1”計數(shù)才會開始，待計數(shù)值計到“0”， OUTi將輸出負脈沖，其寬度固定為一個CLKi周期，表示定時時間到或計數(shù)次數(shù)到。

　　這種工作方式下，當計數(shù)值計到“0”后， 系統(tǒng)將自動重新裝入計數(shù)值n，但并不開始計數(shù)， 一定要等到由GATE端引入的正跳沿，才會開始進行減“1”計數(shù)， 因此這是一種完全由GATE端引入的觸發(fā)信號控制下的計數(shù)或定時功能。如果由CLKi輸入的是一定頻率的時鐘脈沖，那么可完成定時功能，定時時間從GATE上升沿開始，到OUTi端輸出負脈沖結束。如果從CLKi端輸入的是要求計數(shù)的事件，則可完成計數(shù)功能，計數(shù)過程從GATE上升沿開始，到OUTi輸出負脈沖結束。GATE可由外部電路或控制現(xiàn)場產(chǎn)生，故硬件觸發(fā)方式由此而得名。

　　如果需要改變計數(shù)初值， CPU可在任何時候用輸出指令裝入新的計數(shù)初值m，它將不影響正在進行的操作過程， 而是到下一個計數(shù)操作周期才會按新的計數(shù)值進行操作。

　　從上述各工作方式可看出，GATE作為各通道的門控信號，對于各種不同的工作方式，它所起的作用各不相同。在8253的應用中，必須正確使用GATE信號，才能保證各通道的正常操作。

　　8253初始化編程

　　8253初始化要求：

　?。? ）對每個計數(shù)器，控制字必須寫在計數(shù)值之前。這是因為計數(shù)器的讀/寫格式由它的控制字決定。

　?。? ）計數(shù)值必須按控制字所規(guī)定的格式寫入。若控制字規(guī)定只寫8位，只需寫入一-次（8位）計數(shù)值即可（規(guī)定寫低8位則高8位自動置0，規(guī)定寫高8位則低8位自動置0） ;規(guī)定寫16位時必須寫兩次，先寫低8位，后寫高8位。當初值為0時，也要分兩寫入，因在二進制計數(shù)時，“0” 標65336 ，在BCD碼計數(shù)時“0”表示10000=104.

　?。?）對所有方式計數(shù)器都可以在計數(shù)過程中或計數(shù)結束后改變計數(shù)值，重寫計數(shù)值也必須遵守控制字所規(guī)定的格式，并且不會改變當前計數(shù)器的工作方式。

　?。? ）計數(shù)值不能直接寫到減1計數(shù)器中，而只能寫入計數(shù)值寄存器中，并由寫操作之后的下一個CLK脈沖將計數(shù)值寄存器的內(nèi)容裝入減1計數(shù)器開始計數(shù)。

　?。? ）初始化編程必須明確各個計數(shù)器的控制字和計數(shù)值不是寫到同一個地址單元。各個計數(shù)器的控制字各自獨立確定，但它們都寫入同一一個端［ ］地址（控制字寄存器）中，各個計數(shù)器的計數(shù)值則根據(jù)需要獨立確定并寫入各自計數(shù)器的相應寄存器中。

　　例1：設8086系統(tǒng)中8253的三個計數(shù)器的端［ ］地址為060H ， 062H和064H，控制口地址為066H ，要求計數(shù)器0為方式1，按BCD計數(shù);計數(shù)初值為1800D，計數(shù)器1為方式0，按二進制計數(shù);計數(shù)初值為1234H，計數(shù)器2為方式3，按二進制計數(shù);當計數(shù)初值為065H時，試分別寫出計數(shù)器0，1，2的初始化程序。

　　計數(shù)器0的初始化:

　　計數(shù)0的控制字： 00100011B=23H

　　MOVAL， 23H ;計數(shù)器0的控制字

　　OUT 066H，AL ;控制字寫入8253的控制器

　　MOVAL， 18H ;取計數(shù)初值的高8位，低8位00可不送

　　OUT 060H ， AL ;計數(shù)初值送計數(shù)器0端［ ］

　　計數(shù)器1和初始化:

　　計數(shù)器1的控制字： 0110000B=70H

　　MOVAL， 70H ;計數(shù)器的控制字：方式0，送高8位和低8位，二進制計數(shù)

　　OUT 066H ，AL ;控制字寫入8253的控制器

　　MOV AL， 034H ;取計數(shù)初值的低8位

　　OUT 062H ，AL ;計數(shù)初值的低8位，寫入計數(shù)器1端口］

　　MOVAL， 12H ;取計數(shù)初值的高8位

　　OUT 062H ，AL ;計數(shù)初值的高8位寫入計數(shù)器1端D 1

　　計數(shù)器2的初始化:

　　計數(shù)器2的控制字： 10010110B=96H

　　MOV AL，96H ; 計數(shù)器2的控制字96H：方式3，只送低8位，二進制計數(shù)

　　OUT 066H ， AL ;控制字寫入8253的控制口

　　MOV AL， 056H ;計數(shù)初值的低8位

　　OUT064H，AL;計數(shù)初值的低8位寫入計數(shù)器2的端口

　　例2：要求讀出計數(shù)器2的當前計數(shù)值，并檢查是否為全“1”。

　　8253在讀取計數(shù)器的當前計數(shù)值時，必須分兩步進行。首先發(fā)一鎖存命令 （即控制字中RL1RL0=00 ） ，將當前計數(shù)值鎖存到輸出鎖存器中。第二步執(zhí)行讀操作 ，即用IN指令將鎖存器中內(nèi)容讀入CPU。

　　假設計數(shù)初值只有低8位，設其程序段如下（控制［ ］地址為066H，計數(shù)器2的［ ］地址為064H） ：

　　KEEP ： MOV AL， 80H ;計數(shù)器2的鎖存命令

　　OUT 066H ， AL ;鎖存命令寫入控制寄存器

　　IN AL， 064H ;讀輸出鎖存器中的當前計數(shù)值（從計數(shù)器2端口讀）

　　CMP AL， OFFH ; 比較當前計數(shù)值是否為全“1”

　　JME KEEP ;非全“1”繼續(xù)讀

　　HLT ;為全“1”暫停

　　8253的應用舉例

　　例1：將8253的計數(shù)器1作為5ms定時器，設輸入時鐘頻率為200kHz，試編寫8253的初始化程序。

　?。?）計數(shù)初值N計算

　　已知輸入時鐘CLK頻率為200kHz，則時鐘周期為T=1/f=1/200kHz=5μs，于是計數(shù)初值N為：N=5ms/T=5ms/5μs=1000。

　?。?）確定控制字

　　按題意選計數(shù)器1，按BCD碼計數(shù)，工作于方式0，由于計數(shù)初值N=1000，控制字D5D4應為11，于是8253的控制字 為：01110001B=71H。

　?。?）選擇8253各端口地址

　　設計數(shù)器1的端口地址為3F82H，控制口地址為3F86H。

　　（4）初始化程序如下

　　MOV AL，71H ；控制字

　　MOV DX，3F68H ；控制口地址

　　OUT DX，AL ；控制字送8253控制寄存器

　　MOV DX，3F82H ；計數(shù)器1端口地址

　　MOV AL，00 ；將計數(shù)初值N=1000的低8位寫入計數(shù)器1

　　OUT DX，AL

　　MOV AL，10 ；將N的高8位寫入計數(shù)器1

　　OUT DX，AL

　　例2：以8086為CPU的某微機系統(tǒng)中使用了一塊8253芯片，其通道端口地址為308H， 30AH，30CH，控制口地址為30EH，3個通道使用同一輸入時鐘，頻率為2MHz，要求完成如下功能：

　　利用計數(shù)器0采用硬件觸發(fā)，輸出寬度等于時鐘周期的單脈沖，定時常數(shù)為36H；

　　利用計數(shù)器1輸出頻率為2kHz的對稱方波；

　　利用計數(shù)器2產(chǎn)生寬度為0．6ms的單脈沖，

　　試設計該定時系統(tǒng)硬件電路和初始化程序。

　?。?）硬件電路設計

　　硬件電路設計主要是地址譯碼電路設計及時8253與CPU間的連接。根據(jù)給定的端口地址可知，地址總線低位部分的 A9～A0分別為：A9A8=11，A7～A4=0000，A3A2A1=100～111，A0=0，由它們經(jīng)譯碼器譯碼產(chǎn)生8253的片選信號， 8253的數(shù)據(jù)線D7～D0必須與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的低8位相連，8253的端口的選擇信號A1A0應連系統(tǒng)地址的A2A1。根據(jù)上 述要求，譯碼器應選3-8譯碼器74LS138。該譯碼器有3個代碼輸入端（C，B，A），輸入3位代碼決定譯碼信號從 Y0～Y7中哪一個輸出，本例中顯然應以Y2輸出。

　　（2）初始化編程

　　根據(jù)題意要求，對3個通道的工作方式，計數(shù)初值確定如下：

　　由CLK0～CLK2=2MHz可得，時鐘周期T=1/f=1/2MHz=0．5μs。

　　選計數(shù)器0：選擇方式5，門控信號GATE應接一正跳變信號，OUT端當計數(shù)為0時產(chǎn)生一個寬度等于時鐘周期的單脈 沖。計數(shù)系數(shù)為36，用BCD計數(shù)。所以，計數(shù)器0的控制字應為00011011B=1BH。

　　選計數(shù)器1：選擇方式3，GATE按+5V，CLK1=2MHz輸出方波頻率為2kHz，所以，計數(shù)常數(shù)N1=2MHz/2kHz=1000，采用 BCD計數(shù)，于是計數(shù)器1的控制字為：01110111B=77H。

　　選計數(shù)器2：選擇方式1，以構成一個單穩(wěn)態(tài)電路，輸出脈沖寬度由計數(shù)常數(shù)N2決定，計數(shù)常數(shù)N2=600μs/0． 5μs=1200，采用BCD計數(shù)，于是計數(shù)器2的控制字為：10110011B=B3H。

　　根據(jù)以上分析可得3個計數(shù)通道的初始化程序如下。

　　計數(shù)通道0的初始化程序：

　　MOV DX，30EH ；8253的控制口地址

　　MOV AL，1BH ；計數(shù)通道0的控制字，低8位，方式5，BCD計數(shù)

　　OUT DX，AL ；控制字寫入控制口

　　MOV DX，308H ；計數(shù)器0的端口地址

　　MOV AL，036H ；計數(shù)初值的低8位

　　OUT DX，AL ；低字節(jié)寫入計數(shù)器0端口

　　計數(shù)通道1的初始化程序：

　　MOV DX，30EH ；8253的控制口地址

　　MOV AL，77H ；計數(shù)通道1的控制字，先寫低字節(jié)，后寫高字節(jié)，方式3，BCD計數(shù)

　　OUT DX，AL ；控制字寫入控制口

　　MOV DX，30AH ；計數(shù)通道1的端口地址

　　MOV AL，00H ；計數(shù)初值的低字節(jié)

　　OUT DX，AL ；低字節(jié)寫入計數(shù)通道1

　　MOV AL，10D ；計數(shù)初值的高字節(jié)

　　OUT DX，AL ；高字節(jié)寫入計數(shù)通道1

　　計數(shù)通道2的初始化程序

　　MOV DX，30EH ；8253的控制口地址

　　MOV AL，B3H ；計數(shù)通道2的控制字，先寫低字節(jié)，后寫高字節(jié)，方式1，BCD計數(shù)

　　OUT DX，AL ；控制字寫入控制口

　　MOV DX，30CH ；計數(shù)通道的端口地址

　　MOV AL，00H ；計數(shù)初值的低字節(jié)

　　OUT DX，AL ；低字節(jié)寫入計數(shù)通道

　　MOV AL，12D ；計數(shù)初值的高字節(jié)

　　OUT DX，AL ；高字節(jié)寫入計數(shù)通道2

　　計數(shù)通道2初始化程序：

　　MOV AL，B0H ；計數(shù)通道2的控制字

　　OUT 05FH，AL ；控制字寫入控制器

　　MOV AL，068H ；計數(shù)初值的低8位

　　OUT 05DH，AL ；計數(shù)初值的低8位寫入計數(shù)通道2