第八章 可编程定时 / 计数器 8253 及其应用

第一节 Intel8253-PIT 的工作原理一 . 8253 的功能

计算机系统中，实现定时或延时有三种方法：软件定时、不可编程的硬件定时、可编程的硬件定时器。8253 为可编程的硬件定时 / 计数器。

1. 主要功能* 具有 3 个独立的 16 位计数器通道；* 每个计数器均可按二进制或二—十进制计数；* 每个计数器的计数速率高达 2MHz ；* 每个通道有 6 种工作方式，可由程序设置和改变；* 所有的输入输出都与 TTL 兼容。

习题： 8－ 4， 8－5

二 . 8253 的内部结构

* 三个计数器（减法器） 3 个独立的 16 位减法器，可作定时 / 计数器使用； 计数器按二 /BCD 方式减法计数，从预常减到零时，OUT 端输出一信号。

数据总线缓冲 器

计数器0

读 / 写

逻辑

控制字

寄存器

计数器1

计数器2

CLK0

CLK1

CLK2

GATE0

GATE1

GATE2

OUT0

OUT1

OUT2

D7 ~ D0

RDWRA0A1

CS

8253 内部结构

内部数据总线* 数据总线缓冲器 ( 传送信息 ) 写控制字 , 写时常， 读计数值

* 读写逻辑* 控制字寄存器 ( 存放控制字 )

数据总线缓冲 器

计数器0

读 / 写

逻辑

控制字

寄存器

计数器1

计数器2

CLK0

CLK1

CLK2

GATE0

GATE1

GATE2

OUT0

OUT1

OUT2

D7 ~ D0

RDWRA0A1

CS

8253 内部结构

内部数据总线

三 .8253 的引线

* 数据线（ D7~D0 ）* 地址线：选择内部寄 存器；* 控制线：完成片选和 读写操作。

CLK ：输入脉冲线；GATE ：门控信号输入线； GATE=0 禁止计数， GATE=1 允许工作；OUT ：输出引脚； 当计数到“ 0” 时， OUT 端输出一信号。

CS RD WR A1 A0 寄存器选择和操作0 1 0 0 0 写入计数器 00 1 0 0 1 写入计数器 10 1 0 1 0 写入计数器 20 1 0 1 1 写入控制寄存器0 0 1 0 0 读计数器 00 0 1 0 1 读计数器 10 0 1 1 0 读计数器 20 0 1 1 1 无操作（三态）1 * * * * 禁止（三态）

8253 输入信号组合的功能表

四 . 8253-PIT 的控制字

00 选择计数器 001 选择计数器 110 选择计数器 211 非法选择

0= 二进制1=BCD

计数器 读 / 写格式 工作方式 数制D0D1D2D3D4D5D6D7

在 8253 的初始化编程中，由 CPU 向 8253 的控制字寄存器写入一个控制字来规定 8253 的工作方式。

00 计数器锁存命令10 只读 / 写最高有效字节（高八位）01 只读 / 写最低有效字节（低八位）11 先读写最低有效字节然后读写最高有效字节

000 方式 0001 方式 1*10 方式 2*11 方式 3100 方式 4101 方式 5

五 . 8253-PIT 的工作方式

* CW 写入， OUT=0 ；* 写入时常，通道开始计数；* 计数到零， OUT=1 ；

* 计数器只计数一遍；* OUT 是 N+1 个 CLK 后变高；* 计数过程中， GATE=0 ， 计数暂停；* 计数过程中可改变计数值；* 8253 无中断控制，可用OUT 信号作为中断请求。

1. 方式 0

4 3 2 1 0 FF

OUT

GATE=1

CLK

WR

CW=10 LSB=4

3 2 2 2 0 FF

OUT

GATE

CLK

WR

CW=10 LSB=3

1 ÖÃʱ³£

方式 1 （可编程单稳）

* 写入控制字 OUT=1 ，写入常数不计数；* GATE 启动计数， OUT=0 ；* 计数到， OUT=1 。

* 单拍脉冲宽度为 N ；

* 由 GATE 重新启动；

* 计数中，可重新启动；

* 计数中，可改变计数值，再次启动有效。

二. 8253-PIT的工作方式

3 2 30 FF

OUT

GATE

CLK

WR

CW=12 LSB=3

1

二. 8253-PIT的工作方式

3 2 3 0OUT

GATE

CLK

WR

CW=12 LSB=3

1 2 1

3 2

OUT

GATE

CLK

WR

CW=14 LSB=3

3 2 1 32

方式 2 （速率发生器）

* 写入控制字 OUT=1 ；* 写入常数立即对 CLK 计数；* 计数到 1 ， OUT=0 ；* 一个 CLK 周期后， OUT=1 ，重新计数。

* 通道连续工作不需重置时常；

* 计数过程中， GATE=0 ，计数暂停， GATE 变高后重新计数；

* 计数过程中可改变计数值；新的计数值在下一次有效。

3 2 1

OUT

GATE=1

CLK

WR

CW=14 LSB=3

3 2 1 3

5 4 2

OUT

GATE=1

CLK

WR

CW=16 LSB=5

25 45 2 5 2

方式 3 （方波速率发生器）

* 与方式 2 的区别在于：输出为周期是 N 个 CLK 脉冲的方波。* 若计数值为偶数，每个 CLK 使计数值减 2 ，计到 0 ， OUT 改变状态，重装计数值开始新的计数。

* 若计数值为奇数，第一个脉冲先减 1 ，以后，每个 CLK 使计数值减 2 ，计到 0 时， OUT 改变状态，重装计数值后，第一个脉冲减 3 ，以后，每个 CLK 使计数值减 2 ，计到 0 时， OUT 改变状态。

*GATE 信号控制计数过程；

* 计数过程中写入新的计数值将在半周期结束时装入计数器。

4 2 4

OUT

GATE=1

CLK

WR

CW=16 LSB=4

2 4 2 4 2

例：要求计数器 0 工作于方式 3 ，输出方波的频率为 2KHz ，计数脉冲的频率为 2.5MHz ，采用 BCD 计数，试写出初始化程序段。

2. 常数计算： TC = 2.5MHz/2KHz=1250

MOV AL ， 37HOUT 83H ， ALMOV AL ， 50HOUT 80H ， ALMOV AL ， 12HOUT 80H ， AL

1. 8253 的端口地址为： 80H ， 81H ， 82H ， 83H 。

00 01111 13. 8253 的方式控制字为：4. 初始化程序段：

方式 4 （软件触发选通）

3 2 1

OUT

GATE=1

CLK

WR

CW=18 LSB=3

0 FF FE FD

3 2 1

OUT

GATE=1

CLK

WR

CW=18 LSB=3

01 FF2

LSB=2

* 写入控制字 OUT=1 ；* 写入常数立即对 CLK 计数；* 计数到 0 ， OUT=0 ；* 一个 CLK 周期后， OUT=1 ，计数器停止计数。

* 计数器只计数一遍；* OUT 是 N+1 个 CLK 后变低；* 计数过程中， GATE=0 ， 计数暂停；* 若在计数过程中，改变计数值，则按新的计数值重新开始计数。

方式 5 （硬件触发选通）

3 2 1

OUT

GATE

CLK

WR

CW=1A LSB=3

0 FF 3

3 2 1

OUT

GATE

CLK

WR

CW=1A LSB=3

0 FF3 2

* 写入控制字 OUT=1 ；* 写入常数后，由 GATE 的上升沿启动计数；* 计数到 0 ， OUT=0 ；* 一个 CLK 周期后， OUT=1 ，计数器停止计数。

* 计数器只计数一次；* OUT 是 N+1 个 CLK 后变低；* 在 计数过程中出现的 GATE脉冲， 将使 计数器重新开始计数，对输出状态没有影响；* 若在计数过程中改变计数值，只要没有 GATE 信号触发，不影响计数过程。有新的 GATE 信号触发则按新的计数值开始计数。

六 . 8253-PIT 工作方式小结

1. 输出端 OUT 的初始状态 只有方式 0 是在写入控制字后输出为低，其它均为高；

2. 计数值的设置 任一种方式，只有在写入计数值后才能开始计数，方式 0 、 2 、 3 、 4 在写入计数值后，计数自动开始，方式 1 、 5 需外部触发，才开始计数。

计数值 N 与输出波形的关系

方式 功能 N与输出波形的关系

0 计完最后一个数中断 写入计数值 N后，经过 N+1个 CLK脉冲输出变高

1 硬件再触发单拍脉冲 单拍负脉冲的宽度为 N个 CLK脉冲

2 速率发生器 N个 CLK脉冲，输出宽度为一个 CLK周期的负脉冲

3 方波速率发生器写入 N后，输出 N /2个 CLK高电平，N /2 个 CLK低电平（N

为偶数）；（N+1）/2 个 CLK 高电平，（N-1）/2 个 CLK 低电平（N为奇数）

4 软件触发选通 写入 N后，过 N+1个 CLK，输出宽度为一个 CLK的负脉冲

5 硬件触发选通 门控触发后过 N+1个 CLK，输出宽度为一个 CLK的负脉冲

3. 门控信号的作用 -----GATE 输入总是在 CLK 输入时钟的上升沿被采样。在方式 0 ， 2 ， 3 ， 4 中， GATE 输入是电平起作用。在方式 1 ， 2 ， 3 ， 5 中 GATE 输入是上升沿起作用的。

GATE方式 功 能

低或变为低 上升沿 高

0 计完最后一个数中断 禁止计数 ___ 允许计数

1 硬件再触发单拍脉冲 -----①启动计数②下一个 CLK脉冲使输出变低

-----

2 速率发生器①禁止计数②立即使输出为高

①重新装入计数值②启动计数

允许计数

3 方波速率发生器①禁止计数②立即使输出为高

启动计数 允许计数

4 软件触发选通 禁止计数 ----- 允许计数5 硬件触发选通 ------ 启动计数 ------

方式 功能 改变计数值0 计完最后一个数中断 立即有效1 硬件再触发单拍脉冲 外部触发后有效2 速率发生器 计数到 1后有效

3 方波速率发生器外部触发后有效计数到 0后有效

4 软件触发选通 立即有效5 硬件触发选通 外部触发后有效

4. 在计数过程中改变计数值立即有效是写入计数值后的下一个 CLK 脉冲后，新的计数值开始起作用。

5. 计数到 0 后计数器的状态

计数器减到 0 后并不停止，在方式 0 ， 1 ， 4 ， 5 ，计数器减到 0 后从 FFFF/9999 继续计数。方式 2 ， 3 是连续计数，计数器自动装入计数值后，继续计数。

七 . 8253-PIT 的编程

8253-PIT 初始化编程的步骤：

1. 写入通道控制字，规定通道的工作方式；（ A1A0=11 ）2. 写入计数值（由控制字的 D7D6 确定通道号）。① 若规定只写入低 8 位，则写入的为计数值的低 8 位，高8 位自动置 0 ；② 若规定只写入高 8 位，则写入的为计数值的高 8 位，低8 位自动置 0 ；③ 若是 16 位计数值，则分两次写入，先写入低 8 位，再写入高 8 位。

例 1 ：某 8253 端口地址为 F8H~FBH ，欲用通道 0 以方式 1 ，按 BCD 计数，计数值为 5080 。

1. 确定通道控制字；2. 计数值的低 8 位为 80 ；3. 计数值的高 8 位为 50 。

0 0 1 1 0 0 1 1

初始化程序为：MOV AL ， 33H

OUT 0FBH ， AL

MOV AL ， 80H

OUT 0F8H ， AL

MOV AL ， 50H

OUT 0F8H ， AL

在计数过程中， 8253 读计数器现行值的方法：（将计数值存入内部锁存器）

MOV AL ， 03H ；计数器 0 的锁存命令OUT 0FBH ， AL ；写入控制寄存器IN AL ， 0F8H ；读低 8 位MOV CL ， AL ；存入 CL 中IN AL ， 0F8H ；读高 8 位MOV CH ， AL ；存入 CH 中

第二节 Intel8253-PIT 的应用举例

A4A3A0

A5M/IO

A7A6

A9A8

G1

G2B

G2A

CBA

Y4

A2A1RDWR

D7—D0

GATE0OUT0

CLK0CLK1CLK2

GATE1OUT1

GATE2OUT2

A1A0RDWR

D7—D0

CS

1MHz 方波

5V

2KHz 方波

1ms 的负脉冲

单脉冲

8086

CPU

74LS138

例 2 ：用 8253产生各种定时波形。

例 2 ：用 8253产生各种定时波形。要求：（ 1 ）通道 0 输出频率为 2KHz 的方波；

（ 2 ）通道 1产生宽度为 1ms 的负脉冲；

（ 3 ）通道 2 以硬件方式触发，输出单脉冲时常为 26 。

已知： 8253基地址为 310H ， 3 通道所用时钟脉冲频率为 1MHz 。

分析：通道 0 工作于方式 3 ，控制端 GATE0接 +5V ，时间常数 N0=1MHz/2KHz=500 ；

通道 1 工作于方式 1 ，由控制端 GATE1 的正跳变触发， OUT1 的宽度为时常，单次触发，时间常数 N1=1ms/0.001ms=1000 ；

通道 2 工作于方式 5 ，由控制端 GATE2 的正跳变触发，可连续触发，时间常数 N2=26 。

；通道 0 初始化程序MOV DX ， 316HMOV AL ， 00110111BOUT DX ， ALMOV DX ， 310H MOV AL ， 00HOUT DX ， ALMOV AL ， 05HOUT DX ， AL

；通道 1 初始化程序MOV DX ， 316HMOV AL ， 01110011BOUT DX ， ALMOV DX ， 312H MOV AL ， 00HOUT DX ， ALMOV AL ， 10HOUT DX ， AL

；通道 2 初始化程序MOV DX ， 316HMOV AL ， 10011011BOUT DX ， ALMOV DX ， 314H MOV AL ， 26HOUT DX ， AL

例 3 ： 8253 控制 LED 。要求： LED点亮 10秒，熄灭 10秒分析： 8253 的地址线与 CPU 高 8 位数据线 D8——D15相

连， 8253 的各端口的地址为 81H 、 83H 、 85H 、 87H 。

OUT1 输出占空比为 1:1 的方波， 8253 端口 1 工作在方式 3 。时钟频率为 2MHz 时， 16 位计数通道的最大定时时间为：

0 .5s65536=32.768ms

级连：通道 0 输出400Hz 脉冲（时常 5000 ），通道 1 输出 0.05Hz 方波（时常 8000 ）。

D7-D0

WR

RD

A1

A0

CS

CLK0

OUT0

CLK1

OUT1 译码

WR

RD

A2

A1M/ IO

A0-A7

+5V

D8-D15

GATE0

GATE1

2MHz

；通道 0 初始化程序MOV AL ， 00110101BOUT 87 ， ALMOV AL ， 00HOUT 81 ， ALMOV AL ， 50HOUT 81 ， AL

；通道 1 初始化程序MOV AL ， 01110111BOUT 87 ， ALMOV AL ， 00HOUT 83 ， ALMOV AL ， 80HOUT 83 ， AL

例 4 ：用 8253 设计一个自动计数系统（计数 500 向 CPU提出中断申请）。

8253 端口地址： F0H ， F2H ， F4H ， F6H ，8253 工作方式：计数器 1 工作于方式 0 ，按 BCD计数，先读写低字节，后读写高字节。

D7-D0

OUT0

WR

RD

A1

A0

CS

GATE1

CLK1

译码

INTR

WR

RD

A2

A1M/IO

AB

+5V+5V +5V

；通道 1 初始化程序MOV AL ， 01110001BOUT 0F6H ， ALMOV AL ， 99HOUT 0F2H ， ALMOV AL ， 04HOUT 0F2H ， AL

；读通道 1 计数值程序MOV AL ， 01000000BOUT 0F6H ， ALIN AL ， 0F2HMOV AH ， ALIN AL ， 0F2HXCHG AH ， AL

当前计数值的读取

（ 1 ）利用 GATE 控制信号，使计数器停止计数。故干扰了计数过程，需要硬件电路配合。

（ 2 ）利用计数器锁存命令锁存现行计数值，就可从相应的计数器通道中读取计数值。

第三节 Intel8253-PIT 在 PC/XT 机中的应用

GATE0GATE1GATE2

CLK0CLK1CLK2

OUT2

A1A0RDWR

D7—D0CS

IRQ018.2Hz

T/C2 OUT

896Hz

A1A0

IORIOW

T/C CS

D7—D0

U21

D Q

C Q OUT1

OUT0

5V

U73

D S Q

C CLR

DRQ066.2878KHz

PCLK

2.38636MHz

RESETDRV

PB0

DACK0BRD

40H---43H

方式 3 ， n =0

方式 2 ， n =18

方式 3 ， n =1331