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8.2 计数器 / 定时器接口芯片 8253. 微机系统中经常会要求有 一些实时时钟以实现定时或延时控制 ，也要求 有计数器对外部事件计数. 实现上述要求可采用 3 种方法： 1 ．硬件定时 用数字逻辑电路来构成， 通用性、灵活性较差 2 ．软件定时 利用程序段实现，通过正确挑选指令和安排循环次数很容易改变定时时间，但 软件定时占用了 CPU ，降低了 CPU 的利用率。 3 ．采用可编程定时器／计数器 定时时间 与 计数值 可由 软件 来确定和改变，设定后与 CPU 并行工作，不占用 CPU 的时间。. 8.2.1 8253 的内部结构. - PowerPoint PPT Presentation
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8.2 计数器 / 定时器接口芯片 8253微机系统中经常会要求有一些实时时钟以实现定时或延时控制，也要求有计数器对外部事件计数 实现上述要求可采用 3 种方法： 1．硬件定时用数字逻辑电路来构成，通用性、灵活性较差 2．软件定时利用程序段实现，通过正确挑选指令和安排循环次数很容易改变定时时间，但软件定时占用了 CPU ，降低了 CPU 的利用率。 3．采用可编程定时器／计数器定时时间与计数值可由软件来确定和改变，设定后与 CPU 并行工作，不占用 CPU 的时间。
8.2.1 8253 的内部结构
数据总线 D7～D0 控制寄存器 VCC +5V
Gnd
RD 计数器 0
地址线 WR 高 8 低 8 计数初值寄存器 CLK0
译 （CR） GATE0
码 减 1计数器 高 8 低 8 OUT0
器 CS （CE）
高 8 低 8 输出锁存器
（OL）
A1 CLK1
A0 计数器 1 GATE1
OUT1
计数器 2 CLK2
GATE2
OUT2
2. 控制寄存器——存放 CPU 送来的控制字，控制 8253 的工作方式。有 3 个，只占用一个地址，不能读。
1. 三个独立的计数 / 定时通道——计数器 0 ，计数器1 ，计数器 2 。每个计数器的结构为：（ 1 ） 16 位计数初值寄存器（ CR ）——存放计数的初值（预置）；（ 2 ） 16 位的计数执行部件（ CE ）—— 16 位减 1计数器；（ 3 ） 16 位输出锁存器（ OL ）——跟随 CE 变化，但可以锁存，便于 CPU 读取。
1. 数据线 D7 ～ D0——8 位，双向、三态，用于 8253与 CPU 之间的数据传送。包括：向 8253 写控制字，送计数初值及读计数器的现行值。
2. 读写控制信号 RD ， WR
3. 片选及地址线 CS ， A1 ， A0—— 用于芯片及内部寄存器、计数器的寻址。
在 IBM-PC 机中， A9A8A7A6A5=00010 选中（ CS=0 ）， A4A3A2 未用， A1A0 接 8253 的 A1A0 。
8.2.2 8253 的引脚功能
A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 功能 基本地址0 0 0 1 0 × ×× 0 0 选中计数器 0 40H
0 0 0 1 0 × ×× 0 1 选中计数器 1 41H
0 0 0 1 0 × ×× 1 0 选中计数器 2 42H
0 0 0 1 0 × ×× 1 1 选中控制寄存器 43H
（其他） × ×× ×× 芯片禁止（说明： 8253 有 32 个地址，除基本地址外，其余为影像地址）
5. 计数器门控输入信号 GATE0 ～ GATE2—— 启动或控制计数 / 定时信号；
6. 计数器输出信号 OUT0 ～ OUT2—— 计数结束、定时到输出信号或分频输出信号。
4. 计数器时钟输入 CLK0 ～ CLK2—— 计数 / 定时的基值信号
8253 ： 0 ～ 2MHz
8254-2 ： 0 ～ 10MHz
A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1 1 SC1 SC0 RL1 RL0 M2 M1 M0 BCD （地址 43H）
计数器选择 数制选择
00：计数器 0 0：二进制
01：计数器 1 1：十进制
10：计数器 2
11：非法 工作方式选择
读/写指示位 000：方式 0
00：计数器锁存 001：方式 1
01：只读/写低字节 × 10：方式 2
10；只读/写高字节 × 11：方式 3
11：先读/写低字节 100：方式 4
后读/写高字节 101：方式 5
8.2.2 8253 的编程1. 控制字格式
计数初值为 8 位，则控制字中的 RL1 、 RL0 应取 01
，初值只写入 CR 的低 8 位，高 8 位会自动置 0 ；若是 16 位初值，而低 8 位是 0 ，则 RL1RL0 应取 1
0 ，初值高 8 位写入 CR 的高 8 位， CR 的低 8 位会自动置 0 ；若是一般 16 位初值，则 RL1 ， RL0 应取 11 ，应分两次写入初值，先写低 8 位、再写入高 8 位（此顺序不能反）
2. 计数初始值 计数初始值写入对应计数器的计数初值寄存器 CR ；
3. 初始化流程 先写入工作方式控制字，接着写入计数初始值
单个计数器初始化
写方式控制字
写计数低字节
写计数高字节
写方式控制字（计数器 0）
写方式控制字（计数器 1）
写方式控制字（计数器 2）
写计数低字节（计数器 0）
写计数高字节（计数器 0）
写计数低字节（计数器 1）
写计数高字节（计数器 1）
写计数低字节（计数器 2）
写计数高字节（计数器 2）
多个计数器初始化•计数器的顺序是任意的，不必一定按照计数器 0 、 l 、 2的顺序初始化；•可先写所有计数器的工作方式控制字，再装入各计数器的计数值（但先控制字再计数值的顺序不能错）；•计数值先写低再写高的顺序不能错；•其他顺序无关紧要
MOV AL ， 00110111B ；对计数器 0 送工作方式字OUT 43H ， ALMOV AX ， 1234H ；送计数初值OUT 40H ， AL MOV AL ， AH OUT 40H ALMOV AL ， 10010100B ；对计数器 2 送工作方式字OUT 43H ， ALMOV AL ， 61H ；送计数初值OUT 42H ， AL
例：选择计数器 0 工作于方式 3 ，计数初值为 1234，十进制计数方式；计数器 2 工作于方式 2 ，计数初值为 61H ，采用二进制计数方式，设 8253 的端口地址为 40 ～ 43H 。其初始化编程如下：
（ 2 ）初值写入后，要经过 1 个时钟 CLK 的上升沿和 1 个下降沿后，计数执行部件才开始计数；（ 3 ）在 CLK 的上升沿时，计数器对门控信号 GATE进行采样，来决定工作状态（计数、触发、停止、重新置初值）；（ 4 ）在 CLK 的下降沿时，计数器执行部件从初值开始作减 1 计数；其中 0 是最大初值， 1 是最小初值；若以二进制数制计数，则 0 相当于 216=65536
若以 BCD （十进制）数制计数，则 0 相当于 104=10000
8253 初始化规则（ 1 ）对计数器设置初值前必须先写入控制字，此时，全部控制逻辑电路复位，输出 OUT 为初始状态（高电平或低电平）；
读计数值——将某计数器的计数值读到 CPU 中
读到的是执行输入指令瞬间计数器的现行值。 16位计数值要分两次读至 CPU ，故必须将数据锁存。有两种办法：
利用外加控制信号 GATE使计数器暂停计数，然后按照工作方式控制字中 RL1RL0 的规定读取规定字
节CPU 向 8253 发出锁存命令字（ SC1SC000XXXX ）锁存计数器的当前计数值（当前计数值锁存在输出锁存器 OL ，而减 1 计数器可以继续计数），再读取输出锁存器的计数值。当 CPU 读取了规定的字节数后， OL 自动解除锁存状态，其值又跟随计数器而变化。
8.2.4 8253 的工作方式 8253 有 6 种工作方式：不同方式下，启动方式、 GATE 信号的作用、 OUT 输出波形都有所不同，但以下几条基本规则是相同的：工作方式控制字写入计数器时，输出端 OUT 进入初始状态（高电平或低电平）；计数初值写入 CR 后，在下一个 CLK脉冲才装入减 1 计数器 CE ，因此该 CLK脉冲并不影响计数；CE 的减 1 计数操作发生在 CLK 的下降沿；计数器对门控信号 GATE 的采样是在 CLK 上升沿
说明：①初值装入后，要经过 1 个 CLK 的周期（ 1 个上升沿和 1个下降沿）后，计数器才开始计数，所以，输出 OUT 要经过 N+1个时钟周期后才有输出；②输出 OUT 的有效电平为高电平，并可同时触发中断请求；③门控 GATE 的作用：高电平时计数，低电平或下降沿时停止计数；④CW 为写入控制字， N=4表示写入初值。
CW N=4WR
CLK
GATE
OUT N N 4 3 2 1 0 FF装控制
字 装初
值 计数开
始 计数结
束
1. 方式 0—— 计数结束产生中断
2. 方式 1—— 可重触发的单稳态触发器 CW N=3
WR
CLK
GATE
OUT N N 3 2 1 0 FF 3 2 1 0 FF 装控制
字 装初
值 计数开
始 计数结
束
说明：①方式字和初值装入后，在门控 GATE 的上升沿触发下，经过 1 个 CLK 的上升沿和 1 个下降沿后，计数器开始从初值减 1 计数，同时使 OUT=0 ；当计数结束（归 0 ）时， OUT=1 ，使输出产生 1 个宽度为 TW=N×TCLK 的负脉冲——单稳态触发器。②在 GATE 的上升沿触发下，输出可再次产生 1 个宽度为 TW负脉冲——可重触发。
说明：①方式字装入后， OUT=1 为初始状态。②初值装入后，经过 1 个 CLK 的周期，计数器开始从初值减 1 计数，计到 1 （不是 0 ）时，使输出 OUT=0 并保持 1 个 CLK周期，然后 OUT=1 ，开始下一个新的计数周期，使输出为 CLK 的时钟 1/N 分频信号，占空比 q= （ N-1 ） /N 。③门控 GATE 的作用：高电平时计数，低电平停止计数；用 GATE 的上升沿可以触发分频重新开始——称为硬同步；而在 GATE=1时，用装初值的方法启动分频开始——称为软同步
CW N=3WR
CLK
GATE
OUT N N 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3
3. 方式 2—— 分频器
4. 方式 3—— 方波发生器
说明：特点与方式 2类似，主要区别：输出方波，其占空比 q 为①当 N 为偶数时， q=0.5 ；②当 N 为奇数时， q= （ N+1 ） /2N 。
CW N=4WR
CLK
GATE
OUT N N 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2
5. 方式 4—— 软件触发的选通信号发生器
说明：①初值装入后，经过 1 个 CLK 的周期，计数器开始从初值减 1 计数，计数结束（归 0 ）时，使输出 OUT产生一个宽度为 1 个 CLK周期的负脉冲——选通信号。②（用指令）重新装入初值后，经过 N+1 个 CLK周期，又可使 OUT产生一个选通信号——（用软件）可重触发。③门控 GATE 的作用：高电平时计数，低电平时停止计数；
CW N=3WR
CLK
GATE
OUT N N 3 2 1 0 FF FE 3 2 1 0 FF
N=3
CW N=3WR
CLK
GATE
OUT N N 3 2 1 0 FF FE 3 2 1 0 FF
6. 方式 5——硬件触发的选通信号发生器
说明：①初值装入后，在 GATE 的上升沿的触发下，经过 1 个CLK 的周期，计数器开始从初值减 1 计数，计数结束（归 0 ）时，使输出 OUT产生一个宽度为 1 个 CLK周期的负脉冲——选通信号。②用 GATE 的上升沿可重新触发，使 OUT产生一个选通信号——（用硬件）可重触发。
总结：1) 方式 2 、 4 、 5 的输出波形是相同的，都是宽度为一个 CLK周期的负脉冲。
但方式 2 是连续工作，方式 4 由软件（设置奇数值）触发启动方式 5 由门控脉冲触发启动2) 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，计数过程就开始了 方式 1 、 5需要外部触发启动，才开始计数
3) 6 种方式中只有方式 2 、 3 是连续计数，其他 4 种方式都是一次计数，要继续工作需要重新启动，方式 0 、 4 由写入计数值（软件）启动，方式 1 、 5 要由外部信号（硬件）启动。
例1， 下图是用 8253 监视的一个生产流水线示意图，每通过 50 个工件扬声器响 5秒钟，频率为 2000Hz。
+5V
工件
INT OUT0 CLK0 光敏 光源
电阻
8253
1.4MHz CLK1 驱
8255PC0 GATE1 OUT1 动 扬声器
器
8.2.5 8253 应用举例
②计数器 1 工作于方式 3 方波方式，产生 2000Hz喇叭音调，方式控制字为： 01110111B （ 77H ），即方式 3 ，先低后高， BCD 数制；初值（分频比） = （ 1.4×106 ） /2000=700(H) 。
分析：①计数器 0 工作于方式 2 分频方式，每隔 50 个 CLK
0产生一个中断 INT ；方式控制字为： 00010101B （15H ），即方式 2 ，只装低 8 位， BCD 数制，初值为 50 （ H ）。
主程序段： MOV AL ， 15H ；置计数器 0 方式OUT 43H ， AL ；MOV AL ， 50H ；装初值OUT 40H ， AL ；MOV AL ， 00H ；关 8255 的 PC0
OUT 63H ， AL ；MOV AL ， 77H ；置计数器 1 方式OUT 43H ， AL ；MOV AL ， 00H ；装初值OUT 41H ， AL ；MOV AL ， 07H ；OUT 41H ， AL ；STI ；
LOP ： HLT ；JMP LOP ；
（说明：在装入 8253 计数器的初值时，不管是二进制数制还是 BCD 数制，初值后均要加“ H” 。）
中断服务程序：INTP ： MOV AL ， 01H ；开 8255 的 PC0
OUT 63H ， AL ；CALL DLY5S ；调 5S 延迟子程序MOV AL ， 00H ；关 8255 的 PC0
OUT 63H ， AL ；IRET ；
2. 计数器 1—— 向 DMAC 系统提供定时中断，刷新动态 RAM ：工作于方式 2 （分频）， CLK1=1193181.6Hz ， BCD 数制，初值 =18 ， OUT1 输出频率为 1193181.6/18=66． 287KHz （周期为 15． 0857s ）的矩形波向 DMAC提供定时中断。
8253 在 IBM-PC 机中的应用1. 计数器 0—— 向系统提供定时中断：工作于方式 3（方波）， CLK0=1193181.6Hz ，二进制数制，初值 =0 （即 65536 ）， OUT0 输出频率为 1193181.6/65536=18． 2Hz （周期为 55ms ）的方波控制 8259A 的 IRQ0
（日时钟）的中断，即每隔 55ms产生一次中断。
3. 计数器 2——提供喇叭的音调：工作于方式 3 （方波）， CLK2=1193181.6Hz ， BCD 数制，初值 =533， OUT2 输出频率为 1193181.6/533=900Hz 的方波作为喇叭的声源。
练习：按上述要求写出 8253 的初始化程序。
练习：用 8253 设计洗衣机定时程序，设输入频率为2MHz ，要求能产生 3 分、 6 分和 12 分的定时，定时到产生中断，试画出 8253 的连接示意图并编写相应的程序段。
送 8259产生INT
CLK0 GATE0 OUT0 CLK1 GATE1 OUT1 CLK2 GATE2 OUT2
2MHz
5ms
1s
分析：计数器 0 工作于方式 3 ，初值 N=0 （ 10000）（ H ）
计数器 1 工作于方式 3 ，N=200 （ H ）
计数器 2 工作于方式 0 ，初值由 3 分、 6 分、 12分除 1S （减 1 ）得出
MOV AL ， 00110111B ；计数器零
OUT 43H ， AL ；
MOV AL ， 00H ；
OUT 40H ， AL ；
OUT 40H ， AL ；
MOV AL ， 01110111B ；
OUT 43H ， AL ；
MOV AL ， 00H ；
OUT 41H ， AL ；
MOV AL ， 02H ；
OUT 41H ， AL ；
3 分定时： N=180/1=180
MOV AL ， 10110001B；
OUT 43H ， AL ；
MOV AL ， 80H ；
OUT 42H ， AL ；
MOV AL ， 01H ；
OUT 42H ， AL ；
6 分定时： N=360/1=360
MOV AL ， 10110001B；
OUT 43H ， AL ；
MOV AL ， 60H ；
OUT 42H ， AL ；
MOV AL ， 03H ；
OUT 42H ， AL ；
