8253的工作方式解读.docx

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8253的工作方式解读

8253的工作方式

1.方式0计数结束产生中断

8253用作计数器时一般工作在方式0。

所谓计数结束产生中断，是指在计数值减到0时，输出端（OUT）产生的输出信号可作为中断申请信号，要求CPU进行相应的处理。

方式0有如下特点：

①当控制字写进控制字寄存器确定了方式0时，计数器的输出（OUT端口）保持低电平，一直保持到计数值减到0。

②计数初值装入计数器之后，在门控GATE信号为高电平时计数器开始减1计数。

当计数器减到0时输出端OUT才由低变高，此高电平输出一直保持到该计数器装入新的计数值或再次写入方式0控制字为止。

若要使用中断，可以计数到0的输出信号向CPU发出中断请求，申请中断。

③GATE为计数控制门，方式0的计数过程可由GATE控制暂停，即GATE=1时，允许计数；GATE=0时，停止计数。

GATE信号的变化不影响输出OUT端口的状态。

④计数过程中，可重新装入计数初值。

如果在计数过程中，重新写入某一计数初值，则在写完新计数值后，计数器将从该值重新开始作减1计数。

2.方式1可编程的单拍负脉冲

可编程的单拍负脉冲又称为单稳态输出方式，简称单稳定时。

方式1的特点是：

①CPU写入控制字后，计数器输出OUT端为高电平作为起始电平，在写入计数值后计数器并不开始计数（不管此时GATE是高电平还是低电平），而要由外部门控GATE脉冲上升沿启动，并在上升沿之后的下一个CLK输入脉冲的下降沿开始计数。

②GATE上升沿启动计数的同时，使输出OUT变低，每来一个计数脉冲，计数器作减一计数，直到计数减为0时，OUT输出端再变为高电平。

OUT端输出的单拍负脉冲的宽度为计数初值乘以CLK端脉冲周期。

设计数初值为N，则单拍脉冲宽度为N个CLK时钟脉冲周期。

③如果在计数器未减到0时，GATE又来一触发脉冲，则由下一个时钟脉冲开始，计数器将从初始值重新作减1计数。

当减至0时，输出端又变为高电平。

这样，使输出脉冲宽度延长。

3.方式2分频脉冲发生器

方式2是一种具有自动予置计数初值N的脉冲发生器。

从OUT端可以输出连续脉冲信号，脉冲宽度等于时钟脉冲周期，而计数初值N决定了输出端两个负脉冲之间的宽度即输出脉冲周期。

方式2也叫N分频器，因为输出脉冲为输入脉冲的N分频，即出现N个输入脉冲才输出一个脉冲。

方式2有如下特点：

①N分频计数器，这种方式是输出对输入脉冲按计数器计数初值N分频后的连续脉冲。

②当CPU写入控制字后OUT端输出为高电平作为起始电平，在写入计数值N后将立即自动开始对输入脉冲CLK计数，输出端仍一直为高；当计数器减到1时，输出变低，计数器减到0时又变为高，计数器重新按已写入的计数值N继续计数，周而复始，在OUT端输出一个N分频脉冲，其正脉搏冲宽度为（N-1）个输入脉冲时钟周期（是N个CLK时钟脉冲周期之和），而负脉冲输出宽度（持续时间）是一个CLK脉冲周期。

③GATE用于控制计数，GATE=1，允许计数；GATE=0，停止计数。

因此，可以用GATE来使计数器同步。

④在方式2下，不但高电平的门控信号有效，上升跳变的门信号也是有效的。

4.方式3分频方波发生器

方式3的特点是：

①方式3常用于波特率发生器。

方式3和方式2类似。

但输出为方波或近似方波的矩形波。

②写入方式3控制字后输出为高电平。

写入计数值后计数器自动开始对输入CLK脉冲计数，输出OUT仍保持为高；在计数完成一半时，输出OUT变为低电平，直到计数器全部完成，输出OUT又变为高电平，并重复上述计数过程。

③若计数值N为偶数时，OUT方波的占空比为1：

1；若N为奇数，其占空比为：

（N+1）/2：

（N-1）/2[即输出分频波高电平宽度为（N+1）/2CLK周期，低电平周期为（N-1）/2CLK周期]。

5.方式4软件触发选通脉冲发生器

方式4是类似于方式0的工作方式，计数器是靠置入新的计数初值这个软件操作来触发计数器工作的，故称为软件触发。

方式4有如下特点：

①方式4是靠写入计数值来进行软件触发的“一次性有效”的选通脉冲发生器。

写入控制字后输出端OUT变为高，并一直保持。

在写入计数初值之后开始计数，当计数到0时输出端OUT变为低，维持一个CLK周期后又恢复为高，并一直保持为高，直到再次写入计数来进行“软件触发”才能再次开始。

②若GATE=1，允许计数；GATE=0，停止计数。

③方式4的负脉冲输出常作为选通脉冲。

6.方式5硬件触发选通脉冲发生器

方式5有如下特点：

①方式5类似于方式4，所不同的是GATE端输入信号的作用不同。

方式5是硬件触发，是在外部硬件发出门控信号后才发生的。

②方式5是靠门控脉冲GATE的上升沿来进行触发的选通脉冲发生器。

写入控制字后输出端OUT为高，这是初始电平；写入计数值后计数器并不开始计数，而要由门控脉冲GATE上升沿触发后才开始计数，计数到0输出由高变低，一个CLK时钟周期后又恢复为高，并一直保持，直到下次门控脉冲触发再次开始计数。

③在此方式中，计数器可重新触发，在任何时候，当GATE信号的上升沿到来，将把计数初值重新送入计数器，然后开始计数过程。

8253的控制字

SC1，SC0——计数通道选择位。

由于8253内部3个计数通道各有一个8位的控制字寄存器，而这三个控制字寄存器共用同一个控制端口地址，所以控制字中设置SC1，SC0 这两位来确定CPU当前发出的控制字是写入哪个计数通道的控制字寄存器中。

具体选择如图.

RL1，RL0——读/写操作方式位。

这两位用来确定对选中的计数通道进行读/写操作方式。

当CPU对8253进行16位读/写操作时，可以只读/写高8位或只读/写低8位，也可以读/写16位。

读/写16位时，先读/写低8位，后读/写高8位，具体是哪种操作方式由RL1，RL0这两位的编码确定。

由于8253的数据线只有（D7～D0），一次只能传送8位数据，故传送16位数据时，要分两次进行。

M2，M1，M0——工作方式择位。

8253的每个计数通道有6种不同的工作方式，即方式0到方式5，M2M1M0这三类就是用来选择具体的工作方式，具体选择如图。

BCD——计数方式选择位。

8253的每个计数通道有两种计数方式按二进制计数或按十进制（BCD码）计数。

BCD位用来具体确定采用哪种计数方式。

例：

若选择计数器1，工作在方式3，计数初值为588H（2个字节）采用二进制计数，则其控制字为：

01110110=76H，设控制口地址为043H，则将该控制字写入控制字寄存器的指令如下：

MOVAL，076H

OUT043H，AL

8253的初始化编程内容：

一是首先向控制寄存器写入控制字，以选定计数通道（三个中之一），规定该计数的工作方式和计数方式以及计数初值的长度和装入顺序（初值写入方式）；二是向已选定的计数器按控制字的要求写入计数初值。

8253初始化的要求：

（1）对每个计数器，控制字必须写在计数值之前。

这是因为计数器的读/写格式由它的控制字决定。

（2）计数值必须按控制字所规定的格式写入。

若控制字规定只写8位，只需写入一次（8位）计数值即可（规定写低8位则高8位自动置0，规定写高8位则低8位自动置0）；规定写16位时必须写两次，先写低8位，后写高8位。

当初值为0时，也要分两写入，因在二进制计数时，“0”表示65336，在BCD码计数时“0”表示10000=104。

（3）对所有方式计数器都可以在计数过程中或计数结束后改变计数值，重写计数值也必须遵守控制字所规定的格式，并且不会改变当前计数器的工作方式。

（4）计数值不能直接写到减1计数器中，而只能写入计数值寄存器中，并由写操作之后的下一个CLK脉冲将计数值寄存器的内容装入减1计数器开始计数。

（5）初始化编程必须明确各个计数器的控制字和计数值不是写到同一个地址单元。

各个计数器的控制字各自独立确定，但它们都写入同一个端口地址（控制字寄存器）中，各个计数器的计数值则根据需要独立确定并写入各自计数器的相应寄存器中。

例1：

设8086系统中8253的三个计数器的端口地址为060H，062H和064H，控制口地址为066H，要求计数器0为方式1，按BCD计数；计数初值为1800D，计数器1为方式0，按二进制计数；计数初值为1234H，计数器2为方式3，按二进制计数；当计数初值为065H时，试分别写出计数器0，1，2的初始化程序。

计数器0的初始化：

计数0的控制字：

00100011B=23H

MOVAL，23H；计数器0的控制字

OUT066H，AL；控制字写入8253的控制器

MOVAL，18H；取计数初值的高8位，低8位00可不送

OUT060H，AL；计数初值送计数器0端口

计数器1和初始化：

计数器1的控制字：

01110000B=70H

MOVAL，70H；计数器的控制字：

方式0，送高8位和低8位，二进制计数

OUT066H，AL；控制字写入8253的控制器

MOVAL，034H；取计数初值的低8位

OUT062H，AL；计数初值的低8位，写入计数器1端口

MOVAL，12H；取计数初值的高8位

OUT062H，AL；计数初值的高8位写入计数器1端口

计数器2的初始化：

计数器2的控制字：

10010110B=96H

MOVAL，96H；计数器2的控制字96H：

方式3，只送低8位，二进制计数

OUT066H，AL；控制字写入8253的控制口

MOVAL，056H；计数初值的低8位

OUT064H，AL；计数初值的低8位写入计数器2的端口

例2：

要求读出计数器2的当前计数值，并检查是否为全“1”。

8253在读取计数器的当前计数值时，必须分两步进行。

首先发一锁存命令（即控制字中RL1RL0=00），将当前计数值锁存到输出锁存器中。

第二步执行读操作，即用IN指令将锁存器中内容读入CPU。

假设计数初值只有低8位，设其程序段如下（控制口地址为066H，计数器2的口地址为064H）：

KEEP：

MOVAL，80H；计数器2的锁存命令

OUT066H，AL；锁存命令写入控制寄存器

INAL，064H；读输出锁存器中的当前计数值（从计数器2端口读）

CMPAL，0FFH；比较当前计数值是否为全“1”

JMEKEEP；非全“1”继续读

HLT；为全“1”暂停

8253的应用举例

例1：

将8253的计数器1作为5ms定时器，设输入时钟频率为200kHz，试编写8253的初始化程序。

（1）计数初值N计算

已知输入时钟CLK频率为200kHz，则时钟周期为T=1/f=1/200kHz=5μs，于是计数初值N为：

N=5ms/T=5ms/5μs=1000。

（2）确定控制字

按题意选计数器1，按BCD码计数，工作于方式0，由于计数初值N=1000，控制字D5D4应为11，于是8253的控制字为：

01110001B=71H。

（3）选择8253各端口地址

设计数器1的端口地址为3F82H，控制口地址为3F86H。

（4）初始化程序如下

               MOVAL，71H；控制字

               MOVDX，3F68H；控制口地址

               OUTDX，AL；控制字送8253控制寄存器

               MOVDX，3F82H；计数器1端口地址

               MOVAL，00；将计数初值N=1000的低8位写入计数器1

               OUTDX，AL

               MOVAL，10；将N的高8位写入计数器1

               OUTDX，AL

例2：

以8086为CPU的某微机系统中使用了一块8253芯片，其通道端口地址为308H，30AH，30CH，控制口地址为30EH，3个通道使用同一输入时钟，频率为2MHz，要求完成如下功能：

利用计数器0采用硬件触发，输出宽度等于时钟周期的单脉冲，定时常数为36H；

利用计数器1输出频率为2kHz的对称方波；

利用计数器2产生宽度为0．6ms的单脉冲，

试设计该定时系统硬件电路和初始化程序。

（1）硬件电路设计

硬件电路设计主要是地址译码电路设计及时8253与CPU间的连接。

根据给定的端口地址可知，地址总线低位部分的A9～A0分别为：

A9A8=11，A7～A4=0000，A3A2A1=100～111，A0=0，由它们经译码器译码产生8253的片选信号，8253的数据线D7～D0必须与系统数据总线的低8位相连，8253的端口的选择信号A1A0应连系统地址的A2A1。

根据上述要求，译码器应选3-8译码器74LS138。

该译码器有3个代码输入端（C，B，A），输入3位代码决定译码信号从Y0～Y7中哪一个输出，本例中显然应以Y2输出。

（2）初始化编程

根据题意要求，对3个通道的工作方式，计数初值确定如下：

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

选计数器0：

选择方式5，门控信号GATE应接一正跳变信号，OUT端当计数为0时产生一个宽度等于时钟周期的单脉冲。

计数系数为36，用BCD计数。

所以，计数器0的控制字应为00011011B=1BH。

选计数器1：

选择方式3，GATE按+5V，CLK1=2MHz输出方波频率为2kHz，所以，计数常数N1=2MHz/2kHz=1000，采用BCD计数，于是计数器1的控制字为：

01110111B=77H。

选计数器2：

选择方式1，以构成一个单稳态电路，输出脉冲宽度由计数常数N2决定，计数常数N2=600μs/0．5μs=1200，采用BCD计数，于是计数器2的控制字为：

10110011B=B3H。

根据以上分析可得3个计数通道的初始化程序如下。

计数通道0的初始化程序：

         MOVDX，30EH；8253的控制口地址

         MOVAL，1BH；计数通道0的控制字，低8位，方式5，BCD计数

         OUTDX，AL；控制字写入控制口

         MOVDX，308H；计数器0的端口地址

         MOVAL，036H；计数初值的低8位

         OUTDX，AL；低字节写入计数器0端口

计数通道1的初始化程序：

         MOVDX，30EH；8253的控制口地址

         MOVAL，77H；计数通道1的控制字，先写低字节，后写高字节，方式3，BCD计数

         OUTDX，AL；控制字写入控制口

         MOVDX，30AH；计数通道1的端口地址

         MOVAL，00H；计数初值的低字节

         OUTDX，AL；低字节写入计数通道1

         MOVAL，10D；计数初值的高字节

         OUTDX，AL；高字节写入计数通道1

计数通道2的初始化程序

         MOVDX，30EH；8253的控制口地址

         MOVAL，B3H；计数通道2的控制字，先写低字节，后写高字节，方式1，BCD计数

         OUTDX，AL；控制字写入控制口

         MOVDX，30CH；计数通道的端口地址

         MOVAL，00H；计数初值的低字节

         OUTDX，AL；低字节写入计数通道

         MOVAL，12D；计数初值的高字节

         OUTDX，AL；高字节写入计数通道2

计数通道2初始化程序：

         MOVAL，B0H；计数通道2的控制字

         OUT05FH，AL；控制字写入控制器

         MOVAL，068H；计数初值的低8位

         OUT05DH，AL；计数初值的低8位写入计数通道2