计数器/定时器8253/8254

计数器/定时器8253/8254

计数器/定时器的原理图

8253/8254的编程结构

CLK时钟输入信号：在计数过程中，此引脚上每输入一个时钟信号（下降沿），计数器的计数值减1
GATE门控输入信号：控制计数器工作，可分成电平控制和上升沿控制两种类型
OUT计数器输出信号：当一次计数过程结束（计数值减为0），OUT引脚上将产生一个输出信号

8253/8254的外部信号

C L K 0 CLK_0 CLK0​ ~ C L K 2 CLK_2 CLK2​：时钟 计数器0 ~ 计数器2 的时钟信号
G A T E 0 GATE_0 GATE0​ ~ G A T E 2 GATE_2 GATE2​：门控 计数器0 ~ 计数器2 的门控信号
O U T 0 OUT_0 OUT0​ ~ O U T 2 OUT_2 OUT2​：输出 计数器0 ~ 计数器2 的输出信号
A 1 A 0 A_1A_0 A1​A0​：地址线用来对三个计数器和控制寄存器进行寻址

A 1 A 0 A_1A_0 A1​A0​	端口
00	计数器0
01	计数器1
10	计数器2
11	控制字/状态寄存器

RD ‾ \overline{\text{RD}} RD：读信号 CPU对输出寄存器或状态寄存器进行读操作
WR ‾ \overline{\text{WR}} WR：写信号 CPU对某个计数器写入计数初值或控制寄存器写入控制字
CS ‾ \overline{\text{CS}} CS：片选信号

8253/8254的控制字和状态字

模式设置控制字

（1）BCD位(计数初值的格式)：1：BCD码格式；0：二进制格式
（2） M 2 M 1 M 0 M_2M_1M_0 M2​M1​M0​(模式选择)：

M 2 M_2 M2​	M 1 M_1 M1​	M 0 M_0 M0​	模式选择
0	0	0	模式0
0	0	1	模式1
×	1	0	模式2
×	1	1	模式3
1	0	0	模式4
1	0	1	模式5

（3） R W 1 R W 0 RW_1RW_0 RW1​RW0​(读/写指示位)：

R W 1 RW_1 RW1​	R W 0 RW_0 RW0​	读/写指示位
0	0	对计数器进行锁存操作
0	1	只读/写低8位
1	0	只读/写高8位
1	1	先读/写低8位，后读/写高8位

（4） S C 1 S C 0 SC_1SC_0 SC1​SC0​(选择计数器)：

S C 1 SC_1 SC1​	S C 0 SC_0 SC0​	选择计数器
0	0	选择计数器0
0	1	选择计数器1
1	0	选择计数器2
1	1	读出控制字的标识码

关于的控制字说明
1、8253/8254只有一个工作方式控制字，但是对每个计数器而言，它们的工作方式控制字内容一定各不相同（前两位不同），所用各计数器的控制字需要分别设置，先后不计。
2、在工作方式控制字被设置之后，随后必须紧接着给计数器预设置计数初值，计数器方可开始工作。
8253/8254初始化的工作有两个内容：
（1）首先向控制寄存器写入控制字，以选择计数器（3个计数器之一），确定工作方式（6种方式之一），指定计数器计数初值的长度和装入顺序以及计数值的码制（BCD或二进制码）。
（2）然后向已选定的计数器按控制字要求写入计数初值。

---

【例】：8086系统中，8254地址范围为300H~306H。选择2号计数器，工作在方式3 ，计数初值为533H（2个字节），采用二进制计数。其初始化程序段为：

MOV	DX,306H			;控制寄存器
MOV	AL,10110110B	;2号计数器的初始化控制字
OUT	DX,AL			;写入控制寄存器
MOV	DX,304H			;2号计数器数据端口
MOV	AL,33H			;计数初值的低8位
OUT	DX,AL			;选送低字节到2号计数器
MOV	AL,05H			;计数初值的高8位
OUT	DX,AL			;后送高字节到2号计数器

读出控制字

略

8254的状态寄存器和状态字

略

8253/8254的工作模式

基本规则

（1）控制字写入计数器时，所有的控制逻辑电路立即复位，输出端OUT为初始状态（高电平或低电平）；
（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；

模式0：计数结束产生中断

①控制字写入之后，OUT变低；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，计数值一次有效。

模式1：可编程的单稳态触发器

①控制字和初值装入后，OUT变高，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——可重复触发。

模式2：分频器

①控制字装入后，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；GATE再次变高后从初始值重新计数；而在GATE=1时，计数完成之后自动重新装入初值，循环计数。
④如果计数过程中写入新值.不影响当前计数.完成后重新装入新值

模式3：方波发生器

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。

模式4：软件触发的选通信号发生器

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）可重复触发。
③门控GATE的作用：高电平时计数，低电平时停止计数。

模式5：硬件触发的选通信号发生器

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）可重复触发。

8253/8254工作模式小结

1. 模式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。
   但模式2是连续工作，模式4由软件（设置计数值）触发启动，模式5由门控脉冲触发启动
2. 写入计数值后才能开始计数
   模式0、2、3、4在写入计数值后，计数过程就开始了
   模式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。