8253的工作方式

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： 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。 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。 GATE 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。 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： CPU 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。 GATE 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。 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： N 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。 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。 GATE 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。 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： 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。 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 。 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）/2 CLK 周期，低电平周期为（N- 1）/2 CLK 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： 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。 若 GATE=1，允许计数；GATE=0，停止计数。 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： 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。 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。 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，SC 0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，SC 0 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，RL 0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，RL 0 这两位的编码确定。 由于 8253 的数据线只有（D 7D 0） ，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，M 1，M 0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，M 2M1M0 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： MOV AL，076H OUT 043H，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 MOV AL，23H ；计数器 0 的控制字 OUT 0 66H，AL ；控制字写入 8253 的控制器 MOV AL，18H ；取计数初值的高 8 位，低 8 位 00 可不送 OUT 060H，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 MOV AL，70H ；计数器的控制字：方式 0，送高 8 位和低 8 位，二进制计数 OUT 066H，AL ；控制字写入 8253 的控制器 MOV AL，034H ；取计数初值的低 8 位 OUT 062H，AL ；计数初值的低 8 位，写入计数器 1 端口 MOV AL， 12H ；取计数初值的高 8 位 OUT 062H，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 MOV AL，96H ；计数器 2 的控制字 96H：方式 3，只送低 8 位，二进制计数 OUT 066H，AL ；控制字写入 8253 的控制口 MOV AL，056H ；计数初值的低 8 位 OUT 064H，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：MOV AL，80H ；计数器 2 的锁存命令 OUT 066H，AL ；锁存命令写入控制寄存器 IN AL，064H ；读输出锁存器中的当前计数值（从计数器 2 端口读） CMP AL，0FFH ；比较当前计数值是否为全“1” JME KEEP ；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=5s，于是计数初值 N 为： N=5ms/T=5ms/5s=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 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 ；计数器 1 端口地址 MOV AL，00 ；将计数初值 N=1000 的低 8 位写入计数器 1 OUT DX，AL MOV AL，10 ；将 N 的高 8 位写入计数器 1 OUT DX，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 06ms 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 A9A 0分别为： A9A8=11，A 7A 4=0000，A 3A2A1=100111，A0=0，由它们经 译码器译码产生 8253 的片选信号 ， 8253 的数据线 D7D 0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 Y 0Y 7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 CLK0CLK 2=2MHz 可得，时钟周期 T=1/f=1/2MHz=05s。 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=600s/0 5s=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： MOV DX，30EH ；8253 的控制口地址