8253笔记总结

8253 芯片 基 本 概 述 intel8253 是 NMOS 工 艺 制 成 的 可 编 程 计 数 器 /定 时 器 ， 有 几 种 芯 片 型 号 ， 外 形 引 脚 及 功 能 都 是 兼 容 的 ， 只 是 工 作 的 最 高 计 数 速 率 有 所 差 异 ， 例 如 8253（ 2.6MHz） ,8253-5(5MHz) 8253 内 部 有 三 个 计 数 器 ， 分 别 成 为 计 数 器 0、 计 数 器 1 和 计 数 器 2， 他 们 的 机 构 完 全 相 同 。 每 个 计 数 器 的 输 入 和 输 出 都 决 定 于 设 置 在 控 制 寄 存 器 中 的 控 制 字 ， 互 相 之 间 工 作 完 全 独 立 。 每 个 计 数 器 通 过 三 个 引 脚 和 外 部 联 系 ， 一 个 为 时 钟 输 入 端 CLK， 一 个 为 门 控 信 号 输 入 端 GATE， 另 一 个 为 输 出 端 OUT。 每 个 计 数 器 内 部 有 一 个 8 位 的 控 制 寄 存 器 ， 还 有 一 个 16 位 的 计 数 初 值 寄 存 器 CR、 一 个 计 数 执 行 部 件 CE 和 一 个 输 出 锁 存 器 OL。 执 行 部 件 实 际 上 是 一 个 16 位 的 减 法 计 数 器 ， 它 的 起 始 值 就 是 初 值 寄 存 器 的 值 ， 而 初 始 值 寄 存 器 的 值 是 通 过 程 序 设 置 的 。 输 出 锁 存 器 的 值 是 通 过 程 序 设 置 的 。 输 出 锁 存 器 OL 用 来 锁 存 计 数 执 行 部 件 CE 的 内 容 ， 从 而 使 CPU 可 以 对 此 进 行 读 操 作 。 顺 便 提 一 下 ， CR、 CE 和 OL 都 是 16 位 寄 存 器 ， 但 是 也 可 以 作 8 位 寄 存 器 来 用 。 工 作 原 理 8253 具 有 3 个 独 立 的 计 数 通 道 ， 采 用 减 1 计 数 方 式 。 在 门 控 信 号 有 效 时 ， 每 输 入 1 个 计 数 脉 冲 ， 通 道 作 1 次 计 数 操 作 。 当 计 数 脉 冲 是 已 知 周 期 的 时 钟 信 号 时 ， 计 数 就 成 为 定 时 。 一 、 8253 内 部 结 构 8253 芯 片 有 24 条 引 脚 ， 封 装 在 双 列 直 插 式 陶 瓷 管 壳 内 。 1.数 据 总 线 缓 冲 器 数 据 总 线 缓 冲 器 与 系 统 总 线 连 接 ， 8 位 双 向 ， 与 CPU 交 换 信 息 的 通 道 。 这 是 8253 与 CPU 之 间 的 数 据 接 口 ， 它 由 8 位 双 向 三 态 缓 冲 存 储 器 构 成 ， 是 CPU 与 8253 之 间 交 换 信 息 的 必 经 之 路 。 2.读 /写 控 制 读 /写 控 制 分 别 连 接 系 统 的 IOR#和 IOW#， 由 CPU 控 制 着 访 问 8253 的 内 部 通 道 。 接 收 CPU 送 入 的 读 /写 控 制 信 号 ， 并 完 成 对 芯 片 内 部 各 功 能 部 件 的 控 制 功 能 ， 因 此 ， 它 实 际 上 是 8253 芯 片 内 部 的 控 制 器 。 A1A0： 端 口 选 择 信 号 ， 由 CPU 输 入 。 8253 内 部 有 3 个 独 立 的 通 道 ， 加 上 控 制 字 寄 存 器 ， 构 成 8253 芯 片 的 4 个 端 口 ， CPU 可 对 3 个 通 道 进 行 读 /写 操 作 3 对 控 制 字 寄 存 器 进 行 写 操 作 。 这 4 个 端 口 地 址 由 最 低 2 位 地 址 码 A1A0 来 选 择 。 如 表 9.3.1 所 示 。 3.通 道 选 择 (1) CS#片 选 信 号 ， 由 CPU 输 入 ， 低 电 平 有 效 ， 通 常 由 端 口 地 址 的 高 位 地 址 译 码 形 成 。 (2) RD#、 WR#读 /写 控 制 命 令 ， 由 CPU 输 入 ， 低 电 平 有 效 。 RD#效 时 ， CPU 读 取 由 A1A0 所 选 定 的 通 道 内 计 数 器 的 内 容 。 WR#有 效 时 ， CPU 将 计 数 值 写 入 各 个 通 道 的 计 数 器 中 ， 或 者 是 将 方 式 控 制 字 写 入 控 制 字 寄 存 器 中 。 CPU 对 8253 的 读 /写 操 作 如 表 9.3.2 所 示 。 4.计 数 通 道 0 2 每 个 计 数 通 道 内 含 1 个 16 位 的 初 值 寄 存 器 、 减 1 计 数 器 和 1 个 16 位 的 （ 输 出 ） 锁 存 器 。 8253 内 部 包 含 3 个 功 能 完 全 相 同 的 通 道 ， 每 个 通 道 内 部 设 有 一 个 16 位 计 数 器 ， 可 进 行 二 进 制 或 十 进 制 （ BCD 码 ） 计 数 。 采 用 二 进 制 计 数 时 ， 写 入 的 初 值 范 围 为 0000HFFFFH,最 大 计 数 值 是 0000H， 代 表 65536。 采 用 BCD 码 计 数 时 ， 写 入 的 初 值 范 围 为 00009999， 最 大 计 数 值 是 0000， 代 表 10000。 与 此 计 数 器 相 对 应 ， 每 个 通 道 内 设 有 一 个 16 位 计 数 值 锁 存 器 。 必 要 时 可 用 来 锁 存 计 数 值 。 当 某 通 道 用 作 计 数 器 时 ， 应 将 要 求 计 数 的 次 数 预 置 到 该 通 道 的 计 数 器 中 、 被 计 数 的 事 件 应 以 脉 冲 方 式 从 CLK 端 输 入 ， 每 输 入 一 个 计 数 脉 冲 ， 计 数 器 内 容 减 “1”， 待 计 数 值 计 到 “0”。 OUT 端 将 有 输 出 。 表 示 计 数 次 数 到 。 当 某 个 通 道 用 作 定 时 器 时 。 由 CLK 输 入 一 定 频 率 的 时 钟 脉 冲 。 根 据 要 求 定 时 的 时 间 长 短 确 定 所 需 的 计 数 值 。 并 预 置 到 计 数 器 中 ， 每 输 入 一 个 时 钟 脉 冲 ， 计 数 器 内 容 减 “1”， 待 计 数 值 计 到 “0”。 OUT 将 有 输 出 ， 表 示 定 时 时 间 到 。 允 许 从 CLK 输 入 的 时 钟 频 在 1 2MHz 范 围 内 。 因 此 ， 任 一 通 道 作 计 数 器 用 或 作 定 时 器 用 ， 其 内 部 操 作 完 全 相 同 ， 区 别 仅 在 于 前 者 是 由 计 数 脉 冲 进 行 减 “1”计 数 。 而 后 者 是 内 时 钟 脉 冲 进 行 减 “1”计 数 。 作 计 数 器 时 ， 要 求 计 数 的 次 数 可 直 接 作 为 计 数 器 的 初 值 预 置 到 减 “1”计 数 器 中 。 作 定 时 器 时 ， 计 数 器 的 初 值 即 定 时 系 数 应 根 据 要 求 定 时 的 时 间 进 行 如 下 运 算 才 能 得 到 ： 定 时 系 数 =需 要 定 时 的 时 间 /时 钟 脉 冲 周 期 设 置 通 道 ： 向 方 式 控 制 字 寄 存 器 端 口 写 入 方 式 选 择 控 制 字 ， 用 于 确 定 要 设 置 的 通 道 及 工 作 方 式 ； 计 数 /定 时 ： 向 通 道 写 入 计 数 值 ， 启 动 计 数 操 作 ； 读 取 当 前 的 计 数 值 ： 向 指 定 通 道 读 取 当 前 计 数 器 值 时 ， 8253 将 计 数 器 值 存 入 锁 存 器 ， 从 锁 存 器 向 外 提 供 当 前 的 计 数 器 值 ， 计 数 器 则 继 续 作 计 数 操 作 。 计 数 到 ： 当 计 数 器 减 1 为 0 时 ， 通 过 引 脚 OUTi 向 外 输 出 “到 ”的 脉 冲 信 号 。 计 数 初 值 输 入 存 放 在 初 值 寄 存 器 中 ， 计 数 开 始 或 重 装 入 时 被 复 制 到 计 数 器 中 。 锁 存 器 在 非 锁 存 状 态 ， 其 值 随 计 数 器 的 变 化 而 变 化 ； 一 旦 锁 存 了 计 数 器 的 当 前 值 ， 直 到 锁 存 器 值 被 读 取 后 才 能 解 除 锁 存 状 态 。 5.方 式 选 择 控 制 字 二 、 8253 的 通 道 工 作 方 式 8253 中 各 通 道 可 有 6 种 可 供 选 择 的 工 作 方 式 ， 以 完 成 定 时 、 计 数 或 脉 冲 发 生 器 等 多 种 功 能 。 8253 的 各 种 工 作 方 式 如 下 ： 1.方 式 0： 计 数 结 束 则 中 断 工 作 方 式 0 被 称 为 计 数 结 束 中 断 方 式 ， 它 的 定 时 波 形 如 图 9.3.4 所 示 。 当 任 一 通 道 被 定 义 为 工 作 方 式 0 时 ， OUTi 输 出 为 低 电 平 ； 若 门 控 信 号 GATE 为 高 电 平 ， 当 CPU 利 用 输 出 指 令 向 该 通 道 写 入 计 数 值 WR#有 效 时 ， OUTi 仍 保 持 低 电 平 ， 然 后 计 数 器 开 始 减 “1”计 数 ， 直 到 计 数 值 为 “0”， 此 刻 OUTi 将 输 出 由 低 电 平 向 高 电 平 跳 变 ， 可 用 它 向 CPU 发 出 中 断 请 求 ， OUTi 端 输 出 的 高 电 平 一 直 维 持 到 下 次 再 写 入 计 数 值 为 止 。 在 工 作 方 式 0 情 况 下 ， 门 控 信 号 GATE 用 来 控 制 减 “1”计 数 操 作 是 否 进 行 。 当 GATE=1 时 ， 允 许 减 “1”计 数 ； GATE=0 时 ， 禁 止 减 “1”计 数 ； 计 数 值 将 保 持 GATE 有 效 时 的 数 值 不 变 ， 待 GATE 重 新 有 效 后 ， 减 “1”计 数 继 续 进 行 。 显 然 ， 利 用 工 作 方 式 0 既 可 完 成 计 数 功 能 ， 也 可 完 成 定 时 功 能 。 当 用 作 计 数 器 时 ， 应 将 要 求 计 数 的 次 数 预 置 到 计 数 器 中 ， 将 要 求 计 数 的 事 件 以 脉 冲 方 式 从 CLKi 端 输 入 ， 由 它 对 计 数 器 进 行 减 “1”计 数 ， 直 到 计 数 值 为 0， 此 刻 OUTi 输 出 正 跳 变 ， 表 示 计 数 次 数 到 。 当 用 作 定 时 器 时 ， 应 把 根 据 要 求 定 时 的 时 间 和 CLKi 的 周 期 计 算 出 定 时 系 数 ， 预 置 到 计 数 器 中 。 从 CLKi， 输 入 的 应 是 一 定 频 率 的 时 钟 脉 冲 ， 由 它 对 计 数 器 进 行 减 “1”计 数 ， 定 时 时 间 从 写 入 计 数 值 开 始 ， 到 计 数 值 计 到 “0”为 止 ， 这 时 OUTi 输 出 正 跳 变 ， 表 示 定 时 时 间 到 。 有 一 点 需 要 说 明 ， 任 一 通 道 工 作 在 方 式 0 情 况 下 ， 计 数 器 初 值 一 次 有 效 ， 经 过 一 次 计 数 或 定 时 后 如 果 需 要 继 续 完 成 计 数 或 定 时 功 能 ， 必 须 重 新 写 入 计 数 器 的 初 值 。 2.方 式 1： 单 脉 冲 发 生 器 工 作 方 式 1 被 称 作 可 编 程 单 脉 冲 发 生 器 ， 其 定 义 波 形 如 图 9.3.5。 进 入 这 种 工 作 方 式 ， CPU 装 入 计 数 值 n 后 OUTi 输 出 高 电 平 ， 不 管 此 时 的 GATE 输 入 是 高 电 平 还 是 低 电 平 ， 都 不 开 始 减 “1”计 数 ， 必 须 等 到 GATE 由 低 电 平 向 高 电 平 跳 变 形 成 一 个 上 升 沿 后 ， 计 数 过 程 才 会 开 始 。 与 此 同 时 ， OUTi 输 出 由 高 电 平 向 低 电 平 跳 变 ， 形 成 了 输 出 单 脉 冲 的 前 沿 ， 待 计 数 值 计 到 “0”， OUTi 输 出 由 低 电 平 向 高 电 平 跳 变 ， 形 成 输 出 单 脉 冲 的 后 沿 ， 因 此 ， 由 方 式 l 所 能 输 出 单 脉 冲 的 宽 度 为 CLKi 周 期 的 n 倍 。 如 果 在 减 “1”计 数 过 程 中 ， GATE 由 高 电 平 跳 变 为 低 电 乎 ， 这 并 不 影 响 计 数 过 程 ， 仍 继 续 计 数 ； 但 若 重 新 遇 到 GATE 的 上 升 沿 ， 则 从 初 值 开 始 重 新 计 数 ， 其 效 果 会 使 输 出 的 单 脉 冲 加 宽 ， 如 教 材 图 9-22(b)中 的 第 2 个 单 脉 冲 。 这 种 工 作 方 式 下 ， 计 数 值 也 是 一 次 有 效 ， 每 输 入 一 次 计 数 值 ， 只 产 生 一 个 负 极 性 单 脉 冲 。 3.方 式 2： 速 率 波 发 生 器 工 作 方 式 2 被 称 作 速 率 波 发 生 器 ， 其 定 时 波 形 如 图 9.3.6 所 示 。 进 入 这 种 工 作 方 式 ， OUTi 输 出 高 电 平 ， 装 入 计 数 值 n 后 如 果 GATE 为 高 电 平 ， 则 立 即 开 始 计 数 ， OUTi 保 持 为 高 电 平 不 变 ； 待 计 数 值 减 到 “1”和 “0” 之 间 ， OUTi 将 输 出 宽 度 为 一 个 CLKi 周 期 的 负 脉 冲 ， 计 数 值 为 “0”时 ， 自 动 重 新 装 入 计 数 初 值 n， 实 现 循 环 计 数 ， OUTi 将 输 出 一 定 频 率 的 负 脉 冲 序 列 ， 其 脉 冲 宽 度 固 定 为 一 个 CLKi 周 期 ， 重 复 周 期 为 CLKi 周 期 的 n 倍 。 如 果 在 减 “1”计 数 过 程 中 ， GATE 变 为 无 效 （ 输 入 0 电 平 ） ， 则 暂 停 减 “1”计 数 ， 待 GATE 恢 复 有 效 后 ， 从 初 值 n 开 始 重 新 计 数 。 这 样 会 改 变 输 出 脉 冲 的 速 率 。 如 果 在 操 作 过 程 中 要 求 改 变 输 出 脉 冲 的 速 率 ， CPU 可 在 任 何 时 候 ， 重 新 写 人 新 的 计 数 值 ， 它 不 会 影 响 正 在 进 行 的 减 “1”计 数 过 程 ， 而 是 从 下 一 个 计 数 操 作 用 期 开 始 按 新 的 计 数 值 改 变 输 出 脉 冲 的 速 率 。 4.方 式 3： 方 波 发 生 器 工 作 方 式 3 被 称 作 方 波 发 生 器 ， 其 定 时 波 型 如 图 9.3.7 所 示 。 任 一 通 道 工 作 在 方 式 3， 只 在 计 数 值 n 为 偶 数 ， 则 可 输 出 重 复 周 期 为 n、 占 空 比 为 1： 1 的 方 波 。 进 入 工 作 方 式 3， OUTi 输 出 低 电 平 ， 装 入 计 数 值 后 ， OUTi 立 即 跳 变 为 高 电 平 。 如 果 当 GATE 为 高 电 平 ， 则 立 即 开 始 减 “1”计 数 ， OUTi 保 持 为 高 电 平 ， 若 n 为 偶 数 ， 则 当 计 数 值 减 到 n/2 时 ， OUTi 跳 变 为 低 电 平 ， 一 直 保 持 到 计 数 值 为 “0”， 系 统 才 自 动 重 新 置 入 计 数 值 n， 实 现 循 环 计 数 。 这 时 OUTi 端 输 出 的 周 期 为 nCLKi 周 期 ， 占 空 比 为 1:1 的 方 波 序 列 ； 若 n 为 奇 数 ， 则 OUTi 端 输 出 周 期 为 nCLKi 周 期 ， 占 空 比 为 (n+1)/2) /(n-1)/2)的 近 似 方 波 序 列 。 如 果 在 操 作 过 程 中 ， GATE 变 为 无 效 ， 则 暂 停 减 “1”计 数 过 程 ， 直 到 GATE 再 次 有 效 ， 重 新 从 初 值 n 开 始 减 “l”计 数 。 如 果 要 求 改 变 输 出 方 波 的 速 率 ， 则 CPU 可 在 任 何 时 候 重 新 装 入 新 的 计 数 初 值 n， 并 从 下 一 个 计 数 操 作 周 期 开 始 改 变 输 出 方 波 的 速 率 。 5.方 式 4： 软 件 触 发 方 式 计 数 工 作 方 式 4 被 称 作 软 件 触 发 方 式 ， 其 定 时 波 形 如 图 9.3.8 所 示 。 进 入 工 作 方 式 4， OUTi 输 出 高 电 平 。 装 入 计 数 值 n 后 ， 如 果 GATE 为 高 电 平 ， 则 立 即 开 始 减 “1”计 数 ， 直 到 计 数 值 减 到 “0”为 止 ， OUTi 输 出 宽 度 为 一 个 CLKi 周 期 的 负 脉 冲 。 由 软 件 装 入 的 计 数 值 只 有 一 次 有 效 ， 如 果 要 继 续 操 作 ， 必 须 重 新 置 入 计 数 初 值 n。 如 果 在 操 作 的 过 程 中 ， GATE 变 为 无 效 ， 则 停 止 减 “1”计 数 ， 到 GATE 再 次 有 效 时 ， 重 新 从 初 值 开 始 减 “1”计 数 。 显 然 ， 利 用 这 种 工 作 方 式 可 以 完 成 定 时 功 能 ， 定 时 时 间 从 装 入 计 数 值 n 开 始 ， 则 OUTi 输 出 负 脉 冲 （ 表 示 定 时 时 间 到 ） ， 其 定 时 时 间 =nCLK 周 期 。 这 种 工 作 方 式 也 可 完 成 计 数 功 能 ， 它 要 求 计 数 的 事 件 以 脉 冲 的 方 式 从 CLKi 输 入 ， 将 计 数 次 数 作 为 计 数 初 值 装 入 后 ， 由 CLKi 端 输 入 的 计 数 脉 冲 进 行 减 “1”计 数 ， 直 到 计 数 值 为 “0”， 由 OUTt 端 输 出 负 脉 冲 （ 表 示 计 数 次 数 到 ） 。 当 然 也 可 利 用 OUTj 向 CFU 发 出 中 断 请 求 。 因 此 工 作 方 式 4 与 工 作 方 式 0 很 相 似 ， 只 是 方 式 0 在 OUTi 端 输 出 正 阶 跃 信 号 、 方 式 4 在 OUTi 端 输 出 负 脉 冲 信 号 。 6.方 式 5： 硬 件 触 发 方 式 计 数 工 作 方 式 5 被 称 为 硬 件 触 发 方 式 ， 其 定 时 波 形 如 图 9.3.9 所 示 。 进 入 工 作 方 式 5， OUTi 输 出 高 电 平 ， 硬 件 触 发 信 号 由 GATE 端 引 入 。 因 此 ， 开 始 时 GATE 应 输 入 为 0， 装 入 计 数 初 值 n 后 ， 减 “1”计 数 并 不 工 作 ， 一 定 要 等 到 硬 件 触 发 信 号 由 GATE 端 引 入 一 个 正 阶 跃 信 号 ， 减 “1”计 数 才 会 开 始 ， 待 计 数 值 计 到 “0”， OUTi 将 输 出 负 脉 冲 ， 其 宽 度 固 定 为 一 个 CLKi 周 期 ， 表 示 定 时 时 间 到 或 计 数 次 数 到 。 这 种 工 作 方 式 下 ， 当 计 数 值 计 到 “0”后 ， 系 统 将 自 动 重 新 装 入 计 数 值 n， 但 并 不 开 始 计 数 ， 一 定 要 等 到 由 GATE 端 引 入 的 正 跳 沿 ， 才 会 开 始 进 行 减 “1”计 数 ， 因 此 这 是 一 种 完 全 由 GATE 端 引 入 的 触 发 信 号 控 制 下