8253(8254的使用說明講義)

1、第9章計(jì)數(shù)器和定時(shí)器電路Intel8253/8254-PIT在控制系統(tǒng)中，常常要求有一些實(shí)時(shí)時(shí)鐘以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或延時(shí)控制，如定時(shí)中斷、定時(shí)檢測(cè)、定時(shí)掃描等，也往往要求有計(jì)數(shù)器能對(duì)外部事件計(jì)數(shù)。要實(shí)現(xiàn)定時(shí)或延時(shí)控制，有三種主要方法：軟件定時(shí)、不可編程的硬件定時(shí)、可編程的硬件定時(shí)器。軟件定時(shí)即讓計(jì)算機(jī)執(zhí)行一個(gè)程序段，這個(gè)程序段本身沒有具體的執(zhí)行目的，但由于執(zhí)行每條指令都需要時(shí)間，則執(zhí)行一個(gè)程序段就需要一個(gè)固定的時(shí)間。通過正確地挑選指令和安排循環(huán)次數(shù)很容易實(shí)現(xiàn)軟件定時(shí)，但軟件定時(shí)占用了CPU的時(shí)間，降低了CPU的利用率。不可編程的硬件定時(shí)可以采用小規(guī)模集成電路器件如555，外接定時(shí)部件電阻和電容構(gòu)成。這

2、樣的定時(shí)電路簡(jiǎn)單，而且利用改變電阻和電容，可以使定時(shí)在一定的范圍內(nèi)改變。但是，這種定時(shí)電路在硬件連接好以后，定時(shí)值及定時(shí)范圍不能由程序(軟件)來控制和改變，由此就生產(chǎn)了可編程的定時(shí)器電路?？删幊潭〞r(shí)器電路的定時(shí)值及其范圍，可以很容易地由軟件來確定和改變。所以，功能較強(qiáng)，使用靈活。本章就介紹這種定時(shí)器電路。9.1概述Intel系列的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器電路為可編程序間隔定時(shí)器PIT(ProgrammableIntervalTimer)，型號(hào)為8253，改進(jìn)型為8254。Intel8253具有3個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器通道，使用單一5V電源，它是24個(gè)引腳的雙列直插式器件。9.1.18253-PIT的主要功

3、能Intel8253-PIT具有以下主要功能：(1) 一個(gè)芯片上有三個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器通道；(2) 每個(gè)計(jì)數(shù)器都可以按照二進(jìn)制或二十進(jìn)制計(jì)數(shù)；(3) 每個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)速率可高達(dá)2MHz。(82C54-2計(jì)數(shù)頻率可達(dá)到10MHz)；(4) 每個(gè)通道有6種工作方式，可由程序設(shè)置和改變；(5) 所有的輸入輸出都與TTL兼容。9.1.28253-PIT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖9-1所示。1. 數(shù)據(jù)總線緩沖器這是8253與CPU數(shù)據(jù)總線連接的8位雙向三態(tài)緩沖器OCPU用輸入輸出指令對(duì)8253進(jìn)行讀寫的所有信息，都是通過這8條總線傳送的。包括：(1) CPU在初始化編程時(shí)，寫入8253的控制字；

4、(2) CPU向某一通道寫入的計(jì)數(shù)值；（3）CPU從某一個(gè)通道讀取的計(jì)數(shù)值。2. 讀/寫邏輯這是8253內(nèi)部操作的控制部分。首先有選片信號(hào)CS的控制部分，當(dāng)CS為高電平（無效）時(shí)，數(shù)據(jù)總線緩沖器處在三態(tài)，與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線脫開，故不能進(jìn)行編程，也不能進(jìn)行讀寫操作。其次，由這部分選擇讀寫操作的端口（三個(gè)計(jì)數(shù)器及控制字寄存器），也由這部分控制數(shù)據(jù)傳送的方向，讀數(shù)據(jù)由8253傳向CPU,寫數(shù)據(jù)由CPU傳向8253。3. 控制字寄存器在8253的初始化編程時(shí)，由CPU寫入控制字以決定通道的工作方式。此寄存器只能寫入而不能讀出。4. 計(jì)數(shù)器0，計(jì)數(shù)器1，計(jì)數(shù)器2這是三個(gè)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器通道，每一個(gè)都是由一個(gè)

5、16位的可預(yù)置值的減法計(jì)數(shù)器構(gòu)成。這三個(gè)通道的操作是完全獨(dú)立的。每個(gè)通道都是對(duì)輸入脈沖CLK按二進(jìn)制或二一十進(jìn)制，從預(yù)置值開始減1計(jì)數(shù)。當(dāng)預(yù)置值減到零時(shí)，從OUT輸出端輸出一信號(hào)。計(jì)數(shù)器/定時(shí)器電路的本質(zhì)是一個(gè)計(jì)數(shù)器。若計(jì)數(shù)器對(duì)頻率精確的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)器就可作為定時(shí)器。計(jì)數(shù)頻率取決于輸入脈沖的頻率。在計(jì)數(shù)過程中，計(jì)數(shù)器受到門控信號(hào)GATE的控制。計(jì)數(shù)器的輸入與輸出以及與門控信號(hào)之間的關(guān)系，取決于工作方式。計(jì)數(shù)器的初值必須在開始計(jì)數(shù)之前，由CPU用輸出指令預(yù)置。在計(jì)數(shù)過程中，CPU隨時(shí)可用輸入指令讀取任一計(jì)數(shù)器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值，這一操作對(duì)計(jì)數(shù)沒有影響。9.1.38253-PIT的引線Intel

6、8253-PIT的引線如圖9-2所示。8253-PIT與CPU接口的引線，除了沒有復(fù)位信號(hào)RESET引腳外，其他與8255并行輸入輸出接口芯片相同（請(qǐng)參閱本書第10章）。每一個(gè)通道有三條引線：CLK：輸入脈沖線。計(jì)數(shù)器就是對(duì)這個(gè)脈沖計(jì)數(shù)。8253規(guī)定，加在CLK引腳的輸入時(shí)鐘周期不能小于380ns。GATE：門控信號(hào)輸入引腳。這是控制計(jì)數(shù)器工作的一個(gè)外部信號(hào)。當(dāng)GATE引腳為低電平（無效）時(shí)，通常都是禁止計(jì)數(shù)器工作；只有當(dāng)GATE為高電平時(shí)，才允許計(jì)數(shù)器工作。OUT：輸出引腳。當(dāng)計(jì)數(shù)到“0”時(shí)，OUT引線上必然有輸出，輸出信號(hào)的波形取決于工作方式。8253內(nèi)部端口的選擇是由引線A1和A0決定的

7、，它們通常接至地址總線的A1和A0。各個(gè)通道的讀/寫操作的選擇，如表9-1所示。9.28253-PIT的控制字在8253的初始化編程中，由CPU向8253的控制字寄存器寫入一個(gè)控制字，它規(guī)定了8253的工作方式。其格式如圖9-3所示。1計(jì)數(shù)器選擇(D7D6)控制字的最高兩位決定這個(gè)控制字是哪一個(gè)通道的控制字。由于三個(gè)通道的工作是完全獨(dú)立的，所以需要有三個(gè)控制字寄存器分別規(guī)定相應(yīng)通道的工作方式。但它們的地址是同一個(gè)，即A1A0=11控制字寄存器的地址。所以，需要由這兩位來決定是哪一個(gè)通道的控制字。因此，對(duì)三個(gè)通道的編程需要向同一個(gè)地址(控制字寄存器地址)寫入三個(gè)控制字，它們的D7D6位分別指定不

8、同的通道。在控制字中的通道選擇與通道計(jì)數(shù)器的地址是兩回事，不能混淆。計(jì)數(shù)通道的地址是用作CPU向計(jì)數(shù)器寫初值，或者從計(jì)數(shù)器讀取當(dāng)前的計(jì)數(shù)值。2數(shù)據(jù)讀/寫格式(D5D4)CPU向計(jì)數(shù)通道寫入初值和讀取它們的當(dāng)前狀態(tài)時(shí)，有幾種不同的格式。例如，寫數(shù)據(jù)時(shí)，是寫入8位數(shù)據(jù)還是16位數(shù)據(jù)，若是8位計(jì)數(shù)，可以令D5D4=01只寫低8位,則高8位自動(dòng)置0；若是16位計(jì)數(shù)，而低8位為0,則可令D5D4=10，只寫入高8位，而低8位就自動(dòng)為0；在令D5D4=11時(shí)，16位計(jì)數(shù)就先寫入低8位，后輸入高8位。在讀取計(jì)數(shù)值時(shí)，可令D5D4=00,則把寫控制字時(shí)的計(jì)數(shù)值鎖存，以后再讀取。3工作方式(D3D2D1)825

9、3的每個(gè)通道可以有6種不同的工作方式，由這三位決定。每一種方式的特點(diǎn)，隨后介紹。4.數(shù)制選擇(D0)8253的每個(gè)通道有兩種計(jì)數(shù)制：二進(jìn)制和二十進(jìn)制，由這位決定。在二進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)，寫入的初值的范圍為0000HFFFFH，其中0000H是最大值，代表65536；在二一十進(jìn)制時(shí)，寫入的初值的范圍為00009999，其中0000是最大值，代表10000。9.38253-PIT的工作方式9.3.1六種工作方式1. 方式0計(jì)完最后一個(gè)數(shù)時(shí)中斷在這種方式，當(dāng)控制字CW(ControlWord)寫入控制字寄存器，則使OUT輸出端變低,即使計(jì)數(shù)器沒有賦予初值，也沒開始計(jì)數(shù)。要開始計(jì)數(shù)，GATE信號(hào)必須為高電平。

10、則在寫入計(jì)數(shù)初值以后，通道開始計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)過程中，OUT信號(hào)線一直維持為低電平，直到計(jì)數(shù)到“0”時(shí)，OUT輸出信號(hào)線才變?yōu)楦唠娖?。方?過程如圖9-4所示。其中，LSB=4表示只寫低8位計(jì)數(shù)值為4,最底下一行是計(jì)數(shù)器中的數(shù)值。方式0的主要特點(diǎn)是：(1) 計(jì)數(shù)器只計(jì)數(shù)一遍。當(dāng)計(jì)數(shù)到0時(shí)，并不恢復(fù)計(jì)數(shù)初值，不開始重新計(jì)數(shù)，且輸出保持為高。只有在寫入另一個(gè)計(jì)數(shù)值時(shí)，OUT變低，開始新的計(jì)數(shù)。(2) 8253內(nèi)部是在CPU寫計(jì)數(shù)值的WR#信號(hào)上升沿，將此值寫入通道的時(shí)常數(shù)寄存器，在WR#信號(hào)上升沿后的下一個(gè)CLK脈沖，才將計(jì)數(shù)值由時(shí)常數(shù)寄存器送至計(jì)數(shù)器作為初值，開始計(jì)數(shù)。所以，8253PIT是在寫計(jì)數(shù)

11、值命令后經(jīng)過一個(gè)輸入脈沖，才將計(jì)數(shù)值裝入計(jì)數(shù)器，下一個(gè)脈沖才開始計(jì)數(shù)。因此，如果設(shè)置計(jì)數(shù)初值為N則輸出信號(hào)OUT是在N+1個(gè)CLK脈沖之后才變高的。這個(gè)特點(diǎn)在方式1、方式2、方式4和方式5時(shí)也是同樣的。(3) 在計(jì)數(shù)過程中，可由門控制信號(hào)GATE控制暫停。當(dāng)GATE=0時(shí)，計(jì)數(shù)暫停；當(dāng)GATE變高后，就接著計(jì)數(shù)，其波形如圖9-5所示。(4) 在計(jì)數(shù)過程中可以改變計(jì)數(shù)值。若是8位計(jì)數(shù)，則在寫入新的計(jì)數(shù)值后，計(jì)數(shù)器將按新的計(jì)數(shù)值重新開始計(jì)數(shù)，如圖9-6所示。如果是16位計(jì)數(shù)，在寫入第一個(gè)字節(jié)后，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，在寫入第二個(gè)字節(jié)后，計(jì)數(shù)器便按照新的數(shù)值開始計(jì)數(shù)，即改變計(jì)數(shù)值是立即有效的。(5) 82

12、53內(nèi)部沒有中斷控制電路，也沒有專用的中斷請(qǐng)求引線，所以若要用于中斷，則可以用OUT信號(hào)作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，但是，需要有外接的中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)電路與中斷向量產(chǎn)生電路。若8253的地址為04H07H,要使計(jì)數(shù)器1工作在方式0,僅用8位二進(jìn)制計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)值為128，初始化程序?yàn)椋篗OVAL,50H；設(shè)控制字OUT07H,AL；輸出至控制字寄存器MOVAL,80H；設(shè)置計(jì)數(shù)值OUT05H,AL；輸出至計(jì)數(shù)通道12.方式1可重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CLK3.方式2頻率發(fā)生器（分頻器）WROUT4.方式3方波發(fā)生器初值為偶數(shù)初值為奇數(shù)5. 方式4軟件觸發(fā)選通CLKIL_lL_|_方式4初值n=4WRGATE=14

13、32.10OUT6.方式5硬件觸發(fā)選通9.3.28253-PIT工作方式小結(jié)8253有六種不同的工作方式，它們的特點(diǎn)不同，因而應(yīng)用的場(chǎng)合也就不同。方式2、4、5的輸出波形是相同的，都是寬度為一個(gè)CLK周期的負(fù)脈沖。但方式2是連續(xù)工作，方式4由軟件（設(shè)置計(jì)數(shù)值）觸發(fā)啟動(dòng)，而方式5由門控脈沖觸發(fā)啟動(dòng)。方式5（硬件觸發(fā)選通）與方式1（硬件再觸發(fā)單拍脈沖），工作方式基本相同，但輸出波形不同，方式1輸出的是寬度為N個(gè)CLK脈沖的低有效脈沖（計(jì)數(shù)過程中輸出為低），而方式5輸出的是寬度為1個(gè)CLK脈沖的負(fù)脈沖（計(jì)數(shù)過程中輸出為高）。1. 輸出OUT的初始狀態(tài)在6種方式中，只有方式0，在寫入控制字后輸出為低。

14、其它5種方式，都是在寫入控制字后輸出為高。2. 計(jì)數(shù)值的設(shè)置任一種方式，只有在寫入計(jì)數(shù)值后才能開始計(jì)數(shù)，方式0、2、3和4都是在寫入計(jì)數(shù)值后，計(jì)數(shù)過程就開始了，而方式1和5需要外部觸發(fā)啟動(dòng)，才開始計(jì)數(shù)。在不同工作方式下，計(jì)數(shù)值N對(duì)輸出波形的影響是不同的，如表9-2所示。6種方式中，只有方式2和3是連續(xù)計(jì)數(shù)，其他4種方式都是一次計(jì)數(shù)，要繼續(xù)工作需要重新啟動(dòng)，方式0、4由寫入計(jì)數(shù)值（軟件）啟動(dòng)，方式1、5要由外部信號(hào)（硬件）啟動(dòng)。3. 門控信號(hào)的作用8253在不同方式下門控輸入信號(hào)的作用，如表9-3所示。GATE輸入總是在CLK輸入時(shí)鐘的上升沿被采樣。在方式0、2、3、4中，GATE輸入是電平起作

15、用，邏輯電平在CLK的上升沿采樣。在方式1、2、3、5中，GATE輸入是上升沿起作用的，在這種情況下，GATE信號(hào)的上升沿使計(jì)數(shù)器內(nèi)部的一個(gè)邊沿敏感的觸發(fā)器置位，它由下一個(gè)CLK脈沖的上升沿采樣，采樣之后，這個(gè)觸發(fā)器被復(fù)位。這樣不管GATE的上升沿何時(shí)出現(xiàn)總能被檢測(cè)到，且對(duì)GATE高電平的持續(xù)時(shí)間沒有要求。在方式2和3中，GATE信號(hào)的上升沿和電平都可以起作用。4在計(jì)數(shù)過程中改變計(jì)數(shù)值8253在不同方式時(shí)都可以在計(jì)數(shù)過程中寫入計(jì)數(shù)值，但它的作用在不同方式時(shí)有所不同，如表9-4所示。表中的立即有效都是指寫入計(jì)數(shù)值后的下一個(gè)CLK脈沖以后，新的計(jì)數(shù)值開始起作用。5計(jì)數(shù)到0后計(jì)數(shù)器的狀態(tài)計(jì)數(shù)器減到0

16、后并不停止不動(dòng)。在方式0、1、4、5，計(jì)數(shù)器計(jì)到0后，都從這個(gè)最大計(jì)數(shù)值(十六進(jìn)制的FFFFH和BCD的9999)繼續(xù)倒計(jì)數(shù)。方式2與3是連續(xù)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器自動(dòng)裝入計(jì)數(shù)值繼續(xù)計(jì)數(shù)。9.48353-PIT的編程要使用8253-PIT必須首先進(jìn)行初始化編程，初始化編程的內(nèi)容為：必須先寫入每一個(gè)通道的控制字，然后寫入通道的計(jì)數(shù)值。如前所述，在有些方式下，寫入計(jì)數(shù)值后此計(jì)數(shù)通道就開始工作了，而有的方式需要外界門控信號(hào)的觸發(fā)啟動(dòng)。在初始化編程時(shí)，某一通道的控制字和計(jì)數(shù)值，是通過兩個(gè)不同的端口地址寫入的。任一通道的控制字都是寫入至控制字寄存器(地址總線低兩位A1A0=11)，由控制字中的D7D6來確定是哪一

17、個(gè)通道的控制字；而計(jì)數(shù)值是由各個(gè)通道的端口地址寫入的。初始化編程的步驟為：(1) 寫入通道控制字，規(guī)定通道的工作方式。(2) 寫入計(jì)數(shù)值。 若規(guī)定只寫低8位，則寫入的為計(jì)數(shù)值的低8位，高8位自動(dòng)置0； 若規(guī)定只寫高8位，則寫入的為計(jì)數(shù)值的高8位，低8位自動(dòng)置0； 若是16位計(jì)數(shù)值，則分兩次寫入，先寫入低8位，再寫入高8位。例如：若要用通道0，工作在方式1，按二一十進(jìn)制計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值為5080H。則初始化編程的步驟為：(1) 確定通道控制字：(2) 計(jì)數(shù)值的低8位為80H。(3) 計(jì)數(shù)值的高8位為50H。若端口地址位為F8HFBH，則初始化程序?yàn)椋篗OVAL，33HOUT0FBH，ALMOVAL，

18、80HOUT0F8H，ALMOVAL，50HOUT0F8H，AL8253任一通道的計(jì)數(shù)值，CPU可用輸入指令讀取CPU讀到的是執(zhí)行輸入指令瞬間計(jì)數(shù)器的現(xiàn)行值。但8253的計(jì)數(shù)器是16位的，所以要分兩次讀至CPU，因此，若不設(shè)法鎖存，則在輸入過程中，計(jì)數(shù)值可能已經(jīng)變化了。要鎖存有兩種辦法：（1）利用GATE信號(hào)使計(jì)數(shù)過程暫停。（2）向8253輸送一個(gè)通道控制字，令8253通道中的鎖存器鎖存。8253的每一個(gè)通道都有一個(gè)輸出鎖存器（16位），平時(shí)，它的值隨通道計(jì)數(shù)器的值變化，當(dāng)向通道寫入鎖存的控制字時(shí)，它把計(jì)數(shù)器的現(xiàn)行值鎖存（計(jì)數(shù)器中繼續(xù)計(jì)數(shù)）。于是CPU讀取的就是鎖存器中的值。當(dāng)對(duì)計(jì)數(shù)器重新編程，或CPU讀取了計(jì)數(shù)值后，自動(dòng)解除鎖存狀態(tài)，它的值又隨計(jì)數(shù)器變化。若要讀取通道1的16位計(jì)數(shù)值，其程序?yàn)椋篗OVAL,40H；計(jì)數(shù)器1的鎖存命令OUT0FBH，AL；寫入至控制字寄存器INAL,0F9H；讀低8位MOVCL，AL；存于CL中INAL，0F9H；讀高8位MOVCH，AL；存于CH中9.5Intel8254-PITIntel8254-PIT是Intel8253-PIT的改進(jìn)型，因此它的操作方式以及引腳與8253完全相同。它的改進(jìn)主要反映在兩個(gè)方面：（1）8254的計(jì)數(shù)頻率更高。8254可由直流至6MHz，8254-2可高達(dá)10M