8253工作原理解析
微机原理 可编程计数器定时器8253及应用
第八章 可编程计数器/定时器8253及应用 8-1 8253工作原理
一、8253的内部结构与引脚信号 二、8253的初始化编程
三、8253的工作方式
四、8253与系统的连接
8-2 8253的应用举例
一、8253定时功能举例 二、8253计数功能举例
1
第八章
定时/计数技术概述
计算机中常用到定时功能，如：动态RAM刷新、
第八章
二、8253的初始化编程
8253的初始化编程按顺序分两步完成：
1、写入控制字
2、写入计数初值
初始化编程的几点说明： 对3个计数通道的初始化编程没有先后顺序
若是16位数，必须用两条OUT指令来完成，且先送低8
位数据，后送高8位数据。 若计数初值为0时，要分成两次写入。0在二进制计数
18
第八章
8253方式3
4、方式3——方波发生器
时序图
计数初值为偶数时的波形
CW=16H WR CR=4 CLK GATE LSB=4
OUT
CRCE 4
CRCE 2
19
CRCE
2 4
CRCE 2 4
CRCE 2 4
4
第八章
8253方式3 计数初值为奇数时的波形
CW=16H WR
LSB=5 CR=5
CLK GATE
OUT CRCE 5 4 CRCE 2 5 CRCE CRCE 4 2 5
2
5
20
第八章
8253方式4
5、方式4——软件触发选通
时序图
CW=18H WR
LSB=2 CR=2
LSB=2 CR=2
CLK GATE OUT CRCE 2 1 CRCE 0 2 1 0 0
实验三 8253计数器原理及分频实验
03H
1
00H
1
1
D2位
1
方式2
计数开
CLK
方式0
1 0
计数开
1
ห้องสมุดไป่ตู้
1
0
0
1
方式2
0
计数关
fX
计数器1计数结束后，同时自动关闭计数器2。读IN2，D2位为1
03H
00H
D2位
关闸门，地址0x03写入0x00 : D3位
0
1
0
方式2
计数关
CLK
方式0
计数开
方式2
计数关
1
1
0
1
0
1 0
0
0
1
0 1
往地址0x03写入0x00，关闸门。 然后锁存计数器2，再读计数器2的计数值，进行频率计算。
③ OUT：输出引脚。当计数到“0”时，OUT 引脚上必然有输出， 输出信号波形取决于工作方式。
8253内部端口的选择及每个通道的读/写操 作的选择如下表所示
RD WR A1 A0 寄存器选择和操作 1 0 0 0 写入计数器 0 1 0 0 1 写入计数器 1 1 0 1 0 写入计数器 2 1 0 1 1 写入控制寄存器 0 1 0 0 读计数器 0 0 1 0 1 读计数器 1 0 1 1 0 读计数器 2 0 1 1 1 无操作（3 态）
0 二进制 1 BCD
▼ 8253的工作方式和输出波形
方 功能
式
输出波形
0 计完最后一个数中断
写入计数值 N 后，经过 N+1 个 CLK 脉冲输出变高
1 硬件再触发单拍脉冲
单拍脉冲的宽度为 N 个 CLK 脉冲
8253的工作原理
8253的工作原理8253是一种计数器/定时器芯片，它通过与计算机的输入输出接口相连接，用来执行各种计数和定时操作。
8253具有三个可独立使用的计数器，分别称为计数器0、计数器1和计数器2。
计数器0和计数器1是16位计数器，可以被配置为16位二进制计数器或BCD （二进制编码十进制）计数器。
计数器2是一个8位计数器，只能是二进制计数器。
8253工作的基本原理是通过对计数器寄存器的编程配置，将计数器模式、分频因子和初始计数值设置为期望的值。
然后，8253开始计数，每经过一个时钟周期，计数器的值会递增一次。
当计数器的值和设定的目标值相等时，8253可以产生一个触发信号，可以用来触发中断或产生特定的定时操作。
计数器0和计数器1能够按照不同的计数模式工作。
其中，计数模式0是16位二进制计数器或BCD计数器，计数器值递增或递减，直到计数器达到最大值或最小值时就会重置。
计数模式1是16位计数器，当计数器的值和设定的目标值相等时，计数器会重置为初始值。
计数模式2与计数模式1相似，但在计数器达到目标值时，会产生一个短脉冲。
计数模式3是计数器1和计数器2之间的模式，计数器1会根据计数器2的值进行递增或递减。
计数模式4和模式5分别是软件触发的单脉冲发生器和硬件触发的单脉冲发生器。
除了计数模式之外，8253还提供了可编程的分频器。
分频器可以将输入时钟信号进行分频，从而改变计数器的计数速度。
分频因子可以设置为2、4、8、...、2^16，因此可以根据需要选择合适的分频因子来控制计数速度。
综上所述，8253是一种可编程的计数器/定时器芯片，根据计数模式和分频器配置可以实现各种计数和定时操作。
它通过与计算机接口相连接，可以广泛应用于许多需要计数和定时功能的电子设备和系统中。
微机原理8253
OUT
1、 结构
8位双向三态。用于与CPU交换信息。 • 初始化时，CPU向其写入命令字等， 计数值； • CPU读取计数值。
计数器/ 数据总线 缓冲器
接收来自系统总线 的控制信号，以产 生控制整个芯片工 作的控制信号 计数器 0号 定时器通 道。 由16位的 可预置值 的减法计
读/ 写 逻辑
计数器 1号
数器构成。
初始化时，由CPU 写入控制字以决定 某通道的工作方式。
控制字 寄存器
计数器 2号
端口选择
8253有3个独立的计数器（计数通道），其内部结构完全 相同，如图3.3所示。 图3.3表示计数器由16位计数初值寄存器、减1计数器和当 前计数值锁存器组成。
8253无论作定时器用，还是作计数器用，其内部操 作完全相同，区别只在于前者是由计数脉冲（间隔不一 定相同）进行减1计数，而后者是由周期一定的时钟脉 冲作减1计数。作计数器用时，要求计数的次数可直接 作为计数初值预值到减1计数器；作定时器用时，计数 初值即定时系数应根据要求定时的时间和时钟脉冲周期 进行如下换算才能得到： 定时系数=要求定时的时间/时钟脉冲周期 计数初值与输入时钟（CLK）频率及输出波形（OUT） 频率之间的关系为 Ci＝ CLK／OUT 或 TC=CLK／OUT 利用关系式，可以计算出当给定CLK频率，要求所输出 的波形的频率为某值时的计数初值。
一、基本概念
一、定时/计数 在计算机系统、工业控制领域、乃至日常生活中，都存在定时、计 时和计数问题，尤其是计算机系统中的定时技术特别重要。 1.定时 定时和计时是最常见和最普遍的问题，一天24小时的许晓称为日时 钟。 2.计数 计数使用得更多。 3.定时与计数的关系 计时的本质就是计数，只不过这里的“数”的单位是时间单位。
8253的原理
0
0 1 1
0----选计数器0
1----选计数器1 0----选计数器2 1----无意义
2、计数初值
计数初值n =时钟频率fc/输出频率fout =定时时间Tout/时钟脉冲周期Tc
8253初始化的工作有两个内容：
（1）一是向命令寄存器写入方式命令，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）二是向已选定的计数器按方式命令的要求写 入计数初值。
可编程计数器/定时器8253 PIT(Programmable Interval Timer)
8253的主要功能 1、一个芯片上有三个独立的16位计数器通道 2、每个计数器的内部结构相同，可通过编程 手段设置为6种不同的工作方式来进行定时 /计数 3、每个计数器在工作过程中的当前计数值可 被CPU读出
例5：设定时器0、定时器1工作于方式2，外部提供 一个时钟,频率f=2MHZ。要求定时器1每5ms产生 一个脉冲，定时器0每5s产生一个脉冲。 1). 一个定时器的最大定时时间： 65536/（2*106）=0.032768 s=32.768ms 2). 将定时器1的CLK1接2MHZ时钟，计数初值：
4. 软件触发的选通信号发生器
5. 硬件触发的选通信号发生器
5-3 8253应用举例
8253初始化方法: • 控制字 • 计数初值:
已知:CLK 的频率fc与定时的时间t. 计数初值: n= fc t
例1：设8253: fc=1MHZ，最大计数初值：
N= 65536 一个定时器最大定时时间： Tmax = N/fc=65536/ 106 =0.065536s
8253工作原理
（3）方式1：可编程的硬件触发单拍脉冲。
特点：写入控制字寄存器后，输出OUT就变高；GATE的上升 沿触发计数，同时OUT变低，直到计数到0 ；遇到GATE的上 升沿时，自动重新计数。
（4）方式2：速率发生器。
特点：写入控制字寄存器后，输出OUT就变高；GATE为高计 数；计数到1时， OUT变低，计数到0时， OUT变高，并自动 重新计数。 GATE为低时，禁止计数，直到GATE变高，重新 自动写入计数值计数。一般作为分频器使用。
（7）方式5：硬件触发的选通信号发生器。
特点：写入控制字寄存器后，输出OUT就变高；GATE的上升 沿触发计数；计数到0时， OUT为低，经过一个CLK周期 后 变为高。只有遇到GATE的上升沿时，自动重新计数。
（8）8253的工作方式小结。 1）方式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，但方式2连续工作，方式4由软件触发 启动，方式5由硬件触发启动。 2）方式5与方式1的工作过程相同，但输出波形不同，方 式1输出的是宽度为N个CLK脉冲的低电平有效的脉冲（计 数过程中输出为低），而方式5输出的是宽度为一个CLK 脉冲的负脉冲（计数过程中输出为高）。 3）输出端OUT的初始状态。方式0在写入方式字后输出为 低；其余方式，写入控制字后输出均变为高。 4）任一种方式，均是在写入计数初值之后才能开始计数 ，方式0、2、3、4都是在写入计数初值之后开始计数的， 而方式1和方式5需要外部触发启动才开始计数。
（5）方式3：方波速率发生器。
特点：与方式2类似，只是进行减2操作，直到0时， OUT变低 ，并自动重新写入计数值减2操作，直到0时， OUT变高。一 般作为方波发生器使用。
（6）方式4：软件触发的选通信号发生器。
河北专接本微机原理8253工作方式
河北专接本微机原理8253工作方式8253是一种微机原理的专接本技术，主要用于计时和计数应用。
它是由Intel公司设计的，并且被广泛应用于微处理器系统中。
本文将详细介绍8253的工作方式。
8253由3个计数通道组成，每个通道都具有一个16位的计数器寄存器，一个计数器控制寄存器和计数器输出端口。
每个通道都可以执行不同的计数功能，并且可以通过设置对应的控制寄存器来配置。
8253的主要工作模式有3种：方波发生器模式、比率发生器模式和计时器模式。
下面分别介绍这3种模式的工作方式。
1.方波发生器模式方波发生器模式下，计数器工作在一个循环计数的模式下，并产生一个固定频率的方波信号输出。
通过设置计数器控制寄存器，可以配置方波的频率和占空比。
具体的工作流程如下：-设置计数器控制寄存器，确定计数方式为方波发生器模式，并设置计数器的工作频率和占空比。
-启动计数器，计数器开始累加计数。
-当计数器的值达到设定的计数上限时，计数器会自动清零并继续计数。
-每次计数达到上限时，计数器输出端口会产生一次电平翻转，从而产生方波信号。
2.比率发生器模式比率发生器模式下，计数器工作在一个固定的计数上限下，并产生不同的方波信号输出。
通过设置计数器的初始计数值和计数上限，可以实现不同的频率和占空比。
具体的工作流程如下：-设置计数器控制寄存器，确定计数方式为比率发生器模式，并设置计数器的初始计数值和计数上限。
-启动计数器，计数器开始累加计数。
-当计数器的值达到计数上限时，计数器会自动清零，并产生一个电平翻转。
-根据初始计数值和计数上限的设置，可以实现不同频率和占空比的方波信号输出。
3.计时器模式计时器模式下，计数器工作在外部输入时钟的驱动下，并可以测量和记录时间间隔。
具体的工作流程如下：-设置计数器控制寄存器，确定计数方式为计时器模式。
-将外部时钟信号连接到计数器输入端口，计数器开始根据时钟信号进行计数。
-当计数器的值达到计数上限时，计数器会自动清零。
8253的内部结构与工作方式
8253的内部结构与工作方式8253是一种通用计数器/定时器芯片，由Intel公司于1975年研发。
它在计算机系统中主要用于计时、定时和频率发生的应用。
8253的内部结构和工作方式如下：1.内部结构：8253由一个16位计数器和三个16位计数器/分频器组成。
其中，计数器0和计数器2可以用作定时器，计数器1可以用作计数器或分频器。
-计数器0（工作于16位模式）：它可以生成一个周期性的方波信号。
它的输入时钟源可以是外部引脚CLK0或者是计数器2的输出CLK2、计数器0还可以分为两个8位计数器，其下方8位由计数器1的输出加法器控制。
-计数器1（工作于16位模式）：它可以将计数器0的输出值与一个可编程的初始计数值进行相加或相减。
它的输出可以用作计数器或分频器。
-计数器2（工作于8位模式）：它通常用于分频器功能。
它可以接收来自外部引脚CLK2的时钟输入，并将其分频为不同的输出频率。
2.工作方式：- 定时器模式：8253可以工作在三种不同的定时器模式：比率发生器模式（Mode 0）、硬件单触发模式（Mode 1）和软件可编程单脉冲模式（Mode 2）。
在这些模式下，计数器的工作频率和输出信号的脉冲宽度都可以通过编程来设定。
-计数器模式：计数器1可以通过读取或写入操作来读取或设置计数器的值。
当计数器溢出时，可以触发中断。
-分频器模式：计数器2可以工作为一个分频器，将输入时钟分频为指定的输出频率。
在应用方面，8253的工作方式与内部结构密切相关。
通过编程设置不同的计数器模式和计数器值，可以实现各种计时和频率发生的功能。
例如，可以使用8253来测量时间间隔、生成周期性信号、控制器件的定时操作等。
总结起来，8253的内部结构由三个计数器模块组成，分别用于不同的定时和计数功能。
通过设置不同的模式和计数值，可以实现各种计时和频率发生的应用。
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（3）方式1：可编程的硬件触发单拍脉冲。
特点：写入控制字寄存器后，输出OUT就变高；GATE的上升 沿触发计数，同时OUT变低，直到计数到0 ；遇到GATE的上 升沿时，自动重新计数。
（4）方式2：速率发生器。
特点：写入控制字寄存器后，输出OUT就变高；GATE为高计 数；计数到1时， OUT变低，计数到0时， OUT变高，并自动 重新计数。 GATE为低时，禁止计数，直到GATE变高，重新 自动写入计数值计数。一般作为分频器使用。
2、8253的内部结构框图及引脚
8253的内部结构如下图所示，主要由数据总线缓冲器、读/写逻 辑、控制字寄存器及三个独立的、功能相同的计数器组成。
(1) 数据总线缓冲器：三态、双向的8位缓冲器，用于将 8253与系统数据总线连接。CPU执行I/O指令时，缓冲 器发送或接收数据，用以写入8253控制字、装入计数 初值或读出当前计数值。 (2) 读/写逻辑：读/写逻辑电路接受来自系统总线的信号， 然后产生控制整个芯片工作的控制信号。 (3) 控制字寄存器：当A1、A0全为1时，接收并存储来自 数据总线缓冲器的控制字。每个计数器对应1个控制寄 存器，只能写入，不能读出。 (4) 计数器0~2：三个计数器内部结构相同，每个计数器 有一个16位减法计数器，可对二进制数或BCD码进行 计数。某些方式下，一次计数结束可以自动取初值进 行下一次计数。每个计数器都有时钟输入CLK、门控 输入GATE和输出OUT引脚。计数过程、输出信号与 控制字中设定的内容有关。每个计数器的工作方式和 工作过程完全独立。
2．8253的外部引脚 8253芯片是具有24个引脚的双列直插式集成电路芯片，其 引脚分布如图7-2所示。
3．8253的控制字 8253有一个8位的控制字寄存器，其格式如图7-3所示。
4．8253的工作方式 8253共有6种工作方式，各方下的工作状态是不同的 ，输出的波形也不同，其中比较灵活的是门控信号的作 用。由此组成了8253丰富的工作方式、波形。
第8章 可编程接口芯片8253及应用
定时与计数 在微机系统或智能化仪器仪表的工作过程中，经常需要使系统 处于定时工作状态，或者对外部过程进行计数。定时或计数的工作 实质均体现为对脉冲信号的计数，如果计数的对象是标准的内部时 钟信号，由于其周期恒定，故计数值就恒定地对应于一定的时间， 这一过程即为定时，如果计数的对象是与外部过程相对应的脉冲信 号（周期可以不相等），则此时即为计数。 定时与计数的实现方法 （1）硬件法。设计一套电路用以实现定时与计数，特点是需要花 费一定的硬件设备，而且当电路制成之后，定时值及计数范围不能 改变。 （2）软件法。利用一段延时子程序来实现定时操作，特点是无需 太多的硬件设备，控制比较方便，但在定时期间，CPU不能从事其 他工作，降低了机器的利用率。 （3）软、硬件结合法。即设计一种专门的具有可编程特性的芯片 来控制定时和计数的操作，而这些芯片具有中断控制能力，定时、 计数到时能产生中断请求信号，因而定时期间不影响CPU的正常工 作。
（7）方式5：硬件触发的选通信号发生器。
特点：写入控制字寄存器后，输出OUT就变高；GATE的上升 沿触发计数；计数到0时， OUT为低，经过一个CLK周期 后 变为高。只有遇到GATE的上升沿时，自动重新计数。
（8）8253的工作方式小结。 1）方式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，但方式2连续工作，方式4由软件触发 启动，方式5由硬件触发启动。 2）方式5与方式1的工作过程相同，但输出波形不同，方 式1输出的是宽度为N个CLK脉冲的低电平有效的脉冲（计 数过程中输出为低），而方式5输出的是宽度为一个CLK 脉冲的负脉冲（计数过程中输出为高）。 3）输出端OUT的初始状态。方式0在写入方式字后输出为 低；其余方式，写入控制字后输出均变为高。 4）任一种方式，均是在写入计数初值之后才能开始计数 ，方式0、2、3、4都是在写入计数初值之后开始计数的， 而方式1和方式5需要外部触发启动才开始计数。
（1）几条基本原则。 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进入初始状态。初始状态对不同的模式来说不一定相同。 2）计数初始值写入之后，要经过一个时钟周期上升沿和一个下降 沿，计数执行部才可以开始进行计数操作，因为第一个下降沿将计 数寄存器的内容送减1计数器。 3）通常，在每个时钟脉冲CLK的上升沿，采样门控信号GATE。 不同的工作方式下，门控信号的触发方式是有具体规定的，即或者 是电平触发，或者是边沿触发，在有的模式中，两种触发方式都是 允许的。其中0、2、3、4是电平触发方式，1、2、3、5是上升沿触 发。 4）在时钟脉冲的下降沿，计数器作减1计数，0是计数器所能容纳 的最大初始值。二进制相当于216，用BCD码计数时，相当于104。
（5）方式3：方波速率发生器。
特点：与方式2类似，只是进行减2操作，直到0时， OUT变低 ，并自动重新写入计数值减2操作，直到0时， OUT变高。一 般作为方波发生器使用。
（6）方式4：软件触发的选通信号发生器。
特点：写入控制字寄存器后，输出OUT就变高；GATE为高计数，为低停止计 数；不自动重新计数，需要重新将计数值写入计数器后开始计数；计数到0时 ，OUT变为低，经过一个CLK周期 后变为高。不自动重新计数，只有重新软 件写入计数值，同时GATE为高时开始计数。
7.1 定时/计数器芯片Intel8253的工作原理 Intel8253是8086/8088微机系统常用的定时/计数器芯片，它具 有定时与计数两大功能，同类型的定时/计数器芯片还有Intel8254 等，8253是24脚双列直插芯片，用+5V电源供电。
1、8253的一般性能概述
（1）每个8253芯片有3个独立的16位计数器通道。 （2）每个计数器通道都可以按照二进制或二-十进制计数。 （3）每个计数器的计数速率可以高达2MHz。 （4）每个通道有6种工作方式，可以由程序设定和改变。 （5）所有的输入、输出电平都与TTL兼容。
（2）方式0：计数结束产生中断。方式0的波形如图7-4所示，当控制字 写入控制字寄存器后，输出OUT就变低，当计数值写入计数器后开始 计数，在整个计数过程中，OUT保持为低，当计数到0后，OUT变高。
特点：写入控制字寄存器后，输出OUT就变低，GATE为高计 数，为低停止计数；不自动重新计数，需要重新将计数值写 入计数器后开始计数；计数到0时，可利用OUT 产生中断信 号。