第8章常用接口芯片定时计数器
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第八章 8253定时计数器(例程)
➢ 正常情况下，即GATE=1，对计数器置入时常数N后， 要经过N＋1个时钟周期才能使OUT输出高电平；
➢ 在计数过程中，如GATE变为低电平,这时只是暂停计数 ，等待GATE信号变为高电平后，计数器继续“减1”计数
例题，向8253的A1A＝0 11B的地址写入0011 0000B，则表示 计数器0设置成方式0，并且采用16位时常数，假设时常数为 1500，则计数器0的初始化程序段如下：
通过计数通道的端口地址可以访问通道中的CR、OL，当对通 道进行写操作时，实际上表示将计数初值（即时常数）写入CR； 当对通道进行读操作时，表示将从OL中读取计数值。
8253的控制字
定时/计数器8253一共有6种工作方式，由控制字 寄存器的内容来设定。方式控制字如下所示：
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SC1 SC0 RL1 RL0 M2 M1 M0 BCD
电源（+5V） 地
连接去向 CPU
译码电路 CPU CPU CPU 外部
外部 外部
/ /
8253的原理结构及工作原理
每个计数通道主要包含四个部件： 计数寄存器CR（Conut Register, 16位）、 计数工作单元CE（Counting Element, 16位）、 输出锁存器OL（Output Latch, 16位）、 控制字寄存器（Control Word Register， 8位）。
计数过程中写入新的时常数，它只能在下一次分频脉冲后起作用
方式2的特点：
➢在置方式2的控制字后，OUT端变为高电平；
➢在置入时常数后，下一个CLK脉冲期间，将时常数从CR读 入CE，并开始“减1”计数；
➢当CE计数到01时，在OUT端输出一个负脉冲，并重新读入 时常数进行计数；
➢ 在计数过程中，如GATE变为低电平,这时只是暂停计数 ，等待GATE信号变为高电平后，计数器继续“减1”计数
例题，向8253的A1A＝0 11B的地址写入0011 0000B，则表示 计数器0设置成方式0，并且采用16位时常数，假设时常数为 1500，则计数器0的初始化程序段如下：
通过计数通道的端口地址可以访问通道中的CR、OL，当对通 道进行写操作时，实际上表示将计数初值（即时常数）写入CR； 当对通道进行读操作时，表示将从OL中读取计数值。
8253的控制字
定时/计数器8253一共有6种工作方式，由控制字 寄存器的内容来设定。方式控制字如下所示：
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SC1 SC0 RL1 RL0 M2 M1 M0 BCD
电源（+5V） 地
连接去向 CPU
译码电路 CPU CPU CPU 外部
外部 外部
/ /
8253的原理结构及工作原理
每个计数通道主要包含四个部件： 计数寄存器CR（Conut Register, 16位）、 计数工作单元CE（Counting Element, 16位）、 输出锁存器OL（Output Latch, 16位）、 控制字寄存器（Control Word Register， 8位）。
计数过程中写入新的时常数，它只能在下一次分频脉冲后起作用
方式2的特点：
➢在置方式2的控制字后，OUT端变为高电平；
➢在置入时常数后，下一个CLK脉冲期间，将时常数从CR读 入CE，并开始“减1”计数；
➢当CE计数到01时，在OUT端输出一个负脉冲，并重新读入 时常数进行计数；
微型计算机原理及接口技术第8章8253
计数器/定时器的内部结构
8253内部包含三个完全一样的计数器/定时器通道， 每个通道的工作是完全独立的
每个通道包含：
① 一个8位控制字寄存器：由编程设定该通道的工作方式、读 写格式和数制
② 一个16位计数初值寄存器：由程序设定初始计数值，可分 成高8位和低8位两个部分，可作8位寄存器使用
③ 一个计数器执行部件（实际的计数器）：实际上是一个16 位减法计数器，它的起始值是初始寄存器的值，由程序设 定。可分成高8位和低8位两个部分
优点：电路结构简单，价格便宜，通过 改变电阻或电容值，可以在一定的定时 范围内改变定时时间
缺点：电路在硬件已连接好的情况下， 定时时间和范围就不能由程序来控制和 改变，而且定时精度也不高
555定时器外部引脚和内部结构
可编程硬件定时
定时原理：利用可编程定时器/计数器芯 片附加硬件电路实现定时
输出信号的波形由工作方式决定，同时还要受 到GATE引脚上的门控信号控制，它决定是否 允许计数
计数器/定时器的定时功能
当加到CLK引脚上的脉冲为精确的时钟脉 冲，可实现定时的功能。
定时时间决定于计数脉冲的频率和计数 器的初值。
定时时间＝时钟脉冲周期×预置的计数初值
计数器/定时器的计数功能
方式1：可编程单稳态输出方式
写入控制字后OUT初始状态：高电平 门控信号GATE的作用：①高电平或低电平均不起作用；
②只有在GATE发生由低到高的正跳变，输出OUT由高
到低跳变，并开始计数；③在计数过程中，若GATE产 生负跳变，不影响计数；④在计数器回0之前，GATE 又产生由低到高的正跳变，8253又将初始值装入，重 新开始计数，使生成脉冲加宽。 计数过程中OUT状态：保持低电平 计数结束OUT状态：发生由低到高的正跳变。 计数器回0后，是否重新计数：否 应用：用于定时
第8章计数器8253
OUT DX, AL；写入工作方式控制字
MOV AL, 46H；计数值的低字节
MOV DX, 04C0H；设置8253计数器0地址
OUT DX, AL；写入计数值的低字节
MOV AL, 10110100B；二进制,方式2,写入16位数,计数器2
MOV DX, 04C6H；控制口地址
OUT DX, AL
(1) 输出锁存器锁存或停止计数以保存当前计数值 读出当前的计数值有两种方法： ① 把当前计数值输出的锁存器锁存 ② 通过GATE门控信号发一低电平信号，使计数 执行单元不作减1操作，计数过程停止。
9
(2) 从输出锁存器读数
注意：读8位和读16位的问题
若是读16位的数据，需分两次读出。
先读低字节，再读高字节，即执行两次输入指令。
moval30h控制字送almovdx126h控制口地址送dxoutdxal向控制口写入控制字moval88h低8位计数值是88hmovdx120h通道0端口地址送dxoutdxal向通道0写入计数初值的低8位moval66h高8位计数值为66houtdxal向通道0写入计数初值的高8位21例假设8253的计数器0工作在方式5按二进制计数计数初值为46h
方式2、方式3中，可用电平触发，也可上升沿触发。
13
1. 方式0——计数结束产生中断
该方式下，门控信号决定计数的停止或继续，装入 初值决定计数过程重新开始。计数过程波形图为：
14
2. 方式1——可重复触发的单稳态触发器 该方式是在门控信号的作用下才开始计数
15
3. 方式2——分频器 该方式下用门控信号达到同步计数的目的
16
4. 方式3——方波发生器 工作过程同方式2，只是输出的脉宽不同。
微机原理及应用ch8-stu
19
方式4 软件触发选通信号
5、方式4—软件触发选通（软件起始触发，软/硬件可重触发）
方式4
4
3
WR
CLK
GATE
4 3 2 1 0
OUT 特点：一次计数；
3 2
3 2 1 0
GATE上升重新、高允许、下降停止、低禁止计数； WR#写[重写]后下个计数周期自动有效； OUT计数前为高，计数时不变，计数值为0时输出1个CLK的负脉冲
第8章 定时计数控制接口
西南石油大学计算机科学学院 教师 郑 津
如何设计实现抢答器？
问题：
抢答过程中倒计时如何实现？
2
定时器和计数器
在计算机系统中，需要一些定时信号以实现定时控制， 如定时刷新、定时中断、定时检测、定时扫描等等，也 需要有计数器能对外部事件计数。
定时器：由计数电路构成，通过记录高精度晶振脉冲信号 的个数，输出准确的时间间隔。 计数器：若用于记录外设脉冲信号的个数（进而获知外设 的某种状态），常又称为计数器。 要实现定时控制，有两种方法：软件定时、硬件定时。
④ ⑤ ① 计 ③ 数 计 设 计 设 值 数硬 数定 送定 结件 过计 入工 束启 程数 计作 动 初 数方 值 器式
2、方式1—可编程单稳脉冲（硬件起始触发，硬件可重触发） ⑥ ②
WR CLK
GATE ③ 4 OUT
16
3
2
1
0
方式1 可编程单稳脉冲
2、方式1—可编程单稳脉冲（硬件起始触发，硬件可重触发）
4
教学重点
• 8253的引脚
• 8253的6种工作方式
• 8253的编程
• 8253在IBM PC系列机上的应用
5
8.1 8253/8254定时个计数器有6种工作方式； 按二进制或十进制（BCD码）计数。
方式4 软件触发选通信号
5、方式4—软件触发选通（软件起始触发，软/硬件可重触发）
方式4
4
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WR
CLK
GATE
4 3 2 1 0
OUT 特点：一次计数；
3 2
3 2 1 0
GATE上升重新、高允许、下降停止、低禁止计数； WR#写[重写]后下个计数周期自动有效； OUT计数前为高，计数时不变，计数值为0时输出1个CLK的负脉冲
第8章 定时计数控制接口
西南石油大学计算机科学学院 教师 郑 津
如何设计实现抢答器？
问题：
抢答过程中倒计时如何实现？
2
定时器和计数器
在计算机系统中，需要一些定时信号以实现定时控制， 如定时刷新、定时中断、定时检测、定时扫描等等，也 需要有计数器能对外部事件计数。
定时器：由计数电路构成，通过记录高精度晶振脉冲信号 的个数，输出准确的时间间隔。 计数器：若用于记录外设脉冲信号的个数（进而获知外设 的某种状态），常又称为计数器。 要实现定时控制，有两种方法：软件定时、硬件定时。
④ ⑤ ① 计 ③ 数 计 设 计 设 值 数硬 数定 送定 结件 过计 入工 束启 程数 计作 动 初 数方 值 器式
2、方式1—可编程单稳脉冲（硬件起始触发，硬件可重触发） ⑥ ②
WR CLK
GATE ③ 4 OUT
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0
方式1 可编程单稳脉冲
2、方式1—可编程单稳脉冲（硬件起始触发，硬件可重触发）
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教学重点
• 8253的引脚
• 8253的6种工作方式
• 8253的编程
• 8253在IBM PC系列机上的应用
5
8.1 8253/8254定时个计数器有6种工作方式； 按二进制或十进制（BCD码）计数。
第8章可编程定时器计数器8253及其应用精品PPT课件
《Microcomputer Technology》 12.10.2020
可编程定时器/计数器的概念
❖ 软件控制的硬件定时器
➢ 定时方式 ❖计数制 ❖输出波形 ❖触发方式 ❖循环方式
➢ 计数间隔
❖ 控制寄存器
第8章 可编程计数器/定时器8253及其应用 9
《Microcomputer Technology》 12.10.2020
《Microcomputer Technology》 12.10.2020
8.1 接口原理
❖ 接口电路中的电路单元
➢ 输入/输出数据锁存器和缓冲器：用以解决CPU 与外设之间速度不匹配的矛盾，以及起隔离和缓 冲的作用；
➢ 控制命令和状态寄存器：以存放CPU对外设的控 制命令，以及外设的状态信息；
第8章 可编程计数器/定时器8253及其应用 2
第8章
《Microcomputer Technology》 12.10.2020
可编程定时器/计数器 8253及其应用
❖ 接口原理 ❖ 8253的基本工作原理
➢ 8253的内部结构和引脚信号 ➢ 8253的编程 ➢ 8253的工作方式
❖ 8253的应用举例
第8章 可编程计数器/定时器8253及其应用 1
第8章 可编程计数器/定时器8253及其应用 11
《Microcomputer Technology》 12.10.2020
可编程定时器/计数器的工作原理
❖ CLK信号
➢ 周期性时钟信号，定时器功能； ➢ 非周期性事件计数信号，计数器功能。
❖ 计数输出锁存器Байду номын сангаасL
➢ 通常跟随计数执行单元的内容而变化 ➢ 当接收到CPU锁存命令时就锁存当前的计数值
微机原理-8253
8253工作方式特点： 8253工作方式特点： 工作方式特点
方式0 在写入控制字后，输出端即变低，计数结束后， 方式0，在写入控制字后，输出端即变低，计数结束后，输 出端由低变高，常用该输出信号作为中断源。 出端由低变高，常用该输出信号作为中断源。 方式1 用来产生单脉冲。 方式1，用来产生单脉冲。 方式2 用来产生序列负脉冲，每个负脉冲的宽度与CLK脉冲 方式2，用来产生序列负脉冲，每个负脉冲的宽度与CLK脉冲 CLK 的周期相同。 的周期相同。 方式3 用来产生连续的方波。方式2和方式3 方式3，用来产生连续的方波。方式2和方式3都实现对时钟 脉冲进行n分频。 脉冲进行n分频。 方式4和方式5 波形相同，都在计数器回0 方式4和方式5的波形相同，都在计数器回0后，从OUT端输出 OUT端输出 一个负脉冲，其宽度等于一个时钟周期。 一个负脉冲，其宽度等于一个时钟周期。 方式0 方式0、1和4，计数初值装进计数器后，仅一次有效。方式2，3 计数初值装进计数器后，仅一次有效。方式2 在减1计数到0值后，8253会自动将计数值重装进计数器 会自动将计数值重装进计数器。 和5，在减1计数到0值后，8253会自动将计数值重装进计数器。
可编程定时器/计数器8253
8253可编程定时器 计数器的主要性能： 可编程定时器/计数器的主要性能 可编程定时器 计数器的主要性能： 个独立的16位计数器 有3个独立的 位计数器 个独立的 工作方式可编程控制 计数脉冲频率0~2MHz 计数脉冲频率 可以按二进制或BCD码计数 可以按二进制或BCD码计数 使用单一+5V电源 电源 使用单一
方式2:频率发生器（n分频器）
CLK
WR
GATE OUT
n=4
4
3 2
1 0 4 3
第八章 可编程计数器定时器8253及其应用
WR
LSB=4 CR=4
CLK GATE
OUT CRCE 4 CRCE 2 4 CRCE 2 4 CRCE 2 4 CRCE 2 4
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 2
CRCE 5 4
CRCE 4 3
8253方式0
两种特殊情况：
中途改变计数初值
CW=10H WR CR=3 CLK GATE OUT CR=3 LSB=3
LSB=3
CRCE 3 2
CRCE 1 3 2
1
0
8253方式1
2、方式1——可编程单稳态输出方式
时序图
CW=12H WR
LSB=3 CR=3
CLK GATE
OUT
CRCE
CRCE 3 2
1
0
8253方式1
工作过程
① 写入控制字，OUT立即变为高，并保持不变。 ② 写计数初值N，只有当GATE形成一个上升沿时，才在
下一个时钟脉冲的下降沿，将n装入实际计数器，同 时OUT由高变为低，开始减1计数（再来一个脉冲）。
③ 计数期间，OUT一直为低；当计数结束（计数值为0）
8253综述
Intel 8253是一种可编程的计数器/定时器芯片。 8253内部具有3个独立的16位计数器通道，通过对
它进行编程，每个计数器通道均有6种工作方式，并 且都可以按2进制或10进制2种格式进行计数，最高 计数频率能达到2MHz。 8253还可用作可编程方波频 率产生器、分频器、程控单脉冲发生器等。
教材第八章内容
第八章 可编程计数器/定时器8253及应用
LSB=4 CR=4
CLK GATE
OUT CRCE 4 CRCE 2 4 CRCE 2 4 CRCE 2 4 CRCE 2 4
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 2
CRCE 5 4
CRCE 4 3
8253方式0
两种特殊情况：
中途改变计数初值
CW=10H WR CR=3 CLK GATE OUT CR=3 LSB=3
LSB=3
CRCE 3 2
CRCE 1 3 2
1
0
8253方式1
2、方式1——可编程单稳态输出方式
时序图
CW=12H WR
LSB=3 CR=3
CLK GATE
OUT
CRCE
CRCE 3 2
1
0
8253方式1
工作过程
① 写入控制字，OUT立即变为高，并保持不变。 ② 写计数初值N，只有当GATE形成一个上升沿时，才在
下一个时钟脉冲的下降沿，将n装入实际计数器，同 时OUT由高变为低，开始减1计数（再来一个脉冲）。
③ 计数期间，OUT一直为低；当计数结束（计数值为0）
8253综述
Intel 8253是一种可编程的计数器/定时器芯片。 8253内部具有3个独立的16位计数器通道，通过对
它进行编程，每个计数器通道均有6种工作方式，并 且都可以按2进制或10进制2种格式进行计数，最高 计数频率能达到2MHz。 8253还可用作可编程方波频 率产生器、分频器、程控单脉冲发生器等。
教材第八章内容
第八章 可编程计数器/定时器8253及应用
第8章定时计数器
二、初始化编程 （1）计数器0 MOV OUT MOV OUT OUT
AL，00110110B ；方式3，二进制计数。 43H，AL AL，0 40H，AL 40H，AL ；初值为 0 （最大）
（2）计数器1 MOV OUT MOV OUT
（3）计数器2 MOV OUT MOV OUT MOV OUT
8253控制字格式
（2 ）数据读 /写格式（ D5D4 ）。 CPU 向计数器写入初值和读取它们的
当前状态时，有几种不同的格式。
（3）工作方式（D3D2D1）。8253的每个计数器可以有6种不同的工作 方式，由这三位决定。每一种方式的特点，随后介绍。 （4）数制选择（D0）。8253的每个计数器有两种计数制：二进制计数 和BCD码计数，由这位决定。
AL，01010100B ；方式2，只写低8位，二进制计数。 43H，AL AL，12H 41H，AL
AL，10110110B ；方式3，二进制计数。 43H，AL AX，0533H 42H，AL AL，AH 42H，AL
三、实验三 1、方式0，手动输入脉冲：
L0
2、方式3：分频器 L0
1HZ
返回
数结束后，自动以新的初值计数。
WR
CW=14h LSB=4
CLK
3
2
1
0
3
2
1
0
GATE OUT
四、 方式3—方波速率发生器 方式3和方式2的输出都是周期性的，它们的主要区别是，方式3在计 数过程中OUT输出有一半时间为高，另一半时间为低。具体地说，当初值
N为偶数时，OUT的高低输出各一半，当N为奇数时，高电平为（N+1）/2，
7.3.2 8253-PIT的控制字
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16
应用实例1 对时钟脉冲进行分频
– 对实验平台提供的时钟脉冲信号（1MHZ）进行分频， 产生1HZ时钟脉冲信号。 将1HZ时钟脉冲信号输出到 一个发光二极管上（发光二极管的点亮、熄灭交替进 行）。
– 画出硬件线路图，写出初始化程序。在实验平台上调 试，演示。
– 问题1：应该采用哪一种工作方式？ – 问题2：首先确定计数初值。若计数初值超出了计数器
mov dx,307h
;设置方式控制字
mov al,10 11 011 0B
out dx,al
mov dx,306h
;设置计数初值
mov ax,533h
;计数初值为533H
out dx,al
;先送低字节
mov al,ah
out dx,al
;后送高字节
2021/2/28
2、读/写控制逻辑: 8253内部操作的控制部分。 按照CPU发来的读写信号及地址信号产生相应的控制信
号，来选择读/写操作的端口、控制数据的传送方向，以 及对控制寄存器的写入。
3、控制字寄存器: 控制字寄存器是8位的，只能写不能读。 在初始化编程时，CPU写入方式控制字到控制字寄存器
中，用以选择计数通道及其相应的工作方式。
2021/2/28
3
4、计数器0、计数器1、计数器2
– 内部结构相同、功能相同；有各自独立的端口 地址；有6种不同的工作方式。
– 每个计数通道都由计数初值寄存器、减1计数 器和计数值锁存器这三个组成。
– 计数初值提前写入到计数通道。
– 时钟脉冲从 CLK端输入。每输入一个时钟脉冲， 减1计数器减1；当减1计数器为0时，计数结束。
计数器/定时器Intel 8253
– 8253的内部结构 – 8253的引脚 – 8253的工作方式 – 8253的初始化 – 8253的应用
2021/2/28
1
• 8253的内部结构
2021/2/28
2
1、数据总线缓冲器: 8位双向三态缓冲器。 通过编写程序向8253写入确定8253工作方式的命令； 向计数寄存器装入计数初值；读出当前计数值。
• 减1计数器（16位）：用于进行减1操作，每来一个时钟脉 冲，就作减1运算，直至将计数初值减为0为止。
• 计数值锁存器（16位）：锁存减1 计数器的内容，以供读 出和查询。
2021/2/28
6
• 8253的引脚
D7 D6 D5 D4 D3 D2
D1 D0
CLK0 OUT0
12
8253工作方式 –方式3
方式3 4 WR
CLK
GATE OUT
43210
43210
43210
43210
2021/2/28
13
0方式、1方式：计数结束后输出高电平 计数初值 = 定时时间 / 输入脉冲周期
2方式、3方式：重复计数，输出周期脉冲 计数初值 = fCLK / fOUT = 输入脉冲频率/输出脉冲频率
④ 计数值送入减1计数器 计数器工作： ⑤ 计数过程 ⑥ 计数结束
①
②④ ⑤
⑥
方式1
4
WR
CLK
GATE
③
OUT
4321 0
2021/2/28
11
8253工作方式 –方式2
方式2 4 WR
CLK
GATE OUT
43210
43210
43210
43210
2021/2/28
GATE0
GND
1
24
2
23
3
22
4
21
5
20
6 8253 19
7
18
8
17
9
16
10
15
11
14
12
13
Vcc WR RD CS A1 A0 CLK2 GATE2 OUT2 CLK1 GATE1 OUT1
2021/2/28
7
面向CPU的信号线： （8215）3与数系据统总数D据0~D总7线线相，连为。三态输入/输出线，用于将 （2）片选线 CS* （3）读信号 RD*，有效时表示对8253进行读操作。 （4）写信号 WR*，有效时表示对外253进行写操作。
2021/2/28
14
• 8253的初始化
– 设置控制字：选择计数通道，确定其工作方式。 – 设置计数初值：写入到对应的计数通道中，确定计数
定时时间。
• 8253的工作方式控制字
2021/2/28
15
例， 选择2号计数器，工作在3方式，计数初值为533H， 采用二进制计数。计数器的端口地址为：304H ~ 307H。 其初始化程序如下。
面向I/O设备的信号线：
（6）计数器时钟信号CLK：为计数器提供时钟信号。
（7）计数器门选控制信号GATE：用来禁止、开始
计数器的计数过程。
（8）计数器输出信号OUT：当计数值减为0时，计
数器输出信号OUT，表示计数或定时已到。
ห้องสมุดไป่ตู้
2021/2/28
9
8253工作方式 – 方式0
初始化： ① 设定工作方式 ② 设定计数初值
启动计数器： ③计数值送入减1计数器。
计数器工作： ④ 计数过程
⑤ 计数结束
WR CLK GATE
①
方式0
OUT
②③ ④ ⑤ 4
4321 0
2021/2/28
10
8253工作方式 – 方式1
初始化： ① 设定工作方式 ② 设定计数初值 启动计数器： ③ 硬件启动 (GATE的上升沿)
2021/2/28
4
• 计数器内部结构
锁存器读出当前值
计数值锁存器（16位）
CLK GATE
&
减1计数器（16位）
OUT
计数初值寄存器（16位）
装入/读出初值
2021/2/28
5
• 计数初值寄存器（16位）：用于存放计数初值，其长度为 16位，故最大计数值为65536。此寄存器的初值同减1计 数器的初值在初始化时同时装入的。
（5）地址线 A1A0 ，用于选择8253片内的寄存器。 占用四个连续的端口地址，分别对应于三个计数初值寄 存器端口和一个控制寄存器端口。
A1A0 =00 A1A0 =01 A1A0 =10 A1A0 =11
计数器0 计数器1 计数器2 控制寄存器
2021/2/28
8