第 7 章 可编程定时器 / 计数器 8253-5 （ PIT ）

1. 第7章 可编程定时器/计数器8253-5（PIT） • 又叫“可编程间隔定时器”，可实现延时控制、定时和计数。 • 计数和定时信号的产生可采用三种方法： • 1.、硬件的计数器/定时器，不占用CPU的时间，可多任务并行工作。 • 1）固定的数字逻辑电路实现：通用性和灵活性差； • 2）可编程的：灵活性好，较通用。 • 2、软件实现：通用性和灵活性好。

2. 7.1 可编程定时器/计数器的工作原理 • 如图7-1， • 控制寄存器（可写） • 计数初值寄存器CR（可写） • 计数执行单元CE • 计数输出锁存器OL（可读） • 状态寄存器（可读） • 计数器：由设置的计数初值，在门控脉冲GATE控制下，对CLK脉冲开始减1计数，当减到0，输出一个信号OUT，并置状态寄存器，供查询用。此信号可启动I/O操作或作为中断请求。

3. 定时器：由设置的计数初值，在门控脉冲GATE控制下，对CLK脉冲开始减1计数，当减到0，输出一个脉冲，再从初值减1计数，连续输出一系列定时间隔的脉冲，间隔Tout=Tclk*计数初值N (或Fout=Fclk/N）。 • 通过控制寄存器可设置多种工作方式。

4. 7.2 8253-5的结构和功能 • 计数速率可达2.6MHz,可编程设置6种工作方式. • 适用于: • 1、方波频率发生器 • 2、分频器 • 3、实时时钟 • 4、事件计数器 • 5、程控单脉冲发生器

5. 结构 • 结构框图及引脚排列如图7-2， • 1、与CPU的连接信号： • D7~D0：双向数据线。 • RD-、WR-：读、写信号 • CS-：片选信号，由A2~A15译码产生 • A0、A1：片内寄存器寻址，选择3个计数器和控制寄存器。 • 2、结构 • 1）3个计数器：结构相同、工作独立，工作方式由控制字设定。

6. 包括：16位的计数初值寄存器CR（可写）、计数执行单元CE（减法计数寄存器）和计数输出锁存器OL（可读）；8位的控制寄存器。包括：16位的计数初值寄存器CR（可写）、计数执行单元CE（减法计数寄存器）和计数输出锁存器OL（可读）；8位的控制寄存器。 • 有三条信号线： • 计数输入CLK：输入定时基准和计数脉冲； • 输出信号OUT：指示计数完成，输出脉冲波形； • 门控输入GATE：允许/禁止计数、启动/停止计数。起输出信号的同步作用（参见表7-6） • 2）数据总线缓冲器：写控制字、装入计数初值和读取计数值。

7. 3）读写逻辑：有A1、A0、CS-、RD-、WR-组合决定功能，见表7-1。3）读写逻辑：有A1、A0、CS-、RD-、WR-组合决定功能，见表7-1。 • 4）控制字（工作方式）寄存器：由A1A0=11选中。规定第一次写入为控制字，此后写入为命令。 • 3、控制字寄存器的格式：见表7-2～7-5

8. 7-2～7-5

9. 7.3 8253-5的工作方式 • 一、规定： • 1）控制字写入时，立即复位； • 2）写计数初值后，到下一个时钟下降沿才开始计数； • 3）对于给定的方式，对GATE的触发方式有具体的规定： • 电平触发：在时钟脉冲上升沿对门控信号电平进行采样，GATE至少保持一个Tclk宽度；

10. 上升沿触发：门控脉冲上升沿使边沿触发器置位，在下一个时钟脉冲上升沿被采样，GATE可很窄，可正脉冲也可负脉冲。上升沿触发：门控脉冲上升沿使边沿触发器置位，在下一个时钟脉冲上升沿被采样，GATE可很窄，可正脉冲也可负脉冲。 • 4）OUT波形都是在CLK的下降沿产生电平的变化。 • 二、六种方式 设计数初值N=4，如图... • 1、方式0——计数结束中断 • GATE=0，计数器停止计数，GATE=1，重新开始计数，直到计数结束，OUT为高电平，再次启动要重新输入计数值，GATE不影响OUT电平。

12. 2、方式1——硬件可重触发单稳态方式 • 基本和方式0相似，但输出单稳态是用GATE上升沿重触发的，OUT低电平宽度等于计数时间（NTclk）。 • 3、方式2——速率发生器（分频方式） • 输出的负脉冲宽度等于Tclk（简写为T），频率是CLK的N分之一，GATE为低电平时停止计数。 • 4、方式3——方波方式 • 输出的负脉冲宽度等于NT/2，频率是CLK的N分之一，GATE为低电平时停止计数。

13. 若输入计数初值时偶数，则OUT在计数前一半为高，后一半为低电平；若输入计数初值时偶数，则OUT在计数前一半为高，后一半为低电平； • 若输入计数初值时奇数，则OUT在（N+1）T/2前为高，后（N-1）T/2为低电平。 • 5、方式4——软件触发选通方式 • 基本同方式0，但计数结束输出一负脉冲，宽度为T，每次靠软件设置计数初值才能计数，GATE为低电平时停止计数，但OUT不变。 • 6、方式5——硬件触发选通方式 • 基本同方式1，但计数结束输出一负脉冲，宽度为T，用软件设置一次计数初值后，每次要靠门控脉冲上升沿选通才能计数。

14. 7.4 8253-5的初始化 • 一、写入方式控制字 • 用OUT指令，地址：CS-=0，A1A0=11 • 二、写入计数初值 • 按控制字中的RL1RL0的规定写，可8位或16位，若为16位，要分两条输出指令；且要满足BCD位的规定。 • 用OUT指令，地址：CS-=0， • A1A0=00 计数器0 • 01 计数器1 • 10 计数器2

15. 三、读计数值 有两种方法： • 1、直接读计数器端口 • 先用GATE无效或阻断时钟输入，以保证稳定读出。 • 用IN指令，地址：同二。 • 2、锁存计数器的当前计数值 • 1）锁存命令：RL1RL0=00，用OUT指令，地址：A1A0=11。 • 2）读出，用IN指令，同二。 • 注意：必须读完控制字中RL1RL0规定的字节数，才能保证下次的正确读写。

16. 7.5 8253-5的应用举例 • 例：8253在IBM-PC机中的应用 • 在系统中作定时信号用。 • 1、硬件连接 逻辑图见图7-5 • D7~D0、RD-、WR-，CS-接Y2，A1A0片内寄存器寻址，端口地址：040H~043H • 3个计数器的CLK的频率为1.193186MHz,是PCLK经二分频后产生的. • GATE0和GATE1=1（常启状态），GATE2由8255的B口（PB0允许发声）控制开启。 • OUT0——8259的日时钟中断IRQ0；

17. 7-5

18. OUT1——D触发器的时钟，二分频后锁存器的输出作8237的DREQ0；OUT1——D触发器的时钟，二分频后锁存器的输出作8237的DREQ0； • OUT2——8255的PC5（代表音调），同时经75477到8255的PC4（代表发声数据），供CPU检测用。 • 2、各计数器的功能： • (1)计数器0：产生系统日时钟信号，工作于方式3，计数初值为0，控制字为36H，OUT0的输出频率为1193181.6/65536=18.2Hz的方波脉冲序列,即每隔1/18.2=55ms产生一次中断请求,计时并时钟显示.

19. (2)计数器1:产生动态存储器刷新请求,工作于方式2,计数初值为18(12H)，控制字为54H,(2)计数器1:产生动态存储器刷新请求,工作于方式2,计数初值为18(12H)，控制字为54H, • OUT1的输出频率=1193181.6/18=66.2878KHz的负脉冲序列, 即每隔1/66287.8=15.08us向8237A的DREQ0请求,进行一行的刷新操作. • (3)计数器2:为扬声器提供约900Hz的方波信号,工作于方式3,计数初值为0533H(1331)，控制字为B6H,OUT2输出频率为1193181.6/1331=894Hz的方波信号. • 3、编程步骤 • 1）初始化：写入方式控制字； • 写入计数初值； • 2）控制程序

20. （1）对计数器0的初始化程序 • MOV AL，36H • OUT 43H，AL • MOV AL，0 • OUT 40H，AL • OUT 40H，AL • （2）对计数器1的初始化程序 • MOV AL，54H • OUT 43H，AL • MOV AL，12H(或18D） • OUT 41H，AL

21. （3）对计数器2的初始化程序 • MOV AL，B6H ;若要1KHz的方波信号,计数 • OUT 43H，AL ；初值为多少？如何编程？ • MOV AX，0533H • OUT 42H，AL • MOV AL，AH • OUT 42H，AL • （4）控制程序 使PB1PB0=11 • IN AL，61H • MOV AH，AL • OR AL，03H • OUT 61H，AL

22. 例：三个计数通道组合应用 • 应用电路如图7-6所示。设置如下: • 通道0：方式2，计数初值为1000D • 通道1：方式1，计数初值为500D • 通道2：方式3，计数初值为2000D • 外接时钟CLK为2.5MHz • 画出CLK0~2，GATE0~2及OUT0~2波形，计算OUT的重复周期和时间，并写出初始化程序。

23. 7-6

24. 解题分析 • （1）fCLK0=fCLK2=fCLK= 2.5MHz • T=1/f=400ns • 通道2：方式3，计数初值为2000，输出方波。TOUT2=2000T=800us • 通道1：方式1，计数初值为500，输出单脉冲。因 TCLK1= TOUT2 • TOUT1=500 TCLK1 =400000us • 通道0：方式2，计数初值为1000，输出一串负脉冲。TOUT2=1000T=400us，但持续时间t为TOUT1 =400000us=400ms • OUT为OUT0的反相波形，如图7-7 • TOUT =400ms，tOUT=400us

25. 7-7

26. （2）初始化程序：设端口地址为80H~83H • MOV AL，00110101B；通道0，方式2 • OUT 83H，AL • MOV AL，00H ；分两次送 • OUT 80H，AL • MOV AL，10H • OUT 80H，AL • MOV AL，01110011B；通道1，方式1 • OUT 83H，AL • MOV AL，00H ；分两次送 • OUT 81H，AL • MOV AL，05H • OUT 81H，AL

27. MOV AL，10110111B；通道2，方式3 • OUT 83H，AL • MOV AL，00H • OUT 82H，AL • MOV AL，20H • OUT 82H，AL • …… • (3)讨论 • 若为二进制计数,如何改?

28. 例：8253在实时控制系统中的应用 • 如图7-8，作采样周期发生器。计数器输出作定时中断信号IRQ2，再连到8259的IR2上。 • 1、采样周期发生器的设计原理 • 采样周期一般在0.5s~几十s。 • 而对一个计数器，用1.19MHZ的CLK,N取最大65536时,OUT周期也只有约55ms。 • 故要多个计数器串联使用。前级作分频器用。

29. 7-8

30. 1、硬件连接 • 如图7-8所示。fCLK0=2*fPCLK • IBM-PC机的CPU是8088。与CPU的连接： • 数据线：DB7~DB0——D7~D0 • 地址线：AB0——A0，AB1——A1 • AB9~AB2=10001100——CS • 端口地址为230H~233H • 控制线：IOR——RD • IOW——WR • 8253连接：GATE0、1——+5V，计数器0输出OUT0作CLK1，PCLK二分频后输入CLK0，OUT1——IRQ2

31. 2、软件编程 • 分析：中断类型码：0AH • 中断服务程序的程序名为RTIME • 中断向量地址=0A*4=0028H • 计数器0：工作方式2，N=0（二进制低字节=256） • 计数器1：工作方式3，N=TIME（二进制16位） • （1）8253初始化程序 • MOV DX，233H ；初始化计数器0 • MOV AL，00010100B • OUT DX，AL • MOV DX，230H • MOV AL，0 • OUT DX，AL

32. MOV DX，233H；初始化计数器1 • MOV AL，01110110B • OUT DX，AL • MOV DX，231H • MOV AL，BYTE PTR TIME；8位分别送 • MOV DX，AL • MOV AL，BYTE PTR TIME+1 • OUT DX，AL • （2）中断服务程序首地址送中断向量表 • MOV DI，28H • CLD • MOV AX，OFFSET RTIME

33. STOSW • MOV AX，SEG RTIME • STOSW • …...

34. 8253定时/计数器实验 • 编程将8253定时器0设置为方式3（方波），定时器1设置为方式2（分频），定时器0输出的脉冲作为定时器1的时钟输入。定时器2设置为方式2（分频），用示波器观察各对应引脚之间的波形关系。