可编程计数器/定时器8253和8254

什么是计数和定时

• 对于计算机来说，定时就是计数。因为：数数的过程中，如果频率是固定的，时间就知道了
• 两者在实际应用里又有区分。计数：指对外部的输入进行数数。减到0时，输出一个信号便结束。定时：减到0时，自动恢复初值重新计数，并不断产生信号。但从芯片内部来说，这两种情况下的工作过程没有本质差别，都是基于计数器的减1操作
• 微机系统中经常用到定时信号。比如：DRAM刷新定时，多任务分时系统作中断信号实现程序切换，对外设信息进行采样，作为一个可编程波特率发生器，实现时间延迟
• 8254是8253的改进型，体现在8254频率更高，功能更多。8253没有状态寄存器，8254有

8253/8254的编程结构

• 只有8254有状态寄存器
• 核心是执行部件，执行部件实际上是一个16位的减法计数器

8253/8254的编程方法

• 8253/8254的控制寄存器和三个计数器具有独立的编程地址：A₁A₀=00时，选中计数器0；A₁A₀=01时，选中计数器1；A₁A₀=10时，选中计数器2；A₁A₀=11时，选中控制/状态端口
• 控制字本身也会指明所控制的寄存器是哪一个
• 由以上两点原因，对8253/8254的编程没有顺序规定。但有以下三条原则需遵守：
  1. 对计数器设初值前需先写控制字
  2. 设置初值时要符合控制字的格式规定（即只写低位字节或只写高位字节或高低位都写）
  3. 要读计数器的当前值或状态字，必须先锁存再读取

8253/8254的工作模式

8253/8254作为一个可编程计数器/定时器，可分别在6种不同模式下工作
不论哪种模式，都会遵守下面几条基本规则

• 写入控制字时，所有控制逻辑电路立即复位，输出端OUT进入初态（可能是高电平，也可能是低）
• 初值写入后，要经过一个时钟周期，计数执行部件才开始计数
• 在时钟脉冲CLK的上升沿，门控信号GATE被采样
• 模式0、4，门控信号为电平触发；模式1、5，门控信号为上升沿触发；模式2、3，既可用电平触发，也可用上升沿触发
• 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值。用二进制格式时，0相当于2¹⁶;用BCD码格式时，0相当于10⁴

模式0——计数结束产生中断

1. 写入控制字后，输出端OUT以低电平为初始电平
2. 写入计数初值后，GATE=1时，开始计数，计到0时，OUT跳变为高电平，并一直保持（GATE=0时，暂停计数）

注意：

• 计数过程中，如果写入新初值，则立即将按新初值重新计数
• 计到0时，不会自动装入初值重复计数，除非重新写入初值

模式1——单负脉冲发生器（可编程单稳态触发器）

1. 写入控制字后，输出端OUT以高电平为起始电平
2. 写入计数初值N，且GATE受到上升沿触发后，输出端OUT变为低电平，计到0时，OUT跳变为高电平。于是就输出了一个宽度为N个时钟周期的负脉冲（触发后，GATE变为低电平也不会影响计数）

注意:

• 计数过程中或计数完毕后，若GATE又经历一个从低变高的跳变，那么立即会再次装入初值，重新计数
• 计数过程中，写入新的计数值，当前计数和输出也不会受影响。要想重新计数，只会认准GATE的上升沿
• 在提前触发（即单稳态受触发后未回到稳态而又受到触发）时，会使单稳态输出变宽

模式2——频率发生器（分频器）

1. 写入控制字后，输出端OUT以高电平为起始电平
2. 写入初值N，并受到触发后，开始作减1计数，减到1时（注意，不是0），输出端OUT变为低电平，输出1个负脉冲，脉冲宽度为1个时钟周期。然后周期性重复，是个N分频器

注意：

• 对于计数初值N，输出端OUT用N个时钟周期作为1个周期，并在GATE为高电平时周而复始的重复
• 计数过程中，如果写入新的计数初值，输出端OUT不会受影响。等计数器计到0后，按新的计数值进行计数
• 计数过程中，若GATE变低，则停止计数，GATE变高后，从头开始计数

模式3——方波发生器

1. 写入控制字后，输出端OUT以高电平为起始电平
2. 写入初值并受到触发后，开始计数。计数到一半时，输出变为低电平，到0时，又变为高电平，从而完成一个周期

注意：

• 模式2要注意的就是模式3要注意的

模式4——软件触发的选通信号发生器

1. 写入控制字后，输出端OUT以高电平为起始电平
2. 写入初值并受到触发后，开始计数。计到0时，输出1个宽度为1个时钟周期的负脉冲。一般将此负脉冲作为选通信号

注意：

• 计数过程中，GATE变低电平时，停止计数。GATE变高后，从头开始计数
• 计数过程中，若写入新初值，将立即按新初值从头计数。(这种情况叫软件再触发)
• 无法自动周期性计数，必须靠软件再触发

模式5——硬件触发的选通信号发生器

1. 食用方式同模式4

注意：

• 模式4是电平触发，模式5是上升沿触发
• 计数过程中，GATE端变低电平不影响计数，若由低跳变到高，则将按计数初值从头计数(这种情况叫硬件再触发)
• 计数过程中，写入新初值，在硬件再触发的条件下，按新初值从头计数
• 与模式4的区别概括下来就是：模式4是软件触发，模式5是用外部电路产生的门控上升沿触发（硬件触发）

8253/8254的工作模式小结

• 对于方式0，写入控制字后OUT端变低，其余5种方式都是变高
• 模式0、1、4、5是计数器：在GATE控制下进行减1计数，计到0时就停止
• 模式2、3是定时器：在GATE控制下进行减1计数，计到0时，又自动装入初值，重头计数