计数器/定时器8253的基本介绍和功能——（一）

在系统中，常常需要对事件进行定时或者计数，定时的方法有很多，常用的方法分为三种：软件定时、不可编程的硬件定时和可编程的硬件定时。

 

• 软件定时：比如循环一段延时子程序，但是这种方式不同的机器所产生的延时不一样，而且程序会占用CPU时间。

• 不可编程的硬件定时：延长时间的长短固定，不够灵活。

• 可编程的硬件定时：以上优点都包括，且应用灵活。用到芯片，比如常用的8253计数器。

 

因此这篇文章着重介绍8253的芯片功能，以及它的内部构造。

 

组成结构：

8253由3个独立的16位计数器通道组成的，它们单独工作，每次通过程序编码选择要工作的通道。计数器有6种工作方式，也是通过编程设定。此外，还可以按照二进制或者BCD十进制的方式计数。

 

由此可以看出，在编程设定的代码中（也就是所谓的“控制字”），需要包含：

1、 通道的选择 

由于有三个通道，因此需要两位。00 01 10 分别代表计数器0、1、2

2、 工作方式的选择

一共有6种工作方式，因此需要3位。000 001 X10 X11 100 101 分别代表方式0 ~方式5。

3、 进制的选择

有两种进制，因此一位就够。0代表二进制，1代表十进制。

 

然而，一个字有8位，这才占了其中的6位，剩下的两位做什么呢？这件事先放一放，我们先来看看芯片的内部构造和引脚。（图片来源：百度百科）

右边就是刚才提到的3个计数器通道，CLK是输入的时钟信号，计数器会根据输入的时钟信号根据不同的方式输出信号，即从OUT输出。GATE为门控信号，高电平有效，低电平时禁止通道工作。

左边可以注意到，有数据总线缓冲器、读写控制电路和控制字寄存器。这些都与CPU对这个芯片的读写控制有关。

数据总线缓冲器我们可以注意到，只有8位。这是一个双向缓冲器。这个的作用就是写入或读取数值，在CPU与8253之间传递。

那么如何知道要写入还是读取，要对计数器还是寄存器操作呢？读写控制电路的作用就在这里。CS#（这里 # 代表取反，下同）是低电平有效的，表示选中这个8253芯片。RD#和WR#也是低电平有效，表示读或者写操作，通常分别与控制总线的IORC和IOWC相连。A0和A1引脚用来确定是对控制字寄存器还是哪个计数器进行操作。共有00 01 10 11四种组合，11表示对寄存器的写操作。

控制字寄存器就是初始化的时候由CPU写入控制字的内容，决定哪个通道用什么方式工作，只能写不能读。

 

在介绍完8253的引脚之后，我们回到刚才的问题：控制字剩下的2位做什么用呢？

我们已经知道，8253的数据引脚只有8个，也就是说，一次只能传送8位数据。而重点是，我们的计数器，是16位的（这在一开头就已经提到了）！所以这两位的功能，就是选择传送方式的。

01代表传送低8位，10代表传送高8位，11代表传送16位，先低后高。00则比较特殊，是将计数器中的当前数据锁存到计数输出寄存器中。

这里我又引入了一个新的名词：计数输出寄存器。这与计数器通道的内部构造和引脚有关，等下我会写。我们先继续我们的“控制字”。

至此，控制字的格式就已经确定，顺序如下图所示（图片来源：百度）： 

讲到这里，我就要重新再提到8253的目的了。其实定时的方法有很多种，8253使用的只是其中的一种。用几个字概括其本质的话，就是倒计时。所谓的定时，对于8253而言，就是设定好一个数，然后按照时钟信号对其进行减法操作，直到那个数为零。

结合刚才提到的我们可以知道，在初始化8253的时候，我们需要写入两个关键的数：一个是控制字，表示其工作方式等等；一个是计数初值，也可以理解为定时的值。由此，对于8253的初始化编程就很容易理解了。PC默认分配给8253的端口地址为40H~ 43H。三个计数器的端口地址分别为40H~42H，控制字寄存器的端口址为43H。

只要要求一提出，就很容易可以写出代码。唯一需要注意的是计数初值与进制的关系，注意储存的形式要一致。关于计数器通道内部的图没有在网上找到合适的，在百度上找了这样的图意思一下吧。

想象成这是其中一个通道。。。。。。

在通道里，其实还有3个寄存器，包括控制寄存器、初始值寄存器和计数输出寄存器。需要注意的是，控制寄存器只有6位，也就是控制字的高2位确定使用哪个计数器后，低6位进入此计数器的控制寄存器。

此外，通道中还有一个16位的减1计数器，初值由初始值寄存器送来。此计数器在CLK引脚输入的时钟脉冲每出现一次时，都会进行减1计数，直到计数器减到0，OUT引脚就会输出相应的信号。CPU要读取计数值时，可以直接从计数器读取。但是为了避免错误也避免对计数器工作的干扰，我们通常从计数输出寄存器读取，这时就需要先把数值锁存在寄存器中。

对了，输入时钟周期不可以小于380ns。虽然不知道这是什么原理。_(:зゝ∠)_

 

以上，对于8253的基本介绍就做完了。接下来是一个大头：8253的工作方式。写在下一篇文章里。

 

 

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2015/12/21