【正文】 第 8章 可編程接口芯片 8253及應(yīng)用 定時(shí)與計(jì)數(shù) 在微機(jī)系統(tǒng)或智能化儀器儀表的工作過程中，經(jīng)常需要使系統(tǒng)處于定時(shí)工作狀態(tài)，或者對外部過程進(jìn)行計(jì)數(shù)。定時(shí)或計(jì)數(shù)的工作實(shí)質(zhì)均體現(xiàn)為對脈沖信號的計(jì)數(shù)，如果計(jì)數(shù)的對象是標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)部時(shí)鐘信號，由于其周期恒定，故計(jì)數(shù)值就恒定地對應(yīng)于一定的時(shí)間，這一過程即為定時(shí)，如果計(jì)數(shù)的對象是與外部過程相對應(yīng)的脈沖信號（周期可以不相等），則此時(shí)即為計(jì)數(shù)。 定時(shí)與計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法（ 1）硬件法。設(shè)計(jì)一套電路用以實(shí)現(xiàn)定時(shí)與計(jì)數(shù)，特點(diǎn)是需要花費(fèi)一定的硬件設(shè)備，而且當(dāng)電路制成之后，定時(shí)值及計(jì)數(shù)范圍不能改變。（ 2）軟件法。利用一段延時(shí)子程序來實(shí)現(xiàn)定時(shí)操作，特點(diǎn)是無需太多的硬件設(shè)備，控制比較方便，但在定時(shí)期間， CPU不能從事其他工作，降低了機(jī)器的利用率。（ 3）軟、硬件結(jié)合法。即設(shè)計(jì)一種專門的具有可編程特性的芯片來控制定時(shí)和計(jì)數(shù)的操作，而這些芯片具有中斷控制能力，定時(shí)、計(jì)數(shù)到時(shí)能產(chǎn)生中斷請求信號，因而定時(shí)期間不影響 CPU的正常工作。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器芯片 Intel8253的工作原理 Intel8253是 8086/8088微機(jī)系統(tǒng)常用的定時(shí) /計(jì)數(shù)器芯片，它具有定時(shí)與計(jì)數(shù)兩大功能，同類型的定時(shí) /計(jì)數(shù)器芯片還有 Intel8254等， 8253是 24腳雙列直插芯片，用 +5V電源供電。 8253的一般性能概述（ 1）每個(gè) 8253芯片有 3個(gè)獨(dú)立的 16位計(jì)數(shù)器通道。（ 2）每個(gè)計(jì)數(shù)器通道都可以按照二進(jìn)制或二 十進(jìn)制計(jì)數(shù)。（ 3）每個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)速率可以高達(dá) 2MHz。（ 4）每個(gè)通道有 6種工作方式，可以由程序設(shè)定和改變。（ 5）所有的輸入、輸出電平都與 TTL兼容。 8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及引腳 8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示，主要由數(shù)據(jù)總線緩沖器、讀 /寫邏輯、控制字寄存器及三個(gè)獨(dú)立的、功能相同的計(jì)數(shù)器組成。 (1) 數(shù)據(jù)總線緩沖器：三態(tài)、雙向的 8位緩沖器，用于將8253與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線連接。 CPU執(zhí)行 I/O指令時(shí)，緩沖器發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，用以寫入 8253控制字、裝入計(jì)數(shù)初值或讀出當(dāng)前計(jì)數(shù)值。(2) 讀 /寫邏輯：讀 /寫邏輯電路接受來自系統(tǒng)總線的信號，然后產(chǎn)生控制整個(gè)芯片工作的控制信號。(3) 控制字寄存器：當(dāng) A A0全為 1時(shí)，接收并存儲來自數(shù)據(jù)總線緩沖器的控制字。每個(gè)計(jì)數(shù)器對應(yīng) 1個(gè)控制寄存器，只能寫入，不能讀出。(4) 計(jì)數(shù)器 0~2：三個(gè)計(jì)數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)計(jì)數(shù)器有一個(gè) 16位減法計(jì)數(shù)器，可對二進(jìn)制數(shù)或 BCD碼進(jìn)行計(jì)數(shù)。某些方式下，一次計(jì)數(shù)結(jié)束可以自動取初值進(jìn)行下一次計(jì)數(shù)。每個(gè)計(jì)數(shù)器都有時(shí)鐘輸入 CLK、門控輸入 GATE和輸出 OUT引腳。計(jì)數(shù)過程、輸出信號與控制字中設(shè)定的內(nèi)容有關(guān)。每個(gè)計(jì)數(shù)器的工作方式和工作過程完全獨(dú)立。2． 8253的外部引腳8253芯片是具有 24個(gè)引腳的雙列直插式集成電路芯片，其引腳分布如圖 72所示。 3． 8253的控制字8253有一個(gè) 8位的控制字寄存器，其格式如圖 73所示。4． 8253的工作方式8253共有 6種工作方式，各方式下的工作狀態(tài)是不同的，輸出的波形也不同，其中比較靈活的是門控信號的作用。由此組成了 8253豐富的工作方式、波形。 （ 1）幾條基本原則。1）控制字寫入計(jì)數(shù)器時(shí)，所有的控制邏輯電路立即復(fù)位，輸出端OUT進(jìn)入初始狀態(tài)。初始狀態(tài)對不同的模式來說不一定相同。2）計(jì)數(shù)初始值寫入之后，要經(jīng)過一個(gè)時(shí)鐘周期上升沿和一個(gè)下降沿，計(jì)數(shù)執(zhí)行部才可以開始進(jìn)行計(jì)數(shù)操作，因?yàn)榈谝粋€(gè)下降沿將計(jì)數(shù)寄存器的內(nèi)容送減 1計(jì)數(shù)器。3）通常，在每個(gè)時(shí)鐘脈沖 CLK的上升沿，采樣門控信號 GATE。不同的工作方式下，門控信號的觸發(fā)方式是有具體規(guī)定的，即或者是電平觸發(fā)，或者是邊沿觸發(fā)，在有的模式中，兩種觸發(fā)方式都是允許的。其中 0、 4是電平觸發(fā)方式， 5是上升沿觸發(fā)。4）在時(shí)鐘脈沖的下降沿，計(jì)數(shù)器作減 1計(jì)數(shù)， 0是計(jì)數(shù)器所能容納的最大初始值。二進(jìn)制相當(dāng)于 216，用 BCD碼計(jì)數(shù)時(shí)，相當(dāng)于 104。 特點(diǎn)： 寫入控制字寄存器后，輸出 OUT就變低， GATE為高計(jì)數(shù)，為低停止計(jì)數(shù)；不自動重新計(jì)數(shù)，需要重新將計(jì)數(shù)值寫入計(jì)數(shù)器后開始計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)到 0時(shí)，可利用 OUT 產(chǎn)生中斷信號。 （ 2）方式 0：計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷。方式 0的波形如圖 74所示，當(dāng)控制字寫入控制字寄存器后，輸出 OUT就變低，當(dāng)計(jì)數(shù)值寫入計(jì)數(shù)器后開始計(jì)數(shù)，在整個(gè)計(jì)數(shù)過程中， OUT保持為低，當(dāng)計(jì)數(shù)到 0后， OUT變高。（ 3）方式 1：可編程的硬件觸發(fā)單拍脈沖。 特點(diǎn)： 寫入控制字寄存器后，輸出 OUT就變高； GATE的上升沿觸發(fā)計(jì)數(shù)，同時(shí) OUT變低，直到計(jì)數(shù)到 0 ；遇到 GATE的上升沿時(shí)，自動重新計(jì)數(shù)。 （ 4）方式 2：速率發(fā)生器。特點(diǎn)：寫入控制字寄存器后，輸出 OUT就變高； GATE為高計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)到 1時(shí)， OUT變低，計(jì)數(shù)到 0時(shí)， OUT變高，并自動重新計(jì)數(shù)。 GATE為低時(shí)，禁止計(jì)數(shù)，直到 GATE變高，重新自動寫入計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù)。一般作為分頻器使用。（ 5）方式 3：方波速率發(fā)生器。 特點(diǎn)：與方式 2類似，只是進(jìn)行減 2操作，直到 0時(shí)， OUT變低，并自動重新寫入計(jì)數(shù)值減 2操作，直到 0時(shí)， OUT變高。一般作為方波發(fā)生器使用。（ 6）方式 4：軟件觸發(fā)的選通信號發(fā)生器。 特點(diǎn)： 寫入控制字寄存器后，輸出 OUT就變高； GATE為高計(jì)數(shù)，為低停止計(jì)數(shù)；不自動重新計(jì)數(shù)，需要重新將計(jì)數(shù)值寫入計(jì)數(shù)器后開始計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)到 0時(shí)， OUT變?yōu)榈?，?jīng)過一個(gè) CLK周期 后變?yōu)楦?。不自動重新?jì)數(shù)，只有重新軟件寫入計(jì)數(shù)值，同時(shí) GATE為高時(shí)開始計(jì)數(shù) 。 （ 7）方式 5：硬件觸發(fā)的選通信號發(fā)生器。 特點(diǎn)： 寫入控制字寄存器后，輸出 OUT就變高； GATE的上升沿觸發(fā)計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)到 0時(shí)， OUT為低，經(jīng)過一個(gè) CLK周期 后變?yōu)楦?。只有遇?GATE的上升沿時(shí)，自動重新計(jì)數(shù)。 （ 8） 8253的工作方式小結(jié)。 1）方式 5的輸出波形是相同的，都是寬度為一個(gè)CLK周期的負(fù)脈沖，但方式 2連續(xù)工作，方式 4由軟件觸發(fā)啟動，方式 5由硬件觸發(fā)啟動。2）方式 5與方式 1的工作過程相同，但輸出波形不同，方式1輸出的是寬度為 N個(gè) CLK脈沖的低電平有效的脈沖（計(jì)數(shù)過程中輸出為低），而方式 5輸出的是寬度為一個(gè) CLK脈沖的負(fù)脈沖（計(jì)數(shù)過程中輸出為高）。3）輸出端 OUT的初始狀態(tài)。方式 0在寫入方式字后輸出為低；其余方式，寫入控制字后輸出均變?yōu)楦摺?）任一種方式，均是在寫入計(jì)數(shù)初值之后才能開始計(jì)數(shù)，方式 0、 4都是在寫入計(jì)數(shù)初值之后開始計(jì)數(shù)的，而方式 1和方式 5需要外部觸發(fā)啟動才開始計(jì)數(shù)。5） 6種工作方式中，只有方式 2和方式 3是連續(xù)計(jì)數(shù)，其他方式都是一次計(jì)數(shù)，要繼續(xù)工作需要重新啟動，方式 0、 4由軟件啟動，方式 5由硬件啟動。6）門控信號的作用。通過門控信號 GATE，可以干預(yù) 8253某一通道的計(jì)數(shù)過程，在不同的工作方式下，門控信號起作用的方式也不同，其中 0、 4是電平起作用， 5是上升沿起作用。7）計(jì)數(shù)到 0后計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。方式 0、 5進(jìn)行倒