第八章：8253

前言

《微机原理与接口技术复习笔记》系列文章主要用于微机这门课的期末复习，适用于计算机相关专业的同学。本系列文章会总结相关知识点并给出例题。

注意⚠️：本文不适用于电子信息相关专业的同学，原因是计科专业对这门课要求比较低，而电子信息专业这门课的要求会比较高，会涉及更多内容。

定时和计数的方式

软件法：比较浪费CPU时间。
硬件法：不占用CPU；不可程控调节，精度低。
软硬结合：8253等可编程定时/计数器。定时期间不占用CPU，程序控制调节定时时间，精度高。

8253的结构和引脚

整体结构：

通道0部件、通道1部件、通道2部件
控制字寄存器部件
DB缓冲期：提供D7-D0的数据线，与8086/8088相连接。
读写控制部件
- 地址线A1和A0：用来选择通道0、通道1、通道2和控制寄存器。与CPU的地址线连接。
- CS片选、RD读控制线、WR写控制线

通道：

8253内置3个独立的通道。
每个通道有1个16位的减法计数器，每个通道可以设置6种工作方式。

工作过程：

输入1-CLK：计数脉冲，每个脉冲到来后通道内部的计数器会减1，减到0会在OUT输出信号。
- 频率：<=2MHz
输入2-GATE：门控信号。
- 1：允许计数
- 上升沿：开始计数
- 0或者下降沿：禁止计数
输出

8253的控制字

8253只有1个控制字。

控制字决定8253的下面功能：

where：工作通道
how：
- 工作方式——脉冲格式。
- 计数方式——二进制or十进制。
- 读数方式——读的字节的高or低

8位的控制字：

7-6：选择通道。00、01、10分别表示通道0-通道2，11表示无效
5-4：送数据方式。
- 00为计数器锁存当前值。
- 01表示读写低字节；10表示读写高字节。
- 11表示先读写低字节，然后读写高字节。
3-1：工作方式。000-101分别表示工作方式从0到5。
0：计数方式。0表示二进制计数，1表示BCD计数。

8253的编程

整体思路：

写控制字：决定通道、工作方式、计数方式。
写计数初始值。（如果是0-255，只需要OUT1次。如果>255，需要OUT两次，先低后高）

8253的6种工作方式

工作方式总结

方式0
- 输出特点：只有它初始值是0，计数结束后变成1。
- 应用：计数结束进行中断请求。
方式1：
- 输出特点：单稳态脉冲（气球形变）。GATE启动—硬件触发。
- 应用：程序控制脉冲宽度；定时延时
方式2：
- 输出特点：连续！连续的负脉冲，自动装入初始值
- 应用：分频器
方式3：
- 输出特点：连续方波。自动装入初始值。
- 应用：方波发生器。
方式4：
- 输出特点：单负脉冲。软件触发。
- 应用：选通触发——定时炸弹。
方式5：
- 输出特点：单负脉冲。硬件出发——GATE启动。自动装入初始值。
- 应用：选通触发——定时炸弹。

思考一些相同点：

方式1和方式5：硬件触发，需要等待GATE的上升沿。
方式2和方式3：产生连续的负脉冲。
方式2方式3和方式5：自动重新装入初始值。

思考一些特殊的地方：

方式0：初始是低电平，最后才升高。

方式0：计数结束中断

时序图：

特点：

写入控制字后，OUT立刻变成低电平（只有方式0才是这种特点）
设置初值后，再来一个CLK下降沿脉冲在真正开始计数。
GATE：1表示可以工作。
计数器减到0后，OUT变成高电平。

应用：定时计数。计数结束后请求中断。

方式1：可编程单稳脉冲

时序图：

特点：

写入控制字后，OUT立即变成高电平。
设置初始值后，不开始计数，直到GATE出现上升沿，并在下一个CLK开始计数。计数的时候OUT才变低电平。
GATE：计数没有结束，GATE又来一个上升沿，则重新装入初始值。
计数结束后，OUT变高。

应用：

负脉冲宽度 = T_{CLK}×n，可以调节！
单稳态触发器（单稳态触发器的工作原理：当接收到输入信号时，它会暂时改变状态，然后自动返回原始的稳定状态。可以类比为气球的形变）

方式2：分频器（连续负脉冲）

时序图：

特点：

写入控制字后，OUT立刻变高电平。
写入初始值后，下一个CLK开始计数。
- 重新计数：计数器减到1后产生一个低电平脉冲，计数器到0又重新变高，同时将初始值继续装入，重新计数。
- 产生一系列连续的负脉冲，频率：f_{clk}/n
GATE：=1才计数。

应用：分频器/负脉冲序列发生器。

方式3：方波发生器

时序图：

特点：

写入控制字后，OUT立刻变高
写入初始值后，下一个CLK开始计数。
- 产生连续脉冲。频率：f_{clk}/n
- 输出脉冲是正负对称的方波。（奇数：负脉冲比正脉冲少一个。）
GATE：=1才计数

应用：方波发生器/分频器

方式4：软件触发选通（定时炸弹）

时序图：

特点：

写入控制字后，OUT立刻变高。
写入初始值后，下一个CLK开始计数。
- 计数减少到0后OUT变低，产生一个负脉冲。
GATE：=1才开始计数。

应用：软件触发，产生选通脉冲。

方式5：硬件触发选通

时序图：

特点：

写入控制字后，OUT变成高电平。
写入初始值后，GATE出现上升沿才开始计数，并且在下一个CLK开始。
- 计数减少到0后OUT变低，产生一个负脉冲。
- 自动再次装入N，等GATE的上升沿触发。
GATE：每次GATE来上升沿都重新装入N。就算新装入N，如果没来上升沿是不会装入的，而是等下次上升沿到来才装入。

应用：产生选通脉冲（硬件触发）

例题1：简单题

题目：

分析：本题属于简单类型，即直接告诉控制字各个字段的内容。

本题给了8253的各个口地址，无须通过硬件译码电路来确定。
第一步，确定控制字。00(通道0)11(送2次)011(方式3)1(BCD) = 37H
第二步，编写程序。
- 按照先写控制字，写到题目给定的控制字口地址。
- 后写初始值的方式。写到目标地址。

编程要点：

数据放寄存器AL，地址放DX。
写控制字，控制口地址3F6H。
写初始值，分两次OUT。

; 写控制字
MOV AL,37H
MOV DX,3F6H
OUT DX,AL
; 写计数初始值
MOV AL,34H
MOV DX,3F0H
OUT DX,AL
MOV AL,12H
OUT DX,AL

例题2：产生定时波形

题目：编写程序产生不同的定时方波。

附控制字的格式：

分析：

确定端口地址——本题给了CPU和8253之间的硬件电路。
- 根据38译码器的片选，可以知道：A9A8=11，A7A6=00，A5=0
- 根据38译码器的连线，可以知道：A4A3A0=100
- 根据A2A1的不同，选择不同的通道地址。
  - 00选择通道0：11 0001 0000 = 310H
  - 01选择通道1：11 0001 0010 = 312H
  - 通道2：314H
  - 控制单元：316H
确定控制字：
- 确定方式
  - 通道0是2kHZ的方波，可以知道是方式3
  - 通道1是480us单负脉冲，有GATE信号，可以知道是方式1
  - 通道2是1us的单负脉冲，有GATE信号，比较短，可以知道是方式5
- 确定初始值
  - N_0=f_{in}/f_{out}=1Mhz/2kHz=500，即分为05 00传送
  - N_1=T_{out}/T_{in}=480us/1us=480，即分为 04 80 传送
  - N2=26，只需要送入一次。
- 确定控制字：
  - 通道0：0011 0111 = 37H
  - 通道1：0111 0011 = 63H
  - 通道2：1001 1011 = 9BH

编写程序：

; 通道0，写控制字
MOV AL,37H
MOV DX,316H
OUT DX,AL
; 通道0，写初始值
MOV AL,00
MOV DX,310H
OUT DX,AL
MOV AL,05
OUT DX,AL
; 通道1，写控制字
MOV AL,63
MOV DX,316H
OUT DX,AL
; 通道1，写初始值
MOV AL,80
MOV DX,312H
OUT DX,AL
MOV AL,04
OUT DX,AL
; 通道2，写控制字
MOV DX,316H
MOV AL,9BH
OUT DX,AL
; 通道2，写初始值
MOV DX,314H
MOV AL,26H
OUT DX,AL

例题3：长延时

题目：
设计一个输出一个方波，让灯泡亮10s灭10s。输入频率是2Mhz。

分析：

方波的T=20s，所以f_{out}=1/20=0.05，所以计数初始值：n=f_{in}/f_{out}=2M/0.05=40M
需要将通道0和1串联，n0 = 5000，n1 = 8000

主要是分析出这个点，其他程序不难写。

例题4

题目：设计一个每500个工件就中断1次。

分析：看到中断肯定是方式0了，本题主要是注意将N设置为499而不是500。