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。

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。

• 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。

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

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。

• 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。

• 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

7-2 ～ 7-5

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；

• 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。

• 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 GA

TE 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。

• 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。

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

• 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。

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 ；

7-5

• 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 .

• (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

• （ 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

• （ 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

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。

7-6

• 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=2000T=800us

• 通道 1 ：方式 1 ，计数初值为 500 ，输出单脉冲。因 TCL

K1= 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=1000T=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

7-7

• （ 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

• 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 ?

• 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。

7-8

• 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

• 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

• 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

• STOSW

• MOV AX ， SEG RTIME

• STOSW

• …...

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。