一、概述

8253 和 8254 是 Intel 公司生产的可编程定时器 / 计数器芯片，它们在微机系统中广泛应用于定时控制、计数操作以及脉冲信号产生等功能。8254 是 8253 的改进型号，其功能基本兼容 8253，但在性能上有所提升，例如具有更高的计数频率等。

二、内部结构

1、数据总线缓冲器

用于与 CPU 的数据总线相连，实现 CPU 与 8253/8254 之间的数据传输，包括写入控制字、计数初值以及读取计数值等操作。

2、读 / 写逻辑电路

接收 CPU 的读写控制信号（如$\overline{IOR}$、$\overline{IOW}$、$\overline{CS}$、A1、A0等），以确定数据传输的方向（读或写）以及访问的端口（计数器或控制字寄存器）。

3、控制字寄存器

用于存放由 CPU 写入的控制字，控制字决定了计数器的工作方式、计数格式（二进制或 BCD 码）等重要参数。

4、计数器 0 - 2

8253/8254 内部包含三个独立的计数器通道，每个通道都有自己的 16 位计数初值寄存器、减 1 计数器和输出锁存器。计数器可以工作在不同的模式下，根据设置实现定时或计数功能。

三、引脚功能

1、D7 - D0（数据总线引脚）

双向三态数据线，与系统数据总线相连，用于传输数据和控制信息。

2、$\overline{CS}$（片选信号）

低电平有效，当为低电平时，芯片被选中，CPU 可以对其进行读写操作。

3、A1、A0（地址线）

用于选择芯片内部的不同端口，如计数器 0 - 2、控制字寄存器等。通过不同的地址组合，可以确定 CPU 访问的具体对象。

4、$\overline{IOR}$（读信号）

低电平有效，用于从 8253/8254 中读取数据（如计数值）。

5、$\overline{IOW}$（写信号）

低电平有效，用于向 8253/8254 写入数据（如控制字、计数初值）。

6、CLK（时钟输入引脚）

计数器的时钟脉冲输入信号，用于控制计数操作的节奏。在定时模式下，根据时钟脉冲的频率和计数初值来确定定时时间；在计数模式下，对输入的脉冲进行计数。

7、GATE（门控信号）

用于控制计数器的工作状态。其作用与计数器的工作方式有关，例如在某些工作方式下，信号为高电平时计数器才开始工作或计数，信号为低电平时暂停计数等。

8、OUT（输出信号）

计数器的输出信号引脚，其输出波形取决于计数器的工作方式和计数值。在定时或计数完成时，引脚会产生相应的电平变化（如从高电平变为低电平或产生一个脉冲信号等），可以用于触发外部设备或作为中断请求信号等。

四、工作方式

1、方式 0（计数结束中断方式）

写入控制字和计数初值后，计数器开始对CLK脉冲进行减 1 计数。当计数值减为 0 时，OUT引脚输出变为高电平，并且一直保持到重新写入新的计数初值或对计数器进行复位操作。此方式常用于产生定时中断信号。

2、方式 1（硬件可重触发单稳态方式）

当写入控制字和计数初值后，OUT引脚输出初始化为高电平。只有在GATE信号上升沿触发时，计数器才开始对CLK脉冲进行减 1 计数，计数值减为 0 时，OUT引脚输出一个宽度为计数初值乘以CLK脉冲周期的负脉冲。在计数过程中，如果再次出现GATE信号上升沿，则计数器重新开始计数，OUT引脚输出的负脉冲宽度也相应改变，这就是 “硬件可重触发” 的含义。这种方式常用于产生具有一定宽度的脉冲信号，且脉冲宽度可以通过改变计数初值和CLK频率来调整。

3、方式 2（速率发生器方式）

写入控制字和计数初值后，计数器开始对CLK脉冲进行减 1 计数。当计数值减为 1 时，OUT引脚输出变为低电平，持续一个CLK脉冲周期后，计数值自动重新装入初始值，OUT引脚输出恢复为高电平，并继续计数。这样就可以产生一个周期性的负脉冲信号，其周期为计数初值乘以CLK脉冲周期，脉冲宽度为一个CLK脉冲周期。此方式常用于产生时钟信号或定时脉冲信号，其输出频率等于CLK频率除以计数初值。

4、方式 3（方波发生器方式）

与方式 2 类似，也是产生周期性信号，但方式 3 产生的是方波信号。写入控制字和计数初值后，计数器开始对CLK脉冲进行减 1 计数。当计数值减为 0 时，OUT引脚输出电平发生翻转（如果初始为高电平，则变为低电平；如果初始为低电平，则变为高电平），同时计数值自动重新装入初始值，然后继续计数，如此循环，就产生了一个占空比为 1:1 或近似 1:1（取决于计数初值是偶数还是奇数）的方波信号。其周期同样为计数初值乘以CLK脉冲周期，这种方式常用于需要产生稳定方波信号的场合，如音频信号发生器等。

5、方式 4（软件触发选通方式）

写入控制字和计数初值后，计数器开始对CLK脉冲进行减 1 计数。当计数值减为 0 时，OUT引脚输出一个宽度为一个CLK脉冲周期的负脉冲，然后停止计数。只有再次写入计数初值后，计数器才会重新开始计数。此方式需要软件（即 CPU 写入计数初值）来触发计数操作，常用于实现精确的定时选通信号。

6、方式 5（硬件触发选通方式）

与方式 4 类似，但计数触发方式不同。在方式 5 中，写入控制字和计数初值后，计数器并不立即计数，而是要等待GATA信号上升沿触发才开始对CLK脉冲进行减 1 计数。当计数值减为 0 时，OUT引脚输出一个宽度为一个CLK脉冲周期的负脉冲，然后停止计数。直到下一次GATE信号上升沿触发，计数器才会再次开始计数。这种方式通过硬件（GATE信号）触发计数，常用于需要与外部事件精确同步的定时选通操作。

五、编程控制

1、写入控制字

控制字的格式决定了计数器的工作方式、计数格式（二进制或 BCD 码）以及读写格式等重要参数。控制字的最高两位用于选择计数器通道（SC1、SC0），RW1、RW0用于指定读写格式（如只写低字节、只写高字节、先写低字节后写高字节等），M2、M1、M0用于选择工作方式，BCD位用于选择计数格式（二进制或 BCD 码）。
例如，若要将 8253/8254 的计数器 0 设置为方式 3（方波发生器方式），采用二进制计数格式，先写低字节后写高字节的读写格式，则控制字应为00110110B（或36H）。写入控制字时，通过A1、A0选择控制字寄存器地址（通常为A1A0=11），然后使用$\overline{IOW}$信号将控制字写入芯片。

2、写入计数初值

根据控制字中指定的读写格式，将计数初值写入相应的计数器通道。如果是二进制计数格式，计数初值范围为0000H-FFFFH；如果是 BCD 码计数格式，计数初值范围为0000-9999（实际写入时用 BCD 码表示，例如十进制数100应写成0100H）。
例如，若要设置计数器 0 的计数初值为1000（二进制），且控制字已设置为先写低字节后写高字节的读写格式，则先将低字节00001111B(0FH)写入计数器 0 端口地址（由A1A0确定，假设为00），然后将高字节（00000011B）写入同一端口地址。

3、读取计数值

当需要读取计数器当前计数值时，需要先向控制字寄存器写入锁存命令（控制字的RW1RW0=00），将当前计数值锁存到输出锁存器中，然后再根据控制字中指定的读写格式读取计数值。读取计数值的过程与写入计数初值类似，通过选择相应的计数器端口地址（A1A0确定），使用$\overline{IOR}$信号读取数据。
例如，若要读取计数器 1 的当前计数值，先向控制字寄存器写入锁存命令（假设为01000000B，选择计数器 1 且为锁存命令），然后从计数器 1 端口地址（假设为01）读取计数值（根据读写格式读取低字节和高字节）。

六、应用实例

1、定时中断产生

在微机系统中，可利用 8253/8254 的方式 0 来产生定时中断信号，用于系统定时任务处理，如实时时钟更新、任务调度等。例如，设置计数器 0 工作在方式 0，时钟输入频率为（脉冲周期为），计数初值为，则当计数值减为 0 时，经过，引脚输出变为高电平，产生中断请求信号，通知 CPU 进行相应的定时处理操作（如更新时间显示、执行定时任务等）。

2、脉冲信号产生

利用方式 1、方式 2、方式 3 等可以产生不同频率和宽度的脉冲信号。例如，要产生一个宽度为的脉冲信号，可设置计数器 1 工作在方式 1，时钟输入频率为1MHZ，计数初值为10000。当GATE信号上升沿触发后，计数器开始计数，经过100个CLK脉冲周期（即100μs），OUT引脚输出一个宽度为100μs的负脉冲。

3、计数操作

在一些需要对外部事件进行计数的应用中，可使用 8253/8254 的计数功能。例如，对生产线上产品的数量进行计数，将产品通过传感器产生的脉冲信号连接到 8253/8254 的CLK引脚，设置计数器工作在合适的方式（如方式 0 或方式 4 等），每当有一个产品通过传感器，产生一个脉冲信号，计数器就进行减 1 计数。通过读取计数值，就可以知道已经通过的产品数量。