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  - 可编程芯片
create time: 2026-06-26 23:05
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# 8254 定时计数器

## 概述

8254（兼容 8253）是 Intel 公司生产的可编程定时/计数器芯片（Programmable Interval Timer, PIT），**在全部 4 套试卷中均有出现**，其中 **方波产生和计数初值计算** 是最高频题型。芯片内部包含 3 个独立的 16 位计数器，每个计数器有 6 种工作方式。

> [!tip] 考试要点
> - **计数初值计算**：`计数初值 = CLK频率 / 输出频率`
> - **方式 3（方波发生器）** 是最常考的工作方式
> - **控制字编写**：计数器选择 + 读写格式 + 工作方式 + 数制选择
> - **BCD 与二进制** 初值装入的区别

## 正文

### 1. 内部结构

```mermaid
graph TB
    A["数据总线缓冲器 D0~D7"] --> B["读/写逻辑"]
    B --> C["计数器 0"]
    B --> D["计数器 1"]
    B --> E["计数器 2"]
    C --> F["CLK0, GATE0, OUT0"]
    D --> G["CLK1, GATE1, OUT1"]
    E --> H["CLK2, GATE2, OUT2"]
```

每个计数器有 3 条信号线：

| 信号 | 方向 | 功能 |
|------|------|------|
| **CLK** | 输入 | 时钟输入，每个下降沿使计数值减 1 |
| **GATE** | 输入 | 门控信号，控制计数的启动/暂停/触发 |
| **OUT** | 输出 | 根据工作方式输出不同波形 |

> [!question] 思考题
> 8254 的计数器是递增还是递减计数？计数值减到 0 后会怎样？
>
> 答：**递减计数**。装入初值后每来一个 CLK 下降沿计数值减 1。减到 0 后的行为取决于工作方式——方式 0 停止，方式 2/3 自动重装初值继续计数。

### 2. 端口地址

8254 占用 **4 个端口地址**：

| A1 A0 | 选中 | 说明 |
|:------:|:----:|------|
| 0 0 | 计数器 0 | 读写计数初值 |
| 0 1 | 计数器 1 | 读写计数初值 |
| 1 0 | 计数器 2 | 读写计数初值 |
| 1 1 | 控制寄存器 | 只写，用于写入控制字 |

> [!note] 每个计数器占用 1 个还是 2 个地址？
> 每个计数器只占用 **1 个端口地址**。16 位初值通过同一地址分两次写入（先低字节后高字节）。整个芯片共需 4 个端口地址。

### 3. 控制字格式

控制字写入控制寄存器（A1A0=11 的端口），格式如下：

```
D7 D6    D5 D4      D3 D2 D1      D0
[计数器] [读写格式]  [工作方式]    [数制]
 00=计数器0  00=锁存  000=方式0    0=二进制
 01=计数器1  01=仅低字节 001=方式1  1=BCD
 10=计数器2  10=仅高字节 010=方式2
             11=先低后高  011=方式3
                         100=方式4
                         101=方式5
```

> [!example] 控制字速算
> **要求**：计数器 0，方式 3（方波），先低后高，二进制
>
> D7D6=00（计数器 0）, D5D4=11（先低后高）, D3D2D1=011（方式 3）, D0=0（二进制）
>
> 控制字 = `0011 0110B` = **36H**
>
> **要求**：同上但 BCD 计数 → D0=1 → 控制字 = **37H**

### 4. 六种工作方式

> [!tip] 考试重点
> 方式 2 和方式 3 的区别几乎每卷必考！

| 方式 | 名称 | 输出波形 | 触发 | 自动重装 | 典型应用 |
|:----:|------|----------|------|:--------:|----------|
| 0 | 计数结束中断 | 计数到 0 后 OUT 变高 | 软件 | 否 | 定时中断 |
| 1 | 可编程单稳态 | 触发后输出 N 个 CLK 宽度的负脉冲 | 硬件 | 否 | 单稳态触发器 |
| 2 | **频率发生器** | 每 N 个 CLK 输出 1 个 CLK 宽的负脉冲 | 软件 | 是 | **分频器** |
| 3 | **方波发生器** | 对称方波，占空比约 50% | 软件 | 是 | **方波产生** |
| 4 | 软件触发选通 | 计数到 0 后输出 1 个 CLK 宽的负脉冲 | 软件 | 否 | 软件定时选通 |
| 5 | 硬件触发选通 | 触发后计数到 0 输出 1 个负脉冲 | 硬件 | 否 | 硬件延迟脉冲 |

#### 方式 2 vs 方式 3 对比

```mermaid
graph LR
    subgraph "方式 2 - 频率发生器"
        A2["CLK 输入"] --> B2["计数器 N 分频"]
        B2 --> C2["OUT: 周期性窄脉冲"]
    end
    subgraph "方式 3 - 方波发生器"
        A3["CLK 输入"] --> B3["计数器 N 分频"]
        B3 --> C3["OUT: 对称方波 50%"]
    end
```

| 对比项 | 方式 2 | 方式 3 |
|--------|--------|--------|
| 输出波形 | 负脉冲（宽 1 个 CLK） | 对称方波 |
| 占空比 | 很小 | ≈ 50% |
| 输出频率 | CLK / N | CLK / N |
| 重装机制 | 计数到 1 时 OUT 变低，到 0 时重装 | 计数到 0 时自动重装，交替翻转 OUT |

> [!question] GATE 引脚在方式 2 和方式 3 中的作用？
> - GATE=0：暂停计数，OUT 输出高电平
> - GATE 上升沿：重新装入初值，开始计数
> - GATE=1：允许计数正常进行

### 5. 计数初值计算（核心公式）

$$
计数初值 = \frac{f_{CLK}}{f_{OUT}}
$$

> [!example] 试卷真题计算汇总
>
> | 题目来源 | CLK 频率 | 要求频率 | 计数初值 | 控制字 |
> |:--------:|:--------:|:--------:|:--------:|:------:|
> | 试题 A | 2 MHz | 2000 Hz | 1000 (03E8H) | 34H |
> | 试题 B | 1.193182 MHz | 100 Hz | 11932 (2EA4H) | 36H |
> | 试题 B | 1 MHz | 1 kHz | 1000 (03E8H) | 36H |
> | 试题 C | 1.19318 MHz | 1 kHz | 1193 (04A9H) | 36H |
> | 试题 D | 1 MHz | 1 kHz | 1000 (03E8H) | 36H |

### 6. BCD 计数 vs 二进制计数

| 项目 | 二进制（D0=0） | BCD（D0=1） |
|------|---------------|-------------|
| 计数范围 | 0000H~FFFFH (0~65535) | 0000~9999 |
| 初值装入 | 直接装入十六进制值 | 按 BCD 码装入 |
| 初值 1000 | 03E8H | 1000 (低字节=00, 高字节=10) |

> [!warning] BCD 方式装入初值的坑
> BCD 方式下初值 11932 的装入：
> - 低字节 = **32H**（低 2 位 BCD）
> - 高字节 = **11H**（高 2 位 BCD）
>
> 而不是 2EA4H！控制字也要从 36H 改为 **37H**（D0=1）。

### 7. 初始化编程模板

```asm
; 8254 初始化通用模板
; 假设端口地址为 PORT_0 ~ PORT_3

; 步骤 1：写控制字
MOV DX, PORT_3       ; 控制寄存器地址
MOV AL, 36H          ; 控制字：计数器0, 方式3, 先低后高, 二进制
OUT DX, AL

; 步骤 2：写计数初值（先低后高）
MOV DX, PORT_0       ; 计数器 0 地址
MOV AX, 03E8H        ; 计数初值 = 1000
OUT DX, AL           ; 先写低字节 E8H
MOV AL, AH
OUT DX, AL           ; 再写高字节 03H
```

> [!danger] 易错点
> 写初值时必须 **先低后高**（与控制字 D5D4=11 对应），而且低字节和高字节要 **分两次** `OUT` 到同一个端口地址。用 `OUT DX, AX` 一次写 16 位是错误的。

## 关联笔记

- [[8255A可编程并行接口]]
- [[8259A中断控制器]]
- [[8251A串行通信接口]]
- [[接口与通讯技术/试题册/index|试题册索引]]