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

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

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

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

; 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。

6.5 KiB Raw Blame History Unescape Escape