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1、,专题六 输入输出和中断系统,第五章,主讲教师 赵晓安,计算机科学与软件学院计算机基础教学部,主讲教师 赵晓安,计算机硬件技术基础,1 输入/输出的基本概念 2 输入/输出数据的传送方式 3 中断技术 MCS-51的中断系统 学会MCS-51中断程序设计及应用 学会与中断有关的硬件连线,本章重点及要求,5.1 输入/输出的基本概念 5.2 输入/输出数据的传送方式 5.3 中断技术 5.4 MCS-51的中断系统 5.5 MCS-51对外部中断源的扩展,第五章 输入/输出和中断,511 输入/输出设备 512 输入/输出传送的信息 513 输入/输出接口的作用及其类型 514 I/O端口的编址
2、方式,51 输入/输出的基本概念,521 无条件传送方式 （又称同步传送） 522 查询式传送方式 （又称条件传送异步传送）,5.2 输入/输出数据的传送方式,523 中断传送方式 524 DMA传送方式,531 中断的定义及必要性 532 中断源 533 中断的分类 534 中断系统的功能 535 中断处理过程,5.3 中断技术,541 MCS-51的中断源和中断标志 542 MCS-51对中断请求的控制 543 MCS-51对中断的响应和撤除 544 MCS-51中断系统的初始化及应用,5.4 MCS-51的中断系统, MCS-51 的中断程序设计举例, MCS-51 的中断系统的结构,5
3、.5.1 借用定时器/计时器溢出中断扩展外部中断源 （P160 利用计数溢出，扩展中断源） 来自P3.4(T0)或P3.5(T1)引脚的 外部输入计数脉冲相当于中断请求信号 5.5.2 使用硬件申请软件查询法扩展外部中断源 （P161 硬件申请，软件查询的方法）,55 MCS-51对外部中断源的扩展,511 输入/输出设备, 输入设备： 定义：往主机传送信息的设备 常用的输入设备： 键盘、鼠标、扫描仪、读卡机等 输出设备 定义：接收主机信息并送出信息呈现给人们的设备 常用的输出设备： 显示器、打印机、绘图仪等,外设与CPU是通过接口连接,地址总线 AB,数据总线 DB,控制总线 CB,512
4、输入/输出传送的信息, 数据信息 数字量 模拟量 开关量 状态信息 表征外设状态 控制信息 控制外设启停,在输入时，输入装置的信息是否准备好（Ready）； 在输出时 ，输出装置是否有空（Empty），若输出装置正在输出信息，则以Busy指示。,二进制形式表示的数或以ASC码表示的数或字符 。,模拟量必须先经过A/D转换才能输入计算机，计算机的控制输出也必须先经过D/A转换才能控制执行机构。,只要用一位二进制数即可表示的量，如电机的运转与停止，开关的合与断，阀门的打开和关闭等。,513 输入/输出接口的作用及其类型,接口电路的作用 锁存作用 防止由于CPU速度快，外设慢而产生的丢数现象 隔离作
5、用 防止DB上的信息重叠 变换作用 在CPU与外设之间进行信息类型、电平、传送接收方式变换 联络作用 在CPU与外设之间进行联络，Ready, Busy,输出接口电路锁存作用,输出接口中必须含锁存器,来自CPU,速度匹配,输入接口电路隔离作用,输入接口中必须含三态门,防止信息重叠,1、 I/O接口的种类很多，有两种基本类型 串行I/O接口 并行I/O接口 2、不可编程接口 例：74LS273、74LS373、74LS138 、74LS244 3、可编程接口 例：8155、8255、8250、8253,I/O接口的类型,514 I/O端口的编址方式, 统一编址 I/O端口与内存储器采用一套地址，
6、完全象存储器单元一样处理，使用访问存储器的指令。 如：movx 类指令 独立编址 采用一套与存储器不同的地址，利用/MREQ（存储器请求）和/IORQ（输入输出请求）， CPU 有专门的I/O指令 如：IN， OUT MCS51系列采用统一编址 片内RAM 与P0P3均用MOV指令 片外RAM与外扩口I/O口均用MOVX指令,接口与端口,接口：由一个或多个端口组成。 端口：可被独立选通的I/O接口电路，简称口。 端口地址：端口在系统中被分配的惟一地址，简称口地址。 端口可分为： 输入端口CPU从中读取外设的状态或数据信息 输出端口CPU通过它输出控制信号或数据信息 状态端口CPU从中读取外设的
7、状态信息 控制端口由CPU控制输出控制信号 数据端口 可以是输入数据端口或输出数据端口 I/O信息都是通过数据总线传递的。,521 无条件传送方式（又称同步传送）,应用于定时为已知的且 固定不变的低速I/O 无需等待的高速I/O movx A,DPTR movx DPTR,A,无条件输入输出举例,MCS-51单片机内部的I/O口,6.1.2 P1口,功能： P1口作通用I/O口 P1口也是一个“准双向”口，作输入口时要先将输出驱动管截止。 即先执行一条指令 MOV P1,#0FFH 内部结构：如图所示,1、无条件传送方式 2、查询方式 3、中断方式,利用P1口实现三种I/O 传送方式,1、无条
8、件传送方式 1）无条件输出,ORG 8000H LJMP Main ORG 80F0H Main: MOV R7, #0 Loop: MOV R6, #0 DJNZ R6, $ DJNZ R6, $ DJNZ R6, $ DJNZ R6, $ DJNZ R7, Loop CPL P1.0 CPL P1.1 CPL P1.2 CPL P1.3 CPL P1.4 CPL P1.5 CPL P1.6 CPL P1.7 SJMP Main END,8个发光二极管闪亮 “0”亮 “1”灭,思考题,若使8个LED循环点亮如何修改程序？,1、无条件传送方式 2）无条件输入/输出,ORG 8000H AJMP
9、 MAIN ORG 8100H MAIN: MOV A,#0FFH MOV P1,A MOV A,P1 SWAP A MOV P1,A HERE：SJMP HERE END,522 查询式传送方式 （又称条件传送异步传送）, CPU查询外设状态信息(Ready,Busy)，条件 满足时，进行数据传送 程序简单 高速CPU查询低速外设 浪费CPU时间，效率低 输入接口原理图 输出接口原理图 程序流程图,查询方式举例,输入接口原理图,DB,外设准备好，置入状态信号 Q=1 CPU读数据口时清掉状态信号,条件传送方式程序举例,Test:mov DPTR,#PORTS movx A,DPTR anl
10、A,#40H jz Test ；(jnz Test) mov DPTR,#PORTD movx A,DPTR ;输入 (movx DPTR,A；输出),0/1,状态信号,D6,Ready=1 Busy=0,(A),查询举例,2、查询输出,ORG 8000H LJMP Main ORG 8100H Main: JB P1.7,SETLED CLRLED:CLR P1.0 CLR P1.1 CLR P1.2 CLR P1.3 CLR P1.4 CLR P1.5 CLR P1.6 SJMP Main SETLED: SETB P1.0 SETB P1.1 SETB P1.2 SETB P1.3 SE
11、TB P1.4 SETB P1.5 SETB P1.6 SJMP Main END,思考题,若当P1.7=0时使7个LED向左/右两个两个的循环点亮，如何修改程序？ 若当P1.7=1时，使7个LED从中间向左右方向逐个点亮，如何修改程序？,523 中断传送方式,中断：要求进行输入、输出的外设，发出就绪信号给CPU，作为中断请求，打断CPU正在进行的工作，即中断CPU正在执行的程序。 中断过程 中断方式与查询方式比较 提高了CPU的效率 CPU与外设可并行工作 CPU可及时响应外部事件,中断过程,中断方式与查询方式CPU占用时间比较, 利用DMAC(DMA控制器)实现成组、大批量的数据在内存和外
12、设之间的快速传送。 DMA过程： 优点：速度快 缺点：硬件复杂，成本增加,524 DMA传送方式,DMA过程,外设向DMAC发DMA申请 DMAC向CPU发BUSRQ CPU发BUSAK响应 DMAC发存储器地址和读写信号 DMA控制结束，恢复CPU对总线控制,531 中断的定义及必要性,定义：所谓中断是指中央处理器CPU正在处理某件事的时候，外部发生了某一事件，请求CPU迅速处理，CPU暂时中断当前的工作，转入处理所发生的事件，处理完后，再回到原来被中断的地方，继续原来的工作。这样的过程称为中断。,必要性及应用 中断功能便于实现 1分时操作 2实时处理 3故障处理 4.主机与外设之间的速度匹
13、配,CPU和外设同时工作；CPU可以通过分时操作启动多个外设同时工作，统一管理。大大提高了CPU的利用率，也提高了输入、输出的速度。,当计算机用于实时控制时，中断是一个十分重要的功能。现场的各个参数、信息，需要的话可在任何时候发出中断申请，要求CPU处理；CPU就可以马上响应（若中断是开放的话）加以处理。这样的及时处理在查询的工作方式是做不到的。,计算机在运行过程中，往往会出现事先预料不到的情况，或出现一些故障：如电源突跳，存储出错，运算溢出等等。计算机就可以利用中断系统自行处理，而不必停机或报告工作人员。, 外设中断请求 实时时钟中断请求 控制对象中断源 故障引起的中断 人为设置的中断,53
14、2 中断源,人为设置的中断，不是随机的，故称为自愿中断。,强迫中断 引起的中断都是随机。,533 中断的分类,MCS-51就是具有可屏蔽中断功能的一类CPU。,534 中断系统的功能, 中断系统 包括中断源的产生、中断判优、中断查询、中断处理等实现这一全过程的硬件和软件。,中断技术 对中断全过程的分析、研究及实现的方法,中断判优,多中断源同时发出中断请求，CPU根据中断的优先级判断优先执行的中断请求。 中断嵌套,CPU正在执行主程序,CPU正在执行低级中断服务程序,CPU正在执行高级中断服务程序,挂起的中断,中断查询, 软件查询 硬件查询 中断优先级链式电路 中断优先级编码电路,mov DPT
15、R,#PortI movx A,DPTR RLC A JC ASV RLC A JC BSV ASV: BSV: ,先查询的优先级高,硬件申请 软件查询,中断处理,中断响应条件 CPU处于开中断状态：51内部有中断允许触发器EA EA=0 禁止中断；EA=1 开放中断。 中断响应过程 中断响应：停止现行程序， 转向中断处理程序入口地址 关中断 （MCS-51响应中断后，不自动关中断) 保护断点 （自动将断点地址压入堆栈） 执行中断处理程序,执行中断处理程序, 保护现场 保护中断服务程序中用到的寄存器和状态标志的内容 中断服务 相应的中断源服务，完成一定的I/O操作 恢复现场 完成中断服务后，将保存在堆栈中的现场数据恢复 开中断和中断返回 RETI (中断返回指令）,push PSW push ACC push DPH push DPL,pop DPL pop DPH pop ACC pop PSW,请看P159图5-22,（1）设置中断请求触发器( 又称中断标志触发器) 每个中断源需有一个中断请求触发器, 保持中断请求信号 ，直至CPU响应这个中断后，才可
