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1、单片微机原理及单片微机原理及应用应用1行业参考教材教材书书 名：名： 单片微机原理及应用单片微机原理及应用 第第3 3版版出版社：出版社： 机械工业出版社机械工业出版社作者：作者： 丁元杰丁元杰2行业参考课程目的和基本要求课程目的和基本要求 理解微型计算机的基本概念理解微型计算机的基本概念掌握掌握MCS-51MCS-51系列单片机的硬件结构系列单片机的硬件结构MCS-51MCS-51系列单片机的部件系列单片机的部件了解其工作方式了解其工作方式掌握掌握MCS-51MCS-51系列单片机的指令系统系列单片机的指令系统掌握掌握MCS-51MCS-51系列单片机系统的扩展方法系列单片机系统的扩展方法掌
2、握掌握MCS-51MCS-51系列单片机系统的接口方式系列单片机系统的接口方式3行业参考成绩评定成绩评定 开卷考试开卷考试( (带教材与手写笔记带教材与手写笔记) )笔试笔试(60)+(60)+平时成绩平时成绩(10)+(10)+上机考试上机考试(20)+(20)+实实验报告验报告(10)(10)4行业参考绪论绪论问题引入问题引入假假设设要要设设计计一一个个电电力力监监测测的的信信息息采采集集与与传传输输终终端端，实现以下功能实现以下功能: :(1)(1)多种信号的数据采集多种信号的数据采集(2)(2)数据效验，帧结构制定数据效验，帧结构制定(3)(3)本地存储本地存储(4)(4)液晶（液晶（
3、LCDLCD）屏显示相关信息）屏显示相关信息(5)(5)通过通过3G/GPRS3G/GPRS网络与后台主机通信网络与后台主机通信(6)(6)按键实现人机交互按键实现人机交互5行业参考绪论绪论如何实现？如何实现？6行业参考绪论绪论最最简简单单的的方方法法是是，我我们们需需要要一一个个器器件件，该该器器件件支支持持以下功能：以下功能：(1)(1)内内含含微微处处理理器器，有有自自己己的的机机器器语语言言，可可以以按按需需编程编程(2)(2)有有并并行行接接口口，可可以以外外接接数数据据输输入入、存存储储器器、液液晶显示模块等晶显示模块等(3)(3)有串口，可以连接有串口，可以连接GPRS/3GGP
4、RS/3G模块模块(4)(4)有外部中断输入接口有外部中断输入接口(5)(5)内置定时内置定时/ /计数器计数器(6)(6)内部拥有程序运行所需的寄存器与存储器内部拥有程序运行所需的寄存器与存储器这个器件可由单片机承担这个器件可由单片机承担7行业参考绪论绪论单片微型计算机单片微型计算机：计计 算算 机机 体体 积积 小小 、 价价 格格 低低 、 使使 用用 方方 便便 微型计算机微型计算机 微微型型计计算算机机 主主要要部部件件集集成成在在一一块块芯芯片片上上 单片微型计算机单片微型计算机单单 片片 微微 型型 计计 算算 机机 又又 称称 为为 单单 片片 微微 机机 、 单单 片片 机机
5、 、 微控制器微控制器 8行业参考绪论绪论CPU存储器存储器RAM单片机单片机ROMIO接口接口定时器计数器、中断系统定时器计数器、中断系统功能部件功能部件AD、DA、DMA 9行业参考第第1 1章章微型计算机的基本概念微型计算机的基本概念1 1 概述概述 2 2 微处理器微处理器 3 3 存储器存储器 4 I/O4 I/O接口电路接口电路 10行业参考1概述概述1 11 1 微型计算机的组成微型计算机的组成1.1.计算机的基本结构计算机的基本结构 11行业参考1概述概述1 11 1微型计算机的组成微型计算机的组成2.寻址能力寻址能力 寻寻址址能能力力指指CPUCPU对对内内存存访访问问的的空
6、空间间的的大大小小，它它取取决决于于地地址总线的宽度。址总线的宽度。 1010位位 1024 1K1024 1K 20 20位位 1024K 1M1024K 1M 30 30位位 1024M 1G1024M 1G 40 40位位 1024G 1T1024G 1T 50 50位位 1024T 1024T 1P 1P 60 60位位 1024P 1E1024P 1E12行业参考1概述概述1 11 1微型计算机的组成微型计算机的组成3.字长字长: :机内的所有信息均用二进制表示机内的所有信息均用二进制表示 计算机所能处理的二进制代码的位数称为该计算机的计算机所能处理的二进制代码的位数称为该计算机的字
7、长字长 8 8位位 字节字节 bytebyte 16 16位位 字字 wordword 32 32位位 双字双字 double word double word 13行业参考1概述概述1 11 1微型计算机的组成微型计算机的组成4.4.微型计算机结构微型计算机结构 在在大大规规模模集集成成电电路路技技术术的的支支撑撑下下，计计算算机机可可做做到到体体积积小小，重量轻，使用方便，功能完备，形成微型计算机。重量轻，使用方便，功能完备，形成微型计算机。 14行业参考1概述概述1 11 1微型计算机的组成微型计算机的组成4. 4. 微型计算机结构微型计算机结构CPU (CPU (中央处理单元中央处理单
8、元 微处理器微处理器)CPUCPU是微型计算机的核心，它包含：是微型计算机的核心，它包含：ALUALU：对输入对输入CPUCPU的数据进行运算（算术及逻辑运算）的数据进行运算（算术及逻辑运算）控控制制器器：完完成成同同步步定定时时（时时钟钟电电路路）及及产产生生控控制制信信号号（控控制制电路）电路）工作寄存器：工作寄存器：存放操作数及中间结果存放操作数及中间结果 15行业参考1概述概述1 11 1微型计算机的组成微型计算机的组成4.4.微型计算机结构微型计算机结构存存储储器器 memorymemory： 完完成成记记忆忆功功能能，用用于于存存储储数数据据，由由多多个个存存储储单元构成。单元构成
9、。存存储储单单元元：具具有有特特定定地地址址的的存存储储单单位位，存存储储信信息息分分为为若若干干二二进进制位，制位，8 8位位, ,即即1byte1byte，1616位即位即1 1个字（个字（wordword）。）。地地址址：访访问问某某存存储储单单元元的的特特定定位位置置编编号号（例例如如，要要在在教教室室找找某某一一个个人人，要要知知道道他他在在几几排排第第几几位位），地地址址由由二二进进制制码码构构成成，二进制位数决定了单元多少。二进制位数决定了单元多少。16行业参考1概述概述1 11 1微型计算机的组成微型计算机的组成4. 4. 微型计算机结构微型计算机结构存储容量：存储容量：存储容
10、量与地址位数相关存储容量与地址位数相关 8 8位地址位地址 2 28 8 为为256256个存储单元个存储单元 1616位地址位地址 2 216 16 为为64K64K 20 20位地址位地址 2 22020 为为1M1M存存储储器器读读：CPUCPU从从存存储储器器中中取取数数据据的的过过程程，读读数数据据不不影影响响原原存存储储单元内容。单元内容。存存储储器器写写：CPUCPU将将数数码码写写入入存存储储器器的的过过程程，写写入入的的新新数数据据取取代代原原数据。数据。17行业参考1概述概述1 11 1微型计算机的组成微型计算机的组成4. 4. 微型计算机结构微型计算机结构IO接口电路：接
11、口电路：CPU与与外外设设之之间间的的桥桥梁梁，完完成成速速度度匹匹配配，数数据据格格式式转转换换（串串并并转换，位数转换），信号转换等功能。转换，位数转换），信号转换等功能。18行业参考1概述概述1 11 1微型计算机的组成微型计算机的组成4. 4. 微型计算机结构微型计算机结构总总线线：微微型型计计算算机机的的各各芯芯片片间间或或芯芯片片内内部部各各部部件件之之间间的的一一组公共通信线。组公共通信线。总线分总线分DBDB（data busdata bus） ABAB（address busaddress bus） CBCB（control buscontrol bus）总总线线结结构构大大
12、大大减减少少了了连连线线数数量量，但但必必须须使使用用缓缓冲冲器器，并并分时传送。分时传送。19行业参考1概述概述1 11 1微型计算机的组成微型计算机的组成4. 4. 微型计算机结构微型计算机结构20行业参考1概述概述1-2 1-2 微型计算机的软件微型计算机的软件 软件是使微机自动工作的必要条件。软件是使微机自动工作的必要条件。 软软件件是是控控制制及及管管理理计计算算机机的的多多种种programprogram，而而programprogram是是由各种微机可识别的由各种微机可识别的instructioninstruction构成。构成。指指令令：是是控控制制计计算算机机的的各各种种操操
13、作作命命令令，特特定定的的微微机机有有特特定定的的指令系统（指令译码器），指令分操作码及操作数。指令系统（指令译码器），指令分操作码及操作数。 MOV A MOV A ， #20H#20H操作码操作码 目的操作数目的操作数 源操作数源操作数程序：程序：完成特定功能的一系列指令的有序集合。完成特定功能的一系列指令的有序集合。21行业参考1概述概述1-2 1-2 微型计算机的软件微型计算机的软件机器语言、汇编语言、高级语言机器语言、汇编语言、高级语言机器语言机器语言：机器可执行的二进制代码。：机器可执行的二进制代码。汇汇编编语语言言：由由微微机机特特定定指指令令系系统统形形成成的的编编程程语语言言
14、，速速度度快，适用于精确控制，但编程复杂，不可通用。快，适用于精确控制，但编程复杂，不可通用。高级语言高级语言：独立于机器的语言，易学易用。：独立于机器的语言，易学易用。无无论论汇汇编编语语言言，还还是是高高级级语语言言，最最后后都都要要转转换成机器语言才能执行。换成机器语言才能执行。22行业参考1概述概述1-2 1-2 微型计算机的软件微型计算机的软件机器语言、汇编语言、高级语言机器语言、汇编语言、高级语言查表（一一对应）查表（一一对应）汇编语言程序汇编语言程序机器语言程序机器语言程序汇编程序汇编程序编译程序编译程序高级语言程序高级语言程序机器语言程序机器语言程序解释程序解释程序源程序源程序
15、目标程序目标程序23行业参考1概述概述1-3 1-3 计算机中的数计算机中的数 （1）进进位位制制：数数值值按按不不同同的的进进位位方方法法，常常分分为为二二进进制制（B）、十进制（十进制（D D）、十六进制（）、十六进制（H H）。）。 * * 二二进进制制：计计算算机机中中使使用用的的计计数数制制，只只有有0 0、1 1两两个个符符号号，逢逢2 2进进1 1。 11001100101101 * * 十六进制数十六进制数 可可认认为为是是对对二二进进制制数数的的简简化化表表现现形形式式，它它与与二二进进制制数数有有明显的对应关系。明显的对应关系。 包含包含0 0、1 19 9、A A、B B
16、、C C、D D、E E、F 16F 16个符号，逢个符号，逢1616十六进十六进1 1 24行业参考2 2 微处理器微处理器由由于于前前面面已已讲讲，微微机机由由CPUCPU（微微处处理理器器）、存存储储器器、I/OI/O接口电路接口电路组成，以下分别讲这些内容。组成，以下分别讲这些内容。微处理器由微处理器由运算器、控制器、工作寄存器运算器、控制器、工作寄存器三部分组成。三部分组成。微处理器外部有三总线，内部为单总线结构，微处理器外部有三总线，内部为单总线结构，如图如图25行业参考2 2 微处理器微处理器2-1 2-1 运算器运算器 运运算算器器由由算算术术逻逻辑辑单单元元（ALUALU）、
17、A A（AccumulatorAccumulator）, ,标标志志寄寄存存器器Flag(Flag(或或PSW),PSW),暂存寄存器暂存寄存器TRTR，BCDBCD调整电路组成。调整电路组成。 （1 1）ALUALU、TRTR与与A A* ALU* ALU完成各种运算操作（算术及逻辑运算）完成各种运算操作（算术及逻辑运算）* * ALUALU源源数数据据来来自自TRTR或或A A，其其中中与与A A的的数数据据交交换换是是双双向向的的，即即ALUALU既既可可从从A A中中得得到到源源数数据据，又又可可将将数数据据放放回回A A，而而从从TRTR得得到到数数据据是是单单向的，由于分时传数，向
18、的，由于分时传数，TRTR起缓冲作用。起缓冲作用。* * 数据要经过内部总线传送。数据要经过内部总线传送。 （2 2）Flag registerFlag register，亦称，亦称PSW(Program State Word)PSW(Program State Word)用用于存放于存放ALUALU运算结果的特征，（运算结果的特征，（OVOV、C C、ACAC等）等） （3 3）BCDBCD调整调整用于在用于在BCDBCD码参与运算时，对结果进行调整。码参与运算时，对结果进行调整。 26行业参考2 2 微处理器微处理器2-2 2-2 控制器控制器 控制器包含了控制器包含了IRIR、IDID及
19、定时与控制电路及定时与控制电路 执行一条指令需要执行一条指令需要IRIR、IDID与定时与定时/ /控制电路协同完控制电路协同完成成 从从存存储储器器取取回回该该指指令令的的机机器器码码，送送IRIR寄寄存存，直直到到执执行完毕。行完毕。 由由IDID译码，识别该指令功效译码，识别该指令功效 由定时由定时/ /控制电路产生一系列控制信号，控制各部控制电路产生一系列控制信号，控制各部件执行这一指令，定时件执行这一指令，定时/ /控制电路还可接收外部控制电路还可接收外部的控制信号或输出控制信号。的控制信号或输出控制信号。27行业参考2 2 微处理器微处理器2-3 2-3 工作寄存器工作寄存器CPU
20、CPU中中的的寄寄存存器器很很多多，分分通通用用寄寄存存器器及及特特殊殊功功能能寄寄存器存器。PCPC、SPSP就是两个重要的特殊功能寄存器。就是两个重要的特殊功能寄存器。通用寄存器将在以后介绍，现简介通用寄存器将在以后介绍，现简介PCPC及及SPSP。28行业参考2 2 微处理器微处理器2-3 2-3 工作寄存器工作寄存器 （1 1）PCPC（Program CounterProgram Counter）PCPC是管理程序执行顺序的特殊功能寄存器（顺序执行及跳转）是管理程序执行顺序的特殊功能寄存器（顺序执行及跳转）* * 复位复位，复位后，复位后PCPC总为总为0 0，故总从，故总从0000
21、0000处开始执行。处开始执行。* * 计计数数，取取指指令令时时总总是是根根据据PCPC内内容容为为地地址址，而而每每取取回回一一字字节节PCPC就就自动自动+1+1，故在执行指令时，故在执行指令时，PCPC总是指向下一条指令的地址。总是指向下一条指令的地址。 如右图，在执行如右图，在执行A A指令时，指令时，PCPC值为值为B B指令的地址指令的地址 A A指令指令 B B指令指令* * 置位置位，PCPC值可直接从总线得到，这样可实现跳转值可直接从总线得到，这样可实现跳转如上图，若如上图，若A A指令为跳转指令，在执行指令为跳转指令，在执行A A时，时，PC BPC B指令指令而而A A
22、指令执行完后，指令执行完后，PCPC值会发生变化。值会发生变化。29行业参考2 2 微处理器微处理器2-3 2-3 工作寄存器工作寄存器 （1 1）PCPC（Program CounterProgram Counter）例例 下面语句的执行过程：下面语句的执行过程： 0000H 74H 08H MOV A0000H 74H 08H MOV A，#08H#08H 0002H 24H 04H ADD A 0002H 24H 04H ADD A，#04H#04H 0004H 24H 05H ADD A 0004H 24H 05H ADD A，#05H#05H 0006H 02H 22H 00H LJ
23、MP 2200H 0006H 02H 22H 00H LJMP 2200H 0009H 0009H 2200H 78H 7FH MOV RO 2200H 78H 7FH MOV RO，#7FH #7FH 30行业参考2 2 微处理器微处理器2-3 2-3 工作寄存器工作寄存器 （2 2） SPSP（Stack PointerStack Pointer） 堆栈是一块内存区域，遵循先进后出原则，用于保留一些参数堆栈是一块内存区域，遵循先进后出原则，用于保留一些参数 用用PUSHPUSH或或POPPOP语句访问语句访问SPSP为最后入栈数据的地址为最后入栈数据的地址 PUSHPUSH时，先时，先SP
24、+1SP+1，再以，再以SPSP为地址放数为地址放数POPPOP时，先按时，先按SPSP为地址取数，再为地址取数，再SP-1SP-131行业参考3 3 存储器存储器3-1 3-1 概述概述计计算算机机要要完完成成一一系系列列的的运运算算及及控控制制功功能能，必必须须有有载载体体存存放放其其程程序及数据，这就是存储器。序及数据，这就是存储器。 （1 1）存贮器分类：）存贮器分类：外存的数据首先读到内存再参与工作。外存的数据首先读到内存再参与工作。 32行业参考3 3 存储器存储器3-1 3-1 概述概述（2 2）存贮器结构（内存）存贮器结构（内存）存存贮贮器器由由存存贮贮体体、ARAR、ADAD
25、（地地址址译译码码器器）、I/OI/O控控制制电路组成。电路组成。存贮体由众多存贮单元构成存贮体由众多存贮单元构成一一种种地地址址线线的的信信号号组组合合称称为为一一个个地地址址, ,它它对对应应于于一一个个存贮单元存贮单元 一个存贮单元可有一位，四位或八位等一个存贮单元可有一位，四位或八位等总共存贮容量为总共存贮容量为2 2N N*M bits*M bits其其中中N N为为地地址址线线根根数数，M M为为存存贮贮单单元元位位数数，若若M M为为8 8，则存贮容量为则存贮容量为2 2N N Bytes. Bytes.如图如图33行业参考3 3 存储器存储器3-2 RAM3-2 RAM（略）（
26、略）3-3 ROM3-3 ROM（略）（略）3-4 3-4 堆栈堆栈 stackstack堆栈是微型计算机中随机存取存贮器堆栈是微型计算机中随机存取存贮器RAMRAM中的一个中的一个特殊区域，是一组用先进后出方式暂存信息的一特殊区域，是一组用先进后出方式暂存信息的一组存贮单元。组存贮单元。34行业参考3 3 存储器存储器3-4 3-4 堆栈堆栈 stackstack （1 1）堆栈的作用堆栈的作用用用于于交交换换信信息息：用用PUSHPUSH指指令令把把信信息息压压入入堆堆栈栈，再再用用POPPOP指指令令把把信信息息取取出出，起到交换信息的作用起到交换信息的作用。 在调用子程序时，用于保留现
27、场信息和断点地址。在调用子程序时，用于保留现场信息和断点地址。 在在调调用用程程序序后后要要恢恢复复执执行行程程序序，并并继继承承原原有有的的有有关关信信息息，要要用用到到堆堆栈栈。 PushPushpoppop主程序主程序子程序子程序35行业参考3 3 存储器存储器3-4 3-4 堆栈堆栈 stackstack （1 1）堆栈的作用堆栈的作用保保留留现现场场信信息息用用PUSHPUSH指指令令，保保留留断断点点地地址址在在call call nnnn时由硬件自动实现。时由硬件自动实现。恢恢复复现现场场地地址址在在子子程程序序中中由由RETRET指指令令自自动动实实现现，恢恢复复现场信息由现场
28、信息由POPPOP指令实现。指令实现。由堆栈先进后出的原则可顺序实现子程序嵌套由堆栈先进后出的原则可顺序实现子程序嵌套36行业参考3 3 存储器存储器3-4 3-4 堆栈堆栈 stackstack (2) (2)堆栈指针（堆栈指针（stack pointerstack pointer）既既然然堆堆栈栈是是RAMRAM中中的的一一组组特特殊殊的的存存贮贮单单元元，那那么么必必须对其寻址，寻址是靠须对其寻址，寻址是靠SPSP寄存器实现的。寄存器实现的。由由于于MCS-51MCS-51的的RAMRAM为为128128或或256bytes,256bytes,故故SPSP为为一一个个8 8位位寄寄存存器
29、器，它它的的值值就就是是当当前前栈栈顶顶的的位位置置（地地址址），即即最最后一次压入堆栈的数据的存放地址。后一次压入堆栈的数据的存放地址。建立堆栈用建立堆栈用MOV SPMOV SP，#data#data实现，在执行实现，在执行PUSHPUSH时时 SP SP+1SP SP+1， （SPSP） PUSHPUSH的对象数据。的对象数据。在执行在执行POPPOP时时 （SPSP）单元内容）单元内容 POPPOP后的操作数后的操作数 SP SP-1SP SP-137行业参考3 3 存储器存储器3-4 3-4 堆栈堆栈 stackstack (2) (2)堆栈指针（堆栈指针（stack pointer
30、stack pointer） 例：例：l l断点地址（断点地址（1234H1234H，5678H5678H）实际是）实际是CallCall指令下一条语句的地址，因为执行指令下一条语句的地址，因为执行CallCall指令时，指令时，PCPC值为下一条语句。值为下一条语句。 l lSPSP初值为初值为60H60H，由于，由于SPSP为栈顶，在放数入栈时，为栈顶，在放数入栈时，SPSP要完成加要完成加1 1，故断点地址从，故断点地址从61H61H开始存放。开始存放。 l l 在放地址时，实际是把在放地址时，实际是把PCPC的值入栈，要遵循低字节先，高字节后的原则，的值入栈，要遵循低字节先，高字节后的
31、原则，RETRET返回时，则先高后低。返回时，则先高后低。38行业参考4 I/O4 I/O接口电路接口电路4-1 4-1 概述概述微型计算机主要包含微型计算机主要包含CPUCPU、存贮器、存贮器、I/OI/O电路，可见电路，可见I/OI/O接口电路接口电路为其重要组成部分。为其重要组成部分。（1 1）I/OI/O接口电路主要功能：接口电路主要功能： 锁存：速度匹配，暂存数据锁存：速度匹配，暂存数据 * * 数据锁存与缓冲数据锁存与缓冲 缓冲：数据（地址）经缓冲：数据（地址）经I/OI/O电路挂入总线电路挂入总线 格式转换（串并转换）格式转换（串并转换）* * 信息转换信息转换 A/DA/D、D
32、/AD/A转换转换 电平转换电平转换* * 地址译码地址译码 CPUCPU在挂接多个外设时，要对某个特定外设选通，在挂接多个外设时，要对某个特定外设选通， 需要地址译码，需要地址译码，见图见图。 39行业参考4 I/O4 I/O接口电路接口电路4-1 4-1 概述概述(2)(2)计算机与外设之间的信息交换计算机与外设之间的信息交换通常计算机与外设间交换多种信息通常计算机与外设间交换多种信息* *数据信息：数据信息：CPUCPU从外设读取数据（如键盘）或将数据写入外设（打印机）。从外设读取数据（如键盘）或将数据写入外设（打印机）。* *状状态态信信息息，从从外外设设到到计计算算机机，如如打打印印
33、机机在在打打印印时时会会遇遇busybusy信信息息到到计算机，使计算机暂不发送数据。计算机，使计算机暂不发送数据。* *控制信息控制信息从从计计算算机机到到外外设设，如如计计算算机机在在向向打打印印机机发发送送数数据据后后会会发发出出控控制制信信息给打印机，告诉它数据准备就绪。息给打印机，告诉它数据准备就绪。三种信息或者三种信息或者分端口传送分端口传送或者或者分时传送分时传送。见图见图 40行业参考4 I/O4 I/O接口电路接口电路4-1 4-1 概述概述（3 3）端口编址）端口编址 一一个个计计算算机机可可能能连连接接多多个个I/OI/O设设备备，必必须须有有一一种种办办法法来来选选定定
34、特特定定的的I/OI/O电电路路及及其其设设备备，因因此此存存在在一一个个I/OI/O接接口口电电路路编编址址的的问问题。题。l l把把I/OI/O接接口口电电路路当当成成存存贮贮器器统统一一对对待待，象象访访问问存存贮贮器器一一样样的方法访问接口电路。的方法访问接口电路。 特点：编程方便，但占用内存地址。特点：编程方便，但占用内存地址。l l存存贮贮单单元元与与接接口口电电路路分分别别编编址址，因因此此接接口口电电路路的的地地址址可可以以与存贮单元相同，但可用指令区分之。与存贮单元相同，但可用指令区分之。 41行业参考4 I/O4 I/O接口电路接口电路4-2 4-2 数据传送方式数据传送方
35、式 计算机与外设的数据交换，通常有下面计算机与外设的数据交换，通常有下面4 4种方式：种方式：（1 1）无条件传送）无条件传送 CPUCPU和和外外设设访访问问不不用用关关心心数数据据是是否否就就绪绪或或丢丢失失，按按各各自自需需要要收收、 发数据。发数据。CPU CPU 传感器（慢变化）传感器（慢变化） 不必担心丢失数据不必担心丢失数据 （CPUCPU随时读数据）随时读数据） CPU CPU 显示（快显示）显示（快显示） 不必担心来不及显示不必担心来不及显示 （CPUCPU随时发数据）随时发数据） 42行业参考4 I/O4 I/O接口电路接口电路4-2 4-2 数据传送方式数据传送方式（2
36、2）查询方式查询方式 计计算算机机和和外外设设间间需需要要知知道道对对方方状状态态，再再进进行行数数据据交交换换，以以免丢失数据或错误。免丢失数据或错误。 查查询询方方式式缺缺点点是是：CPUCPU大大量量时时间间花花在在查查询询等等待待上上，会会降降低低效率效率。 43行业参考4 I/O4 I/O接口电路接口电路4-2 4-2 数据传送方式数据传送方式（3 3）中断方式）中断方式l l中断特点中断特点 中中断断是是计计算算机机的的一一项项重重要要功功能能，用用于于实实现现数数据据传传输输，实实时时控制，故障处理等多种功能。控制，故障处理等多种功能。 中中断断用用于于处处理理突突发发事事件件，
37、把把CPUCPU从从反反复复的的查查询询等等待待中中解解放放出出来，不影响来，不影响CPUCPU的其它工作，大大提高了工作效率。的其它工作，大大提高了工作效率。 中断利于处理多种类事务的请求中断利于处理多种类事务的请求中断过程如右图所示中断过程如右图所示 44行业参考4 I/O4 I/O接口电路接口电路4-2 4-2 数据传送方式数据传送方式（3 3）中断方式中断方式l l中断系统中断系统实现中断的软硬件称为中断系统。实现中断的软硬件称为中断系统。*中断请求中断请求外设向外设向CPUCPU申请中断要有两个条件：申请中断要有两个条件：1)1)外外 设设 向向 CPUCPU发发 出出 申申 请请
38、， 一一 般般 在在 外外 设设 数数 据据 准准 备备 好好 ， 请请 求求 CPUCPU接接 收收 或外设请求或外设请求CPUCPU发送数据时，发出信号；发送数据时，发出信号；2)CPU2)CPU要允许中断，否则就算外设有中断申请，要允许中断，否则就算外设有中断申请，CPUCPU也不会理会。也不会理会。 下图下图描述了中断逻辑描述了中断逻辑 45行业参考4 I/O4 I/O接口电路接口电路4-2 4-2 数据传送方式数据传送方式（3 3）中断方式中断方式l l中断系统中断系统*中断优先权问题：中断优先权问题：用于解决多个中断同时出现问题用于解决多个中断同时出现问题中中断断系系统统可可有有多
39、多中中断断源源引引脚脚，其其自自然然优优先先权权顺顺序序在在计计算算机机设设计计制造时就有规定，无法自行更改。制造时就有规定，无法自行更改。中中断断系系统统可可能能有有多多个个优优先先级级，各各中中断断源源属属于于哪哪一一个个优优先先级级，可可由软件实现。由软件实现。例例可可能能同同一一中中断断引引脚脚包包含含多多个个外外设设的的中中断断请请求求，可可通通过过附附加加电电路路及软件实现中断源的识别。及软件实现中断源的识别。 46行业参考4 I/O4 I/O接口电路接口电路4-2 4-2 数据传送方式数据传送方式（3 3）中断方式中断方式l l中断系统中断系统*中断优先权问题中断优先权问题优先权
40、处理方法：优先权处理方法：多多个个中中断断源源同同时时中中断断申申请请时时，CPUCPU先先响响应应优优先先级级高高的的中中断断请请求。求。在在处处理理低低优优先先级级的的中中断断时时，若若遇遇到到高高优优先先级级的的中中断断，则则CPUCPU暂暂停停当当前前中中断断服服务务程程序序，去去响响应应高高优优先先级级的的中中断断，待待完完毕毕后后再再继续执行原中断服务程序，叫做继续执行原中断服务程序，叫做中断嵌套中断嵌套。在在处处理理中中断断时时，若若遇遇同同级级或或级级别别低低的的中中断断，则则继继续续执执行行当当前前中中断断服服务务程程序序，待待执执行行完完返返回回主主程程序序，并并执执行行一
41、一条条指指令令后后，再转去执行别的中断服务程序。再转去执行别的中断服务程序。 47行业参考4 I/O4 I/O接口电路接口电路4-2 4-2 数据传送方式数据传送方式（3 3）中断方式中断方式l l中断系统中断系统*中断响应中断响应如如果果满满足足中中断断响响应应条条件件（优优先先权权高高，接接口口电电路路中中断断允允许许，CPUCPU中断开放），则执行下面操作：中断开放），则执行下面操作：1 1）保留断点地址：）保留断点地址：PCPC值入栈。值入栈。2 2）转转入入中中断断服服务务程程序序：各各个个中中断断源源有有特特定定的的入入口口地地址址，CPUCPU先识别中断源，然后把对应的入口地址送
42、入先识别中断源，然后把对应的入口地址送入PCPC。 48行业参考4 I/O4 I/O接口电路接口电路4-2 4-2 数据传送方式数据传送方式（3 3） 中断方式中断方式l l中断系统中断系统*中断返回中断返回在在中中断断程程序序末末尾尾有有RETIRETI指指令令，该该指指令令功功能能与与子子程程序序返返回回类类似似，将将栈栈顶顶内内容容送送回回PCPC，继继续续执执行行原原主主程程序序，同时开放中断逻辑，使之可响应同级或更低级中断。同时开放中断逻辑，使之可响应同级或更低级中断。 49行业参考中断处理流程 中断源产生中断请求中断源产生中断请求该中断是否被屏蔽该中断是否被屏蔽CPU是否允许中断是
43、否允许中断 若三个条件满足，若三个条件满足，CPU检测检测到中断到中断有无同级或更高级的中断请求正在被执行有无同级或更高级的中断请求正在被执行当前指令执行完毕当前指令执行完毕,特殊指令特殊要求特殊指令特殊要求置优先级状态触发器置优先级状态触发器保留断点地址保留断点地址 清中断请求标志清中断请求标志 取得该中断源入口地址送入取得该中断源入口地址送入PC,进入中断服务子程序进入中断服务子程序 执行执行RETI时时: 清优先级状态触发器清优先级状态触发器 从堆栈获得断点地址送入从堆栈获得断点地址送入PC,程序返回程序返回50行业参考4 I/O4 I/O接口电路接口电路4-2 4-2 数据传送方式数据传送方式（4 4）DMADMA方式方式 （Direct Memory AccessDirect Memory Access）CPUCPU交交出出总总线线控控制制权权，由由DMADMA控控制制器器完完成成内内存存与与外外设的数据交换，不给设的数据交换，不给CPUCPU中转，速度更快。中转，速度更快。 51行业参考微处理器结构微处理器结构返回返回52行业参考存贮器结构存贮器结构返回返回53行业参考地址译码地址译码返回返回54行业参考计算机与外设之间的信息交换计算机与外设之间的信息交换 返回返回55行业参考中断逻辑中断逻辑 返回返回56行业参考中断优先权例中断优先权例返回返回57行业参考
