4.输入 输出、中断、定时与串行通信.ppt

第4章 输入/输出、中断、定时与串行通信 4.1 输入/输出概述 4.1.1输入/输出的基本概念 三、输入/输出接口与端口 CPU与外设，并不直接相连，而是通过接口电路进行连接。输入/输出设备与主机的连接部分称为输入/输出接口，简称I／O接口。 输入/输出接口的作用是： 通常接口电路中可编址并能进行读写操作的寄存器称为端口或简称口。一个接口电路中可能包括多个口，例如数据口、状态口、控制口，即包含有多个口地址。同一单片机系列中，片内集成的I/O模块各有不同，当片内I/O不能满足实际需求时，可扩展外部I/O。 四、I/O的分类 按照信号的传递方式，可将I/O分为串行和并行两类。 按照I/O连接的信号大致可分为模拟量、数字量、脉冲量I/O三类。 五、数据总线隔离技术 为了正确地进行数据的I/O传递，必须解决数据总线的隔离问题，即在任一时刻，CPU只对一个I/O进行操作。为此，对输出设备的接口电路要使用锁存器，对输入设备的接口电路，使用三态缓冲器。 六、单片机I/O编址方式 每一个I/O都需要编址，以便CPU分别进行寻址。常用的I/O编址方式有两种：独立编址方式和统一编址方式。 独立编址方式: I/O和存储器分开编址，有各自独立的地址空间，采用不同的控制总线，使用不同的指令分别寻址。 统一编址方式: I/O与数据存储器在同一地址空间编址，寻址方式相同，采用相同的地址、数据、控制总线，使用相同的指令寻址。 4.1.2 输入输出的传送方式 单片机系统中有不同类型的I/O设备，由于I/O所连接的外设或I/O接口本身的速度与CPU的处理速度相比，通常低于CPU的速度，为了实现数据的正确传输，CPU通常采用三种控制方式，即无条件传送方式、查询方式和中断控制方式。 一、无条件传送方式 I/O或与I/O连接的外设随时都处于准备好状态，这时CPU 不需要测试外设状态，随时直接对其进行操作。 三、中断方式 中断方式下外设的状态信号以中断申请方式输入CPU。 CPU响应中断，暂停正在执行的程序，转而执行中断服务程序，在中断服务程序中对外设进行输入/输出操作，中断返回后，再继续执行被中断的程序。 中断方式可提高单片机系统的效率。 4.2.1 中断的概念 一、中断源 中断源是指向CPU申请中断的事件来源。例如外部输入输出设备，定时/计数器，串行接口都可以作为中断源。 二、中断优先权 中断优先权也叫中断排序，是用户根据中断源的性质和重要性自行排列的先后次序。在多个中断源同时提出申请时，保证优先权高的中断源首先得到响应，纵使CPU正在处理一个中断，也要暂时停止较低级的中断。响应优先权更高的中断源请求。这个过程称为中断嵌套或多重中断。 优先权排序可以用软件也可以用硬件实现。 三、中断系统的功能： (1)可实现高速CPU 与慢速外设之间的配合。因为许多外围设备的速度比CPU慢，二者间无法同步地进行数据交换。为此可通过中断方式实现CPU与外围设备之间的协调工作。 (2)可实现实时处理。实时处理是自动控制系统对计算机提出的　　要求，各控制参量可以随时向CPU发出中断申请，而CPU也必须做出快速响应和及时处理，以便使被控对象总保持在最佳工作状态。 (3) 实现故障的紧急处理。当外围设备或计算机出现故障时，可以利用中断系统请求CPU及时处理这些故障。 (4)便于人机联系。操作人员可以利用键盘中断等，实现人机联系，完成人的干预。 四、中断响应过程 1)寻找中断源。（中断识别） 2)将当前PC值(下一条指令的 地址)压入堆栈(即保护断点），以 便中断返回时使用。 3)寻找中断入口，以便转向执 行中断服务程序。 4)保护现场。 5)执行中断服务程序（中断处 理）。 6)执行完中断服务程序后,恢 复现场并返回主程序（中断返 回）。 4.2.2 MCS-51单片机的中断系统 一、中断源与中断标志位 　　　8051/8031型单片机提供了5个中断源：两个外部中断源和三个内部中断源。每一个中断源都有一个中断申请标志，但串行口占两个中断标志位，一共六个中断标志，下表给出了它们各自的名称。 因此，与中断有关的特殊功能寄存器有： 中断允许控制寄存器(IE) 定时器/计数器控制寄存器(TCON) 中断优先级控制寄存器(IP) 串行口控制寄存器(SCON ) 并在中断服务程序中增加如下指令，使得的/INT0输入变为高电平。 ORL P1，#01H ANL P1，#0F