第四章 输入输出和中断

第四章输入/输出和中断补充习题1、什么是中断？2、为什么要引进中断机制？3、中断响应的条件是什么？第四章输入/输出和中断4.1输入/输出4.2CPU与外设数据传送方式4.3计算机的上常见接口4.4标准51单片机中断系统4.5中断应用举例授课学时：44.1输入/输出4.2CPU与外设数据传送方式4.3计算机的上常见接口4.4标准51单片机中断系统4.5中断应用举例4.1输入/输出一、概述输入/输出（I/O）是CPU与外部设备之间进行数据传送的操作，也称通信。CPU与存储器：均为半导体器件，均为电子器件速度。CPU与外设：电子与机械，速度相差悬殊。I/O设备也称外围设备，品种多，有机械的、有机电的、有电子的，与CPU交换信息时，存在以下几个问题：●速度不匹配:速度远低于CPU,且范围宽,如硬盘比打印机快很多。●时序不匹配:与CPU的时序不同步。●信息格式不匹配:如串行和并行。●信息类型不匹配:有数字信号，模拟信号，正逻辑和负逻辑等。接口电路究竟起什么作用？或者说它的任务是什么？CPU与I/O设备间通信时必须要一个起协调作用的电路，即接口电路。接口电路的任务：●对数据提供缓冲（时间和电器性能上）：设置数据的寄存、缓冲逻辑。●信息格式相容性变换：如串并行的转换；电平转换、数／模或模／数转换等。●协调时序差异：提供“准备好”“空”“满”等状态信号。●提供地址译码或设备选择信号：●提供中断和DMA控制逻辑及管理：缓冲二、CPU与外设间的接口信号1、数据（Data）数字、模拟、开关2、状态（Status）输入时：“准备好”（Ready）输出时：“空”（Empty）、“忙”(Busy)3、控制（Control）外设的启动、停止、读、写4.1输入/输出4.2CPU与外设数据传送方式4.3计算机的上常见接口4.4标准51单片机中断系统4.5中断应用举例一、直接传送方式也称无条件传送方式，例：驱动指示灯、继电器、启动电机等4.2CPU与外设数据传送方式有直接、查询、中断、DMA等传送方式。DMA：直接存储器传送CPURAM2RAM1RAM1RAM2DMA二、查询方式送数据或发命令前先检查设备状态电路中：1）输出：P1.0=1时，M放水；P1.0=0时，M关2）输入：水位A，T1、T2截止→P1.1=1，P1.2=1水位B，T1、T2导通→P1.1=0，P1.2=0A水位B，T1止，T2通→P1.1=1，P1.2=0例：水池水位自动控制装置要求：水位A放水；水位B停放中断方式可提高CPU的效率CLRP1.0SETBP1.1SETBP1.2L1:JNBP1.2,L1SETBP1.0L2:JBP1.1,L2CLRP1.0SJMPL1三、中断传送方式查寻方式中断方式CPU不主动查询外设，只执行自己的主程序，当外设准备好需要传送数据时，提出申请，若CPU准于请求，放下正在执行的程序，去传送外设的数据。录像1录像2查询中断查询中断仿真中断与子程序的区别？中断的好处1、CPU分时操作（与多个外设并行工作）温度压力断电CPU处理2、实现实时处理外设外设外设CPU3、故障处理如何实现中断？1、中断请求外设向CPU发出的“中断申请信号”称“中断请求”。请求CPU外设2、中断源引起中断的原因，或能发出中断申请的源，称为“中断源”。通常中断源有：（1）一般的输入输出设备，如键盘，打印机等。（2）数据通道，如磁盘，磁带等。（3）定时器。（4）故障源，如电源掉电。（5）为调试程序而设的中断，如单步、断点设置等。键盘打印机磁盘掉电定时器4、中断系统的功能（1）响应中断及返回5、中断响应过程中断源提出申请→CPU决定是否响应→若响应转去中断处理→完成后返回原中断处。中断请求中断请求RETIRETI主程序（2）能实现优先权排队（3）能实现中断嵌套6、CPU响应中断的条件（1）有中断请求7、中断响应及中断期间应做的工作（1）关中断（硬件自动实现）（2）保留断点（硬件自动实现）（3）保护现场（软件完成）（4）给出中断入口地址，转入相应的中断服务程序（硬件自动完成）（5）恢复现场（6）开中断与返回（由RETI指令实现）（2）中断请求没有被屏蔽（3）中断是开放的或者是允许的（4）在现行指令结束后才响应中断RETI与RET的异同点？①相同：匀执行恢复断点操作，即从堆栈中弹出断点给PC。②不同：RETI将清“0”响应时所置的优先级触发器，RET没有该功能。中断与子程序调用的区别？4.1输入/输出4.2CPU与外设数据传送方式4.3计算机的上常见接口4.4MCS-51中断系统4.5中断应用举例一、常见接口1.并行接口4位、8位、EPP（增强并行口）和ECP（扩展并行口）2.串行接口PC机一般至少有两个串行口COM1和COM2。3.磁盘接口1）IDE接口：有528MB的限制2）EIDE接口：代之以8GB限制。4.SCSI接口SCSI（SmallComputerSystemInterface）小计算机系统接口40MB每秒，而EIDE最高只能达到16.6MB每秒；4.3计算机上常见接口5.USB接口最新的USB串行接口标准是由Microsoft、Intel、Compaq、IBM等大公司共同推出，热即插即用连接；1.1版速度为12Mbps2.0版速度为480Mbps可连接键盘、鼠标、ISDN、电话系统、数字音响、打印机以及扫描仪等低速外设。四、I/O扩展槽根据总线的类型不同，主板上的扩展槽可分为ISA、EISA、MAC、VESA和PCI几种。4.1输入/输出4.2CPU与外设数据传送方式4.3计算机的上常见接口4.4标准51单片机中断系统4.5中断应用举例4.4标准51单片机中断系统标准51单片机允许5个中断请求源，提供二个中断优先级，可实现二级中断服务程序嵌套。与中断系统相关的特殊功能寄存器有：中断源寄存器：TCON（88H），SCON（98H）中断允许控制寄存器IE（A8H）中断优先级控制寄存器IP（B8H）外部中断0定时器0外部中断1定时器1串行口中断中断允许总允许优先级中断控制逻辑CPU一、中断请求源1、TCON（TimerControl）定时器/计数器的控制寄存器，锁存外部中断请求标志。(1)IT0、IT1(interrupttriggermode)外部中断请求触发方式①ITi=0为低电平触发方式；（2）IE0、IE1(externalinterruptflag)外部中断标志，当有外部中断请求时，置“1”该位①当ITi=0时，若INTi=0，则置“1”IEi，否则清“0”IEi；②当ITi=1时，若INTi=置“1”IEi；③IEi=1表示外部正在向CPU申请中断，CPU响应中断后自动清IEiITi=00ITi=1INT0INT1②ITi=1为边沿触发方式；③ITi可由软件置“1”或清“0”。(3)TF0、TF1（Timeroverflowinterruptflag)定时器溢出中断标志当定时器/计数器最高位进位时，置“1”TFi表示正在向CPU申请中断，CPU响应中断后，自动清“0”TFi。二、中断控制1、IE（InterruptEnable）中断允许寄存器：控制中断是开放还是屏蔽的。（1）EA(EnableAll)总中断允许标志（2）ES(EnableSeries)串行口允许标志（3）ET0、ET1(EnableTimer)定时器/计数器溢出中断标志（4）EX0、EX1(EnableeXternal)外部中断允许标志上述中：“1”表示允许中断，“0”表示屏蔽中断。2、IP（Interruptpriority）中断优先权控制寄存器（B8H）（1）PS：串行口中断优先级控制位（2）PT0、PT1：定时器/计数器中断优先级控制位（3）PX0、PX1：外部中断优先级控制位上述中：“1”表示高优先级，“0”表示低优先级。三、中断响应过程每个周期S6→对中断源进行采样→在下一个周期按优先级顺序依次查询→如果某个中断标志在上一个周期S6已被置“1”→CPU执行硬件LCALL转向相应中断的特定单元，进入中断服务程序，但是如果遇上下列条件之一，硬件将受阻:（1）正在执行同级或高级中断服务程序。（2）当前的查询周期不是执行指令的最后一个机器周期。（3）正在执行RETI或任何仿问IE或IP的指令。CPU响应中断时先置“1”相应的优先级触发器，然后执行硬件LCALL（压栈与转移），同时清“0”中断请求标志（TI、RI除外）。中断服务程序入口：IE00003H~000AHIT0000BH~0012HIE10013H~001AHIT1001BH~0022HIS0023H~002AH在中断服务程序的最后，须放一条指令RETI，该指令清“0”响应时所置的优先级触发器（RET没有此操作），然后返回。4.1输入/输出4.2CPU与外设数据传送方式4.3计算机的上常见接口4.4MCS-51中断系统4.5中断应用举例ORG0100HINTP：JBF0,FSCLRP1.0；F0=0,关水CPLF0RETIFS:SETBP1.0；F0=1,放水CPLF0RETIORG0003HLJMPINTPORG0040HCLRP1.0CLRIT0；低电平触发SETBPX0；高优先级SETBEA；开总中断SETBEX0；开INT0中断主程序举例：ORG0003HLJMPINTPORG0040HCLRP1.0CLRIT0SETBPX0SETBEASETBEX0主程序main(){P1.0=0;IT0=0;PX0=1;EA=1;EX0=1;}主程序ORG0100HINTP：JBF0,FSCLRP1.0；F0=0,关水CPLF0RETIFS:SETBP1.0；F0=1,放水CPLF0RETIvoidintp(void)interrupt0using1{if(F0){P1.0=0；//F0=0，关水F0=~F0;}P1.0=1；//F0=1,放水F0=~F0;}例：用外中断方式读按键，控制灯的亮灭外部IO的中断INT0，和INT1。对应的引脚是P32和P33。P32也就是接在K1的引脚。所以当我们按下P32接到地的时候，可以触发一个INT0中断。#defineucharunsignedchar//定义一下方便使用#defineuintunsignedint#defineulongunsignedlong#includereg52.h//包括一个52标准内核的头文件sbitP10=P1^0;//头文件中没有定义的IO就要自己来定义了sbitP11=P1^1;sbitP12=P1^2;sbitP13=P1^3;sbitK1=P3^2;bitldelay=0;//长定时溢出标记,预置是0ucharspeed=10;//设置一个变量保存默认的跑马灯的移动速度ucharspeedlever=0;//保存当前的速度档次charcodedx516[3]_at_0x003b;//这是为了仿真设置的//用外中断方式读按键K1，点亮一个LEDvoidmain(void)//主程序{IT0=1;//外中断跳变产生中断EX0=1;EA=1;//打开总中断while(1)//主程序循环{}}//外中断0int0()interrupt0{P10=0;//在中断里点亮LED}作业：用中断方式的按键K1，控制一个LED灯的亮和灭两种状态提示：需要去抖操作，否则按键抖动会引起多种中断。补充习题1、什么是中断？2、为什么要引进中断机制？3、中断响应的条件是什么？