[工学]2012-6第六章 输入输出与中断.ppt

华中科技大学电气与电子工程学院 Li cheng 单片机原理及应用技术 1 单片机原理及应用技术 Ceee-Hust LiCheng 第六章 输入输出与中断 I/O信号及寻址方式 6.1 I/O控制方式6.2 中断技术6.3 51单片机中断系统 6.4 2 单片机原理及应用技术 I/O接口是连接I/O设备与计算机的桥梁 微微 型型 机机 I/I/OO 接接 口口 I/I/OO 接接 口口 I/I/OO 设设 备备 I/I/OO 设设 备备 * 3 6-1 I/O信号及寻址方式 6.1.1 I/O接口的作用 单片机原理及应用技术 I/O接口的作用 ： 5.缓冲驱动：驱动多个逻辑部件或大功率执 行部件 4.隔离：多个设备信号通过接口三态门隔 离干扰信号 1.速度匹配：锁存数据、传送联络信号 2.数据格式转换：并-串转换、A/D、D/A 转换 3.电平转换：电平幅值或正/负逻辑转换 *4 6-1 I/O信号及寻址方式 单片机原理及应用技术 6.1.2 I/O接口信 号 1.数据信息：微机与外设交换的信息； 2.状态信息：反映外设工作状态； 3.控制信息：设定I/O电路的工作方式或提 供控制信号； 为每个I/O接口分配对应的I/O地址：数据总线传 递三种信息，用不同I/O地址区别：输入/输出数据 缓冲器共用一个I/O地址：数据端口状态/控制寄存 器共用一个I/O地址：控制/状态端口 *5 6-1 I/O信号及寻址方式 6.1.3 I/O端口的寻址方式 单片机原理及应用技术 1、存储器映射编址方式 I/O接口与存储器共用地址空间。 2、专用I/O地址方式 专用I/O控制信号和I/O指令，I/O接口 独立编址 MCS-51为存储器映射地址方式。有片内 接口和扩展接口。片内I/O接口寄存器在 SFR中，占用用片内数据存储器空间，扩 展I/O接口占用用片外数据存储器地址空间 。 *6 6-1 I/O信号及寻址方式 单片机原理及应用技术 如寻址端口指令： 输出指令输入指令： 片内 MOV P1，A MOV A，P1 片外 MOVX DPTR，A MOVX A，DPTR MOVX R0，A MOVX A，R0 *7 6-1 I/O信号及寻址方式 单片机原理及应用技术 6-26-2 I/OI/O控制方式控制方式 6.2.1 无条件传送 已知I/O设备准备就绪，直接传送数据 优点：接口电路和程序设计都非常简单。 但需要外设总处于“准备好”状态。 *8 单片机原理及应用技术 6.2.2 查询式传送（有条件传送） DB AB 微型机 AB 数据 端口 状态 端口 外 部 设 备 I/O接口 D6 先查询I/O设备当前状态，若准备就绪， 则交换数据，否则继续查询状态。硬件、软 件必须为查询提供支持。 6-26-2 I/OI/O控制方式控制方式 *9 单片机原理及应用技术 INPUT：MOV DPTR，#STATUS；状态口地址 WAIT：MOVX A，DPTR ；输入状态信息 JNB A.6，WAIT ；准备好？ MOV DPTR，#DATA；数据口地址 MOVX A，DPTR ；输入数据 6-26-2 I/OI/O控制方式控制方式 *10 单片机原理及应用技术 6.2.3 中断传送 大多数时间计算机与外设并行工作，计算机不必 因等待而浪费资源。当外设准备就绪，向CPU发出 中断请求信号。CPU暂停当前程序，执行I/O操作。 当I/O操作结束，CPU仍继续被中断的工作。 6.2.4 直接存储器存取方式传送 (DMADirect Memory Access) 用于计算机与高速外设进行大批量数据交换，由 DMA控制器接管总线控制权，RAM与外设之间直接 数据传输，不需CPU的介入。 6-26-2 I/OI/O控制方式控制方式 *11 单片机原理及应用技术 6.3.1 中断概念 1、举例 例子 CPU操作 中断术语 某人看书 执行主程序 日常事务 电话铃响 中断信号INT=0 中断请求 6-36-3 中断技术中断技术 暂停看书 暂停执行主程序 中断响应 书中作记号 当前PC入栈 保护断点 电话谈话 执行I/O程序 中断服务 继续看书 返回主程序 中断返回 *12 单片机原理及应用技术 （1）可屏蔽中断 中断是否被相应可以控制。常称为“开 中断”或“关中断”，可由软件设置允许/ 禁止CPU响应中断。 （2）非屏蔽中断 不可程控“关中断”。有中断请求，CPU 必须响应。 2、中断类型 6-36-3 中断技术中断技术 *13 单片机原理及应用技术 4、中断优先级 （1）同时有多个中断 请求信号，先响应优先级 别高的中断请求 3、中断源 能发出中断请求信号的各 种事件 INT NMI 微型机 日常事务 程序 中断服务程 序1 中断服务程 序2 （2）高优先级中断请求信 号可中断低优先级中断服务 6-36-3 中断技术中断技术 *14 单片机原理及应用技术6-3-2 中断处理过程 5、中断响应条件 （1）有中断请求信号 （2）系统处于开中断状态 6、中断响应过程 （1）关中断：屏蔽其它中断请求信号 （2）保护断点：断点地址压入堆栈保存， 即当前PC值入栈 （3）寻找中断源：中断服务程序入口地址 送入PC，转入中断服务 6-36-3 中断技术中断技术 *15 单片机原理及应用技术6-3-2 中断处理过程 （4）保护现场：中断服务程序使用的所有 寄存器内容入栈 （5）中断处理：执行中断源所要求的程序 段 （6）恢复现场：恢复被使用寄存器的原有 内容 （7）开中断：允许接受其它中断请求信号 （8）中断返回：执行RETI指令，栈顶内容 入PC，程序跳 转返回到断点处 6-36-3 中断技术中断技术 *16 单片机原理及应用技术 6.3.2 优先级实现 每个中断源对应一个中断服务程序，多 个中断源按优先级别排队。DMA、NMI、INT 1、软件查询方式 查询电路 中断源寄存器 1 INT 单片机 P1 中断请求1 中断请求2 中断请求8 查询程序 INTS：MOV A，P1 JB A.0，SV1；查询高级中断请求 JB A.1，SV2；查询较低级中断请求 SV1： ；中断服务程序1 SV2： ；中断服务程序2 6-36-3 中断技术中断技术 *17 单片机原理及应用技术 2.硬件排队电路 硬件优先级排队和中断向量锁存电路。 6-36-3 中断技术中断技术 *18 单片机原理及应用技术 6.4.1 中断系统的结构 51单片机的中断系统中有5个中断源，2个优先 级，可实现二级中断嵌套 。 6-4 51单片机中断系统 *19 单片机原理及应用技术 6.4.2 80C51的中断源 一、中断源 2、 （P3.3）。可由IT1(TCON.2)选择其为 低电平有效还是下降沿有效。当CPU检测到P3.3引 脚上出现有效的中断信号时，中断标志 IE1(TCON.3)置1,向CPU申请中断。 1、 （P3.2）。可由IT0(TCON.0)选择其为低 电平有效还是下降沿有效。当CPU检测到P3.2引脚 上出现有效的中断信号时，中断标志IE0(TCON.1) 置1，向CPU申请中断。 6-4 51单片机中断系统 *20 单片机原理及应用技术 3、TF0（TCON.5），片内定时/计数器T0 溢出中断请求标志。当定时/计数器T0发生 溢出时，置位TF0，并向CPU申请中断。 4、TF1（TCON.7），片内定时/计数器T1 溢出中断请求标志。当定时/计数器T1发生 溢出时，置位TF1，并向CPU申请中断。 5、RI（SCON.0）或TI（SCON.1），串行口 中断请求标志。当串行口接收完一帧串行数 据时置位RI或当串行口发送完一帧串行数据 时置位TI，向CPU申请中断。 6-4 51单片机中断系统 *21 单片机原理及应用技术 二、中断请求标志 1、TCON的中断标志 IT0（TCON.0），外部中断0触发方式控制位。 当IT0=0时，为电平触发方式。 当IT0=1时，为边沿触发方式（下降沿有效）。 IE0（TCON.1），外部中断0中断请求标志位。 IT1（TCON.2），外部中断1触发方式控制位。 IE1（TCON.3），外部中断1中断请求标志位。 TF0（TCON.5），定时/计数器T0溢出中断请求标志位。 TF1（TCON.7），定时/计数器T1溢出中断请求标志位。 6-4 51单片机中断系统 *22 单片机原理及应用技术 2、SCON的中断标志 RI（SCON.0），串行口接收中断标志位。当允 许串行口接收数据时，每接收完一个串行帧，由 硬件置位RI。同样，RI必须由软件清除。 TI（SCON.1），串行口发送中断标志位。当 CPU将一个发送数据写入串行口发送缓冲器时， 就启动了发送过程。每发送完一个串行帧，由硬 件置位TI。CPU响应中断时，不能自动清除TI， TI必须由软件清除。 6-4 51单片机中断系统 *23 单片机原理及应用技术 一、中断允许控制 CPU对中断系统所有中断以及某个中断源的开放和屏 蔽是由中断允许寄存器IE控制的。 6.4.3 80C51中断的控制 EX0(IE.0)，外部中断0允许位； ET0(IE.1)，定时/计数器T0中断允许位； EX1(IE.2)，外部中断0允许位； ET1(IE.3)，定时/计数器T1中断允许位； ES（IE.4)，串行口中断允许位； EA (IE.7)， CPU中断允许（总允许）位。 6-4 51单片机中断系统 *24 单片机原理及应用技术 二、中断优先级控制 80C51单片机有两个中断优先级，即可实现二 级中断服务嵌套。每个中断源的中断优先级都是由 中断优先级寄存器IP中的相应位的状态来规定的 。 PX0（IP.0），外部中断0优先级设定位； PT0（IP.1），定时/计数器T0优先级设定位； PX1（IP.2），外部中断0优先级设定位； PT1（IP.3），定时/计数器T1优先级设定位； PS （IP.4），串行口优先级设定位。 6-4 51单片机中断系统 *25 单片机原理及应用技术 同一优先级中的中断申请不止一个时，则有中 断优先权排队问题。同一优先级的中断优先权排队 ，由中断系统硬件确定的自然优先级形成，其排列 如所示： 6-4 51单片机中断系统 *26 单片机原理及应用技术 80C51单片机的中断优先级有三条原则： CPU同时接收到几个中断时，首先响应优先级别最 高的中断请求。 正在进行的中断过程不能被新的同级或低优先级的 中断请求所中断。 正在进行的低优先级中断服务，能被高优先级中断 请求所中断。 为了实现上述后两条原则，中断系统内部设有两 个用户不能寻址的优先级状态触发器。其中一个置1 ，表示正在响应高优先级的中断，它将阻断后来所 有的中断请求；另一个置1，表示正在响应低优先级 中断，它将阻断后来所有的低优先级中断请求。 6-4 51单片机中断系统 *27 单片机原理及应用技术 一、中断响应条件 中断源有中断请求； 此中断源的中断允许位为1； CPU开中断（即EA=1）； CPU执行完当前指令。 同时满足时，CPU才有可能响应中断。 6.4.4 中断响应条件 6-4 51单片机中断系统 *28 单片机原理及应用技术 二、中断服务的进入 CPU执行程序过程中，在每个机器周期 的S5P2期间，中断系统对各个中断源进行 采样。这些采样值在下一个机器周期内按优 先级和内部顺序被依次查询。 如果某个中断标志在上一个机器周期的 S5P2时被置成了1，CPU转向被称作中断 向量的特定地址单元，进入相应的中断服务 程序。 6-4 51单片机中断系统 *29 单片机原理及应用技术 遇以下任一条件，硬件将受阻而不转向中断服务： CPU正在处理同级或高优先级中断； 当前查询的机器周期不是所执行指令的最后一个机 器周期。即在完成所执行指令前，不会响应中断， 从而保证指令在执行过程中不被打断； 正在执行的指令为RET、RETI或任何访问IE或IP 寄存器的指令。即只有在这些指令后面至少再执行 一条指令时才能接受中断请求。 若由于上述条件的阻碍中断未能得到响应，当条 件消失时该中断标志却已不再有效，那么该中断将 不被响应。 6-4 51单片机中断系统 *30 单片机原理及应用技术 将相应的优先级状态触发器置1（以阻断 后来的同级或低级的中断请求）。 硬件把程序计数器PC的内容压入堆栈保 存，再将相应的中断服务程序的入口地址 送入PC。 执行中断服务程序。 6.4.5 中断响应过程 中断响应过程的前两步是由中断系统内 部自动完成的，而中断服务程序则要由用 户编写程序来完成。 6-4 51单片机中断系统 *31 单片机原理及应用技术 6.4.6 中断返回 RETI指令的具体功能是： 将中断响应时压入堆栈保存的断点地址从栈 顶弹出送回PC，CPU从原来中断的地方继续 执行程序； 将相应中断优先级状态触发器清0，通知中 断系统，中断服务程序已执行完毕。 注意，不能用RET指令代替RETI指令。在中 断服务程序中PUSH指令与POP指令必须成对 使用，否则不能正确返回断点 。 6-4 51单片机中断系统 *32 单片机原理及应用技术 若外部中断定义为电平触发方式，中断标志位 的状态随CPU在每个机器周期采样到的外部中断 输入引脚的电平变化而变化，这样能提高CPU对 外部中断请求的响应速度。但外部中断源若有请 求，必须把有效的低电平保持到请求获得响应时 为止，不然就会漏掉；而在中断服务程序结束之 前，中断源又必须撤消其有效的低电平，否则中 断返回之后将再次产生中断。 电平触发方式适合于外部中断输入以低电平输入 且中断服务程序能清除外部中断请求源的情况。例 如，并行接口芯片8255的中断请求线在接受读或 写操作后即被复位，因此，以其去请求电平触发方 式的中断比较方便。 6-4 51单片机中断系统 *33 单片机原理及应用技术 若外部中断定义为边沿触发方式，在相继连续的 两次采样中，一个周期采样到外部中断输入为高电 平，下一个周期采样到为低电平，则在IE0或IE1中 将锁存一个逻辑1。即便是CPU暂时不能响应，中 断申请标志也不会丢失，直到CPU响应此中断时才 清零。这样，为保证下降沿能被可靠地采样到，外 中断引脚上的高低电平（负脉冲的宽度）均至少要 保持一个机器周期（若晶振为12MHz时，为1微秒 ）。 边沿触发方式适合于以负脉冲形式输入的外部中 断请求，如ADC0809的转换结束标志信号EOC为 正脉冲，经反相后就