CH5 输入输出和中断

MCS-51单片机原理及应用第5章输入／输出和中断掌握：1、输入输出及中断的有关概念2、中断程序编制进度安排：6学时MCS-51单片机原理及应用输入：程序、原始数据和现场采集到的资料和信息通过输入装置输入计算机。外设→计算机输出：计算结果或各种控制信号要输出到各种输出装置，以便显示、打印和实现各种控制动作。计算机→外设第5章输入／输出和中断基本概念：MCS-51单片机原理及应用5.1输入／输出的基本概念MCS-51单片机原理及应用5.1.1输入／输出设备简称I/O设备（Input/OutputDevice），相对主机（包括CPU和主存储器）而言。输入设备：向主机输送信息的设备；输出设备：接收主机信息的设备称。I/O设备在主机的外面，又称为外部设备（简称外设）。MCS-51单片机原理及应用（1）输入设备功能：将计算程序、原始数据和现场采集的资料、信息输入到计算机。常用输入设备：键盘、纸带、图形输入装置、声音输入设备和A/D转换器等。5.1.1输入／输出设备依据功能的不同，外设可以分为三类：MCS-51单片机原理及应用（2）输出设备功能：将运算结果以人们容易识别的形式呈现给人们，或将各种控制信号传送给外界，以实现各种控制动作。常用的输出设备：显示器、绘图仪、打印机、D/A转换器等。5.1.1输入／输出设备MCS-51单片机原理及应用（3）外存储器（辅存）功能：存储主存储器（内存）暂时不用的系统软件和应用软件。既可以接收主机送来的信息，又可以把存储在其上的程序代码和数据读出来送给主机，故它既可看作输入设备又可看作输出设备，是二者兼而有之的I/O设备。常用的外存储器:软盘、硬磁盘、、光盘等。5.1.1输入／输出设备MCS-51单片机原理及应用5.1.3I／O接口的作用及类型接口：一种过渡电路，使各种各样的I/O设备和CPU协调工作。一个自动控制产品电路的设计，某种意义上讲就是在选择了各个要素后进行的接口设计。I/O接口的作用：速度匹配（数据锁存），总线隔离（三态缓冲），传输方式和电平的转换，改变信号性质。5.1.3I／O接口的作用及类型MCS-51单片机原理及应用1）速度匹配5.1.3I／O接口的作用及类型输出接口电路设计中，为了实现速度匹配，要设置数据锁存器，实现高速CPU和低速外设的速度匹配。MCS-51单片机原理及应用2）实现与外设的隔离(三态缓冲)总线隔离技术：任一时刻，只允许一个数据源使用数据总线。其余数据源都和数据总线隔离。输入接口电路（P135图5－3）5.1.3I／O接口的作用及类型MCS-51单片机原理及应用总线隔离技术三态缓冲器：为了减少信息传输线的数目，大多数计算机中的信息传输线采用总线形式，即凡要传输的同类信息都走同一组传输线，且信息是分时传送的。在计算机中一般有三组总线，要求凡挂在总线上的寄存器或存储器等，它的传输端不仅能呈现0、1态，而且还能传输第三种状态——高阻抗状态，即好像输出端被断开，对总线的状态不起作用，此时总线可由其它器件独用。三态门就可实现该功能，除了输入输出端外还有控制端。5.1.3I／O接口的作用及类型MCS-51单片机原理及应用3）改变信号的性质一个外设通常需要一个I/O接口，而一个I/O接口需要有多个端口，一个端口有一个端口地址；将外部的各种信号转换为单片机可识别的数据信息，也可将单片机的控制信号、数据信息、状态信息等转换为外设所能识别的信号。5.1.3I／O接口的作用及类型MCS-51单片机原理及应用4）实现数据传输方式转换和电平变换I/O数据有并行和串行两种传送方式。但是通常数据在CPU内部传送是并行的。CPU输入／输出的数据和控制信号是TTL电平，外部设备的信号电平类型比较多。5.1.3I／O接口的作用及类型MCS-51单片机原理及应用补充：TTL电平通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。TTL电平信号对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的，首先计算机处理器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也较低，另外TTL电平信号直接与集成电路连接而不需要价格昂贵的线路驱动器以及接收器电路；再者，计算机处理器控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的，而TTL接口的操作恰能满足这个要求。TTL型通信大多数情况下，是采用并行数据传输方式，而并行数据传输对于超过10英尺的距离就不适合了。这是由于可靠性和成本两面的原因。因为在并行接口中存在着偏相和不对称的问题，这些问题对可靠性均有影响。TTL输出高电平2.4V，输出低电平0.4V。在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平：输入高电平=2.0V，输入低电平=0.8V，噪声容限是0.4V。5.1.3I／O接口的作用及类型MCS-51单片机原理及应用I/O接口的类型：串行和并行串行I/O口：满足串行I/O设备要求，改变数据的传送方式。输入时：一位位接收数据，够一个字节通过中断告诉CPU取走（并行）数据；输出时：一位位输出数据，输完一个字节通过中断从CPU并行接收下一个字节数据；串行接口电路可集成在51内部，另有专用I/O芯片（如8251等）并行I/O口：不改变数据传输方式，只需实现速度、电平匹配，数据缓冲等。串行接口电路可集成在51内部，另有专用I/O芯片（如8255、8155等）5.1.3I／O接口的作用及类型MCS-51单片机原理及应用5.1.4I/O端口的编址方式CPU与外设交换信息，是按I/O端口地址进行的。5.1.4I/O端口的编址方式MCS-51单片机原理及应用两种方式：（1）单独编址(Z80)（2）和存储器统一编址(MCS-51)5.1.4I/O端口的编址方式MCS-51单片机原理及应用I/O端口的编址方式00H－0FFH（1）单独编址优点：不占用存储器地址。缺点：需要专用的I/O指令，并且需要增加控制线。5.1.4I/O端口的编址方式MCS-51单片机原理及应用（2）I/O端口和存储器统一编址把I/O端口当作存储单元对待，即让I/O端口地址占用部分存储器单元地址。5.1.4I/O端口的编址方式MCS-51单片机原理及应用P137统一编址示意图5.1.4I/O端口的编址方式MCS-51单片机原理及应用统一编址的优缺点优点：缺点：5.1.4I/O端口的编址方式I/O断口占用部分存储器地址，存储器容量减少MCS-51单片机原理及应用P138访问外部RAM和I/O端口的数据传输指令：MOVXA,@RiMOVX@Ri，AMOVXA,@DPTRMOVX@DPTR，A5.1.4I/O端口的编址方式MCS-51单片机原理及应用5.2输入／输出数据的传送方式根据CPU和不同外设的匹配，选择不同的传送方式无条件传送查询式传送中断传送DMA传送掌握这四种方式各在什么情况下使用。5.2输入／输出数据的传送方式MCS-51单片机原理及应用5.2.1无条件传送特点：不查询外设的状态，直接传输数据；程序简单，节省硬软件资源。使用者要确信外设已经准备好才用，否则会出错。常使用的情况：1、外设速度快，和CPU相当。2、外设速度非常慢。5.2.1无条件传送MCS-51单片机原理及应用无条件传送的接口输入：认为数据已达三态缓冲器MOVDPTR,#PORTMOVXA,@DPTR输出：认为锁存器是空。MOVDPTR,#PORTMOVX@DPTR，A网页动画5.2.1无条件传送MCS-51单片机原理及应用5.2.2查询式传送方式在不便使用无条件传送场合下，可采用查询式传送来解决CPU和外设的速度匹配问题。CPU需要I/O口为外设提供两个端口：状态端口PORTS，数据端口PORTDCPU通过状态端口查询外设“准备好”后进行数据传送。思考：查询式时，CPU需要执行哪些指令？5.2.2查询式传送方式MCS-51单片机原理及应用5.2.2查询式传送方式查询式输入：MCS-51单片机原理及应用查询式输出：5.2.2查询式传送方式MCS-51单片机原理及应用状态信息通常用一位就可以表达。例如，可用状态端口PORTS的D7表示Ready信息，D7＝1为准备好。查询输入部分程序如下：5.2.2查询式传送方式MCS-51单片机原理及应用课本内容修正：P140页中间MOVX@DPTR,A改为MOVXA,@DPTRP141页中间“如图5－10所示。当输出设备将数据输出后，发出一个回答信号”P141页中间MOVXA,@DPTR改为MOVX@DPTR,AP141，图5－10中右侧“与门2”的图，在“2”的下方的右引脚添加“RD”收到数据后5.2.2查询式传送方式MCS-51单片机原理及应用5.2.3中断传送方式P142图5－135.2.3中断传送方式MCS-51单片机原理及应用中断处理方式示意与子程序调用类似不同点：CALL指令，外设申请；INT，INTI。5.2.3中断传送方式MCS-51单片机原理及应用查询方式和中断方式比较5.2.3中断传送方式MCS-51单片机原理及应用5.2.4DMA(DirectMemoryAccess)传送方式在存储器和外设间直接进行数据传输，无需CPU干预。5.2.4DMA传送方式MCS-51单片机原理及应用DMA传输方式工作原理5.2.4DMA传送方式MCS-51单片机原理及应用DMA工作流程5.2.4DMA传送方式MCS-51单片机原理及应用5.3中断技术5.3.1中断的定义及功能5.3.1中断的定义及功能MCS-51单片机原理及应用5.3.1中断的定义及功能中断的功能：1、分时操作：多个外设同时工作，统一管理2、实时处理：实时处理要处理的现场参数、信息3、故障处理：处理预先不能料到的故障。MCS-51单片机原理及应用51单片机：“三类五源中断，两级管理”五个中断源：入口地址引脚外部中断0（INT0）0003HP3.2T0溢出中断000BH外部中断1（INT1）0013HP3.3T1溢出中断001BH串口中断0023H中断请求源（“三类五源中断”）5.3.2中断源5.3.2中断源MCS-51单片机原理及应用外部中断0（2.3P）：来自沿时，产生中断请求。0INT引脚，采集到低电平或者下降3.3P引脚，采集到低电平或者下降外部中断1（）：来自沿时，产生中断请求。1INT定时器∕计数器0（0T）：定时功能时，计数脉冲来自片内；计数功能时，计数脉冲来自片外4.3P引脚。发生溢出时，产生中断请求。定时器∕计数器1（1T）：定时功能时，计数脉冲来自片内；计数功能时，计数脉冲来自片外5.3P引脚。发生溢出时，产生中断请求MCS-51单片机原理及应用中断源的中断请求，如何通知CPU？利用中断请求标志位来通知！！！MCS-51单片机原理及应用TCONSCON可以位寻址位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H位符号TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TCONSCON位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H位符号SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRIMCS-51单片机原理及应用在中断源与CPU之间有二级中断允许控制逻辑电路，类似开关，其中第一级为一个总开关，第二级为五个分开关，由IE控制。中断控制（两级管理）1、中断屏蔽（第一级管理）IEEX0ET0EX1ET1ES——EAMCS-51单片机原理及应用2、中断优先级（第二级管理）为什么要有中断优先级？CPU同一时间只能响应一个中断请求。若同时来了两个或两个以上中断请求，就必须有先有后。！！！为此将5个中断源分成高级、低级两个级别，高级优先，由IP控制。IPPX0PT0PX1PT1PS——————PS——串口的中断优先级别PT1——定时/计数器T1的中断优先级别PX1——外部中断1的中断优先级别PT0——定时/计数器T0的中断优先级别PX0——外部中断0的中断优先级别该位是“1”时，为高级优先级该位是“0”时，为低级优先级MCS-51单片机原理及应用5.3.3中断的分类