专题六计算机硬件技术基础输入输出和中断赵晓安.pptx
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1、1 输入输入/输出的基本概念输出的基本概念2 输入输入/输出数据的传送方式输出数据的传送方式 3 中断技术中断技术4 MCS-51的中断系统的中断系统5 学会学会MCS-51中断程序设计及应用中断程序设计及应用6 学会与中断有关的硬件连线学会与中断有关的硬件连线本章重点及要求本章重点及要求5.1 输入输入/输出的基本概念输出的基本概念5.2 输入输入/输出数据的传送方式输出数据的传送方式 5.3 中断技术中断技术5.4 MCS-51的中断系统的中断系统5.5 MCS-51对外部中断源的扩展对外部中断源的扩展第五章第五章输入输入/输出和中断输出和中断5 51 11 1 输入输入/输出设备输出设备
2、5 51 12 2 输入输入/输出传送的信息输出传送的信息 5 51 13 3 输入输入/输出接口的作用及其类型输出接口的作用及其类型5 51 14 4 I/OI/O端口的编址方式端口的编址方式 5 51 1 输入输入/输出的基本概念输出的基本概念5 52 21 1 无条件传送方式无条件传送方式 (又称(又称同步传送同步传送)5 52 22 2 查询式传送方式查询式传送方式 (又称条件传送(又称条件传送异步传送异步传送)5.2 5.2 输入输入/输出数据的传送方式输出数据的传送方式5 52 23 3 中断传送中断传送方式方式5 52 24 4 DMADMA传送传送方式方式5 53 31 1 中
3、断的定义及必要性中断的定义及必要性5 53 32 2 中断源中断源5 53 33 3 中断的分类中断的分类5 53 34 4 中断系统的功能中断系统的功能5 53 35 5 中断处理过程中断处理过程5.3 5.3 中断技术中断技术541 MCS-51的的中断源和中断标志中断源和中断标志542 MCS-51对对中断请求的控制中断请求的控制543 MCS-51对对中断的响应和撤除中断的响应和撤除544 MCS-51中断系统的中断系统的初始化及应用初始化及应用 5.4 MCS-515.4 MCS-51的中断系统的中断系统 MCS-51 的中断程序设计的中断程序设计举例举例 MCS-51 的中断系统的
4、的中断系统的结构结构5.5.1 借用定时器借用定时器/计时器溢出中断扩展外部中断源计时器溢出中断扩展外部中断源 (P160 利用计数溢出,扩展中断源)利用计数溢出,扩展中断源)来自来自P3.4(T0)或或P3.5(T1)引脚的引脚的 外部输入计数脉冲相当于中断请求信号外部输入计数脉冲相当于中断请求信号5.5.2 使用硬件申请软件查询法扩展外部中断源使用硬件申请软件查询法扩展外部中断源 (P161 硬件申请,软件查询的方法)硬件申请,软件查询的方法)55 MCS-51对外部中断源的扩展对外部中断源的扩展5 51 11 1 输入输入/输出设备输出设备 输入设备:输入设备:输入设备:输入设备:定义:
5、定义:定义:定义:往主机传送信息的设备往主机传送信息的设备往主机传送信息的设备往主机传送信息的设备 常用的输入设备:常用的输入设备:常用的输入设备:常用的输入设备:键盘、鼠标、扫描仪、读卡机等键盘、鼠标、扫描仪、读卡机等键盘、鼠标、扫描仪、读卡机等键盘、鼠标、扫描仪、读卡机等 输出设备输出设备输出设备输出设备 定义:定义:定义:定义:接收主机信息并送出信息呈现给人们的设备接收主机信息并送出信息呈现给人们的设备接收主机信息并送出信息呈现给人们的设备接收主机信息并送出信息呈现给人们的设备 常用的输出设备:常用的输出设备:常用的输出设备:常用的输出设备:显示器、打印机、绘图仪等显示器、打印机、绘图仪
6、等显示器、打印机、绘图仪等显示器、打印机、绘图仪等外设与外设与CPUCPU是通过接口连接是通过接口连接CPUCPU接接接接 口口口口接接接接 口口口口外设外设外设外设1 1 1 1外设外设外设外设2 2 2 2地址总线地址总线地址总线地址总线 ABAB数据总线数据总线数据总线数据总线 DBDB控制总线控制总线控制总线控制总线 CBCB5 51 12 2 输入输入/输出传送的信息输出传送的信息 数据信息数据信息 数字量数字量数字量数字量 模拟量模拟量模拟量模拟量 开关量开关量开关量开关量 状态信息状态信息表征外设状态表征外设状态表征外设状态表征外设状态 控制信息控制信息控制外设启停控制外设启停控
7、制外设启停控制外设启停 在输入时,输入装置的信息是否准在输入时,输入装置的信息是否准在输入时,输入装置的信息是否准在输入时,输入装置的信息是否准备好(备好(备好(备好(ReadyReady););););在输出时在输出时在输出时在输出时 ,输出装置是否有空,输出装置是否有空,输出装置是否有空,输出装置是否有空(EmptyEmpty),若输出装置正在输出信息,),若输出装置正在输出信息,),若输出装置正在输出信息,),若输出装置正在输出信息,则以则以则以则以BusyBusy指示。指示。指示。指示。二进制形式表示的数或以二进制形式表示的数或以二进制形式表示的数或以二进制形式表示的数或以ASCASC
8、ASCASC码表示码表示码表示码表示的数或字符的数或字符的数或字符的数或字符 。模拟量必须先经过模拟量必须先经过模拟量必须先经过模拟量必须先经过A/DA/DA/DA/D转换才能输入计转换才能输入计转换才能输入计转换才能输入计算机,计算机的控制输出也必须先经过算机,计算机的控制输出也必须先经过算机,计算机的控制输出也必须先经过算机,计算机的控制输出也必须先经过D/AD/AD/AD/A转换才能控制执行机构。转换才能控制执行机构。转换才能控制执行机构。转换才能控制执行机构。只要用一位二进制数即可表示的量,如只要用一位二进制数即可表示的量,如只要用一位二进制数即可表示的量,如只要用一位二进制数即可表示
9、的量,如电机的运转与停止,开关的合与断,阀门的电机的运转与停止,开关的合与断,阀门的电机的运转与停止,开关的合与断,阀门的电机的运转与停止,开关的合与断,阀门的打开和关闭等。打开和关闭等。打开和关闭等。打开和关闭等。5 51 13 3 输入输入/输出接口的作用及其输出接口的作用及其类型类型接口电路的作用接口电路的作用 锁存作用锁存作用锁存作用锁存作用防止由于防止由于防止由于防止由于CPUCPU速度快,外设慢而产生的丢数现象速度快,外设慢而产生的丢数现象速度快,外设慢而产生的丢数现象速度快,外设慢而产生的丢数现象 隔离作用隔离作用隔离作用隔离作用防止防止防止防止DBDB上的信息重叠上的信息重叠上
10、的信息重叠上的信息重叠 变换作用变换作用变换作用变换作用在在在在CPUCPU与外设之间进行信息类型、电平、传送接收方与外设之间进行信息类型、电平、传送接收方与外设之间进行信息类型、电平、传送接收方与外设之间进行信息类型、电平、传送接收方式变换式变换式变换式变换 联络作用联络作用联络作用联络作用在在在在CPUCPU与外设之间进行联络,与外设之间进行联络,与外设之间进行联络,与外设之间进行联络,Ready,BusyReady,Busy输出接口电路输出接口电路锁存作用锁存作用输出接口中必须含锁存器输出接口中必须含锁存器接口电路接口电路接口电路接口电路(锁存器锁存器锁存器锁存器).锁存信号锁存信号锁存
11、信号锁存信号 写选通写选通写选通写选通输出数据输出数据输出数据输出数据DBDB来自来自来自来自CPUCPU速度匹配速度匹配输入接口电路输入接口电路隔离作用隔离作用输入接口中必须含三态门输入接口中必须含三态门接口电路接口电路接口电路接口电路(三态门三态门三态门三态门).读选通信号读选通信号读选通信号读选通信号输入允许输入允许输入允许输入允许输入数据输入数据输入数据输入数据接口电路接口电路接口电路接口电路(三态门三态门三态门三态门).输入数据输入数据输入数据输入数据DBDB防止信息重叠防止信息重叠1 1、I/OI/O接口的种类很多,有两种基本类型接口的种类很多,有两种基本类型接口的种类很多,有两种
12、基本类型接口的种类很多,有两种基本类型 串行串行串行串行I/OI/O接口接口接口接口 并行并行并行并行I/OI/O接口接口接口接口2 2、不可编程接口、不可编程接口、不可编程接口、不可编程接口 例:例:例:例:74LS27374LS273、74LS37374LS373、74LS138 74LS138、74LS24474LS2443 3、可编程接口、可编程接口、可编程接口、可编程接口 例:例:例:例:81558155、82558255、82508250、82538253I/O接口的类型接口的类型514 I/O端口的编址方式端口的编址方式 统一编址统一编址统一编址统一编址 I/OI/O端口与内存储
13、器采用一套地址,完全象存储器端口与内存储器采用一套地址,完全象存储器端口与内存储器采用一套地址,完全象存储器端口与内存储器采用一套地址,完全象存储器单元一样处理,使用访问存储器的指令。单元一样处理,使用访问存储器的指令。单元一样处理,使用访问存储器的指令。单元一样处理,使用访问存储器的指令。如:如:如:如:movx movx 类指令类指令类指令类指令 独立编址独立编址独立编址独立编址 采用一套与存储器不同的地址,利用采用一套与存储器不同的地址,利用采用一套与存储器不同的地址,利用采用一套与存储器不同的地址,利用/MREQ/MREQ(存(存(存(存储器请求)和储器请求)和储器请求)和储器请求)和
14、/IORQ/IORQ(输入输出请求),(输入输出请求),(输入输出请求),(输入输出请求),CPU CPU 有专有专有专有专门的门的门的门的I/OI/O指令指令指令指令 如:如:如:如:ININ,OUT OUT MCS51MCS51系列采用统一编址系列采用统一编址系列采用统一编址系列采用统一编址 片内片内片内片内RAM RAM 与与与与P0P3P0P3均用均用均用均用MOVMOV指令指令指令指令 片外片外片外片外RAMRAM与外扩口与外扩口与外扩口与外扩口I/OI/O口均用口均用口均用口均用MOVXMOVX指令指令指令指令 接口与端口接口与端口接口:接口:接口:接口:由一个或多个端口组成。由一
15、个或多个端口组成。由一个或多个端口组成。由一个或多个端口组成。端口:端口:端口:端口:可被独立选通的可被独立选通的可被独立选通的可被独立选通的I/OI/O接口电路,简称口。接口电路,简称口。接口电路,简称口。接口电路,简称口。端口地址:端口地址:端口地址:端口地址:端口在系统中被分配的惟一地址,简称口地址。端口在系统中被分配的惟一地址,简称口地址。端口在系统中被分配的惟一地址,简称口地址。端口在系统中被分配的惟一地址,简称口地址。端口可分为:端口可分为:端口可分为:端口可分为:输入端口输入端口输入端口输入端口CPUCPU从中读取外设的状态或数据信息从中读取外设的状态或数据信息从中读取外设的状态
16、或数据信息从中读取外设的状态或数据信息 输出端口输出端口输出端口输出端口CPUCPU通过它输出控制信号或数据信息通过它输出控制信号或数据信息通过它输出控制信号或数据信息通过它输出控制信号或数据信息 状态端口状态端口状态端口状态端口CPUCPU从中读取外设的状态信息从中读取外设的状态信息从中读取外设的状态信息从中读取外设的状态信息 控制端口控制端口控制端口控制端口由由由由CPUCPU控制输出控制信号控制输出控制信号控制输出控制信号控制输出控制信号 数据端口数据端口数据端口数据端口 可以是输入数据端口或输出数据端口可以是输入数据端口或输出数据端口可以是输入数据端口或输出数据端口可以是输入数据端口或
17、输出数据端口 I/OI/O信息都是通过信息都是通过信息都是通过信息都是通过数据总线数据总线数据总线数据总线传递的。传递的。传递的。传递的。5 52 21 1 无条件传送方式(又称同步传送)无条件传送方式(又称同步传送)应用于定时为已知应用于定时为已知应用于定时为已知应用于定时为已知的且的且的且的且 固定不变的低固定不变的低固定不变的低固定不变的低速速速速I/OI/O 无需等待的高速无需等待的高速无需等待的高速无需等待的高速I/OI/O movxA,DPTRmovxA,DPTR movxDPTR,AmovxDPTR,ADB三态门三态门三态门三态门锁存器锁存器锁存器锁存器地址译码器地址译码器地址译
18、码器地址译码器地址译码器地址译码器地址译码器地址译码器来自外设来自外设来自外设来自外设至外设至外设至外设至外设ABRDRDWRWR无条件无条件无条件无条件I/OI/O举例举例举例举例显示程序设计显示程序设计显示程序设计显示程序设计输出接口原理图输出接口原理图外设收到外设收到外设收到外设收到CPUCPUCPUCPU数据后以数据后以数据后以数据后以“应答信号应答信号应答信号应答信号”清掉状态信号清掉状态信号清掉状态信号清掉状态信号CPUCPUCPUCPU写入数据后,置入状态信号写入数据后,置入状态信号写入数据后,置入状态信号写入数据后,置入状态信号 Q=1Q=1Q=1Q=1口地址口地址地址译码器地
19、址译码器QRD5V应答信号应答信号WR锁存器锁存器输出设备输出设备PORTD译码译码PORTS译码译码状态线状态线Busy状态信息状态信息D6RDDB输入接口原理图输入接口原理图地址译码器地址译码器地址译码器地址译码器QQR RD D三态三态三态三态缓冲器缓冲器缓冲器缓冲器锁存器锁存器锁存器锁存器输入设备输入设备输入设备输入设备5V5V选通信号选通信号选通信号选通信号RDRD口地址口地址口地址口地址PORTDPORTD译码译码译码译码PORTSPORTS译码译码译码译码D6D6ReadyReady状态信号状态信号状态信号状态信号DB外设准备好,置入状态信号外设准备好,置入状态信号外设准备好,置
20、入状态信号外设准备好,置入状态信号 Q=1Q=1Q=1Q=1CPUCPUCPUCPU读数据口时清掉状态信号读数据口时清掉状态信号读数据口时清掉状态信号读数据口时清掉状态信号5 52 22 2 查询式传送方式查询式传送方式 (又称条件传送(又称条件传送异步传送)异步传送)CPUCPU查询外设状态信息查询外设状态信息查询外设状态信息查询外设状态信息(Ready,Busy)(Ready,Busy),条件,条件,条件,条件 满足时,进行数据传送满足时,进行数据传送满足时,进行数据传送满足时,进行数据传送 程序简单程序简单程序简单程序简单 高速高速高速高速CPUCPU查询低速外设查询低速外设查询低速外设
21、查询低速外设 浪费浪费浪费浪费CPUCPU时间,效率低时间,效率低时间,效率低时间,效率低 输入接口原理图输入接口原理图输入接口原理图输入接口原理图 输出接口原理图输出接口原理图输出接口原理图输出接口原理图 程序流程图程序流程图程序流程图程序流程图条件传送方式程序举例条件传送方式程序举例Test:movDPTR,#PORTTest:movDPTR,#PORTS SmovxA,DPTRmovxA,DPTRanlA,#40HanlA,#40HjzTestjzTest;(jnzTest)(jnzTest)movDPTR,#PORTmovDPTR,#PORTD DmovxA,DPTRmovxA,DPT
22、R;输入输入输入输入(movxDPTR,A(movxDPTR,A;输出;输出;输出;输出)0/10/1状态信号状态信号状态信号状态信号D6输入接口状态输入接口状态输入接口状态输入接口状态准备好?准备好?准备好?准备好?传送信息传送信息传送信息传送信息YESYESNONOReady=1Ready=1Busy=0Busy=0(A)(A)5 52 23 3 中断传送方式中断传送方式中断:中断:中断:中断:要求进行输入、输出的外设,发出就绪信号给要求进行输入、输出的外设,发出就绪信号给要求进行输入、输出的外设,发出就绪信号给要求进行输入、输出的外设,发出就绪信号给CPUCPUCPUCPU,作为中断请求
23、,打断,作为中断请求,打断,作为中断请求,打断,作为中断请求,打断CPUCPUCPUCPU正在进行的工作,即中断正在进行的工作,即中断正在进行的工作,即中断正在进行的工作,即中断CPUCPUCPUCPU正在执行的程序。正在执行的程序。正在执行的程序。正在执行的程序。中断过程中断过程中断过程中断过程 中断方式与查询方式比较中断方式与查询方式比较中断方式与查询方式比较中断方式与查询方式比较 提高了提高了提高了提高了CPUCPUCPUCPU的效率的效率的效率的效率 CPUCPUCPUCPU与外设可并行工作与外设可并行工作与外设可并行工作与外设可并行工作 CPUCPUCPUCPU可及时响应外部事件可及
24、时响应外部事件可及时响应外部事件可及时响应外部事件中断方式与查询方式中断方式与查询方式CPU占用时间比较占用时间比较打印机打印时间打印机打印时间打印机打印时间打印机打印时间数据传输时间数据传输时间数据传输时间数据传输时间查询等待时间查询等待时间查询等待时间查询等待时间数据传输时间数据传输时间数据传输时间数据传输时间执行主程序执行主程序执行主程序执行主程序中断服务时间中断服务时间中断服务时间中断服务时间中断方式中断方式中断方式中断方式查询方式查询方式查询方式查询方式外设工作外设工作外设工作外设工作中断过程中断过程外设发出中断请求信号外设发出中断请求信号外设发出中断请求信号外设发出中断请求信号CP
25、U(CPU(有条件有条件有条件有条件)响应中断响应中断响应中断响应中断进行中断服务进行中断服务进行中断服务进行中断服务(执行中断服务程序,执行响应执行中断服务程序,执行响应执行中断服务程序,执行响应执行中断服务程序,执行响应I/OI/O操作操作操作操作)中断返回中断返回中断返回中断返回(继续执行原程序继续执行原程序继续执行原程序继续执行原程序)利用利用利用利用DMAC(DMADMAC(DMA控制器控制器控制器控制器)实现成组、大实现成组、大实现成组、大实现成组、大批量的数据在内存和外设之间的快速传送。批量的数据在内存和外设之间的快速传送。批量的数据在内存和外设之间的快速传送。批量的数据在内存和
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