本科单片微型计算机原理及应用第5章

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1、第5章输入/输出、中断、定时与串行通信第5章输入/输出、中断、定时与串行通信5.1I/O概述5.2输入/输出传送方式5.3MCS-51单片机的中断系统5.4定时/计数器5.5串行通信接口第5章输入/输出、中断、定时与串行通信5.1I/O概述5.1.1I/O接口电路的作用一个计算机系统的组成,除了CPU、存储器外,还必须有外部设备。计算机通过输入/输出设备和外界进行通信。计算机所用的数据以及现场采集的各种信息都要通过输入设备送到计算机;而计算的结果和计算机产生的各种控制信号又需通过输出设备输出到外部设备。第5章输入/输出、中断、

2、定时与串行通信计算机的I/O操作,即CPU和外部设备之间的数据传送却十分复杂。主要表现在以下几个方面：(1)外部设备的工作速度与计算机相比要低得多。(2)外部设备的种类繁多,有机械式、机电式及电子式等等。(3)外部设备的数据信号是多种多样的,既有电压信号,也有电流信号;既有数字量,还有模拟量。(4)外部设备的数据传送有近距离的,也有远距离的;有的使用并行数据传送,而有的则使用串行传送数据。第5章输入/输出、中断、定时与串行通信具体说来,接口电路主要有以下几项功能：(1)速度协调。(2)数据锁存。(3)三态缓冲。(4)数据转换。

3、第5章输入/输出、中断、定时与串行通信5.1.2接口与端口“接口”一词是从英文interface翻译过来的,具有界面、相互联系等含义。接口这个术语在计算机领域中应用十分广泛,本章所讲述的接口则特指计算机与外设之间在数据传送方面的联系,其功能主要是通过电路实现的,因此称之为接口电路,简称接口。第5章输入/输出、中断、定时与串行通信5.1.3I/O的编址方式在计算机中,凡需进行读写操作的设备都存在着编址问题。具体说来在计算机中有两种需要编址的器件：一种是存储器,另一种就是接口电路。存储器是对存储单元进行编址,而接口电路则是对其中的

4、端口进行编址。对端口编址是为I/O操作而进行的,因此也称为I/O编址。常用的I/O编址有两种方式：独立编址方式和统一编址方式。1.独立编址方式2.统一编址方式第5章输入/输出、中断、定时与串行通信5.2输入/输出传送方式5.2.1无条件传送方式无条件传送也称为同步程序传送,类似于CPU和存储器之间的数据传送。只有那些一直为数据I/O传送作好准备的外部设备,才能使用无条件传送方式。这种传送方式不需要测试外部设备的状态,可以根据需要随时进行数据传送操作。无条件传送方式适用于以下两类外部设备的输入输出：第5章输入/输出、中断、定时与

5、串行通信(1)外设的工作速度非常快,足以和CPU同步工作。(2)具有常驻的或变化缓慢的数据信号的外设。第5章输入/输出、中断、定时与串行通信5.2.2查询传送方式查询传送又称为条件传送,即数据的传送是有条件的。在输入/输出之前,先要检测外设的状态,以了解外设是否已为数据输入输出作好了准备，只有在确认外设已“准备好”的情况下,CPU才能执行数据输入/输出操作。通常把通过程序对外设状态的检测称之为“查询”,所以这种有条件的传送方式又叫做程序查询方式。查询的流程图如图5―1　所示。第5章输入/输出、中断、定时与串行通信图5―1查询方

6、式流程图第5章输入/输出、中断、定时与串行通信5.2.3中断传送方式由于查询传送方式为CPU主动要求传送数据,而它又不能控制外设的工作速度,因此只能用等待的方式来解决配合的问题。中断方式则是在外设为数据传送作好准备之后,就向CPU发出中断请求信号(相当于通知CPU)，CPU接收到中断请求信号之后立即作出响应,暂停正在执行的原程序(主程序),而转去为外设的数据输入输出服务，待服务完之后,程序返回,CPU再继续执行被中断的原程序。第5章输入/输出、中断、定时与串行通信由于CPU的工作速度很快,传送1次数据(包括转入中断和退出中断)

7、所需的时间很短。对外设来讲,似乎是对CPU发出数据传送请求的瞬间,CPU就实现了；对主程序来讲,虽然中断了1个瞬间,但由于时间很短,也不会有什么影响。第5章输入/输出、中断、定时与串行通信5.3MCS-51单片机的中断系统5.3.1中断的概念计算机暂时中止正在执行的主程序,转去执行中断服务程序,并在中断服务程序执行完了之后能自动回到原主程序处继续执行，这个过程叫做“中断”。中断需要解决两个主要问题：一是如何从主程序转到中断服务程序；二是如何从中断服务程序返回主程序。第5章输入/输出、中断、定时与串行通信大体说来,采用中断系统改

8、善了计算机的性能,主要表现在以下几个方面：(1)有效地解决了快速CPU与慢速外设之间的矛盾,可使CPU与外设并行工作,大大提高了工作效率。(2)可以及时处理控制系统中许多随机产生的参数与信息,即计算机具有实时处理的能力,从而提高了控制系统的性能。(3)使系统具备了处理故障的能