单片机原理 接口技术及应用 教学课件 作者 黄建新 编6 输入输出和中断.ppt

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1、6输入输出和中断6.1输入输出的基本概念输入/输出（I/O）是计算机与外部世界交换信息必须具备的功能，通过键盘、鼠标、BCD拨码盘等输入设备将程序、数据等信息送入计算机的过程称为输入，而通过显示器、指示灯、打印机等输出设备将处理结果送出的过程称为输出。由于目前所使用的外设种类繁多，有机械式、电动式、电子式等形式，它们的信息类型也各有差异，可以是数字量、模拟量或开关量，因此外设和CPU之间通常是不能直接连接的，而必须通过接口电路相连接。6.1.1I/O接口的功能接口是将外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。接口电路应具有以下

2、功能：（1）地址译码与设备选择所有外设都通过I/O接口挂接在系统总线上，在任一时刻总线只允许一个外设与CPU进行数据传送。因此，只有通过地址译码选中的I/O接口允许与总线相通，而未被选中的I/O接口呈现为高阻状态，与总线隔离。（2）缓冲锁存数据为解决CPU和外设之间的速度差异，接口应具有数据缓冲、锁存能力。（3）信息的输入输出通过I/O接口，CPU可以从外部设备输入各种信息，也可将信息输出到外设；CPU通过向I/O接口写入命令可以控制I/O接口的工作；还可以随时监测I/O接口和外设的工作状态；必要时外设还可以通过I/O接口

3、向CPU发出中断请求。（4）信息转换当外设的电平不符合CPU的要求时，需由I/O接口进行电平转换。当外设以电流量的形式输入时，需要I/O接口将其转换成电压量的形式与CPU相连接。有些外设以串行方式发送或接收数据时，需要接口电路将其转换成并行数据再与CPU相连接。因此，I/O接口应具备信息格式转换、电平变换的能力。6.1.2I/O接口的编址方式CPU与I/O接口进行信息交换实际上是通过I/O接口内部的一组寄存器实现的（简单的接口也可由三态门构成，但要求传输过程未结束前信号保持不变），这些寄存器称为I/O端口（I/OPort）

4、。I/O端口有数据端口、状态端口和命令（或控制）端口三类。根据需要，一个I/O接口可能包含全部三类端口，也可能只包含其中的一类或二类端口。CPU通过数据端口从外设读入数据或向外设输出数据，通过状态端口读入设备的当前状态，通过命令（控制）端口向外设发出控制命令。为了与I/O接口的信息交换，CPU就像为内存单元分配地址那样为每个端口分配一个地址（称为端口地址）。当一个I/O接口有多个端口时，为管理方便，通常是为其分配一个连续的地址块，这个地址块中最小的那个地址称为接口的基地址。所有的端口都需要编址，常用的编址方式有两种：一是I

5、/O端口与内存单元统一编址；二是I/O端口独立编址。（1）I/O端口与内存统一编址该编址方式又称为存储器映射编址方式，即将每个I/O端口都当作一个存储单元对待。CPU将地址空间的一部分划给I/O接口，在此范围内，给每个端口分配一个具体的地址，故每个端口地址将占用存储器的一个地址。统一编址的优点是：不需要设置专门的访问I/O端口的指令，可以用访问外部RAM的指令来访问I/O端口，为访问外设带来了很大的灵活性；端口地址可以有较大的编址空间，安排较灵活。统一编址的缺点是：I/O接口占据了一部分地址空间，减少了内存可用的地址范围；

6、从指令形式上不易区分当前指令是对RAM进行操作还是对端口进行操作。（2）I/O端口独立编址I/O端口独立编址时，存储单元地址空间和端口地址空间是相互独立的，CPU在寻址存储单元和端口时，使用不同的控制信号，操作的指令形式也是不一样的。独立编址的优点是：不占用存储器地址空间，因而不会减少存储器容量；由于使用专门的输入/输出指令，因而易于和访问存储器的指令相区别，程序可读性强。独立编址的缺点是：由于对端口的操作只有输入/输出指令可用，且这些指令的功能单一，因而编程的灵活性小；在硬件上需要对外设端口的译码芯片，增加了成本，同时C

7、PU的引脚上也要有对接口进行操作的控制线。6.1.3接口电路的基本构成（1）接口的基本构成接口的基本构成如图6－1所示。其各部分功能如下：图6－1接口的基本构成①数据输入/输出寄存器——暂存输入/输出的数据②命令寄存器——存放控制命令，用来设定接口功能、工作参数和工作方式③状态寄存器——保存外设当前状态，以供CPU读取④译码电路——根据地址总线信息选中某一个寄存器。⑤控制逻辑——控制各部分协调工作。（2）接口电路传送的信息图6－2为CPU通过接口与外设的连接示意图。通过接口传送的信息包括数据信息、状态信息和控制信息。图6－

8、2CPU与外设的连接图①数据信息a.数字量：通常以8位或16位的二进制数以及ASCII码的形式传输，主要指由键盘、磁带机、磁盘等输入的信息或主机送给打印机、显示器、绘图仪等的信息。b.开关量：用“0”和“1”来表示两种状态，如开关的通/断。c.模拟量：模拟的电压、电流或者非电量。对模拟量输入而言，需先经