第六章微型计算机的输入输出与中断

1、1第六章第六章微型计算机的输入输出微型计算机的输入输出与中断与中断 p6.1 接口电路概述接口电路概述 p6.2 I/O传送方式传送方式 p6.3 中断概述中断概述 p6.4 中断处理过程中断处理过程 p6.5 MCS-51系统及其控制系统及其控制 2引言u回顾计算机系统的组成回顾计算机系统的组成？接口电路接口电路3引言什么是输入什么是输入/输出设备？输出设备？ 计算机有各种用途，但不论用于何种场合，都离不计算机有各种用途，但不论用于何种场合，都离不开信息处理。所处理的信息，均要由输入设备提供，而开信息处理。所处理的信息，均要由输入设备提供，而处理后的结果数据，则要送给输出设备，以各种形式报处

2、理后的结果数据，则要送给输出设备，以各种形式报告给用户。告给用户。例如，例如，键盘、鼠标器、磁盘和扫描仪等是大键盘、鼠标器、磁盘和扫描仪等是大家熟悉的输入设备，而磁盘、显示器、打印机、绘图仪家熟悉的输入设备，而磁盘、显示器、打印机、绘图仪等则是最常见的输出设备。等则是最常见的输出设备。亦即能够完成输入亦即能够完成输入/输出操作输出操作的设备就叫输入的设备就叫输入/输出设备，简称外设或输出设备，简称外设或I/O设备。设备。 外部设备种类繁多，从工作原理来讲，可分为机械外部设备种类繁多，从工作原理来讲，可分为机械式、电动式、电子式和其它形式等几类。它们对所传输式、电动式、电子式和其它形式等几类。它

3、们对所传输的信息的要求也各不相同的信息的要求也各不相同4外部设备外部设备及其信号及其信号1、外部设备（、外部设备（Peripheral Device）按照与按照与CPU数据传输的方向划分数据传输的方向划分:（1）输入设备）输入设备 键盘、鼠标、光笔；键盘、鼠标、光笔； 输入图形信息的扫描仪、数码相机；输入图形信息的扫描仪、数码相机； 检测现场信息的数字化测试仪表；检测现场信息的数字化测试仪表； 模拟量采集和模拟量数字量转换装置等。模拟量采集和模拟量数字量转换装置等。5（2）输出设备）输出设备 显示器、打印机显示器、打印机 绘图仪绘图仪 现场控制的数字量模拟量转换装置和执行元件现场控制的数字量模

4、拟量转换装置和执行元件（3）复合输入输出设备）复合输入输出设备外存储设备是典型的外存储设备是典型的复合复合输入输出设备输入输出设备: 磁带机（磁带机（Tape Driver） 软磁盘驱动器（软磁盘驱动器（Floppy Driver） 硬磁盘驱动器（硬磁盘驱动器（Hard Disk Driver） 光盘驱动器（光盘驱动器（Compact Disk Driver） 许多光盘只能读出信息，称为许多光盘只能读出信息，称为CDROM （Compact DiskRead Only Memory），只读光盘只能用作输入），只读光盘只能用作输入设备。设备。62. 外部设备的信号外部设备的信号（1）数据信号）数

5、据信号按照信号的物理形态，可分为以下几种；按照信号的物理形态，可分为以下几种； 数字量：数字量： 以二进制形式表述的数据、图形或文字信息。以二进制形式表述的数据、图形或文字信息。 模拟量：模拟量： 现场的物理量通过传感器件，转换为大小与现场的物理量通过传感器件，转换为大小与之对应的电压或电流信号。之对应的电压或电流信号。这些量呈连续变化的形态，这些量呈连续变化的形态，称为模拟量称为模拟量（Analog）。）。 开关量：开关量： 开关量是只有二种状态（开关量是只有二种状态（0，1）的量，如开）的量，如开关的接通（关的接通（ON）与断开（）与断开（OFF），电机的启停等），电机的启停等 脉冲量：脉

6、冲量： 计数脉冲、定时脉冲和控制脉冲计数脉冲、定时脉冲和控制脉冲 对于输入设备，数据信号从外设送往对于输入设备，数据信号从外设送往CPU对于输出设备，数据信号从对于输出设备，数据信号从CPU发往外部设备。发往外部设备。7（2）状态信号）状态信号 状态信号表明外部设备当前的工作状态，用来协调状态信号表明外部设备当前的工作状态，用来协调CPU与外部设备之间的操作。与外部设备之间的操作。典型的状态信号：典型的状态信号：READY, BUSY有的设备有指示出错状态的信号，如打印机的纸尽有的设备有指示出错状态的信号，如打印机的纸尽（Paper Out），故障（），故障（Fault）。）。不同的外设可以有

7、不同的状态信号。不同的外设可以有不同的状态信号。状态信号总是从外部设备发往状态信号总是从外部设备发往CPU。8（3）控制信号）控制信号 控制信号是控制信号是CPU向外设发出的命令，它指定设备的向外设发出的命令，它指定设备的工作方式，启动或停止设备工作方式，启动或停止设备控制信号的格式因设备而异控制信号的格式因设备而异控制信号从控制信号从CPU发往外部设备发往外部设备 数据信号、状态信号、控制信号都是以数据信号、状态信号、控制信号都是以“数据数据”的形式，通过的形式，通过数据总线数据总线在在CPU和外部设备之间进和外部设备之间进行传输的行传输的。96.1接口电路概述接口电路概述为什么需要为什么需

8、要I/O接口（电路）？接口（电路）？ 计算机的外部设备多种多样；计算机的外部设备多种多样； 工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大；彼此差别很大； 它们不能与它们不能与CPU直接相连；直接相连； 必须经过中间电路再与系统相连；必须经过中间电路再与系统相连； 这这部分电路被称为部分电路被称为I/O接口电路。接口电路。106.1接口电路概述接口电路概述I/O接口接口(interface)，输入输入/输出接口输出接口 I/O接口：接口：I/O接口是指把外设同计算机连接起来实现接口是指把外设同计算机连接起来实现数据传送的中间控制电路。数

9、据传送的中间控制电路。多种外设多种外设116.1.1 I/O接口电路的主要作用接口电路的主要作用1、信息传输功能：、信息传输功能：设备被设备被“选中选中”时，时，从从CPU或数据总线接收或数据总线接收数据或控制数据或控制信息；信息；外部设备的外部设备的数据或状态数据或状态信息发往数据总线或信息发往数据总线或CPU。2、速度匹配：、速度匹配：CPU的速度很高，而外设的速度要低的速度很高，而外设的速度要低得多，而且不同的外设速度差异甚大得多，而且不同的外设速度差异甚大。3、信号转换（电平、格式）、信号转换（电平、格式） ： CPU所使用的信号一般是所使用的信号一般是TTL电平，而外设大多是复杂的机

10、电设备，往往不能用电平，而外设大多是复杂的机电设备，往往不能用TTL电平所驱动电平所驱动 ；外设使用的信息格式各不相同。有些设备上；外设使用的信息格式各不相同。有些设备上用的是模拟量，而有些是数字量或开关量；有些设备上是用的是模拟量，而有些是数字量或开关量；有些设备上是电流量，而有些却是电压量，有些设备采用串行方式传送电流量，而有些却是电压量，有些设备采用串行方式传送数据，而有些则用并行方式。数据，而有些则用并行方式。 126.1.2 I/O接口电路中的端口及信息接口电路中的端口及信息控制总线控制总线CB地址总线地址总线ABI/O接口电路接口电路数据数据控制控制状态状态数据总线数据总线DBCP

11、U外设外设控制寄存器控制寄存器状态寄存器状态寄存器数据寄存器数据寄存器13接口电路的内部结构控制总线控制总线CB地址总线地址总线ABI/O接口电路接口电路数据数据控制控制状态状态数据总线数据总线DBCPU外设外设控制寄存器控制寄存器状态寄存器状态寄存器数据寄存器数据寄存器CPU与外设主要有数据、状态和控制（命令）信息需要相与外设主要有数据、状态和控制（命令）信息需要相互交换，于是从应用角度看内部：互交换，于是从应用角度看内部： 数据寄存器数据寄存器保存外设给保存外设给CPU和和CPU发往外设的数据。发往外设的数据。 状态寄存器状态寄存器保存外设或接口电路的状态。保存外设或接口电路的状态。 控制

12、寄存器控制寄存器保存保存CPU给外设或接口电路的命令。给外设或接口电路的命令。146.1.2 I/O接口电路中的端口及信息接口电路中的端口及信息CPU与外设之间不是直接交换数据、状态和命令，与外设之间不是直接交换数据、状态和命令，而是通过接口间接传送的。三种信息在形式上都是而是通过接口间接传送的。三种信息在形式上都是二进制代码，它们都是通过二进制代码，它们都是通过DB来传递的，分别放在来传递的，分别放在接口内的不同寄存器（端口）中。接口内的不同寄存器（端口）中。CPU通过访问不通过访问不同的地址端口，从而获取不同的端口内的信息。同的地址端口，从而获取不同的端口内的信息。访问外设是通过访问其端口

13、来实现的。访问外设是通过访问其端口来实现的。156.1.2 I/O接口电路中的端口及信息接口电路中的端口及信息端口：端口：接口内的寄存器，用来暂存接口内的寄存器，用来暂存CPU和外设之间传输的和外设之间传输的数据、状态和命令。数据、状态和命令。端口地址：端口地址：每一个端口有一个独立的地址。每一个端口有一个独立的地址。外部设备地址：外部设备地址：设备接口内各端口的地址，一台外部设备设备接口内各端口的地址，一台外部设备可以拥有几个通常是相邻的端口地址。可以拥有几个通常是相邻的端口地址。端口种类：端口种类：数据端口、命令端口（控制端口）和状态端口数据端口、命令端口（控制端口）和状态端口。166.1

14、.3 外设的编址方式外设的编址方式准确的说是准确的说是I/O端口的编址方式。端口的编址方式。有两类编址形式：有两类编址形式： I/O端口端口单独编址单独编址 I/O地址空间独立于存储地址空间地址空间独立于存储地址空间 I/O端口端口与存储器统一编址与存储器统一编址 它们共享一个地址空间它们共享一个地址空间171、I/O端口单独编址 优点：优点： I/O端口的地址空间独立；端口的地址空间独立； 控制和地址译码电路相对简单；控制和地址译码电路相对简单； 专门的专门的I/O指令使程序清晰易读。指令使程序清晰易读。 缺点：缺点： I/O指令没有存储器指令丰富；指令没有存储器指令丰富； 需要增加需要增加

15、I/O读和读和I/O写的控制信号引脚。写的控制信号引脚。内存内存空间空间I/O空间空间FFFFFH0FFFFH例如，例如，在在8086CPU中，内存地址是连续的中，内存地址是连续的1M字节，从字节，从00000HFFFFFH，而外设的地址范围从，而外设的地址范围从0000HFFFFH。它们相互独立，互不影响它们相互独立，互不影响。182、 I/O端口与存储器统一编址 优点：优点： 不需要专门的不需要专门的I/O指令指令 I/O数据存取与存储器数据存取数据存取与存储器数据存取一样灵活一样灵活 缺点：缺点： I/O端口要占去部分存储器地址端口要占去部分存储器地址空间空间 程序不易阅读（不易分清访存

16、程序不易阅读（不易分清访存和访问外设）和访问外设）内存内存部分部分I/O部分部分存储器空间存储器空间00000HFFFFFH51单片机采用的是外设单片机采用的是外设I/O端口端口与与片外数据存储器片外数据存储器统一统一编址。编址。MOVX指令。指令。19说明1-接口电路的外部特性控制总线控制总线CB地址总线地址总线ABI/O接口电路接口电路数据数据控制控制状态状态数据总线数据总线DBCPU外设外设控制寄存器控制寄存器状态寄存器状态寄存器数据寄存器数据寄存器 主要体现在主要体现在引脚上引脚上，分成，分成两侧信号两侧信号面向面向CPU一侧的信号：一侧的信号：用于用于与与CPU连接，主要是数据、连接

17、，主要是数据、地址和控制信号，大都是地址和控制信号，大都是相似的相似的；面向外设一侧的信号：面向外设一侧的信号：用于与外设连接，提供的信号五花用于与外设连接，提供的信号五花八门，功能八门，功能定义、时序及有效电平等定义、时序及有效电平等差异较大差异较大。20说明2-接口电路芯片的分类 接口电路核心部分往往是一块或数块大规模集成电路接口电路核心部分往往是一块或数块大规模集成电路芯片（接口芯片）：芯片（接口芯片）： 通用接口芯片通用接口芯片 支持通用的数据输入输出和控制的接口芯片支持通用的数据输入输出和控制的接口芯片(并行接并行接口口8255，串行接口，串行接口8250，8251) 面向外设的专用

18、接口芯片面向外设的专用接口芯片 针对某种外设设计、与该种外设接口（键盘针对某种外设设计、与该种外设接口（键盘/显示器显示器芯片芯片8279） 面向微机系统的专用接口芯片面向微机系统的专用接口芯片 与与CPU和系统配套使用，以增强其总体功能（中断和系统配套使用，以增强其总体功能（中断控制器控制器8259，定时器，定时器8253，8254）。）。21说明3-接口电路的可编程性 许多接口电路具有许多接口电路具有多种功能和工作方式多种功能和工作方式，可以通过，可以通过编编程程的方法的方法选定其中一种选定其中一种。 接口需要进行接口需要进行物理连接物理连接，还需要编写，还需要编写接口软件接口软件。 接口

19、软件接口软件有两类：有两类： 初始化程序段初始化程序段设定芯片工作方式等。设定芯片工作方式等。 数据交换程序段数据交换程序段管理、控制、驱动外设，负责管理、控制、驱动外设，负责外设和系统间信息交换。外设和系统间信息交换。226.2 I/O传送方式传送方式p 在微型计算机与外设之间在微型计算机与外设之间交换数据交换数据时，由于外设时，由于外设的的多样性多样性，特别是，特别是工作速度的差异工作速度的差异，数据传送可，数据传送可以有多种方式，归纳起来有如下以有多种方式，归纳起来有如下4种不同种不同控制方式控制方式：1. 无条件传送无条件传送2. 查询式传送查询式传送3. 中断传送方式中断传送方式4.

20、 直接存储器存取方式。直接存储器存取方式。p讲述的是计算机与外设之间讲述的是计算机与外设之间数据传送的控制方式数据传送的控制方式 231、无条件传送、无条件传送p外设在外设在任何时刻任何时刻都是处于都是处于“准备好准备好”“”“就绪就绪”的状的状态。因此，这种传送方式中不需要查询状态信息，根态。因此，这种传送方式中不需要查询状态信息，根据需要，只要在程序中加入访问外设的指令，数据传据需要，只要在程序中加入访问外设的指令，数据传送便可以实现。送便可以实现。p可以随时进行数据传送，可以随时进行数据传送，也称也称立即传送、同步传送。立即传送、同步传送。主要用于简单的外部设备。主要用于简单的外部设备。

21、24无条件传送无条件传送p 在无条件传送方式下，在无条件传送方式下，CPU和外设端口之间也和外设端口之间也要有接口电路。要有接口电路。p 一般在一般在输出端口输出端口上会有一个上会有一个输出锁存器输出锁存器，CPU将要输出的信息存入输出锁存器，外设从锁存器读将要输出的信息存入输出锁存器，外设从锁存器读取信息。取信息。p 在在输入端口输入端口上会有一个上会有一个输入缓冲器输入缓冲器，在不做输，在不做输入操作的时候，缓冲器处于高阻状态，入操作的时候，缓冲器处于高阻状态，CPU实际上实际上和输入的外设没有连接。需要做输入操作时，和输入的外设没有连接。需要做输入操作时，地址地址译码器的输出使缓冲器正常

22、工作译码器的输出使缓冲器正常工作，输入设备的信息，输入设备的信息就可以通过缓冲器读入到就可以通过缓冲器读入到CPU。p 例例62说明了无条件传送方式下的基本连接说明了无条件传送方式下的基本连接方式和应用。方式和应用。25无条件传送无条件传送p输出端口输出端口有有输出锁存器输出锁存器； 输入端口输入端口有有输入缓冲器输入缓冲器p例例62说明了无条件传送方式下的基本连接方式说明了无条件传送方式下的基本连接方式和应用。和应用。26适于无条件传送的设备p任何时刻任何时刻都是处于都是处于“准备好准备好”“”“就绪就绪”的状态。的状态。输入设备：输入设备：按键或按纽，按键或按纽，数字拨码盘等。数字拨码盘等

23、。输出设备：输出设备：pLED七段码显示器七段码显示器,p发光二极管，发光二极管，p数模数模D/A转换器等。转换器等。272、查询式传送、查询式传送 查询传送也称查询传送也称条件方式传送条件方式传送，用查询方式传送时，用查询方式传送时，CPU通过执行程序通过执行程序不断读取并测试外设的状态不断读取并测试外设的状态，来决定是，来决定是否进行数据传递。如果外设处于否进行数据传递。如果外设处于“准备好准备好”状态状态(输入设备输入设备)或者或者“不忙不忙”状态状态(输出设备输出设备)，则，则CPU执行输入指令或输执行输入指令或输出指令与外设交换信息。因此，接口电路除了有传送数据出指令与外设交换信息。

24、因此，接口电路除了有传送数据的端口，的端口，还要求有传送状态的端口。还要求有传送状态的端口。对于查询传送来说，对于查询传送来说，一个数据传送过程由一个数据传送过程由3个环节组成：个环节组成：p CPU从接口的状态端口中读取状态字；从接口的状态端口中读取状态字；p CPU检测状态字的对应位是否满足检测状态字的对应位是否满足“就绪就绪”的条件，的条件，如果不满足，则回到前一步读取状态字；如果不满足，则回到前一步读取状态字；p 如状态字表明外设已处于如状态字表明外设已处于“就绪就绪”状态，则开始传送状态，则开始传送数据。数据。 28查询式传送的查询式传送的简易流程简易流程查询也可以不采用查询也可以不

25、采用循循环等待环等待，而用软件插，而用软件插人人固定延时固定延时的方法来的方法来完成。完成。在用在用查询方式查询方式传送数据时，传送数据时，CPU和外设接口和外设接口之间要之间要规规定好两件事定好两件事：(1)查询信号是从查询信号是从数据线的哪一位数据线的哪一位引入的；引入的；(2)查询信号的查询信号的有效有效是用高电平是用高电平1还是低电平还是低电平0表示。表示。29查询式传送的查询式传送的完整流程完整流程查询方式输入查询方式输入查询方式输出查询方式输出外设外设CPUCPU外设外设30当系统中有多个外设时查询方式如何工作？由图可见，由图可见，CPU逐个逐个对外设进行查对外设进行查询。若发现那

26、个外设准备就绪，就询。若发现那个外设准备就绪，就对该外设实施数据传送。然后再对对该外设实施数据传送。然后再对下一外设查询，下一外设查询，依次循环依次循环。导致的后果：导致的后果：(1) 在查询过程中，在查询过程中，CPU不能做别的不能做别的事情，降低了事情，降低了CPU的效率。的效率。(2) 假如某一外设处于就绪状态，那假如某一外设处于就绪状态，那么它必须等到么它必须等到CPU查询完它前面的查询完它前面的所有外设，才能发现它处于就绪状所有外设，才能发现它处于就绪状态，这样就不能与外设进行态，这样就不能与外设进行实时实时数数据交换。据交换。31查询传送方式，查询传送方式，结论：结论：采取采取以以

27、CPU的程序控的程序控制制为主为主的设计思路，的设计思路，外外设是被动的。设是被动的。降低了降低了CPU的效率，的效率，不能与外设进行不能与外设进行实时实时数数据交换。据交换。326.2.3 中断传送方式中断传送方式p查询传送方式，由于是查询传送方式，由于是CPU主动要求传送主动要求传送数据，而它又不能控制外设的工作速度，因数据，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问题。此只能用等待的方式来解决配合问题。p中断方式中断方式则是外设主动提出数据传送的要求。则是外设主动提出数据传送的要求。引言引言33中断传送方式中断传送方式n外设把数据准备好，需要和CPU进行交换时，外设主

28、动向CPU发出中断请求，请求被接受后，CPU暂停正在执行的程序，转去为外设服务（执行中断服务程序），完成服务后再转回原程序继续执行。p在采用中断方式时，外设具有某种主动申请的“权利”， CPU在启动外设工作后继续执行主程序，同时外设也在工作，每当外设做完一件事就发出中断申请，请求CPU中断它正在执行的程序，转去执行中断服务程序(一般情况是处理输入/输出数据)，中断处理完之后，CPU恢复执行主程序，外设也继续工作。 CPU不必反复查询该设备的状态，在一定程度上实现了CPU和外设的并行工作。34中断传送方式中断传送方式p若某一时刻有几个外设同时发中断请求信号，CPU可以根据预先安排好的优先级顺序，

29、分轻重缓急分别处理每个外设的数据传送，这样也可以提高各个外设之的工作效率。p 在实时控制中，现场的各种参数、信息均随时间和现场的变化而变化。这些外界变量可根据要求随时向CPU发出中断申请，请求CPU及时处理，条件满足，CPU就会响应。实现了实时处理。p针对难以预料的情况或故障，如掉电、存储出错、运算溢出等，可通过中断系统由故障源向CPU发出中断请求，再由CPU转到相应的故障处理程序进行处理。356.2.4 直接存贮器存取（直接存贮器存取（DMA）方式）方式 为了为了提高提高外设外设和和存贮器之间存贮器之间的数据传送的数据传送速度速度，充分发，充分发挥高速外部设备的潜力，可以采用挥高速外部设备的

30、潜力，可以采用DMA方式。采用方式。采用DMA方式时，外设和存贮器的数据交换不需要方式时，外设和存贮器的数据交换不需要CPU的控制，也的控制，也不需要任何程序的执行，而是在一种不需要任何程序的执行，而是在一种硬件硬件DMA控制器控制器的控的控制下直接进行的。这样传送速度可以大大地加快。制下直接进行的。这样传送速度可以大大地加快。 用用DMA方式传送数据，一次数据传输一般只要几个时方式传送数据，一次数据传输一般只要几个时钟周期就可以完成。钟周期就可以完成。 例如：例如：计算机进行大量的文件复制，就是由计算机进行大量的文件复制，就是由DMA控制器控制器来来控制数据的传递，而控制数据的传递，而CPU

31、此时可以从事其它工作。此时可以从事其它工作。DMA (Direct Memory Access)系统中应有一个专门的控制器来负责系统中应有一个专门的控制器来负责“外设和内存外设和内存”，“外设和外设外设和外设”之间的数据传递。这种控制器称为之间的数据传递。这种控制器称为DMA控控制器制器。366.3 中断概述中断概述 中断：中断：在微机系统中，在微机系统中，“中断中断”是指是指CPUCPU在执行某段程序在执行某段程序的过程中，由于某一事件的发生，要求的过程中，由于某一事件的发生，要求CPUCPU暂时停止暂时停止正在执行的程序，而去执行相应的处理程序，待处理正在执行的程序，而去执行相应的处理程序

32、，待处理结束后，再返回到原来程序断点处继续执行结束后，再返回到原来程序断点处继续执行。 一、有关一、有关中断的概念中断的概念p“中断”是CPU与外设交换信息的一种方式。计算机引入中断技术以后，不仅解决了CPU和外设之间的速度配合问题，还提高了CPU的效率。有了中断功能，计算机可以实时控制处理现场瞬息万变的信息、参数，也提高了计算机实时处理的能力。因此，计算机中断系统的功能也是鉴别它的性能的重要标志之一。37执行主执行主程序程序主程序主程序继续执行主继续执行主程序程序断点断点中断请求中断请求中断响应中断响应执行执行中断中断处理处理程序程序中断返回中断返回38中断处理中断处理与与子程序调用子程序调

33、用的区别：的区别：中断处理与子程序调用的区别：中断处理与子程序调用的区别： 调用哪个子程序、完成什么任务是用户设计程序调用哪个子程序、完成什么任务是用户设计程序时时事先安排好的事先安排好的，是采用子程序调用指令实现的；，是采用子程序调用指令实现的； 而中断事件发生是而中断事件发生是随机的随机的，哪个事件发生、何时，哪个事件发生、何时调用中断处理程序是事先无法确定的，在程序中无法调用中断处理程序是事先无法确定的，在程序中无法事先安排调用指令，调用中断处理程序的过程是由硬事先安排调用指令，调用中断处理程序的过程是由硬件自动完成的。件自动完成的。39二、中断源中断源中断源:引起中断的原因，或是能发出

34、中断申请的来源。引起中断的原因，或是能发出中断申请的来源。软件中断软件中断硬件中断硬件中断（软中断软中断）是通过指令引起中断。是通过指令引起中断。例如例如8086中的中的INT n 软中断指令软中断指令n为中断类型号（为中断类型号（0255）51单片机没有软中断。单片机没有软中断。硬件中断源就是发出中断请求信号的硬硬件中断源就是发出中断请求信号的硬件电路或外设。件电路或外设。例如：例如：键盘，打印机，磁盘驱动器键盘，打印机，磁盘驱动器；定时计数器，串定时计数器，串行通讯，模数转换器行通讯，模数转换器，外部实时测量控制过程外部实时测量控制过程等。等。硬件中断一般分为硬件中断一般分为非屏蔽中断非屏

35、蔽中断和和可屏蔽中断可屏蔽中断。40三、非屏蔽中断三、非屏蔽中断和和可屏蔽中断可屏蔽中断p非屏蔽中断：是非屏蔽中断：是CPU一定要处理一定要处理的中断，的中断，不可以用软件将这不可以用软件将这种中断申请屏蔽掉种中断申请屏蔽掉。用于一些紧急的情况，如掉电中断申请等。用于一些紧急的情况，如掉电中断申请等。不是所有的微处理器都有这种类型的中断，如不是所有的微处理器都有这种类型的中断，如51单片机单片机就没有非屏蔽中断；就没有非屏蔽中断；8086CPU有。有。p可屏蔽中断：可屏蔽中断：是一种是一种CPU可以响应也可以不响应的中断可以响应也可以不响应的中断，可可以用软件将这种中断申请屏蔽掉以用软件将这种

36、中断申请屏蔽掉。所有的微处理器都有这种类型的中断。所有的微处理器都有这种类型的中断。可屏蔽中断的可屏蔽中断的允许允许与与屏蔽屏蔽（禁止）。（禁止）。 “中断的控制问题中断的控制问题”：中断的开放与关闭。：中断的开放与关闭。41四、四、中断的中断的开放开放与与关闭关闭p指的是指的是可屏蔽中断可屏蔽中断的开放与关闭，的开放与关闭，与非屏蔽中断没有关系与非屏蔽中断没有关系。中断的开放与关闭，亦称为中断的开放与关闭，亦称为开中断开中断和和关中断关中断。pCPU具有开中断和关中断状态，和具有开中断和关中断状态，和CPU是否接受可屏蔽是否接受可屏蔽中断申请是一致的。中断申请是一致的。当当CPU处于关中断时

37、，也就是对外实现了中断的屏蔽。处于关中断时，也就是对外实现了中断的屏蔽。CPU只有在开中断的状态下，才可以接受可屏蔽中断申请只有在开中断的状态下，才可以接受可屏蔽中断申请。p开中断开中断和和关中断关中断可以通过可以通过编写程序指令编写程序指令来实现来实现，如对某，如对某一一控制位控制位的置的置1和请和请0。p一般对中断源的管理采用二级控制，除了一般对中断源的管理采用二级控制，除了cpu的的开中断开中断和关中断。每一个中断源的申请也能单独控制（屏蔽或允和关中断。每一个中断源的申请也能单独控制（屏蔽或允许）。和居民家中的用电管理很类似。许）。和居民家中的用电管理很类似。42五、中断源的识别问题：问

38、题：系统有多个中断请求，系统有多个中断请求， CPU如何识别不同的中断源？如何识别不同的中断源？1、cpu只有一个中断申请输入线：只有一个中断申请输入线：单线中断，软件查询单线中断，软件查询.43问题：问题：系统有多个中断请求，系统有多个中断请求， CPU如何识别不同的中断源？如何识别不同的中断源？2、CPU有多条中断申请输入线：有多条中断申请输入线：多线中断，可结合多线中断，可结合软软件查询。件查询。p 即即CPU有若干条中断申请线。这时，中断源的判别有若干条中断申请线。这时，中断源的判别就很简单；哪条中断申请线上信号有效，就知道是哪个就很简单；哪条中断申请线上信号有效，就知道是哪个外设发出

39、了中断申请。外设发出了中断申请。p MCS-51系统就有两条外部中断申请输入线。如果系系统就有两条外部中断申请输入线。如果系统中只有两个中断源，中断源的识别就非常简单。统中只有两个中断源，中断源的识别就非常简单。p 如果中断源的数目超过了申请线的数目，对每条申如果中断源的数目超过了申请线的数目，对每条申请线，仍然可以便用软件查询的方法来确定中断源。请线，仍然可以便用软件查询的方法来确定中断源。44问题：问题：系统有多个中断请求，系统有多个中断请求， CPU如何识别不同的中断源？如何识别不同的中断源？3、向量中断（、向量中断（矢量中断矢量中断） 向量中断也是一种单线中断，但不是完全通过软件方式向

40、量中断也是一种单线中断，但不是完全通过软件方式来确定中断源。来确定中断源。 外设在申请中断时，通过接口电路向外设在申请中断时，通过接口电路向CPU发出一个称发出一个称为为中断类型号（中断向量）中断类型号（中断向量）的的8位二进制代码位二进制代码，每个不同的，每个不同的中断源具有不同的中断类型号。因此，中断源具有不同的中断类型号。因此，CPU可以按照收到的可以按照收到的不同中断类型号来判定究竟是哪个中断源发出了申请。然后，不同中断类型号来判定究竟是哪个中断源发出了申请。然后，根据中断类型号来确定中断服务程序的入口地址。根据中断类型号来确定中断服务程序的入口地址。 向量中断可以接入的中断源很多，在

41、采用向量中断可以接入的中断源很多，在采用8位中断类型位中断类型号的情况下，号的情况下，CPU可以区别可以区别256个中断源。因此在安排中断个中断源。因此在安排中断源时有很大的灵活性。快速。源时有很大的灵活性。快速。链式中断优先权排队电路链式中断优先权排队电路45六、中断优先级与中断嵌套 在中断系统中，按照轻重缓急的原则给每一个中在中断系统中，按照轻重缓急的原则给每一个中断源分配一个中断断源分配一个中断CPU的的优先级优先级。 当多个中断源同时向当多个中断源同时向CPU发出请求，通过判断中发出请求，通过判断中断优先级断优先级中断判优中断判优，优先响应中断优先级最高的中，优先响应中断优先级最高的中

42、断源的请求，待断源的请求，待CPU处理完优先级最高的中断请求后，处理完优先级最高的中断请求后，再依次按优先级顺序响应其它中断源的中断请求。再依次按优先级顺序响应其它中断源的中断请求。46六、中断优先级与中断嵌套中断优先级的一般处理原则如下：中断优先级的一般处理原则如下：不同优先级的中断同时申请不同优先级的中断同时申请 先高后低先高后低（很难遇到）（很难遇到）相同优先级的中断同时申请相同优先级的中断同时申请 按序执行按序执行（很难遇到）（很难遇到）正处理低优先级中断又接到高级别中断正处理低优先级中断又接到高级别中断 高打断低高打断低正处理高优先级中断又接到低级别中断正处理高优先级中断又接到低级别

43、中断 高不理低高不理低47六、中断优先级与中断嵌套主程序继续执行主程序响应低级中断请求返回主程序低级中断程序继续执行断点响应高级中断请求返回低级中断程序高级中断服务程序断点中断嵌套处理中断嵌套处理p即中断过程再嵌套即中断过程再嵌套中断。中断。在在CPU已经响已经响应了一个中断源并为应了一个中断源并为之服务酌时候，还可之服务酌时候，还可以接受和处理另一个以接受和处理另一个中断申请。这种情况中断申请。这种情况称为称为中断嵌套中断嵌套。p但中断嵌套是有条但中断嵌套是有条件的。件的。p嵌套的深度嵌套的深度p51单片机两级嵌套。单片机两级嵌套。486.4 中断处理过程中断处理过程6.4.1 中断请求中断

44、请求6.4.2 中断响应中断响应中断响应的条件中断响应的条件中断响应的基本操作中断响应的基本操作中断入口地址的获得中断入口地址的获得6.4.3 中断处理中断处理保护现场保护现场处理开处理开/关中断关中断执行中断服务程序执行中断服务程序恢复现场恢复现场结束中断服务程序结束中断服务程序6.4.4 中断返回中断返回496.4.1 中断请求（申请）中断请求（申请） 中断请求：中断请求：中断源中断源(或者通道接口电路或者通道接口电路)向向CPU发出信发出信号，要求号，要求CPU中断原来执行的程序并为它服务。中断原来执行的程序并为它服务。 中断请求中断请求信号信号可以是电平信号，也可能是脉冲信号。可以是电

45、平信号，也可能是脉冲信号。 不同的不同的CPU会有差别。会有差别。要求中断源：要求中断源：能发中断请求信号能发中断请求信号请求信号与请求信号与cpu设定的中断请求触发方式要一致。设定的中断请求触发方式要一致。506.4.2 中断响应一、中断响应的条件一、中断响应的条件CPU是开中断的；是开中断的；当前正在执行的指令要执行完毕；当前正在执行的指令要执行完毕；没有同级或更高级的中断正在服务中；没有同级或更高级的中断正在服务中；不同不同cpu的其它附加规定。的其它附加规定。516.4.2 中断响应二、中断响应的基本操作二、中断响应的基本操作 当满足以上中断响应条件时，当满足以上中断响应条件时，CPU

46、响应中断的操作应响应中断的操作应包括包括识别中断源识别中断源，且，且转去执行转去执行相应的相应的中断服务程序中断服务程序。 (1)中止正在执行的程序，并中止正在执行的程序，并保存断点地址保存断点地址，以便在中断服，以便在中断服务结束时，恢复断点的地址。入栈保存。务结束时，恢复断点的地址。入栈保存。 (2)确定中断服务程序的人口地址确定中断服务程序的人口地址。入口地址送程序计数器，。入口地址送程序计数器，从而转去执行中断服务程序。对多个中断源，确定中断服从而转去执行中断服务程序。对多个中断源，确定中断服务程序人口地址就成为中断响应的一件主要工作。不同的务程序人口地址就成为中断响应的一件主要工作。

47、不同的CPU，方式并不相同。，方式并不相同。 以上的中断响应基本操作以上的中断响应基本操作是是CPU自动完成自动完成的，不需要用的，不需要用户的干预。户的干预。526.4.2 中断响应三、中断入口地址的获得三、中断入口地址的获得和中断源的识别密切相关。和中断源的识别密切相关。1、固定中断入口地址固定中断入口地址。如。如51单片机。单片机。2、由由中断向量表中断向量表获得中断入口地址。如获得中断入口地址。如8086。536.4.3 中断处理中断处理p保护现场（和子程序类似）保护现场（和子程序类似）p处理开处理开/关中断关中断 一般的中断系统在响应中断后是自动关中断的。在退一般的中断系统在响应中断

48、后是自动关中断的。在退出中断服务程序前，一般都要恢复到开中断的状态。不出中断服务程序前，一般都要恢复到开中断的状态。不同的同的cpu差别可能较大。差别可能较大。p执行中断服务的处理程序（执行中断服务的处理程序（核心核心）p恢复现场（和子程序类似）恢复现场（和子程序类似）p结束中断服务程序结束中断服务程序 中断处理也称中断服务，实际上就是执行中断服务程序。中断处理也称中断服务，实际上就是执行中断服务程序。CPU通过执行中断服务程序来和外设交换数据。通过执行中断服务程序来和外设交换数据。 在在中断服务程序中，中断服务程序中，一般要完成以下操作：一般要完成以下操作：546.4.4 中断返回中断返回

49、中断返回是在中断服务程序的中断返回是在中断服务程序的最后最后，用，用一条返回一条返回指令指令来实现的。此时，来实现的。此时，CPU将压入堆栈中保护起来的将压入堆栈中保护起来的断点地址弹出到程序计数器断点地址弹出到程序计数器PC，从而使，从而使CPU继续执行继续执行中断了的主程序。中断了的主程序。 除了实现除了实现子程序子程序返回的功能之外，还做一些与返回的功能之外，还做一些与中中断结束有关断结束有关的工作。的工作。55中断处理全过程中断处理全过程中断源中断源登记登记中断标志中断标志CPUCPU不会响应不会响应CPUCPU开放中断？开放中断？未开放未开放检查优先级检查优先级该中断源该中断源允许中

50、断允许中断CPU?CPU?CPUCPU不会响应不会响应不允许不允许满足响应条件满足响应条件不满足不满足响应中断过程响应中断过程中断服务程序中断服务程序中断返回中断返回中断结束中断结束56中断技术的作用中断技术的作用u对突发事故，做出紧急处理。对突发事故，做出紧急处理。u根据现场随时变化的各种参数、信息，做出实时监控。根据现场随时变化的各种参数、信息，做出实时监控。u CPU与外部设备并行工作与外部设备并行工作,以中断方式相联系以中断方式相联系,提高工作提高工作效率。效率。u解决快速解决快速CPU与慢速外设之间的矛盾。与慢速外设之间的矛盾。u在多项外部设备同时提出中断请求情况下，在多项外部设备同

51、时提出中断请求情况下，CPU能根据能根据轻重缓急响应外设的中断请求。轻重缓急响应外设的中断请求。576.5 MCS-51的中断系统及其控制的中断系统及其控制 CPU的中断系统完成对于中断过程的控制。不同的的中断系统完成对于中断过程的控制。不同的CPU的中断系统会有很大的不同。的中断系统会有很大的不同。MCS-5l的中断系统相对简的中断系统相对简单，但是很有典型性。单，但是很有典型性。pMCS-51中断系统中的中断系统中的特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR定时器控制寄存器定时器控制寄存器TCON中断允许寄存器中断允许寄存器IE中断优先级寄存器中断优先级寄存器IP串行口控制寄存器串行口控制寄存器S

52、CONpSFR都是以都是以“位位”作为单位来对中断过程进行各种作为单位来对中断过程进行各种控制控制的。的。p从另一个角度来看，就是从另一个角度来看，就是通过指令通过指令对这些寄存器的对这些寄存器的控制控制位位进行清进行清0或置或置1，就可以实现各种中断控制功能。，就可以实现各种中断控制功能。58一、一、51单片机的中断源单片机的中断源对于对于MCS-51单片机中断系统的组成可以用一句话来讲，单片机中断系统的组成可以用一句话来讲，叫做：叫做：“五源中断，两级控制、两级优先五源中断，两级控制、两级优先” 五个中断源：五个中断源： 入口地址入口地址 外部中断外部中断0（/INT0） 0003H T0

53、溢出中断溢出中断 000BH 外部中断外部中断1（/INT1） 0013H T1溢出中断溢出中断 001BH 串口中断串口中断 0023H 59二、二、MCS-51单片机单片机中断系统结构简介中断系统结构简介60三、三、51单片机外部中断及触发方式单片机外部中断及触发方式可选择设定为可选择设定为电平触发电平触发或或边沿触发。边沿触发。定时器控制寄存器（定时器控制寄存器（TCONTCON），地址：），地址：88H88H；可位操作。；可位操作。TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 TCON（88H）8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H 位地址位地址IT1：外部

54、中断：外部中断1的中断触发方式控制位。的中断触发方式控制位。 IT1=0时，为时，为电平触发方式，低电平有效电平触发方式，低电平有效。 IT1=1时，为时，为边沿触发方式，下降沿有效边沿触发方式，下降沿有效。IT0：外部中断：外部中断0的中断触发方式控制位。方法同的中断触发方式控制位。方法同int1两个外部中断：两个外部中断：INT0（P3.2引脚）和引脚）和INT1（ P3.3 ）61外部中断请求的外部中断请求的触发方式触发方式进一步解释进一步解释TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 TCON（88H）IT1：外部中断：外部中断1的中断触发方式控制位。的中断触发方式控制位。 IT

55、1=0时，为时，为电平触发方式，低电平有效电平触发方式，低电平有效。 CPU在每一个机器周期在每一个机器周期S5P2期间采样外部中断请求引脚期间采样外部中断请求引脚的输入电平。的输入电平。 若外部中断若外部中断1请求为请求为低电平低电平，则使则使IE1置置1； 若为若为高电平高电平，则使则使IE1（中断请求的标志位）清（中断请求的标志位）清0。 62外部中断请求的外部中断请求的触发方式触发方式进一步解释进一步解释TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 TCON（88H）IT1：外部中断：外部中断1的中断触发方式控制位。的中断触发方式控制位。 IT1=1时，为时，为边沿触发方式，下降沿

56、有效边沿触发方式，下降沿有效。CPU在每一个机器周期在每一个机器周期S5P2期间采样外部中断请求引脚期间采样外部中断请求引脚的输入电平。的输入电平。 如果在相继的如果在相继的两个两个机器周期采样过程中，机器周期采样过程中，一个机器一个机器周期周期采样到外部中断采样到外部中断1请求引脚为请求引脚为高电平高电平，接着的接着的下一个下一个机器周期机器周期采样到为采样到为低电平低电平，则使则使IE1置置1。直到直到CPU响应响应该中断时该中断时，才由硬件使才由硬件使IE1清清0。 63四、四、 MCS-51单片机的单片机的中断标志位中断标志位有有6个中断请求标志位，分别分布在个中断请求标志位，分别分布

57、在计数器控制寄存器计数器控制寄存器TCON、串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCON两个寄存器中。两个寄存器中。TIRI SCON（98H）9FH 9EH 9DH 9CH 9BH 9AH 99H 98HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 TCON（88H）64TCON中中的的中断标志位中断标志位TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 TCON（88H）1、TF1：定时器定时器/计数器计数器T1溢出溢出中断请求标志位。中断请求标志位。 当启动当启动T1计数后，计数后，T1从从初值初值开始开始加加1计数，计数计数，计数器最高位产生器最高位产生溢出溢出时，时，由由硬件硬件使使

58、TF1置置1，并向，并向CPU发出中断请求。当发出中断请求。当CPU响应中断时，响应中断时，硬件硬件将将自动自动对对TF1清清0。2、TF0：定时器定时器/计数器计数器T0溢出中断请求标志位。溢出中断请求标志位。 含义与含义与TF1类同。类同。 65TCON中中的的中断标志位中断标志位TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 TCON（88H）3、IE1：外部中断外部中断1的中断请求标志。的中断请求标志。 INT1（P3.3）。）。 当检测到外部当检测到外部中断引脚中断引脚1 上存在上存在有效有效的的中断请求中断请求信号信号时，由硬件使时，由硬件使IE1置置1。当当CPU响应响应中断请

59、求中断请求时，由硬件使时，由硬件使IE1清清0。 4、IE0：外部中断外部中断0的中断请求标志。的中断请求标志。INT0（P3.2）。）。 其含义与其含义与IE1类同。类同。66SCON中的中的中断标志位中断标志位TIRI SCON（98H）9FH 9EH 9DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H5、RI：串行口串行口接收接收中断请求标志。中断请求标志。 在串行口在串行口每接收完一每接收完一帧串行数据帧串行数据，硬件置位硬件置位RI，以以此向此向CPU请求中断。请求中断。但但CPU响应中断时，并不清零响应中断时，并不清零TI。6、TI：串行口串行口发送发送中断请求标志。中断请求标志。 C

60、PU将一个数据写入发送缓冲器将一个数据写入发送缓冲器SBUF时，就启动时，就启动发送。发送。每发送完每发送完一帧一帧串行数据后串行数据后，硬件置位硬件置位TI。但。但CPU响应中断时，并不清零响应中断时，并不清零TI。67五、五、中断开放（允许）的控制中断开放（允许）的控制中断允许控制寄存器中断允许控制寄存器IEEAESET1EX1ET0EX0 IE（A8H）AFH AEH ADH ACH ABH AAH A9H A8HEA中断允许中断允许总总控制位。控制位。 CPU级的中断允许控制。级的中断允许控制。 EA=0，屏蔽屏蔽所有的中断请求；所有的中断请求；CPU关中断。关中断。 指令：指令：SE