第六章 輸入輸出及中斷

1、華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院2015年秋季學(xué)期1 6.1 輸入/輸出與接口技術(shù)概述 6.2 CPU與外設(shè)之間交換信息的控制方式 6.3 中斷技術(shù)概述 6.4 51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)及其應(yīng)用2 6.1 輸入/輸出與接口技術(shù)概述 6.2 CPU與外設(shè)之間交換信息的控制方式 6.3 中斷技術(shù)概述 6.4 51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)及其應(yīng)用3 I/O接口是CPU和外圍設(shè)備（簡稱為外設(shè)）之間交換信息的連接部件 。 I/O接口的功能 數(shù)據(jù)緩沖和鎖存 信息轉(zhuǎn)換 通信聯(lián)絡(luò) I/O接口是CPU和外圍設(shè)備（簡稱為外設(shè)）之間交換信息的連接部件 ，其硬件部分稱為接口電路。 接口電路中已編址并能進(jìn)行讀寫操作的寄存器稱為端口（

2、port）。 （1）I/O端口與存儲器統(tǒng)一編址 （2）I/O端口獨(dú)立編址（端口映射編址） 6.1 輸入/輸出與接口技術(shù)概述 6.2 CPU與外設(shè)之間交換信息的控制方式 6.3 中斷技術(shù)概述 6.4 51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)及其應(yīng)用7 從信息傳送的控方式考慮，單片機(jī)與外設(shè)之間的信息傳送方式可分為三種，即： 程序控制傳送方式 無條件傳送 有條件傳送 中斷傳送方式 DMA傳送方式 6.1 輸入/輸出與接口技術(shù)概述 6.2 CPU與外設(shè)之間交換信息的控制方式 6.3 中斷技術(shù)概述 6.4 51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)及其應(yīng)用9一般情況下，程序是順序執(zhí)行的，但是在程序運(yùn)行過程中，一旦出現(xiàn)意外事件和特殊請求，計(jì)算機(jī)就

3、應(yīng)盡快在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候暫時(shí)停止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，為意外事件和特殊請求服務(wù)。通常把計(jì)算機(jī)停止現(xiàn)行程序的運(yùn)行而為意外事件和特殊請求服務(wù)的過程稱之為中斷，為意外事件和特殊請求服務(wù)稱為中斷服務(wù)或者中斷處理。中斷源在中斷系統(tǒng)中，將引起中斷請求的設(shè)備或事件的來源，般統(tǒng)稱為中斷源。常見中斷源： 1輸入、輸出設(shè)備中斷源 一般計(jì)算機(jī)的輸入、輸出設(shè)備，如鍵盤、磁盤驅(qū)動器、打印機(jī)等，可通過接口電路向CPU申請中斷。 2故障源 故障源是產(chǎn)生故障信息的來源。例如：CPU內(nèi)部故障源，如除法中除數(shù)為零時(shí)的情況；外部故障源，如電源掉電情況。在電源掉電時(shí)可以接入備用的電池供電，以保存存儲器中的信息。當(dāng)電壓因掉電降到定值時(shí)，就發(fā)出中斷

4、申請，由計(jì)算機(jī)的中斷系統(tǒng)完成替換備用電源的控制。 3實(shí)時(shí)中斷源 在實(shí)時(shí)控制中，常常將被控參數(shù)、信息作為實(shí)時(shí)中斷源。例如，電壓、電流、溫度等超越上限或下限時(shí)，以及繼電器、開關(guān)閉合斷開時(shí)，都可以作為中斷源申請中斷。 4定時(shí)計(jì)數(shù)脈沖中斷源 內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)中斷是由單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器計(jì)數(shù)器溢出時(shí)自動產(chǎn)生的；外部定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷是由外部定時(shí)脈沖通過CPU的中斷請求輸入線或定時(shí)器計(jì)數(shù)器的輸入線引起的。 中斷請求是否一定被CPU響應(yīng)？ 可屏蔽中斷與不可屏蔽中斷 不同重要程度的中斷源如何處理？ 中斷優(yōu)先級與中斷嵌套 計(jì)算機(jī)怎樣找到中斷服務(wù)程序并執(zhí)行 中斷矢量：存放中斷服務(wù)程序入口的存儲單元的地址。CPU響應(yīng)中斷時(shí)，

5、硬件電路自動生成中斷矢量，從而找到中斷服務(wù)程序入口。 6.1 輸入/輸出與接口技術(shù)概述 6.2 CPU與外設(shè)之間交換信息的控制方式 6.3 中斷技術(shù)概述 6.4 51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)及其應(yīng)用15 MCS-51單片機(jī)有5個(gè)中斷源，可提供兩個(gè)中斷優(yōu)先級，即可實(shí)現(xiàn)二級中斷嵌套 MCS-51與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器有4個(gè)，分別為中斷源寄存器(即專用寄存器TCON和SCON的相關(guān)位)、中斷允許控制寄存器IE和中斷優(yōu)先級控制寄存器IP。 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0T1RXDTXDINT1T0INT00ET0中斷請求中斷優(yōu)先級PT1PX1SCONTF1R1T1串行口10IT1IE1EAESET1PS

6、010EX1101中斷優(yōu)先級低優(yōu)先IPPT0PX0TCON01TF0IT0IE0IEEX0011中斷入口地址高優(yōu)先 MCS-51的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 MCS-51的中斷源可分為三類：外部中斷、定時(shí)中斷和串行口中斷。 1外部中斷類 外部中斷是由外部原因引起的，即外部中斷0 (INT0)和外部中斷1 (INT1)： INT0外部中斷0請求信號，由P3.2引腳輸入。由IT0 (TCON0) 決定中斷請求信號是低電平有效還是下降沿有效。一旦輸入信號有效，即向CPU申請中斷，并且使IE01。 INT1外部中斷1請求信號，由P3.3引腳輸入。由IT1 (TCON.2) 決定中斷請求信號是低

7、電平有效還是下降沿有效。一旦輸入信號有效，即向CPU申請中斷，并且使IE11。 定時(shí)中斷是為滿足定時(shí)或計(jì)數(shù)溢出處理的需要而設(shè)置的，當(dāng)定時(shí)器計(jì)數(shù)器中的計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)發(fā)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)，即表明定時(shí)時(shí)間到或計(jì)數(shù)值已滿，這時(shí)就以計(jì)數(shù)溢出信號作為中斷請求，去置位一個(gè)溢出標(biāo)志位，這種中斷請求是在單片機(jī)芯片內(nèi)部發(fā)生的，無需在芯片上設(shè)置引入端，但在計(jì)數(shù)方式時(shí)，中斷源可以由單片機(jī)芯片外部引入。 TF0一定時(shí)器T0溢出中斷請求。當(dāng)定時(shí)器T0產(chǎn)生溢出時(shí)，其中斷請求標(biāo)志TF01，請求中斷處理。 TF1定時(shí)器T1溢出中斷請求。當(dāng)定時(shí)器T1產(chǎn)生溢出時(shí)，其中斷請求標(biāo)志TF11，請求中斷處理。 串行口中斷是為串行數(shù)據(jù)的傳送需要而設(shè)置的

8、。 RI或TI串行中斷請求。當(dāng)接收或發(fā)送完一串行幀數(shù)據(jù)時(shí)，使內(nèi)部串行口中斷請求標(biāo)志RI或TI1，并請求中斷。 各中斷源對應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址： 中斷源 入口地址 外部中斷0 0003H 定時(shí)器T0中斷 000BH 外部中斷1 0013 定時(shí)器T1中斷 001BH 串行口中斷 0023HTFl TF0 IE1 IT1 IE0 IT0 (88H)MCS-51中斷請求中斷請求 TF0T0溢出中斷標(biāo)志。其操作功能類似于TF1。 IE1INT1外部中斷1標(biāo)志。IE11表明外部中斷1向CPU申請中斷。IT1外部中斷1觸發(fā)方式控制位。 （1）ITl0，外部中斷1為電平觸發(fā)方式，低電平有效。 （2）ITl

9、1，外部中斷1控制為邊沿（先高后低的負(fù)跳變）觸發(fā)方式。 IE0INT0外部中斷0標(biāo)志。其操作功能與IE1類同。 IT0外部中斷0觸發(fā)方式控制位。其操作功能與IT1類同。 SCON是串行口控制寄存器，其低2位TI和RI鎖存串口的發(fā)送中斷和接收中斷標(biāo)志。其格式和各位含義如下： SCON 99H 98H TI串行發(fā)送中斷標(biāo)志。CPU將一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF后啟動發(fā)送，每發(fā)送完一個(gè)串行幀，硬件置位TI。TI標(biāo)志由軟件清除。 RI串行接收中斷標(biāo)志。在串行口允許接收時(shí)，每接收完一個(gè)串行幀，硬件置位RI。RI標(biāo)志由軟件清除。 MCS51系統(tǒng)復(fù)位后，TCON和SCON中各位均被清“0”。 （98H

10、）SMOD TIRI 中斷允許寄存器IE格式和各位含義如下： IE AFH ACH ABH AAH A9H A8HEACPU中斷總允許位。EA1，CPU開放中斷，每個(gè)中斷源是被允許還是被禁止，分別由各自的允許位確定；EA0，CPU屏蔽所有的中斷請求，稱關(guān)中斷。 ES串行口中斷允許位。ES1，允許串行口中斷；ES0，禁止串行口中斷 ET1一T1中斷允許位。ET11，允許T1中斷；ET10，禁止T1中斷。 EX1外部中斷l(xiāng)允許位。EX11，允許外部中斷1中斷；EXl0，禁止外部中斷1中斷。 ET0一T0中斷允許位。ET0l，允許T0中斷；ET00，禁止T0中斷。 EX0外部中斷0允許位。EX01，

11、允許外部中斷0中斷；EX00，禁止外部中斷0中斷。MCS5l系統(tǒng)復(fù)位后，IE中各中斷允許位均被清“0”，即禁止所有中斷。EA ESET1EX1ET0EX0（A8H） 中斷優(yōu)先級系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員給每個(gè)中斷源，事先安排一個(gè)中斷響應(yīng)的優(yōu)先順序。然后按照輕重緩急的次序響應(yīng)中斷。中斷源的這種優(yōu)先順序常被稱為中斷優(yōu)先權(quán)級別，或簡稱中斷優(yōu)先級。 專用寄存器IP統(tǒng)一管理中斷優(yōu)先級。它具有兩個(gè)中斷優(yōu)先級，由軟件設(shè)置每個(gè)中斷源為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷，并可實(shí)現(xiàn)兩級中斷嵌套。 高優(yōu)先級中斷源可以中斷正在執(zhí)行的低優(yōu)先級中斷服務(wù)程序，除非在執(zhí)行低優(yōu)先級中斷服務(wù)程序時(shí)設(shè)置了CPU關(guān)中斷或禁止某些高優(yōu)先級中斷源的中斷。同級

12、或低優(yōu)先級的中斷源不能中斷正在執(zhí)行的中斷服務(wù)程序。 專用寄存器IP為中斷優(yōu)先級寄存器，其格式和各位含義如下： IP BCH BBH BAH B9H B8HPS串行口中斷優(yōu)先級控制位。 PT1T1中斷優(yōu)先級控制位。 PX1外部中斷l(xiāng)中斷優(yōu)先級控制位。 PT0T0中斷優(yōu)先級控制位。PX0外部中斷0中斷優(yōu)先級控制位。 以上對應(yīng)位為1，高優(yōu)先級；為0，低優(yōu)先級。 當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位后，IP低5位全部清“0”，將所有中斷源設(shè)置為低優(yōu)先級中斷。 PSPT1 PX1 PX1 PX0 （B8H）自然優(yōu)先級由硬件形成，排列次序如下： 中斷源 自然優(yōu)先級 外部中斷0 最高級 定時(shí)器T0中斷 外部中斷1 定時(shí)器T1中斷 串

13、行口中斷 最低級 當(dāng)重新設(shè)置優(yōu)先級時(shí)，則順序查詢邏輯電路將會相應(yīng)改變排隊(duì)順序。例如，給中斷優(yōu)先級寄存器IP中設(shè)置的優(yōu)先級控制字為11H，則PS和PX0均為高優(yōu)先級中斷。當(dāng)這兩個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)出中斷申請時(shí)，CPU將先響應(yīng)自然優(yōu)先級高的PX0的中斷申請，而后響應(yīng)自然優(yōu)先級低的PS的中斷申請。不同的情況對中斷響應(yīng)的時(shí)間不同：（1） 最短的響應(yīng)時(shí)間，需要5個(gè)機(jī)器周期。調(diào)用指令本身要用2個(gè)機(jī)器周期，從外部中斷請求有效到開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序的第一條指令，至少需要3個(gè)機(jī)器周期。（2）如果遇到中斷受阻的情況，中斷響應(yīng)時(shí)間會更長一些。 不同中斷受阻情況，附加的等待時(shí)間為15個(gè)機(jī)器周期。（3）若系統(tǒng)中只有一個(gè)中斷源

14、，則響應(yīng)時(shí)間為38個(gè)機(jī)器周期。（4）如果有兩個(gè)以上中斷源同時(shí)申請中斷，則響應(yīng)時(shí)間將更長。 般情況下，可不考慮響應(yīng)時(shí)間，但在精確定時(shí)控制的場合需要考慮此問題。 CPU響應(yīng)某中斷請求后，在中斷返回前，應(yīng)該撤消該中斷請求，否則會引起另一次中斷。（1）定時(shí)器0或1溢出中斷，CPU在響應(yīng)中斷后，中斷請求自動撤除。（2）邊沿激活的外部中斷，CPU在響應(yīng)中斷后，硬件自動清除有關(guān)的中斷請求 。（3）串行口中斷，CPU響應(yīng)中斷后，靠軟件來清除相應(yīng)的標(biāo)志。 電平激活的外部中斷撤除方法較復(fù)雜。 用P1.0接在觸發(fā)器的S端作為應(yīng)答線，當(dāng)CPU響應(yīng)中斷后可使用如下兩條指令： ANL Pl，# 0FEH ORL P1，#

15、 01H 執(zhí)行第一條指令使P1.0輸出為“0”，其持續(xù)時(shí)間為2個(gè)機(jī)器周期，足以使D觸發(fā)器置位，從而撤除中斷請求。執(zhí)行第二條指令使P1.0變?yōu)椤?”，否則D觸發(fā)器的S端始終有效，INT0端始終為“1”，無法再次申請中斷。P1.0MCS-51或 INT1INT0外 部 中 斷請 求 信 號DR0QS0CQ例6.5.1 如圖6-14所示，8031單片機(jī)的P1口接有8個(gè)LED，使用外部中斷0，當(dāng)每按下一次按鈕，使一只LED亮3秒后熄滅，再按一次按鈕，再使下一只LED亮3秒，再熄滅，如此一直循環(huán)下去。 ORG 0000H LJMP MAIN ；主程序跳轉(zhuǎn) ORG 0003H LJMP EXTER ；中斷跳轉(zhuǎn) ORG 0030HMAIN：MOV SP，#60H；設(shè)置堆棧指針 MOV A，#0H；熄滅所有LED MOV P1，A MOV A，#01H；點(diǎn)亮第一只LED初值SETB IT0 ；INT0下降沿方式 SETB EX0 ；INT0允許 SETB EA ；總中斷允許LOOP：