第5章输入输出及中断
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单片机指令的中断输入和输出控制在单片机的程序设计中,中断输入和输出控制是非常重要的一部分。
中断输入可以使得单片机能够在特定的事件发生时立即做出相应的处理,而输出控制则可以让单片机与外部设备进行有效的交互。
本文将详细介绍单片机指令的中断输入和输出控制相关的知识。
1. 中断输入中断输入是指当特定的事件发生时,单片机可以立即中断正在执行的程序,执行特定的中断服务程序。
这样可以提高系统的实时响应能力,使得单片机可以及时地对外部事件做出相应。
在单片机的中断输入中,有两个重要概念,即中断源和中断向量表。
中断源是指能够触发中断的事件或信号源,比如定时器溢出、外部中断引脚状态改变等。
当中断源发生时,会向单片机发送中断请求信号,让单片机进入中断服务程序。
中断向量表则是一张记录不同中断源对应的中断服务程序地址的表格。
当中断请求发生时,单片机会根据中断源的编号在中断向量表中查找对应的中断服务程序的入口地址,并跳转到该地址开始执行中断服务程序。
2. 输出控制输出控制是指通过单片机的输出端口,控制与之连接的外部设备的状态或行为。
利用单片机的输出控制,可以实现对灯光、蜂鸣器、电机等外部设备的控制。
在单片机的输出控制中,需要了解的概念是输出端口和控制寄存器。
输出端口是单片机上的一个或多个引脚,通过这些引脚可以向外部设备发送电平信号。
每个输出端口都有一个对应的控制寄存器,用于设置引脚输出的电平值。
控制寄存器中的位控制引脚的输出状态,一般包括设置引脚为输出模式或输入模式,设置引脚输出高电平还是低电平等功能。
通过对输出端口的设置和控制寄存器的配置,可以实现对外部设备的状态或行为进行控制。
3. 单片机指令的中断输入和输出控制在单片机的编程中,为了实现中断输入和输出控制功能,需要掌握一些相关的指令和编程技巧。
首先是中断输入方面,单片机一般提供了一些专门的中断指令,如"使能中断"、"屏蔽中断"、"清除中断标志位"等指令。
第5章基本输入输出系统【教学目的】掌握接口的基本概念、IO端口的编址方法和基本的数据传送方式【教学重点】IO端口的编址方法和基本的数据传送方式【教学难点】中断方式和DMA方式【教学方法和手段】课堂教学【课外作业】P193习题3,4,7,10【学时分配】6学时【自学内容】8237的使用【讲授内容】5.1 概述输入输出系统包括:①外部设备(输入输出设备和辅助存储器)②设备控制器----主机(CPU和存储器)之间的控制部件,诸如磁盘控制器、打印机控制器等,有时也称为设备适配器或接口,其作用是控制并实现主机与外部设备之间的数据传送。
5.1.1接口的基本概念1、什么是接口计算机在工作过程中,CPU要不断地与其它部件交换信息。
CPU不是直接与外部设备交换信息的,而是经过一个中间电路,这个电路就称为“接口电路”,简称“接口”。
所谓接口就是主机与外部设备连接的桥梁,由它来完成CPU与外部设备之间信息的传递。
一般将外部设备与接口合称为“I/O系统”。
接口又称为“设备控制器”或“适配器”。
2、为什么要有接口电路外部设备为什么要通过接口电路与CPU连接?为什么不直接与CPU的总线相连接呢?从CPU的角度来看,对外部设备的访问(读/写)与对存储器的访问是类似的,为什么存储器可以直接通过总线与CPU连接,而外部设备却要通过接口电路来与CPU连接呢?这是因为:存储器的基本结构简单(只有很少几种),只要求几个简单的控制信号,而且存储器的访问速度一般都比较快,CPU与存储器之间的定时与协调比较容易,因此存储器可以直接通过总线与CPU连接。
而外部设备一般具有以下特点:⑴外部设备的品种繁多从类型上看:有输入设备、输出设备、输入/输出设备、测量设备、通信设备、控制设备等。
从结构上看:有机械式的、电子式的、机电混合式的。
从原理上看:各类设备的工作原理又是各不相同的。
⑵外部设备的工作速度分布范围宽如:电传打字机每秒能传输100个信息单位,温度传感器有可能长达几分钟才改变一个数据,软盘的传输速率为每秒2.5兆位,硬盘的传输速率为每秒5兆位以上。
第五章 中断系统5. 1 输入/输出数据的传输控制方式一、输入/输出的一般概念1.引言输入/输出是微机系统与外部设备进行信息交换的过程。
输入/输出设备称为外部设备,与存储器相比,外部设备有其本身的特点,存储器较为标准,而外部设备则比较复杂,性能的离散性比较大,不同的外部设备,其结构方式不同,有机械式、电动式、电子式等;输入/输出的信号类型也不相同,有数字信号,也有模拟信号;有电信号,也有非电信号;输入/输出信息的速率也相差很大。
因此,CPU与外部设备之间的信息交换技术比较复杂。
CPU与外设之间的信息交换,是通过它们之间接口电路中的I/O端口来进行的,由于同一个外部设备与CPU之间所要传送的信息类型不同,方向不同,作用也不一样(例如数据信息、状态信息、控制信息、输入/输出等),所以接口电路中可以设置多个端口来分别处理这些不同的信息。
2.输入/输出端口的寻址方式微机系统采用总线结构形式,即通过一组总线来连接组成系统的各个功能部件(包括CPU、内存、I/O端口),CPU、内存、I/O端口之间的信息交换都是通过总线来进行的,如何区分不同的内存单元和I/O 端口,是输入/输出寻址方式所要讨论解决的问题。
根据微机系统的不同,输入/输出的寻址方式通常有两种形式:(1).存储器对应的输入、输出寻址方式这种方式又称为存储器统一编址寻址方式或存储器映象寻址方式。
方法:把外设的一个端口与存储器的一个单元作同等对待,每一个I/O 端口都有一个确定的端口地址,CPU与I/O端口之间的信息交换,与存储单元的读写过程一样,内存单元与I/O端口的不同,只在于它们具有不同的的地址。
优点:①CPU对I/O端口的读/写操作可以使用全部存储器的读/写操作指令,也可以用对存储器的不同寻址方式来对I/O端口中的信息,直接进行算术、逻辑运算及循环、移位等操作。
②内存与外设地址的分配,可以用统一的分布图。
③不需要专门的输入、输出操作指令。
缺点:1 内存与I/O端口统一编址时,在地址总线根数一定的情况下,使系统中实际可以直2 接寻址的内存单元数减少。
第五章输入/输出习题1.芯片技术的进展已经使得将整个控制器包括所有总线访问逻辑放在一个便宜的芯片上成为可能。
这对于图1-5的模型具有什么影响?答:(题目有问题,应该是图1-6)在此图中,一个控制器有两个设备。
单个控制器可以有多个设备就无需每个设备都有一个控制器。
如果控制器变得几乎是自由的,那么只需把控制器做入设备本身就行了。
这种设计同样也可以并行多个传输,因而也获得较好的性能。
2.已知图5-1列出的速度,是否可能以全速从一台扫描仪扫描文档并且通过802.1lg网络对其进行传输请解释你的答案。
答:太简单了。
扫描仪最高速率为400KB/Sec,而总线程和磁盘都为16.7MB/sec,因此磁盘和总线都无法饱和。
3.图5-3b显示了即使在存在单独的总线用于内存和用于I/O设备的情况下使用内存映射I/O的一种方法,也就是说,首先尝试内存总线,如果失败则尝试I/O 总线。
一名聪明的计算机科学专业的学生想出了一个改进办法:并行地尝试两个总线,以加快访问I/O设备的过程。
你认为这个想法如何?答:这不是一个好主意。
内存总线肯定比I/O总线快。
一般的内存请求总是内存总线先完成,而I/O总线仍然忙碌。
如果CPU要一直等待I/O总线完成,那就是将内存的性能降低为I/O总线的水平。
4.假设一个系统使用DMA将数据从磁盘控制器传送到内存。
进一步假设平均花费t2ns获得总线,并且花费t1ns在总线上传送一个字(t1>>t2)。
在CPU对DMA控制器进行编程之后,如果(a)采用一次一字模式,(b)采用突发模式,从磁盘控制器到内存传送1000个字需要多少时间?假设向磁盘控制器发送命令需要获取总线以传输一个字,并且应答传输也需要获取总线以传输一个字。
答:(a)1000×[(t1+t2)+(t1+t2)+(t1+t2)];第一个(t1+t2)是获取总线并将命令发送到磁盘控制器,第二个(t1+t2)是用于传输字,第三个(t1+t2)是为了确认。