输入输出和中断
单片机的输入输出方式
单片机的输入输出方式单片机是一种集成电路，具有处理和控制任务的能力。
在实际应用中，单片机通常需要与外设进行数据的输入和输出。
因此，单片机的输入输出方式就成为了一个重要的研究领域。
本文将介绍几种常见的单片机输入输出方式，并分析它们的优缺点。
一、并口输入输出并口输入输出是最常见和简单的一种方式。
通过并行数据总线，单片机可以一次性传输多位二进制数据。
并口通常与外设芯片或者外围元件连接，例如LCD显示屏、键盘等。
并口输入输出的优点是速度快、数据传输稳定可靠，但同时也存在缺点，例如占用较多的引脚资源和布线不便等。
二、串口输入输出串口输入输出是一种使用串行通信协议进行数据传输的方式。
与并口输入输出相比，串口只能传输一位二进制数据。
但是，串口具有节省引脚资源、传输距离较长和可靠性高等优点。
串口输入输出通常与外设设备或者计算机进行数据通信。
串口通信有两种常见标准：RS232和RS485。
RS232主要用于与计算机通信，而RS485多用于远程数据采集和控制系统。
三、模拟输入输出模拟输入输出是一种以模拟电压或电流形式进行数据传输的方式。
单片机可以通过模拟输入输出来与模拟信号传感器进行数据采集和控制。
例如，通过模拟输入可以采集温度、湿度等模拟信号，通过模拟输出可以控制电机、电阻等模拟设备。
模拟输入输出的优点是能够处理连续变化的模拟信号，但在数据精度和稳定性上相对数字信号略有不足。
四、计时器/计数器输入输出计时器/计数器是单片机内部的一个模块，用于测量时间间隔或者对外部事件进行计数。
通过配置计时器/计数器的一些参数，可以实现输入输出功能。
例如，通过计时器/计数器输入输出可以实现PWM输出控制、捕获外部脉冲等功能。
计时器/计数器输入输出的优点是精度高、灵活性强，但需要掌握一些特定的配置知识。
五、中断输入输出中断输入输出是单片机在执行主程序的同时，能够监听外部事件的一种机制。
当外部事件满足特定条件时，单片机会自动跳转到相应的中断服务程序来处理。
单片机指令的中断输入和输出控制
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。
io口中断原理
io口中断原理一、io口中断的定义和作用IO口中断，指的是在计算机系统中，外部设备通过输入输出接口（IO接口）向处理器发出中断请求，处理器在接收到请求后，立即暂停当前任务，转而处理外部设备的中断请求。
这种方式使得外部设备能够及时得到处理，提高了系统的响应速度和效率。
二、io口中断的工作原理io口中断的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1.外部设备通过IO接口向处理器发送中断请求信号。
2.处理器接收到中断请求信号后，进行中断响应，保存当前任务的状态，转入中断处理程序。
3.处理器执行中断处理程序，对中断请求进行处理。
4.处理完中断请求后，处理器恢复之前保存的任务状态，继续执行原任务。
三、io口中断的应用场景io口中断广泛应用于各类实时操作系统和嵌入式系统中，如：1.硬盘读写：当硬盘读写完毕或发生错误时，通过io口中断通知处理器进行相应处理。
2.网络数据接收与发送：在网络通信过程中，当数据到达或发送完毕时，通过io口中断通知处理器进行处理。
3.串口通信：在串口通信过程中，当数据接收或发送完毕时，通过io口中断通知处理器进行处理。
四、如何使用io口中断提高系统性能1.合理配置中断优先级：根据外部设备的重要性和实时性要求，合理设置中断优先级，确保关键设备得到优先处理。
2.优化中断处理程序：编写高效、简洁的中断处理程序，减少中断处理时间。
3.避免中断嵌套：在中断处理过程中，尽量避免产生新的中断请求，以减少中断处理的时间复杂度。
五、总结与展望io口中断作为计算机系统中的一种重要机制，对于提高系统性能和响应速度具有重要意义。
通过合理配置和优化io口中断，可以有效提升系统的实时性和稳定性。
第2次《单片机原理与应用》-中断和P1口输入和输出
P3口：
端口小结：
（1）系统总线：
地址总线（16位）：P0（地址低8位）、P2口（地址高8位） 数据总线（8位）：P0口（地址/数据分时复用，借助ALE）； 控制总线（6根）：P3口的第二功能和9、29、30、31脚；
（2）供用户使用的端口：P1口、部分未作第二功能的P3口；
（3）P0口作地址/数据时，是真正的双向口，三态，负载能力 为8个LSTTL电路；
中断响应过程：
1、中断采样——仅对外中断（INT0、INT1）请求信号； 2、中断查询：单片机在每一个机器周期的最后一个状态S6， 按优先级顺序对中断请求标志位进行查询，即先查询高级中断后再查 询低级中断，同级中断按“INT0→T0→INT1→T1→RI/TI”的顺序查询。 如果查询到有标志位为“1”，则表明有中断请求发生，接着就从相邻的 下一个机器周期的S1状态开始进行中断响应。 由于中断请求是随机发生的，CPU无法预先得知，因此在程序执行 过程中，中断查询要在指令执行的每个机器周期中不停地重复进行。 3、中断响应：当查询到有效的中断请求时，就进行中断响应。其主要内 容是由硬件自动生成一条长调用指令LCALL。其格式为：LCALL addr16，addr16即是由系统设定的5个中断程序的入口地址。
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
EA
ES
ET1 EX1 ET0 EX0
EA:中断总允许位。 EA=0，CPU关闭所有的中断申请; EA=1，允许各个中断源的中断申请，但 还要取决于各中断源中断允许控 制位的状态。 ES:串行口中断允许位。 ES=1，串行口开中断; ES=0，串行口关中断。 ET1:定时/计数器T1的溢出中断允许位。 ET1=1允许T1溢出中断; ET1=0则不允许T1溢出中断。
MCS51单片机的输入输出通道接口与中断
• 要由编程控制发光二极管发光，ULN2019必须 输出低电平，而ULN2019的输入必须接89S51的P1 口，才能通过软件编程控制二极管发光，所以应借
助短路环将J2中的（1、2）、（4、5）、（7、8）、 （10、11）、（19、20）短接。 • 将J15中的（1、2）、（4、5）用短路环短接。 • 硬件电路检测。线路接好后，用万用表电阻档检 测89S51的P10、P11、P12、P13、P14、P15、P16
13
I/O接口与I/O设备
15
简单的输入接口举例
接口电路图如下：
74LS244
I0 K0
D0-D7
~
DO0
I1
K1
DO7
I2
K2
译码器
I3 K3
IOR
I4
A2
K4
A3 A4
系 统 总
A5 A6
＆
A7
A8
≥1
I5 E1
E2
I6
K5 K6
线
A9
信
A15
83FCH
I7 K7
号
A10
～83FFH
A11
保存外设给CPU和CPU发往外设的数据
⑵ 状态寄存器（端口地址）
保存外设或接口电路的状态
⑶ 控制寄存器（端口地址）
保存CPU给外设或接口电路的命令
(4)接口电路可含有多个端口地址
39
CPU侧引脚信号： 地址信号：选择I/O接口中的不同寄存器；
数据信号：命令或数据写入到相应寄存器，或者从相 关寄存器读取数据或状态；
A12
≥1
A13 A14
+5V 16
简单的输出接口举例
➢ 锁存器：由D触发器构成
中断查询的概念
中断查询的概念中断查询是计算机中一种重要的处理机制。
它是指在一个程序执行过程中，由于某些特殊的事件或条件发生，系统会临时中断当前程序的执行，去执行处理这个事件或条件的相关程序，然后再返回到被中断的程序继续执行。
中断查询的概念是中断式输入输出与查询方式输入输出两种输入输出方式中的一种。
中断查询是指在进行输入输出操作时，由于设备的响应时间不确定，无法确定需要等待的时间长度，而采用反复查询设备状态来确定设备是否就绪以及输出是否完成等。
当设备就绪或输出完成时，系统会发出中断请求，CPU在中断发生时会暂停当前的执行任务，转而执行中断服务程序，待中断服务程序执行完毕后，CPU再返回到原来的任务继续执行。
这种方式能够提高系统并发能力，避免了CPU的空闲等待，提高了系统的效率。
中断查询的过程一般包含以下几个步骤：1. 首先，程序向设备发送查询请求，询问设备的状态是否为就绪状态。
2. 然后，程序暂停当前任务，等待设备的响应。
在这个等待的过程中，CPU可以执行其他的任务或者进入休眠状态。
3. 当设备响应就绪时，会产生一个中断请求，通知CPU中断服务程序。
4. CPU接收到中断请求后，保存当前任务状态，并且跳转到中断服务程序的入口地址。
5. 中断服务程序会执行一系列的操作，包括处理设备输入输出、保存现场、加载中断服务程序等。
6. 中断服务程序执行完毕后，CPU会返回到原来中断发生的地方继续执行当前任务，并且恢复之前保存的现场。
中断查询的优点是可以提高系统的并发能力，减少CPU的空闲等待时间。
在查询设备状态时，CPU可以进行其他任务的执行或者休眠等待，而不需要一直等待设备响应。
这样可以提高整个系统的吞吐率和响应速度，提高系统的效率。
另外，中断查询方式相对简单，不需要额外的硬件支持，适用于各种不同的系统结构和硬件环境。
然而，中断查询也存在一些缺点。
首先，中断查询需要CPU不断地查询设备的就绪状态，这样会占用一定的CPU时间和资源。
微机原理试题库2
微机原理与接口技术试题库第七章输入输出及中断一、填空1、接口的基本功能是输入输出。
3、外设和接口之间传送的数据可以是行数据和行数据。
4、三种I/O传送方式是指：传送、传送和传送。
5、程序控制传送方式又分为：传送和传送方式。
6、DMA传送方式是指：。
7、8237芯片是一种高性能的可编程控制器。
8、DMAC是指。
9、外部中断也称为中断，由CPU某一引脚信号引起。
10、内部中断又称中断，是在程序运行过程中，为处理意外情况或调试程序而提供的中断。
11、中断处理包括中断、中断、中断和中断。
12、CPU每次只能响应中断源的请求。
13、CPU响应外部中断请求的条件是：现行指令周期内，中断允许标志，现行指令。
14、中断处理要完成的操作有：关中断，保存，形成，执行，恢复。
15、中断返回的指令是，关中断的指令是。
16、8086可以处理种不同类型的中断源。
每一个中断源都有一个唯一的码，CPU用其识别不同的中断源。
17、硬件中断由外部硬件产生，分为中断和中断。
18、INTR引脚上来的中断是中断，NMI引脚引入的中断是中断。
19、中断不受中断允许标志位IF的屏蔽。
20、存放中断向量的内存空间被称为。
8086中这段空间为1kB，被安排在到的空间。
21、0型中断指中断，中断类型码为。
22、1型中断指中断，中断类型码为。
23、3型中断指中断，中断类型码为。
24、4型中断指中断，中断类型码为。
25、8086每响应一次中断，需要连续执行个中断响应总线周期，产生中断响应信号。
26、8086系统中，中断的优先级最高，中断的优先级最低。
27、8259是一个可编程的，用来管理的中断请求。
28、8259芯片中，IRR是寄存器，IMR是寄存器，ISR是寄存器，PR是。
29、一片8259可以管理级中断，两片8259可用来管理级中断。
30、全嵌套方式中，中断优先权是的，IR0，IR7。
31、特殊全嵌套与全嵌套的不同之处在于：开放，只屏蔽的中断请求。
6__输入输出和中断
图6－3为无条件输入方式应用实例，CPU可以随时 读入开关的状态，开关闭合时，对应的数据位为0，开关 打开时，对应的数据位为1。图6－4为无条件输出方式的 应用实例，当某输出数据位为1时，对应的发光二极管点 亮，反之，则熄灭。
图6－3 无条件输入方式
图6－4 无条件输出方式
6.2.2 查询传送方式
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/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；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。
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。
51单片机引脚工作原理介绍
51单片机引脚工作原理介绍
51单片机是一种常用的单片机系列，其引脚工作原理如下：
1. 引脚功能，51单片机的引脚具有多种功能，包括输入、输出、中断、定时器/计数器等。
每个引脚可以通过配置寄存器来设置其功能。
2. 输入引脚，某些引脚可以配置为输入模式，用于接收外部信号。
这些引脚通常与外部传感器、开关等连接，可以通过读取引脚的电平状态来获取外部信号。
3. 输出引脚，某些引脚可以配置为输出模式，用于控制外部设备。
这些引脚通常与LED、继电器等外部设备连接，可以通过设置引脚的电平状态来控制外部设备的开关状态。
4. 中断引脚，51单片机具有多个中断引脚，用于实现中断功能。
当外部事件触发中断引脚时，单片机会暂停当前任务，执行中断服务程序。
中断引脚可以用于处理紧急事件、实现实时响应等功能。
5. 定时器/计数器引脚，51单片机内置了多个定时器/计数器模块，用于实现定时、计数等功能。
这些模块的引脚可以配置为定时器/计数器功能，用于产生精确的时间延迟、计数外部事件等。
6. 引脚配置，通过设置相应的寄存器，可以配置引脚的工作模式、电平状态、中断触发条件等。
引脚的配置可以通过编程的方式实现，使得单片机可以根据需要与外部环境进行交互。
总结起来，51单片机的引脚具有多种功能，包括输入、输出、中断、定时器/计数器等。
通过设置相应的寄存器，可以配置引脚的工作模式和功能，实现与外部环境的交互。
这些引脚的工作原理是通过控制引脚的电平状态或触发条件来实现相应的功能。
单片机_接口
输入/输出设备 输入/输出的控制方式 中断的基本概念 MCS-51 的中断系统 MCS-51 的定时/计数器
输入/输出设备
输入设备：
– 定义：往主机传送信息的设备 – 常用的输入设备：
键盘、鼠标、扫描仪、读卡机等
输出设备
– 定义：接收主机信息并送出信息呈现给人们的 设备 – 常用的输出设备：
MCS-51 的多中断源系统设计
MCS-51 的定时/计数器
定时/计数器结构 定时/计数器特相关的殊功能寄存器
– TMOD – TCON
定时/计数器工作方式
– – – – 方式 方式 方式 方式 0 1 2 3
MCS-51 的定时/计数器应用举例
RD
WR
movx A,@DPTR
movx @DPTR,A
AB
条件传送方式（查询方式）
CPU查询外设状态信息(Ready,Busy)，条 件满足时，进行数据传送 程序简单 高速CPU查询低速外设 浪费CPU时间，效率低 输入接口原理图 输出接口原理图 程序流程图
中断方式
中断：要求继行输入、输出的外设，
中断入口地址表
中断源 入地址 同级中断 优先级
IE0 TF0 IE1 TR1 TI+ RI
0003H 000BH 0013H 001BH 0023H
MCS-51 的中断程序设计举例
ORG 0000H Ex1Svr: push PSW
+5V
P1.7
ajmp Main ORG 0003H
P1.4
单片机常见输入输出模式
单片机常见输入输出模式单片机（Microcontroller，简称MCU）是一种集成电路，集中了处理器、内存、输入输出接口和定时器等功能模块，广泛应用于各种电子设备中。
输入输出（Input/Output，简称I/O）是单片机与外部环境进行信息交互的重要方式。
本文将介绍单片机常见的几种输入输出模式。
1. 并行输入输出模式并行输入输出模式是最常见的单片机与外设进行数据交互的方式。
在并行输入输出模式下，单片机与外设之间通过多个数据线同时传输多位数据。
这种模式的好处是传输速度快，但需要较多的引脚资源，适用于对传输速度要求较高的应用。
2. 串行输入输出模式串行输入输出模式是一种将数据逐位进行传输的方式。
在串行输入输出模式下，单片机与外设之间通过单个数据线逐位传输数据。
这种模式的好处是占用较少的引脚资源，适用于空间有限且对传输速度要求不高的应用。
3. 通用异步收发器模式通用异步收发器（UART）是一种单片机常用的输入输出模式。
UART内部有一个缓冲区，可以接收和发送数据。
在使用UART进行数据传输时，单片机通过配置相关寄存器的参数来设置波特率、数据位数、停止位等通信参数，然后可以通过读写缓冲区来进行数据的收发。
4. 并行输入捕获/输出比较模式并行输入捕获（Input Capture）和输出比较（Output Compare）是单片机中常用的定时器功能模式。
在这种模式下，单片机可以通过定时器模块捕获外部信号的边沿触发事件，并记录下触发事件的时间戳。
同时，单片机还可以通过定时器模块产生输出信号，并与外部信号进行比较。
这种模式适用于需要对时间进行精确控制的应用，如测量脉冲宽度、频率测量等。
5. 脉冲宽度调制模式脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）是一种将数字信号转化为模拟信号的技术。
在PWM模式下，单片机通过定时器模块产生周期固定的脉冲信号，并通过改变脉冲的占空比来模拟出不同的电平信号。
第6章 输入输出及终端系统
51
状态端口地址：0000 0011 1111 1011 数据端口地址：0000 0011 1111 1000
外设应提供设备状态信息 接口应具备状态端口
48
查询工作方式流程图
开始
读入并测试外设状态
N
READY?
Y
进行一次 数据交换
N
每满足一次 条件只能进 行一次数据 传送
传送完？
Y
结束
防止死循环 超时?
N Y
读入并测试外设状态
N
超时错
READY?
Y
复位计时器
N
与外设进 行数据交换 传送完？
Y
结束
查询工作方式例
N 进行一次传送
修改地址指针
N
传送完否?
Y
结 束
查询工作方式
优点：
软硬件比较简单 CPU效率低，数据 传送的实时性差， 速度较慢
1号外设 准备就绪？ N 2号外设 准备就绪？ N 3号外设 准备就绪？ N
Y
对1号外设服务
缺点：
Y
对2号外设服务
Y
对3号外设服务
┇
n号外设 准备就绪？ N
Y
对n号外设服务
按传输信息的类型分类：
模拟接口
并行接口 串行接口
33
按传输信息的方式分类：
接口特点
输入接口：
gpio的基本概念
gpio的基本概念GPIO（通用输入输出）是一种用于与外部设备进行通信的接口，广泛应用于嵌入式系统、单片机、微控制器、计算机等领域。
GPIO 能够通过设置输入和输出功能来读取外设输入信号或者控制外设的输出信号，这使得它成为控制和感知外界环境的重要工具。
GPIO 的基本概念包括：引脚、输入/输出功能、电平、上下拉电阻和中断。
1. 引脚：GPIO 是通过引脚与外界进行连接的。
每个引脚都有一个特定的编号，用于标识和访问。
通常以数字或字母进行命名，如 1、2、3 或 A0、A1、A2。
2. 输入/输出功能：GPIO 可以通过设置输入和输出功能来读取外设输入信号或者控制外设的输出信号。
当 GPIO 作为输入引脚时，它可以接收来自外设的信号；当 GPIO 作为输出引脚时，它可以控制外设的状态。
3. 电平：GPIO 可以传递两种信号电平：高电平和低电平。
高电平通常表示逻辑“1”或打开状态，低电平通常表示逻辑“0”或关闭状态。
通过控制引脚的电平，可以实现对外设的控制和感知。
4. 上下拉电阻：上下拉电阻是在 GPIO 引脚上加上一个电阻，以提供默认的电平状态。
上拉电阻将引脚连接到高电平，下拉电阻将引脚连接到低电平。
通过使用上下拉电阻，可以消除或减少无效信号的干扰，确保信号的正确传输和判断。
5. 中断：GPIO 还支持中断功能，当外设上的某些事件发生时，可以触发中断并执行相应的中断处理程序。
通过使用中断，可以实现对外设的异步响应，提高系统的实时性和效率。
GPIO 的应用非常广泛，比如在嵌入式系统中，可以用于控制LED 灯的亮灭、读取按钮的状态、驱动电机运动等；在单片机或微控制器中，可以用于与传感器进行通信，比如读取温度、湿度等环境信息；在计算机中，可以用于与外部设备进行连接，如键盘、鼠标、显示器等。
综上所述，GPIO 是一种用于与外部设备进行通信的接口，通过设置输入和输出功能、控制引脚的电平、使用上下拉电阻和中断等功能，可以实现嵌入式系统、单片机、微控制器、计算机等领域中对外设的控制和感知。
CPU与外设之间的数据传送方式
科学、政治、文化、经济、心理、哲学在微型计算机系统中，CPU与外设之间的数据传送方式主要有程序传送方式、中断传送方式和直接存储器存取(DMA)传送方式，分别介绍如下。
7.2.1 程序传送方式程序传送方式是指直接在程序控制下进行数据的输入/输出操作。
程序查询方式分为无条件传送方式和查询方式（条件传送方式）两种。
一．无条件传送方式微机系统中的一些简单的外设，如开关、继电器、数码管、发光二极管等，在它们工作时，可以认为输入设备已随时准备好向CPU提供数据，而输出设备也随时准备好接收CPU送来的数据，这样，在CPU需要同外设交换信息时，就能够用IN或OUT指令直接对这些外设进行输入/输出操作。
由于在这种方式下CPU对外设进行输入/输出操作时无需考虑外设的状态，故称之为无条件传送方式。
对于简单外设，若采用无条件传送方式，其接口电路也很简单。
如简单外设作为输入设备时，输入数据保持时间相对于CPU的处理时间要长得多，所以可直接使用三态缓冲器和数据总线相连，如图7.5（a）所示()。
当执行输入的指令时，读信号RD有效，选择信号M/IO处于低电平，因而三态缓冲器被选通，使其中早已准备好的输入数据送到数据总线上，再到达CPU。
所以要求CPU在执行输入指令时，外设的数据是准备好的，即数据已经存入三态缓冲器中。
简单外设为输出设备时，由于外设取数的速度比较慢，要求CPU送出的数据在接口电路的输出端保持一段时间，所以一般都需要锁存器，如图7.5（b）所示。
CPU执行输出指令时，M/IO和WR信号有效，于是，接口中的输出锁存器被选中，CPU输出的信息经过数据总线送入输出锁存器中，输出锁存器保持这个数据，直到外设取走。
无条件传送方式下，程序设计和接口电路都很简单，但是为了保证每一次数据传送时外设都能处于就绪状态，传送不能太频繁。
对少量的数据传送来说，无条件传送方式是最经济实用的一种传送方法。
二．查询传送方式查询传送也称为条件传送，是指在执行输入指令（IN）或输出指令（OUT）前，要先查询相应设备的状态，当输入设备处于准备好状态、输出设备处于空闲状态时，CPU才执行输入/输出指令与外设交换信息。
微机原理吴宁 (12)
数据信息
状态信息 外 设
控制信息
接CPU一侧 接外设一侧
接口
端口
实现各寄存器端口 寻址操作
实现接口电路中的各寄存器端口的 读/写操作和时序控制
6.1.3 I/O端口的编址方法
第6章 输入/输出和中断
为了区分接口电路的各个寄存器，系统为它们各自分配了一个 地址，称为I/O端口地址，以便对它们进行寻址。
6.1.2 I/O接口的作用
1. I/0接口电路的功能
数据缓冲或锁存
2. I/0接口电路分类
Hale Waihona Puke 数据传送方式：➢并行接口 ➢串行接口
功能选择的灵活性：
设备选择 信号转换（电平、格式） 接收、解释并执行CPU的命令 中断管理 可编程功能
➢可编程接口
➢不可编程接口
通用性：
➢通用接口（8253 定时/计数器、8259 中断控制器、8257 DMA、8250
第6章 输入/输出和中断
I/O端口地址选用的原则 自行设计接口电路或给微机系统添加接口卡时，必须避免端口 地址发生冲突 申明保留的地址，不要使用。用户可使用300H--31FH地址。
▲ 在PC/XT中，扩展总线上用A9~A0作为外设端口译码（部分译 码方式），共可寻址210=1K个端口。
当A9=0时，寻址主机板上的512个端口。 当A9=1时，寻址I/0卡上的512个端口。
8251 串行接口、 8255 并行接口）
➢专用接口（软盘控制器 8271 8272、CRT 8275、键盘显示 8279）
第6章 输入/输出和中断
3. I/0接口电路的结构
实现对CPU数据总线速度 和驱动能力的匹配
DB 总线驱动
主 AB 地址译码
中断处理的一般流程
中断处理的一般流程
中断处理是计算机系统中的重要部分，它允许计算机在执行程序时响应外部事件。
中断处理的一般流程包括以下几个步骤：
1. 中断请求，外部设备向计算机发送中断请求，通知计算机发生了某种事件，比如输入输出设备完成了一个操作，或者发生了一个错误。
2. 中断响应，当计算机接收到中断请求时，它会立即停止正在执行的程序，保存当前的状态（比如程序计数器、寄存器等），以便稍后能够恢复执行。
3. 中断处理程序调用，计算机会根据中断请求的类型，调用相应的中断处理程序。
这些程序通常是预先编写好的，用于处理特定类型的中断事件。
4. 中断处理，中断处理程序会执行必要的操作，比如读取输入设备的数据，或者将数据发送到输出设备。
处理程序还可能对发生的错误进行处理，或者记录日志信息。
5. 恢复执行，当中断处理程序执行完毕后，计算机会恢复之前保存的状态，继续执行被中断的程序。
中断处理的一般流程能够有效地处理外部事件，并且保证计算机系统的稳定运行。
在实际应用中，不同类型的中断可能需要不同的处理方式，但以上流程是中断处理的基本框架。
按中断的功能来分，中断有哪几种类型？
按中断的功能来分，中断有哪⼏种类型？
按中断功能分类：
1、输⼊输出中断
输⼊输出中断时当外部设备或通道操作正常结束或发⽣某种错误时发⽣的中断。
例如：I/O传输出错、I/O传输结束等。
2、外中断
对某中央处理机⽽⾔，他的外部⾮通道式装置所引起的中断称为外部中断。
例如：时钟中断、操作员控制台中断、多机系统中CPU到CPU的通信中断。
3、机器故障中断
当机器发⽣故障时所产⽣的中断叫硬件故障中断。
例如:电源故障、通道与主存交换信息是主存储错、从主存取指令出错、取数据错、长线传输时的奇偶校验错等。
4、程序性中断
在现⾏程序执⾏过程中，发现了程序性的错误或出现了某些程序的特定状态⽽产⽣的中断称为程序性中断。
这些程序性错误有定点溢出、⼗进制溢出、⼗进制数错、地址错、⽤户态下⽤核态指令、越界、⾮法操作等。
程序的特定状态包括逐条指令跟踪、指令地址符合跟踪、转态跟踪、监视等。
5、访管中断
对操作系统提出某种需求（如请求I/O传输、建⽴进程等）时所发出的中断称为访管中断。
补充：
⼀般中断按功能、中断⽅式、终端来源分类
按中断⽅式分类
1、强迫性中断
2、⾃愿中断
按中断来源分类1、中断
2、俘获。
gpio的基本概念
gpio的基本概念
GPIO是General Purpose Input/Output（通用输入/输出）的缩写，是一种电子接口，用于将微处理器与外部设备连接。
它可以用作数字输入或输出引脚，用来读取或控制外部电路的信号。
GPIO引脚通常是可编程的，并且可以被用于连接各种外设，
如LED灯、按钮、传感器等。
它可以通过软件进行配置，以
实现所需的输入或输出功能。
基本概念和操作：
1. 输入（Input）：GPIO引脚可以被配置为输入模式，用于读
取外部设备发出的电平信号。
例如，可以将按钮连接到GPIO
引脚，用于检测按钮按下事件。
2. 输出（Output）：GPIO引脚可以被配置为输出模式，用于
控制外部设备。
通过改变引脚的电平状态，可以控制外设的开关状态或发送控制信号。
3. 电平（Level）：GPIO引脚可以有两种电平状态：高电平
（通常表示为1）和低电平（通常表示为0）。
电平状态由外
部设备的电压决定。
4. 上拉和下拉（Pull-up and Pull-down）：GPIO引脚可以配置
为上拉或下拉状态，以防止悬空电平。
上拉使引脚默认处于高电平状态，下拉使引脚默认处于低电平状态。
5. 中断（Interrupt）：GPIO引脚可以配置为中断模式，当外部设备产生特定事件时，可以触发中断函数，以便及时处理相关事件。
总的来说，GPIO提供了微处理器与外设之间的电信号传输接口，可以实现输入、输出、控制和监测等功能。
它是嵌入式系统设计中常用的关键组件之一。
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中断向量表
• 我们给每种中断都安排一个中断类型号。IBMPC中断系统能处理 256种类型的中断，类型号为0—0FFH。如系统定时器的中断类型 为08。键盘为09，内中断中的除法错误的中断类型为0，等等。每 种类型的中断都由相应的中断处理程序来处理，中断向量表就是 各类型中断的处理程序的地址表。 • 我们知道存储器的低1.5K字节，地址从0到5FFH为系统占用，其 中最低的1K字节，地址从0到3FFH存放中断向量表。中断向量表 中的256项中断向量对应256种类型的中断，每项占用四个字节， 其中高位两个字节存放中断处理程序的段地址(16位)，低位两个 字节存放偏移地址(16位)。因为各处理程序的段地址和偏移地址 在中断向量表中按中断类型号顺序存放。所以每类中断向量的地 址可由中断类型号乘以4计算出来。例如，报警中断的中断类型为 4AH，它的中断向量地址为4AH* 4＝128H，即128H，129H两字 节存放的是报警中断处理程序的偏移地址，12AH，12BH两字节 存放的是报警中断处理程序的段地址.
I／O端口 ／ 端口
• 计算机的外部设备和大容量存储设备都是通过接口连接到系统上， 每个接口由一组寄存器组成，这些寄存器都分配有一个称为I/O端 口的地址编码。计算机的CPU内存就是通过这些端口和外部设备 进行通讯的。 • I/O接口中有数据寄存器, 有状态寄存器, 还有命令寄存器。它们 都分配有各自的端口地址，CPU就是殖过不同的瑞口地址来选择 外部设备及其接口寄存器的。 • 至于I/O端口地址与存储器地址之间的关系，取决于CPU的设计。 80x86系列的CPU采用独立编址的方案，即端口单独编址，端口地 址的范围是0~65535，共计64K的I/O地址空间. • 不同计算机的端口分配有时不完全相同。下表列出了PC机的部分 端口地址(16进制)。
程序直接I/O的优缺点
• 程序直接I/O是最基本的输入输出方式，其他方式归根 到底还是离不开IN/OUT 指令。 • 直接使用IN/OUT指令对于普通程序员来说，困难很大， 他必须知道设备接口有那些端口，端口地址，端口分 工，端口的数据格式，通常须精确到位。这几乎不可 能。 • 通常的解决办法是：把直接访问端口的任务交给BIOS 或设备驱动程序，BIOS是基本输入输出系统的缩写， 就是我们通常说的只读存储器ROM.其中有一些最常用 标准设备的驱动程序。其他设备的驱动程序一般由厂 商随产品提供。或由操作系统提供。
输入输出和中断
在广泛使用的微型机系统中，外部设备是以实现人机 交互和机间通讯为目的的一些机电 设备。计算机系统 通过硬件接口以及I/O控制程序对外部设备进行控制， 使其能协调地、有效 地完成输入输出工作。在对外部 设备的控制过程中，主机不可避免地，有时甚至要很 频繁地对设备接口进行联络和控制，因此能直接控制 硬件的汇编语言就成了编写高性能I/O程序最有 效的 程序设计语言。本章我们将以一些常用的I/O设备为例， 着重讨论I/O程序设计的几种方法。
中断传送方式
• 中断是CPU和外部设备通讯的有效方法。这种输入输 出方式一直被大多数计算机所采用，它可以避免因反 复查询外部设备的状态而浪费时问，从而提高了CPU 的效率。 • 中断是一种使CPU中止正在执行的程序而转去处理特 CPU 殊事件的操作。这些引起中断的事件称为中断源，它 们可能是来自外设的输入输出请求，也可能是计算机 的一些异常事故或其它 内部原因。由外设控制器或协 处理器(8087／80287)引起的中断一般称为外中断，由 程序中安排的中断指令INT产生的中断，或由CPU的某 些错误产生的中断称为内中断。80x86 的中断源如图 所示。图中引线端标示的数字为分配的中断类型号。
DMA方式
• DMA是英文Direct Memory Access（直接存储器访问） 的缩写。需要借助于DMA控制器。 • 工作原理是：CPU向外设备（一般是磁盘等高速设备） 下命令，通知设备地址及需要传送的字节数，并向 DMA下命令，通知存储器地址，设备通道号及要传送 的字节数。 此后的数据传送工作在DMA的控制下完成。 • DMA控制器通过通道控制外设备接口的数据传送节奏， 通过地址总线控制存储器地址，通过计数器倒计数记 录剩余的字节数。数据传送期间，总线在DMA控制之 下，CPU可以做内部工作。
中断过程
1. 取中断类型号，不同的中断以不同方式取得中断类 取中断类型号 型号，来自中断控制器的中断请求，中断类型号由 中断控制器提供（在数据总线上），内部中断， NMI中断类型号CPU自知，INT指令的中断类型号在 指令中。 计算中断向量地址 取中断向量，偏移地址送IP，段地址送田 取中断向量 转入中断处理程序、 转入中断处理程序 中断返回到INT指令的下一条指令 中断返回到 指令的下一条指令
DMA的优点和适用领域
没有DMA，CPU必须事事亲历亲为，就是说每一个字节 都必须通过CPU传送。为了传送一个字节，CPU必须 执行两条指令，一条是IN/OUT指令，读写数据端口， 另一条是MOV指令，读写存储器，对于高速大数据量 的设备，这样将使CPU负担沉重，所做的事情又非常 平凡。 DMA控制器适用于高速大数据量的设备，典型的是磁盘， 在它的控制下，外部设备与存储器直接交换数据，不 必通过CPU,这样就减轻了CPU的负担，提高了系统效 率。
非屏蔽中断
中断信号来自CPU的NMI引脚，是一种特殊的外部中断， 和IF标志位无关，这就是非屏蔽中断，非屏蔽中断的 类型号为2，CPU不能禁止非屏蔽中断，如果系统使用 了这种类型的中断，那么CPU总会响应的，所以非屏 蔽中断主要用于一些紧急的故障处理，如电源掉电,内 存或I/O端口地址出错等。另外计算机内部的实时钟希 望能不停地计时，所以也可以把非屏蔽中断提供给实 时钟。
不同类型的中断
• 连到CPU的非屏蔽中断(NMI)是为电源错、内存或I／O 总线的奇偶锗等异常事件的中断保留的。 • 外部设备的中断是通过Intel 8259A可编程中断控制器 (PIC)连到主机上。CPU通过一组I／O端口控制8259A， 而8259A则通过INTR管脚给CPU传送中断信号。多个 8259A PIC可以树形结构联在一起，从而使大量的外部 设备顺序连接到CPU的中断系统上。叫做级连。 • 内中断不是由连线接到硬件上的，中断20H到3FH用于 调用DOS功能例行程序，其它中断号小于20H或大于 3FH的中断，用于调用IBMPC ROM BIOS或一些应用 软件，
2. 3. 4. 5.
取置中断向量
利用DOS功能调用可以取置中断向量。 • 取中断向量的功能号为35H.要求的参数有中断号，送 到AL中。返回的中断向量段地址在ES中，偏移地址在 BX中。 • 置中断向量的功能号为25H, 要求的参数有中断号 （AL)，段地址（ DS），偏移地址（DX）. 有了这两条系统功能调用，就可以方便地取置中断向量， 这意味着：用户可以自行选择中断处理程序。要注意， 置中断向量之前，应该先取，并保存，以便必要时恢 复原中断向量。
常见的端口地址分配
00—0F 20—2l 40—43 60—63 200—20F 320—32F 378—37A 3B0—3BF 3D0—3DF 3F0—3F7 3F8—3FE 2F8—2PE DMA芯片8237A 中断控制器8259A 时钟／定时器 可编程序外围接口芯片(PPI)8255A 游戏适配器 便磁盘控制器 并行接口打印机适配器 单色显示和并行打印机适配器 彩色／图形适配器 软磁盘控制器 异步通讯适配器(串行接口1) 异步通讯适配器(串行接口2)
内中断
内中断中断源在CPU内，通常由三种情况引起： 1. 由中断指令 由中断指令INT引起 引起。执行一条INT n指令后，会立即产生中断， 引起 并且调用系统中相应的中断处理程序来完成中断功能，中断指 令的操作数n指出中断类型。 2. 由CPU的某些错误引起 的某些错误引起。CPU在执行程序时，会发现一些运算 的某些错误引起 中的错误，为了能及时处理这些错误，CPU就以中断的方式中 止正在运行的程序，待程序员改正错误后，重新运行程序. 这类 错误包括除法错（中断号为0）和溢出（中断号为4）。 3. 为调试程序 为调试程序(debug)设置的中断 设置的中断。有单步中断和断点中断，单步 设置的中断 是一种很有用的调试方法。当标志位TF置为1时，每条指令执行 后，CPU自动产生类型1的中断—单步中断。产生单步中断时， CPU同样自动地将PSW,CS和IP的内容保存. 断点中断也是供 debug 调试程序使用的，它的中断类型为3。通常调试程序时， 把程序按功能分成几段，然后每段设一个断点。当CPU执行到 断点时便产生中断，这时程序员可以检查各寄存器及有关存储 单元的内容。据此判断程序是否有问题及问题所在。
中断响应过程
当中断发生时，由硬件自动完成下列动作： • 取中断类型号N • 标志寄存器(PSW)内容入栈 • 当前代码段寄存器(CS)内容入栈 • 当前指令计数器(IP)内容入栈 • 禁止外部中断和单步中断(IF＝0，TF＝0) · • 从中断向量表中取4*N的字内容送IP，取4*N+2中的字内容送CS • 转中断处理程序 中断发生的过程很象我们所熟悉的子程序调用，不同的是在保护中断现场 时，除了保存返回地址CS:IP之外，还保存了标志寄存器PSW的内容。 因为标志寄存器记录了中断发生时，程序指令运行的结果特征，当 CPU处理完中断请求返回原程序时，要保证原程序工作的连续性和正 确性。另一个不同点是，在中断发生时，CPU还自动清除了IF位和TF 位，这样设计的目的是使CPU转入中断处理程序后，不允许再产生新 的中断，如果在执行中断处理程序的过程中，还允许外部的中断，可 通过STI指令再把IF置为1.