输入输出与中断
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。
微机原理第7章练习题及答案
第7章输入/输出与中断一、自测练习题㈠选择题1．一微机系统有10根地址线用于I／O端口寻址，因而具有I／O空间的范围是( )字节。
A) 1024 B) 10K C) 0.5M D) 1M2．8086CPU读／写一次存储器或I／O端口所需的时间称为一个( )。
A) 总线周期 B) 指令周期 C) 时钟周期 D) 基本指令执行时间3．微型计算机的输入／输出有三种不同的控制方法，其中以( )控制的输入／输出是微机进行I／O的一种最主要的控制方式。
A) 程序控制 B) 中断控制C) DMA控制D) 以上均可4．程序查询I／O方式的工作流程是按( )的次序完成一个字符的传输。
A) 写数据端口，读／写控制端口B) 读状态端口，读／写数据端口C) 写控制端口，读状态端口，写数据端口D) 随I／O接口的具体要求而定5．在CPU与外设的I／O传送控制方式中，效率高、实时性强的方式是( )。
A) 同步传送 B) 查询传送 C) 无条件传送 D) 中断传送6．在CPU与外设的I／O传送控制方式中，传送速度最快的方式是( )。
A) 无条件传送 B) 查询传送 C) 中断传送 D) DMA传递7．用具有两个状态(“0”和“1”态)的一组开关作简单输入设备时，应采用( )传送方式来输入信息。
A) 无条件B) 查询C) 中断D) DMA8．用一组发光二极管作为简单输出设备时，应采用( )传送方式来输出信息。
A) DMA B) 无条件C) 查询D) 中断9．在微机系统中引入中断技术，可以( )。
A) 提高外设速度B) 减轻主存负担C) 提高处理器的效率D) 增加信息交换的精度10．CPU响应中断请求的时刻是在( )。
A) 执行完成正在执行的程序以后 B) 执行完正在执行的指令以后C) 执行完本时钟周期以后D)执行完正在执行的机器周期以后11．8086／8088CPU向应两个硬中断INTR和NMI时，相同的必要条件是( )。
A) 允许中断B) 当前I／O操作执行结束C) 总线空闲D) 当前访问内存操作结束12．在微型计算机系统中，高速外设与内存储器进行批量数据传送时，应采用( )。
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。
输入输出原理
3. 直接存储器存取控制方式(DMA)
DMA方式是一种完全由硬件进行成组信息传送的控制方式 它具有程序中断控制方式的优点，即在设备准备数据阶段， CPU与外部设备能并行工作。 它还降低了CPU的数据传送回开销，这是因为DMA接替了 CPU对I/O中间过程的具体控制，信息传送不再经CPU， 而在内存和外部设备之间直接进行，因此，称为直接存储 器存取方式。 由于在数据传送过程中不使用CPU，也就不存在保护CPU 现场，恢复CPU现场等繁琐操作，因此，数据传送速度高。
A 向量 B 向量 C 向量
A 入口 AA B 入口 BA C 入口 CA
AA:
PUSH…
BA:
PUSH…
CA:
PUSH…
…
…
IRET
IRET
IRET
…
向量表
A 设备中断 处理程序
B 设备中断 处理程序
C 设备中断 处理程序
图9.12 中断向量与中断处理程序入口之间的关系 中断向量表使得中断处理程序可放在内存的任何可放的位臵
当CPU执行主存程序时，A、B、C这3设备同时发出中断 请求，实际中断处理的优先次序为B>C>A>CPU。
CPU A 中断 B 中断 C 中断
表 9.1
设备名称 A CPU A B C 0 1 1 1
屏蔽码
屏蔽码 B 0 0 1 1 C 0 0 1 0
图 9.7 多重中断处理示意图
9.3.3 单级中断处理和多重中断处理
DBUS DBR 写 CBUS 控制逻辑 主 地址译码 机 ABUS 读
DATA
设
备 写 读 启动
S DBUS DSR
R 准备好
图9.1 程序查询方式接口
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。
输入输出控制方式
输入输出控制方式
直接程序控制方式 中断控制方式 DMA控制方式 I/O处理机控制方式
一、直接程序控制方式
含义：直接在程序控制下进行微处理器与 外设之间的数据传送。
分类：无条件传送方式和条件传送方式两 种。
1.无条件传送方式 含义：不查询外设状态而直接进行输
入输出的一种方式。
内存/外设
2022年3月14日星期一
无需CPU指令
DMA控制器
外设/内存
四、I/O处理机控制方式
尽管DMA方式优点比较突出，但在DMA进行 传输之前，对DMA的初始操作、对数据的运算和处 理等都需要处理器事先干预。为了让处理器彻底摆 脱管理和控制I/O设备的负担，引入了I/O处理机控 制方式。这种方式下，由专用I/O协处理器负责I/O 操作和处理。
输出
读状态口的状态
Y BU SY =1 ? N 输出数据
二、中断控制方式பைடு நூலகம்
含义：在满足传输条件时，外设向CPU发请求传
输的中断信号，CPU接收请求后进入服务程序，在 中断服务程序中进行输入输出操作。
特点：无需查询等待，CPU利用率大大提高。 不足：中断控制方式仍需要一系列本与输入输出
无关的操作（如压栈保护等），因此对于高速I/O设 备效率仍不算快。
特点：简单、经济，但可靠性差。
2022年3月14日星期一
2.条件传送方式
含义：首先查询外设状态，满足条件时才
进行数据的传送，因此也叫查询传送方式。
特点：简单、可靠性高，但CPU效率低。 开始
输入状态信息
准备输出数据
输入
2022年3月14日星期一
N RE A D Y =1 ?
Y 输入数据
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：
微机原理第六章 输入输出和中断技术 part 2 (2)
中断处理的一般过程
6.4.3 8088/8086中断系统
8086/8088为每个中断源分配 一个中断类型码（中断向量码），其取值范围为 0~255，实际可处理56种中断。其中包括软件中断，系统占用的中断，已经开放 给用户使用的中断。所有中断又可分为两大类：内部中断和外部中断。
内部中断
6.4.2 中断处理的一般过程
1. 中断请求 2. 中断源识别及中断判优 3. 中断响应 4. 中断处理（服务） 5. 中断返回
1. 中断请求 ➢ INTR中断请求信号应保持到中断被处理为止 ➢ CPU响应中断后，中断请求信号应及时撤销
2. 中断源识别 ➢ 软件判优：由软件来安排中断源的优先级别。顺序查询中断请求，先查询的
➢ （4）能向存储器或外设发出读/写命令。 ➢ （5）能决定传送的字节数，并判断DMA传送是否结束。 ➢ （6）在DMA过程结束后，能向CPU发出DMA结束信号，将总线控制权交
还给CPU。
2. DMA控制器的工作过程 ➢ （1）当外设准备好，可以进行DMA传送时，外设向DMA控制器发出
“DMA传送请求”信号DRQ ➢ （2）DMA控制器收到请求后，向CPU发出“总线请求”信号HOLD ➢ （3）CPU在完成当前总线周期后会立即发出HLDA信号，对HOLD信号进
➢ （2）单步中断——1型中断，标志寄存器中有一位陷阱标志TF。 ➢ （3）断点中断——3型中断，专用于设置断点的指令INT 3，用于程序中设
置断点来调试程序。
➢ （4）溢出中断——4型中断，在算数指令的执行过程发出溢出 ➢ （5）用户自定义的软件中断——n型中断，执行中断指令INT n引起内部中
断。
需要时，CPU回到原来被中断的地方继续执行自己的程序。 优点： ➢ CPU效率高，实时性好 缺点 ➢ 程序编制相对较为复杂
输入-输出控制方式
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虽然DMA方式比中断方式显著的减少了CPU的干预，即 由以字节为单位的干预减少到以数据块为单位的干预。但 是CPU每发出一条I/O指令，只能去读写一个连续的数据块， 而对于离散的数据块，则仍需CPU分别发出多条I/O指令及 进行多次中断处理才能完成，这样DMA方式仍不能满足复 杂的I/O操作要求。在现代的计算机系统中，普遍采用由 专门的I/O处理机来接受CPU的委托，独立执行自己的通道 程序来实现外围设备和内存之间的信息交换，这就是通道 技术。
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DMA方式即直接存取（Direct Memory Access）方式，其基 本思想是在外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通路。
在DMA方式中，I/O控制器具有比中断方式和程序直接方式时更强的 功能。另外，除了控制状态寄存器和数据缓冲寄存器外，DMA控制器中 还包括传送字节计数器、内存地置寄存器等。DMA方式采用窃取总线控 制权的方法，不断的挪用CPU的工作周期把数据缓冲寄存器中的数据直 接送到内存地址寄存器所指向的内存区域。
常用的控制方式有四种：程序直接控制方式、中断控制 方式、DMA方式和通道方式。
程序直接控制方式（Programmed Direct Control）也称循环等待方式或 忙-等待方式，就是由用户进程来直接控制内存或CPU和外围设备之间的 信息传送。
这种方式的控制者是用户进程。当 用户进程需要数据时，它通过CPU 发出启动设备准备数据的启动命令 “Start”，然后，用户进程进入测 试等待状态。在等待时间内，CPU 不断地用一条测试指令检查描述设 备的工作状态的控制状态寄存器。 而外围设备只有将数据传送的准备 工作做好之后，才将该寄存器置为 完成状态。
（4）在以后的某个时刻，进程调度程序选中提出请求并得到了 数据的进程，该进程从约定的内存单元中取出数据继续工作。
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。
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数字量：通常为8位或16位的二进制数或ASCII码。
模拟量：用模拟电压或模拟电流幅值大小表示的物理量。
开关量：只有两个状态，用一位二进制数“0”或“1”即 可表示。如开关的 开和闭，电机的启动和停止等。
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第6章 输入/输出与中断
6.1 输入输出接口概述
注意：地址是端口（寄存器）的地址，而不是接口部件 的地址，一个接口部件包含多个端口，即多个地址。
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第6章 输入/输出与中断
6.2 CPU与外设之间数据的传送方式 CPU与外设之间的数据传送通常采用以下三种形式： 1. 程序传送
✓ 无条件传送（同步传送） ✓ 程序查询传送（条件传送 —— 异步传送）
第6章 输入/输出与中断
6.1 输入输出接口概述
6.1.1 CPU与外设间的连接 接口的功能
例：⑴当设快置速数的据CP缓U冲要以将解数决据两传者送速到度慢差速异的所外带设来时的，不事协先调可问把题数
据送C到P锁U和存外器设中间锁速住度，不等协外调设的作问好题接可收以数通据过的设准置备数工据作缓后冲再来把解 决数，据也取就走是。事反先之把，要若传外送设的要数把据数准据备送在到那CP里U，去在，需因要为的外时设刻输完入成 传送。经常使用锁存器和缓冲器，并配以适当的控制信号来实现 这数种据功的能保。持时间相对于CPU的接收速度来说较长，可直接用三 态缓冲器与CPU数据总线相连，再发控制信号通知CPU来取数
接口电路基本结构及连接
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第6章 输入/输出与中断
6.1 输入输出接口概述
直接端口寻址：I/O端口地址以8位二进制立即数 方式在指令中直接给出。所寻址的端口号只能在0 ~ 255范围内（00H ~ 0FFH）
例：IN AL, 40H 到累加器AL中
; 将40H端口中字节内容传送
间接端口寻址：16位的端口地址在DX寄存器中， 即通过DX间接寻址，可寻址的端口号为0 ~ 65535 （0000H ~ 0FFFFH）
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第6章 输入/输出与中断
6.1 输入输出接口概述
6.1.1 CPU与外设间的连接
I/O接口是主机与I/O设备之间所设置的逻辑控制部件，通 过它实现主机与I/O设备之间的信息交换。
接口有两类：
➢辅助接口电路：接收时钟、中断请求信号等；
➢输入/输出接口电路：连接外部设备。
接口电路的特点：可以通过编程来规定其功能及操作参数 （可编程性）
这部分电路被称为I/O接口电路
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第6章 输入/输出与中断
6.1 输入输出接口概述
6.1.1 CPU与外设间的连接
CPU与外部设备交换信息的过程，和它与存储器交换数据 一样，也是在控制信号的作用下通过数据总线来完成的。但因 为存储器芯片的存取速度与微处理器的时钟频率在同一数量级， 而且存储器本身又具有数据缓冲的能力，因此，CPU可以通过 数据总线很方便地与存储器进行数据交换。而外部设备种类繁 多，它们对所传输的信息的要求也各不相同，这就给计算机和 外设之间的信息交换带来以下一些问题：
端而口不地是址对来接寻口址而端言口的，。然接后口同和外端设口交是换两信个息不。同的概念，若
干个端口加上（相A端B应口的地控址制）电数据路I才/O构接成口接口D。ATA
DB
缓冲器
CPU
M/IO RD WR
状态寄存器
命令控制 寄存器
STATUS I/O 设备
INTR 中断控制逻辑 CONTROL
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第6章 输入/输出与中断
6.1 输入输出接口概述
6.1.1 CPU与外设间的连接 ⑶信号格式不匹配
CPU系统总线上传送的通常是8位、16位或32位的并行数 据，而各种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；有些设备上的信息是电流 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。
例：OUT DX, AL ; 将AL的内容输出到(DX)指 出的端口中去
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第6章 输入/输出与中断
6.1 输入输出接口概述 访问接口的过程：
1. CPU先将地址信息发送到地址总线，将确定的控制信 息发送到控制总线（打开相应端口）
2. CPU传输数据信息到数据总线上等待相应端口接收， 或者CPU等待接口把指定端口的内容送到数据总线上 （收发数据）
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第6章 输入/输出与中断
6.1 输入输出接口概述
6.1.1 CPU与外设间的连接 接口的功能 ⑶设置时序控制电路同步CPU和外设的工作
接口电路接收CPU送来的命令或控制信号、定时信号，实 施对外设的控制与管理，外设的工作状态和应答信号也通过接 口及时返回给CPU，以握手联络信号来保证主机和外部I/O操作 实现同步。
（2）在用输入输出指令（IN/OUT）来寻址外设（实际寻址
端口）的CPU中，外设的状态作为一种输入数据，而CPU的
控制命令，是作为一种输出数据，从而可通过数据总线来分
别传送。
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第6章 输入/输出与中断
6.1 输入输出接口概述
6.1.2 接口电路的基本结构
（间应接3该）寻指端址出口外，地设输址端入由口/C输）P出U信地操息址作来总所确线用定的到，低的C8地P位U址或根总低据是1I/对6O位指端地令口址提而（供言D的，X
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第6章 输入/输出与中断
6.1 输入输出接口概述
6.1.2 接口电路的基本结构
接口电路的基本结构安排有如下特点：
（1）3种信息的性质不同，应通过不同的端口分别传送。
如数据输入输出寄存器（缓冲器）、状态寄存器、命令控制
寄存器各占一个端口，每个端口都有自己的端口地址，故能
用不同的端口地址来区分不同性质的信息。
断处理方法，能正确理解和灵活运用中断向量表。 掌握中断子程序的设计与驻留内存的方法。
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第6章 输入/输出与中断
6.1 输入输出接口概述
6.1.1 CPU与外设间的连接
什么是I/O接口（电路）？
微机的外部设备多种多样 工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼
此差别很大 它们不能与CPU直接相连 必输入/输出与中断
第六章 输入/输出与中断
内容提要
输入输出接口概述 CPU与外设数据传送的方式 中断技术 8086/8088的中断系统和中断处理
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第6章 输入/输出与中断
学习要求
着重理解接口基本结构的特点； 掌握CPU与外设之间数据的传送方式与控制方式； 正确理解中断源、向量中断、中断优先权等基本概念； 重点掌握8086/8088中断系统及其用户定义的内部中
据。
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第6章 输入/输出与中断
6.1 输入输出接口概述
6.1.1 CPU与外设间的连接 接口的功能 ⑵设置信号电平转换电路
外设和CPU之间信号电平的不一致问题，可通过在接口电 路中设置电平转换电路来解决：典型的例子是计算机和外设间 的串行通信，可采用MC1488、MC1489、MAX232、MAX233 芯片来实现电平转换。
6.1.2 接口电路的基本结构
2. 状态信息
反映外设当前所处工作状态的信息，以作为CPU与外 设间可靠交换数据的条件。
✓ 当输入时，它告知CPU：有关输入设备的数据是否准备好（ Ready=1?）；
✓ 当输出时，它告知CPU：输出设备是否空闲（Busy=0?）。 CPU是通过接口电路来掌握输入输出设备的状态，以 决定是否可以输入或输出数据。
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第6章 输入/输出与中断
6.1 输入输出接口概述
6.1.1 CPU与外设间的连接 通常，存储器可以与总线直接相连，而外设却需要通过接
口与CPU总线相连。 存储器
I/O设备
品种有限
品种繁多
不 功能单一 同 传送一个字节 点 与CPU速度匹配
功能多样 传送规律不同 与CPU速度不匹配
2. 中断传送
3. 直接存储器存取（DMA）传送
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第6章 输入/输出与中断
6.2 CPU与外设之间数据的传送方式
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第6章 输入/输出与中断
本章到此结束！
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第6章 输入/输出与中断
6.1 输入输出接口概述
6.1.1 CPU与外设间的连接 接口的功能
⑷提供地址译码电路
CPU要与多个外设打交道，一个外设又往往要与CPU交换 几种信息，因而一个外设接口中通常包含若干个端口，而在同 一时刻，CPU只能与某一个端口交换信息。外设端口不能长期 与CPU相连，只有被CPU选中的设备才能接收数据总线上的数 据，或将外部信息送到数据总线上。这就需要有外设地址译码 电路，使CPU在同一时刻只能选中某一个I/O端口。
易于控制
难于控制
结论 可与CPU直接连接 需经过I/O电路与CPU连接
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第6章 输入/输出与中断
6.1 输入输出接口概述
6.1.2 接口电路的基本结构 CPU与外设之间交换信息通常需要下述几种信息：数据
信息、状态信息、控制信息。故接口电路中对应的常常设 有数据端口、状态端口和控制端口。
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第6章 输入/输出与中断
6.1 输入输出接口概述
6.1.1 CPU与外设间的连接