单片机原理及应用设计 教学课件 作者 白林峰李国厚 主编 孔晓红 副主编 第5章 中断系统及定时器.pptVIP

尚辅网 尚辅网 第5章 中断系统及定时器/计数器 中断及定时器/计数器是在单片机应用系统设计中比较常用的资源，也是在进行实际的单片机应用系统设计时必须要掌握的设计手段。系统对这些资源的管理一般是通过相关的特殊功能寄存器来实现的。 单片机 第5章 中断系统及定时器/计数器 化学工业出版社 * 尚辅网 尚辅网 一、I/O控制方式及中断 输入/输出（Input/Output，一般简称为I/O）在实际的应用系统中是比较常见的任务处理要求。不同的计算机系统、不同的应用环境和任务要求具有不同的输入/输出的实现方法。下面先简单介绍一下相关的概念。 1、 输入/输出的控制方式 外部设备与CPU的数据交换是通过数据总线来实现的，但数据总线一般不能直接与外设连接，必须要借助于相应的接口电路。输入数据时由输入设备把数据送给接口，然后CPU从接口取走数据；输出数据时CPU把数据送给接口，然后输出设备从接口取走数据并产生实际的输出。因此，CPU与I/O设备的信息交换，实际上都是通过输入/输出接口（Input/Output Port，简称I/O口）完成。 采用接口以后，借助于接口的锁存作用、隔离作用、变换 尚辅网 作用及联络作用，可以架起外设和CPU之间的桥梁，实现两者的匹配。为了识别不同外设的接口，计算机采用和存储器交换信息同样的方法，赋给每一个I/O口一个唯一的编号，称为口地址。当CPU和某一个外设交换数据时，只需通过地址总线送出口地址，找到相应的I/O口，就可完成任务。通常I/O口的编址有两种方法：与内存统一编址和独立编址。 2、 I/O口与CPU交换数据的方式 （1）程序查询方式 这种控制方式又称为程序控制方式，计算机与外设交换数据完全由计算机中的程序控制。当计算机需要向外设读取数据时，通常先向外设输出一个命令，请求外设发送，然后利用程序读取外设的状态字（表示外设的工作状态标志），判断外设的数据是否准备好。如果已经准备好，则执行输入指令，读取数据；如果没有准备好，继续读状态字，进行下一次判断，如此循环。执行程序时可通过程序向I/O设备发出 尚辅网 命令字。其内容为启动外设，请求数据传送，然后CPU检查状态字中的标志，看看数据交换是否可以进行。接下来从I/O设备读入状态字。若外设未淮备就绪，则等待。若已准备就绪，则CPU从I/O设备读出数据，同时把I/O设备的状态字复位。 （2）中断控制方式 程序查询方式实际是程序循环等待方式，利用软件循环检测外设状态，直到外设准备好时才能进行数据传送的操作。因此，其工作效率很低。在许多应用系统中，要求CPU具有较快的响应速度，以便进行实时控制，查询法显然不能满足。为了提高CPU的工作效率，在实际系统设计时通常采用中断输入/输出方式。 （3）DMA方式 利用中断控制进行数据传送，可以大大提高CPU的利用率。但是有些I/O设备例如磁盘、CRT显示器等需要高速而又频繁地与存储器进行成批数据存取或交换。此时中断控制传送方式 尚辅网 已不能满足速度上的要求，因为每传送一个数据都要有CPU参与工作。直接存储器访问DMA（Direct Memory Access），就是指外设与存储器之间直接进行数据交换，它可以不通过CPU，数据传送的速度只取决于内外存储器的工作速度。 3、中断的概念 所谓“中断”，是指计算机在执行某一段程序的过程中，由于计算机系统内部或外部的、软件或硬件的某种原因，有必要中止当前程序的执行，转去执行相应的处理程序。待处理结束后，再返回来继续执行被中断的当前程序的过程。上面提到了外设和CPU通过中断方式实现的数据交换。此外，单片机的内部结构单元根据实际情况也能提出中断请求，暂时中断正在执行的程序，转去处理提出请求的结构单元要完成的任务，如单片内部定时器定时时间引起的中断。在实际应用中，系统有故障时也可提出中断请求，CPU就可以通过系统的中断结构自动 尚辅网 地处理故障，不必停机进行人工检查。 4、中断的处理过程 （1）中断的意义 中断技术在实时控制、分时操作、人机交互、多机系统等方面得到了广泛的应用，大大扩大了计算机的应用范围，提高了计算机的性能。它具有以下优点： （A）同步工作 （B）实时处理 （C）分时处理 （D）故障处理 （2）中断源 常见的中断源主要有： （A）外部输入/输出设备。如A/D转换器、打印机等。 （B）数据通信设备。如进行双机或多机通信。 （C）定时时钟。 尚辅网 （D）故障源。如掉电保护请求等。 （E）为调试程序而设置的中断源。 （3）中断系统的功能 在中