单片机原理第四章输入输出中断定时与串行通信-.ppt
上传者：落意心冢
2022-06-14 20:09:24上传
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单片机原理第四章输入输出中断定时与串行通信-
THE GRADUATION POWERPOINT TEMPLATE
2021
答辩：
导师：T
本章内容提要
介绍I/O的基本概念、I/O数据传递方式，中断的基本概念，串行通信基本概念。主要介绍单片机中断系统结构、特点及使用方法；片内定时器/计数器结构、原理及使用；片内串行口结构、原理以及双机和多机通信实现方法；PC机与单片机通信实现方法。
4.1 I/O概述
4.1.1 I/O的概念
在单片机内部结构中，除了CPU之外，单片机集成有内部数据寄存器、程序存储器、定时器/计数器、并行I/O口、串行口、中断控制系统等。CPU通过内部总线与片内的I/O连接，通过片内I/O，单片机可与外设或单片机系统交换信息。此外，单片机可以由P0、P2和P3口构成外部总线，扩展外部I/O，构成更加复杂的系统，满足实际应用的需求。
1. 接口与端口
接口是CPU与外设之间交换信息的连接部件，也称为接口电路。接口电路通常包含有数据寄存器用来保存输入/输出数据、状态寄存器保存接口的状态信息、控制寄存器保存单片机的控制命令等。数据的I/O操作通过数据寄存器的操作完成。
通常接口电路中可编址并能进行读写操作的寄存器称为端口或简称口。一个接口电路中可能包括多个口，例如数据口、状态口、控制口，即包含有多个口地址。同一单片机系列中，片内集成的I/O模块各有不同，当片内I/O不能满足实际需求时，可扩展外部I/O。
2. I/O的分类
按照信号的传递方式，可将I/O分为串行和并行两类。
按照I/O连接的信号大致可分为模拟量、数字量、脉冲量I/O三类。
3. 数据总线隔离技术
为了正确地进行数据的I/O传递，必须解决数据总线的隔离问题，即在任一时刻，CPU只对一个I/O进行操作。为此，对输出设备的接口电路要使用锁存器，对输入设备的接口电路，使用三态缓冲器。
4． 单片机I/O编址方式
每一个I/O都需要编址，以便CPU分别进行寻址。常用的I/O编址方式有两种：独立编址方式和统一编址方式。
独立编址方式: I/O和存储器分开编址，有各自独立的地址空间，采用不同的控制总线，使用不同的指令分别寻址。
统一编址方式: I/O与数据存储器在同一地址空间编址，寻址方式相同，采用相同的地址、数据、控制总线，使用相同的指令寻址。
4.1.2 输入/输出的传递方式
单片机系统中有不同类型的I/O，由于I/O所连接的外设或I/O接口本身的速度与CPU的处理速度相比，通常低于CPU的速度，为了实现数据的正确传输，CPU通常采用三种控制方式，即无条件传送方式、查询方式和中断控制方式。
1. 无条件传送方式
I/O或与I/O连接的外设随时都处于准备好状态，这时CPU不需要测试外设状态，随时直接对其进行操作。
2. 查询方式
I/O接口或外设的状态以适当的方式输入CPU，CPU通过对状态信号的查询，在判别外设准备好之后，
对其进行输入/输出操作。
查询方式的特点：实现简单，通用性强，适合各种设备数据的输入/输出；其缺点是需要占用CPU的
时间，外设速度较慢时，效率较低。
图4.1 查询方式流程图
3. 中断方式
中断方式下外设的状态信号以中断申请方式输入CPU。 CPU响应中断，暂停正在执行的程序，转而执行中断服务程序，在中断服务程序中对外设进行输入/输出操作，中断返回后，再继续执行被中断的程序。
中断方式可提高单片机系统的效率，特别适用于电池供电的低功耗系统。
4.2 MCS-51单片机的中断系统
中断是一项重要的计算机技术。当CPU正在处理某件事时，外界发生了紧急事件请求，要求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件。处理完后再回到原来被中断的位置，继续原来的工作，这一过程称为中断，实现这种功能的部件称为中断系统。当多个中断源同时向CPU申请中断时，CPU将根据每个中断源的优先级，优先响应级别最高的中断请求。
当中断系统有多个中断优先级时，CPU暂停较低级的中断服务程序，转而处理优先级更高的中断请求源，处理完后再处理较低级的中断服务程序，这样的过程称为中断嵌套。这样的中断系统称为多级中断系统。
51系列单片机的中断系统有5个中断源：2个外部中断源、2个定时器中断源和一个串行口中断源，具有两个中断优先级，可实现两级中断服务程序嵌套。
图4.2 二级中断嵌套
4.2.1 中断系统的结构
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2021
答辩：
导师：T
本章内容提要
介绍I/O的基本概念、I/O数据传递方式，中断的基本概念，串行通信基本概念。主要介绍单片机中断系统结构、特点及使用方法；片内定时器/计数器结构、原理及使用；片内串行口结构、原理以及双机和多机通信实现方法；PC机与单片机通信实现方法。
4.1 I/O概述
4.1.1 I/O的概念
在单片机内部结构中，除了CPU之外，单片机集成有内部数据寄存器、程序存储器、定时器/计数器、并行I/O口、串行口、中断控制系统等。CPU通过内部总线与片内的I/O连接，通过片内I/O，单片机可与外设或单片机系统交换信息。此外，单片机可以由P0、P2和P3口构成外部总线，扩展外部I/O，构成更加复杂的系统，满足实际应用的需求。
1. 接口与端口
接口是CPU与外设之间交换信息的连接部件，也称为接口电路。接口电路通常包含有数据寄存器用来保存输入/输出数据、状态寄存器保存接口的状态信息、控制寄存器保存单片机的控制命令等。数据的I/O操作通过数据寄存器的操作完成。
通常接口电路中可编址并能进行读写操作的寄存器称为端口或简称口。一个接口电路中可能包括多个口，例如数据口、状态口、控制口，即包含有多个口地址。同一单片机系列中，片内集成的I/O模块各有不同，当片内I/O不能满足实际需求时，可扩展外部I/O。
2. I/O的分类
按照信号的传递方式，可将I/O分为串行和并行两类。
按照I/O连接的信号大致可分为模拟量、数字量、脉冲量I/O三类。
3. 数据总线隔离技术
为了正确地进行数据的I/O传递，必须解决数据总线的隔离问题，即在任一时刻，CPU只对一个I/O进行操作。为此，对输出设备的接口电路要使用锁存器，对输入设备的接口电路，使用三态缓冲器。
4． 单片机I/O编址方式
每一个I/O都需要编址，以便CPU分别进行寻址。常用的I/O编址方式有两种：独立编址方式和统一编址方式。
独立编址方式: I/O和存储器分开编址，有各自独立的地址空间，采用不同的控制总线，使用不同的指令分别寻址。
统一编址方式: I/O与数据存储器在同一地址空间编址，寻址方式相同，采用相同的地址、数据、控制总线，使用相同的指令寻址。
4.1.2 输入/输出的传递方式
单片机系统中有不同类型的I/O，由于I/O所连接的外设或I/O接口本身的速度与CPU的处理速度相比，通常低于CPU的速度，为了实现数据的正确传输，CPU通常采用三种控制方式，即无条件传送方式、查询方式和中断控制方式。
1. 无条件传送方式
I/O或与I/O连接的外设随时都处于准备好状态，这时CPU不需要测试外设状态，随时直接对其进行操作。
2. 查询方式
I/O接口或外设的状态以适当的方式输入CPU，CPU通过对状态信号的查询，在判别外设准备好之后，
对其进行输入/输出操作。
查询方式的特点：实现简单，通用性强，适合各种设备数据的输入/输出；其缺点是需要占用CPU的
时间，外设速度较慢时，效率较低。
图4.1 查询方式流程图
3. 中断方式
中断方式下外设的状态信号以中断申请方式输入CPU。 CPU响应中断，暂停正在执行的程序，转而执行中断服务程序，在中断服务程序中对外设进行输入/输出操作，中断返回后，再继续执行被中断的程序。
中断方式可提高单片机系统的效率，特别适用于电池供电的低功耗系统。
4.2 MCS-51单片机的中断系统
中断是一项重要的计算机技术。当CPU正在处理某件事时，外界发生了紧急事件请求，要求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件。处理完后再回到原来被中断的位置，继续原来的工作，这一过程称为中断，实现这种功能的部件称为中断系统。当多个中断源同时向CPU申请中断时，CPU将根据每个中断源的优先级，优先响应级别最高的中断请求。
当中断系统有多个中断优先级时，CPU暂停较低级的中断服务程序，转而处理优先级更高的中断请求源，处理完后再处理较低级的中断服务程序，这样的过程称为中断嵌套。这样的中断系统称为多级中断系统。
51系列单片机的中断系统有5个中断源：2个外部中断源、2个定时器中断源和一个串行口中断源，具有两个中断优先级，可实现两级中断服务程序嵌套。
图4.2 二级中断嵌套
4.2.1 中断系统的结构
单片机原理第四章输入输出中断定时与串行通信-
