第 5章 输入／输出与中断
5.1 输入／输出信息的传送方式
5.2 中断的概念
5.3 MCS -51单片机的中断系统
5.4 中断应用举例退出
5.1 输入／输出信息的传送方式
5.1.1 输入／输出的概念单片机常用的输出设备有：显示器,指示灯,微型打印机等 。
5.1.2 输入／输出信息种类计算机与输入／输出设备之间交换信息,有三种信息形式：数据信息,控制信息和状态信息 。
5.1.3 输入／输出设备与 CPU的连接计算机的 CPU与外设,并不直接相连,而是通过接口电路进行连接 。 它们的连接关系如图 5-1所示 。
1,锁存功能接口电路用数据锁存器,解决双方速度匹配问题 。
2,隔离作用
CPU既可以与存储器交换数据,也可以与任一外设交换数据 。 但任一时刻,只能与其中的一个设备交换数据 。
3、变换作用当外设的电平幅度不符合计算机的要求时，需要接口电路进行电平转换。
4、联络作用只有在外设准备就绪时，才能与 CPU交换数据，
既可避免出错，又可提高 CPU的工作效率。外设准备就绪状态，通过接口电路与计算机进行联系。因此，
接口电路必需具有联络作用。
5.1.4 CPU对外设的两种编址方式
1、端口与主存储器单元统一编址统一编址，把主存储器的一部分地址空间分给端口，把每一个端口作为一个存储单元。
2、端口单独编址对端口单独编址时，端口不占主存地址空间，但必需设置专门的输入／输出指令访问端口。
5.1.5 CPU与外设之间的数据传送方式
CPU与外设之间的数据传送方式通常有以下 3种方式：无条件传送方式、查询方式和中断方式。
1、无条件传送方式
2、查询传送方式
3,中断传送方式
5.2 中断的概念
5.2.1 中断的定义所谓中断,是指 CPU正在处理某些事务的时候,
外部又发生了某一事件,请求 CPU及时处理 。 于是,
CPU暂时中断当前的工作,转而处理所发生的事件 。
处理完毕,再回到原来被中断的地方,继续原来的工作 。 这样的过程,称为中断 。
5.2.2 为什么要使用中断
5.2.3 中断的嵌套
5.3 MCS -51单片机的中断系统
MCS-51单片机有 5个中断源,两个优先级,可以实现两级中断嵌套 。
5.3.1 中断系统的内部结构
MCS-51单片机中断系统的结构,如图 5-5所示 。
1,中断源
(1) 外部中断源外部中断源 INT0,INT1是由外部输入的两个中断源 。 这两个外部中断请求源,直接触发寄存器 TCON
的 IE0,IE1,产生中断标志 。 触发方式有两种,一种是脉冲触发,一种是电平触发 。 外部中断源的触发方式由 TCON寄存器中的 IT0,IT1来决定 。 下面介绍
TCON寄存器中的 IE0,IT0,IE1,IT1。 TCON中的位格式如下：
T C O N （ 8 8 H ） D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0
T F 1 T F 0 I E 1 I T 1 I E 0 I T 0
IE0：为外部中断 INT0的请求标志位 。 当 INT0引脚上出现中断请求信号 （ 低电平或脉冲下降沿 ） 时,
硬件自动将 IE0置,1”,产生中断请求标志 。
IT0：外部中断 INT0触发方式控制位 。 由软件来置,1”或清,0”,以控制外部中断 INT0的触发方式 。
当 IT0=1 时,外部中断 INT0为下降沿触发 。 即外部中断 INT0出现下降沿时,触发 IE0,使其为,1”；
当 IT0=0时,外部中断 INT0为电平触发 。 即外部中断 INT0出现低电平时,触发 IE0,使其为,0”。
IE1：为外部中断 INT1的请求标志位 。 功能与 IE0
相同 。
IT1：外部中断 INT1触发方式控制位 。 功能与 IT0
相同 。
(2) 内部中断源内部中断源有定时器 T0和 T1溢出中断源，以及串行口发送／接收中断源。 MCS-51内部有 2个定时器／
计数器，我们分别称它们为定时器 T0和定时器 T1，定时器 T0和 T1内部都有各自的计数器。当计数器计满溢出时，分别产生溢出中断，使各自的中断标志位 TF0、
TF1置,1”，产生中断请求标志。 TF0和 TF1为 TCON
寄存器中的 2位。
TF0：定时器 T0的溢出中断标志位。
TF1：定时器 T1的溢出中断标志位。
另一个内部中断源为串行口发送／接收中断源。
其中断标志位占用 SCON寄存器中的 2位，它们是发送中断请求标志 TI和接收中断请求标志 RI。 SCON寄存器的位格式如下：
S C O N （ 9 8 H ） D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0
TI RI
TI：串行口内部发送中断请求标志位 。 当串行口发送完一个字符后,由内部硬件使发送中断标志 TI置位 。 产生中断请求标志 。
RI：串行口内部接收中断请求标志位 。 当串行口接收到一个字符后,由内部硬件使接收中断请求标志位 RI置位 。 产生中断请求标志 。
串行口的发送中断 TI,和接收中断 RI,共用一个内部中断源 。 它们逻辑,或,后,作为一个内部的串行口中断源 。
2.中断允许寄存器 IE
中断允许寄存器 IE的作用,是控制所有中断源的开放或禁止,以及每个中断源是否被允许 。 寄存器 IE
的位格式如下：
I E （ A8 H ） D7 D 6 D5 D4 D 3 D2 D1 D0
EA — — ES ET
1
EX 1 ET
0
EX 0
EA：中断总允许位 。 EA=1,CPU开放中断；
EA=0,CPU禁止所有的中断请求 。 从图 5-5的结构图中可以看到,总允许 EA好比一个总开关 。
ES：串行中断允许位 。 ES=1,允许串行口中断；
ES=0,禁止串行口中断 。
ET1,T1溢出中断允许位 。 ET1=1,允许 T1中断；
ET1=0,禁止 T1中断 。
EX1：外部中断 1允许位 。 EX1=1,允许外部中断
1中断； EX1=0,禁止外部中断 1中断 。
ET0,T0溢出中断允许位 。 ET0=1,允许 T0中断；
ET0=0,禁止 T0中断 。
EX0：外部中断 0允许位 。 EX0=1,允许外部中断
0中断； EX0=0,禁止外部中断 0中断 。
3,中断优先级寄存器 IP
(1) 中断优先级寄存器 IP的位格式及优先级的设定
MCS-51单片机具有 2个中断优先级,均可编程设定为高优先级或低优先级 。 寄存器 IP的位格式如下：
IP （ B 8H ） D7 D6 D5 D4 D 3 D2 D1 D0
— — — PS PT
1
PX1 PT
0
PX0
PS：串行口中断优先级控制位 。 PS=1,设定串行口为高优先级中断； PS=0,设定串行口为低优先级中断 。
PT1,T1中断优先级控制位 。 PT1=1,设定定时器
T1为高优先级中断； PT1=0,设定定时器 T1为低优先级中断 。
PX1：外部中断 1优先级控制位 。 PX1=1,设定外部中断 1为高优先级中断； PX1=0,设定外部中断 1为低优先级中断 。
PT0,T0中断优先级控制位 。 PT0=1,设定定时器
T0为高优先级中断； PT0=0,设定定时器 T0为低优先级中断 。
PX0,外部中断 0优先级控制位。 PX0=1，设定外部中断 0为高优先级中断； PX0=0，设定外部中断 0为低优先级中断。
MCS-51单片机复位后,IP寄存器低 5位全部被清 0，
将所有中断源设置为低优先级中断。
(2) 不同优先级中断请求同时发生时 CPU响应的优先顺序
(3) 相同优先级中断请求同时发生时 CPU响应的优先顺序
MCS-51单片机有 5个中断源，当它们处于同优先级时的优先级顺序如表 6-1所示。
5.3.2 中断响应与中断返回
1,中断响应条件
MCS-51单片机响应中断有四个条件：一是中断源有请求；二是寄存器 IE的总允许位 EA=1,且 IE相应的中断允许位为 1；三是无同级或高级中断正在服务；四是现行指令执行完最后一个机器周期 。
2,中断响应与中断返回
(1) 保存断点
(2) 取中断向量
(3) 执行中断服务程序及中断返回
(4) 响应中断后各中断标志位的清除
5.4 中断应用举例
【 例 5-1】 图 5-6为 3个故障源显示电路,当系统无故障时,3个故障源输入端 X1～ X3全为低电平,对应的 3个显示灯全灭；当某部分出现故障时,其对应的输入端由低电平变为高电平,从而引起 MCS-51单片机中断,中断服务程序的任务是判定故障,并点亮对应的发光二极管 。 其中,发光二极管 LED1～ LED3对应 3个输入端 X1～ X3。
实现上述功能的电路如图 5-6所示 。 3个故障源
X1～ X3通过,或非门,与 8031单片机的外部中断 0输入端相连,同时,X1～ X3与 P0口的 P1.0～ P1.2引脚相接,3支发光二极管 LED1～ LED3分别与 P0口的 P1.3～
P1.5相接 。
主程序为：
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 0003H
AJMP SERVE
MAIN,ORL P1,#0FFH ；灯全灭,准备读入
SETB IT0 ；选择边沿触发方式
SETB EX0 ；允许 INT0中断
SETB EA ； CPU开中断
AJMP $ ；等待中断中断服务子程序为：
SERVE,JNB P1,0,L1 ；若 X1无故障，跳到 L1
CLR P1,3 ；点亮 LED1
L1,JNB P1,1,L2 ；若 X2有故障，跳到 L2
CLR P1,4 ；点亮 LED2
L2,JNB P1,2,L3 ；若 X3有故障，跳到 L3
CLR P1,5 ；点亮 LED3
L3,RETI
5.1 输入／输出信息的传送方式
5.2 中断的概念
5.3 MCS -51单片机的中断系统
5.4 中断应用举例退出
5.1 输入／输出信息的传送方式
5.1.1 输入／输出的概念单片机常用的输出设备有：显示器,指示灯,微型打印机等 。
5.1.2 输入／输出信息种类计算机与输入／输出设备之间交换信息,有三种信息形式：数据信息,控制信息和状态信息 。
5.1.3 输入／输出设备与 CPU的连接计算机的 CPU与外设,并不直接相连,而是通过接口电路进行连接 。 它们的连接关系如图 5-1所示 。
1,锁存功能接口电路用数据锁存器,解决双方速度匹配问题 。
2,隔离作用
CPU既可以与存储器交换数据,也可以与任一外设交换数据 。 但任一时刻,只能与其中的一个设备交换数据 。
3、变换作用当外设的电平幅度不符合计算机的要求时，需要接口电路进行电平转换。
4、联络作用只有在外设准备就绪时，才能与 CPU交换数据，
既可避免出错，又可提高 CPU的工作效率。外设准备就绪状态，通过接口电路与计算机进行联系。因此，
接口电路必需具有联络作用。
5.1.4 CPU对外设的两种编址方式
1、端口与主存储器单元统一编址统一编址，把主存储器的一部分地址空间分给端口，把每一个端口作为一个存储单元。
2、端口单独编址对端口单独编址时，端口不占主存地址空间，但必需设置专门的输入／输出指令访问端口。
5.1.5 CPU与外设之间的数据传送方式
CPU与外设之间的数据传送方式通常有以下 3种方式：无条件传送方式、查询方式和中断方式。
1、无条件传送方式
2、查询传送方式
3,中断传送方式
5.2 中断的概念
5.2.1 中断的定义所谓中断,是指 CPU正在处理某些事务的时候,
外部又发生了某一事件,请求 CPU及时处理 。 于是,
CPU暂时中断当前的工作,转而处理所发生的事件 。
处理完毕,再回到原来被中断的地方,继续原来的工作 。 这样的过程,称为中断 。
5.2.2 为什么要使用中断
5.2.3 中断的嵌套
5.3 MCS -51单片机的中断系统
MCS-51单片机有 5个中断源,两个优先级,可以实现两级中断嵌套 。
5.3.1 中断系统的内部结构
MCS-51单片机中断系统的结构,如图 5-5所示 。
1,中断源
(1) 外部中断源外部中断源 INT0,INT1是由外部输入的两个中断源 。 这两个外部中断请求源,直接触发寄存器 TCON
的 IE0,IE1,产生中断标志 。 触发方式有两种,一种是脉冲触发,一种是电平触发 。 外部中断源的触发方式由 TCON寄存器中的 IT0,IT1来决定 。 下面介绍
TCON寄存器中的 IE0,IT0,IE1,IT1。 TCON中的位格式如下：
T C O N （ 8 8 H ） D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0
T F 1 T F 0 I E 1 I T 1 I E 0 I T 0
IE0：为外部中断 INT0的请求标志位 。 当 INT0引脚上出现中断请求信号 （ 低电平或脉冲下降沿 ） 时,
硬件自动将 IE0置,1”,产生中断请求标志 。
IT0：外部中断 INT0触发方式控制位 。 由软件来置,1”或清,0”,以控制外部中断 INT0的触发方式 。
当 IT0=1 时,外部中断 INT0为下降沿触发 。 即外部中断 INT0出现下降沿时,触发 IE0,使其为,1”；
当 IT0=0时,外部中断 INT0为电平触发 。 即外部中断 INT0出现低电平时,触发 IE0,使其为,0”。
IE1：为外部中断 INT1的请求标志位 。 功能与 IE0
相同 。
IT1：外部中断 INT1触发方式控制位 。 功能与 IT0
相同 。
(2) 内部中断源内部中断源有定时器 T0和 T1溢出中断源，以及串行口发送／接收中断源。 MCS-51内部有 2个定时器／
计数器，我们分别称它们为定时器 T0和定时器 T1，定时器 T0和 T1内部都有各自的计数器。当计数器计满溢出时，分别产生溢出中断，使各自的中断标志位 TF0、
TF1置,1”，产生中断请求标志。 TF0和 TF1为 TCON
寄存器中的 2位。
TF0：定时器 T0的溢出中断标志位。
TF1：定时器 T1的溢出中断标志位。
另一个内部中断源为串行口发送／接收中断源。
其中断标志位占用 SCON寄存器中的 2位，它们是发送中断请求标志 TI和接收中断请求标志 RI。 SCON寄存器的位格式如下：
S C O N （ 9 8 H ） D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0
TI RI
TI：串行口内部发送中断请求标志位 。 当串行口发送完一个字符后,由内部硬件使发送中断标志 TI置位 。 产生中断请求标志 。
RI：串行口内部接收中断请求标志位 。 当串行口接收到一个字符后,由内部硬件使接收中断请求标志位 RI置位 。 产生中断请求标志 。
串行口的发送中断 TI,和接收中断 RI,共用一个内部中断源 。 它们逻辑,或,后,作为一个内部的串行口中断源 。
2.中断允许寄存器 IE
中断允许寄存器 IE的作用,是控制所有中断源的开放或禁止,以及每个中断源是否被允许 。 寄存器 IE
的位格式如下：
I E （ A8 H ） D7 D 6 D5 D4 D 3 D2 D1 D0
EA — — ES ET
1
EX 1 ET
0
EX 0
EA：中断总允许位 。 EA=1,CPU开放中断；
EA=0,CPU禁止所有的中断请求 。 从图 5-5的结构图中可以看到,总允许 EA好比一个总开关 。
ES：串行中断允许位 。 ES=1,允许串行口中断；
ES=0,禁止串行口中断 。
ET1,T1溢出中断允许位 。 ET1=1,允许 T1中断；
ET1=0,禁止 T1中断 。
EX1：外部中断 1允许位 。 EX1=1,允许外部中断
1中断； EX1=0,禁止外部中断 1中断 。
ET0,T0溢出中断允许位 。 ET0=1,允许 T0中断；
ET0=0,禁止 T0中断 。
EX0：外部中断 0允许位 。 EX0=1,允许外部中断
0中断； EX0=0,禁止外部中断 0中断 。
3,中断优先级寄存器 IP
(1) 中断优先级寄存器 IP的位格式及优先级的设定
MCS-51单片机具有 2个中断优先级,均可编程设定为高优先级或低优先级 。 寄存器 IP的位格式如下：
IP （ B 8H ） D7 D6 D5 D4 D 3 D2 D1 D0
— — — PS PT
1
PX1 PT
0
PX0
PS：串行口中断优先级控制位 。 PS=1,设定串行口为高优先级中断； PS=0,设定串行口为低优先级中断 。
PT1,T1中断优先级控制位 。 PT1=1,设定定时器
T1为高优先级中断； PT1=0,设定定时器 T1为低优先级中断 。
PX1：外部中断 1优先级控制位 。 PX1=1,设定外部中断 1为高优先级中断； PX1=0,设定外部中断 1为低优先级中断 。
PT0,T0中断优先级控制位 。 PT0=1,设定定时器
T0为高优先级中断； PT0=0,设定定时器 T0为低优先级中断 。
PX0,外部中断 0优先级控制位。 PX0=1，设定外部中断 0为高优先级中断； PX0=0，设定外部中断 0为低优先级中断。
MCS-51单片机复位后,IP寄存器低 5位全部被清 0，
将所有中断源设置为低优先级中断。
(2) 不同优先级中断请求同时发生时 CPU响应的优先顺序
(3) 相同优先级中断请求同时发生时 CPU响应的优先顺序
MCS-51单片机有 5个中断源，当它们处于同优先级时的优先级顺序如表 6-1所示。
5.3.2 中断响应与中断返回
1,中断响应条件
MCS-51单片机响应中断有四个条件：一是中断源有请求；二是寄存器 IE的总允许位 EA=1,且 IE相应的中断允许位为 1；三是无同级或高级中断正在服务；四是现行指令执行完最后一个机器周期 。
2,中断响应与中断返回
(1) 保存断点
(2) 取中断向量
(3) 执行中断服务程序及中断返回
(4) 响应中断后各中断标志位的清除
5.4 中断应用举例
【 例 5-1】 图 5-6为 3个故障源显示电路,当系统无故障时,3个故障源输入端 X1～ X3全为低电平,对应的 3个显示灯全灭；当某部分出现故障时,其对应的输入端由低电平变为高电平,从而引起 MCS-51单片机中断,中断服务程序的任务是判定故障,并点亮对应的发光二极管 。 其中,发光二极管 LED1～ LED3对应 3个输入端 X1～ X3。
实现上述功能的电路如图 5-6所示 。 3个故障源
X1～ X3通过,或非门,与 8031单片机的外部中断 0输入端相连,同时,X1～ X3与 P0口的 P1.0～ P1.2引脚相接,3支发光二极管 LED1～ LED3分别与 P0口的 P1.3～
P1.5相接 。
主程序为：
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 0003H
AJMP SERVE
MAIN,ORL P1,#0FFH ；灯全灭,准备读入
SETB IT0 ；选择边沿触发方式
SETB EX0 ；允许 INT0中断
SETB EA ； CPU开中断
AJMP $ ；等待中断中断服务子程序为：
SERVE,JNB P1,0,L1 ；若 X1无故障，跳到 L1
CLR P1,3 ；点亮 LED1
L1,JNB P1,1,L2 ；若 X2有故障，跳到 L2
CLR P1,4 ；点亮 LED2
L2,JNB P1,2,L3 ；若 X3有故障，跳到 L3
CLR P1,5 ；点亮 LED3
L3,RETI
