微機(jī)原理及應(yīng)用答案、課件第5章

第五章微機(jī)及測控技術(shù)

第5章數(shù)字量輸入輸出

本章學(xué)習(xí)目標(biāo)

5.1概述

5.2系統(tǒng)總線及接口

5.3中斷控制系統(tǒng)

5.4計(jì)數(shù)/定時(shí)接口

5.5并行輸入/輸出接口

5.6串行輸入/輸出接口

5.7直接存儲(chǔ)器存取DMA

第五章微機(jī)及測控技術(shù)5.1概述5.1.1I/O信號的形式

CPU通過接口與外設(shè)交換信息，這些信息包括數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息。1、數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息可分為數(shù)字量、模擬量和開關(guān)量。數(shù)字量是鍵盤、CRT、打印機(jī)及磁盤等I/O外設(shè)與CPU交換的信息，它是以二進(jìn)制形式表示的數(shù)或以ASCII碼表示的數(shù)或字符。當(dāng)微型計(jì)算機(jī)用于控制系統(tǒng)時(shí)，大量的現(xiàn)場信息經(jīng)過傳感器把非電量(如溫度、壓力、流量、位移等)轉(zhuǎn)換成電量，并經(jīng)放大處理得到模擬量的電壓或電流。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)這些模擬量必須先經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能輸入計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)控制信號的輸出也必須先經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量才能去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。開關(guān)量即兩個(gè)狀態(tài)的量。如開關(guān)的斷開與閉合、閥門的打開與關(guān)閉等。通常開關(guān)量要經(jīng)過相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換才能與計(jì)算機(jī)連接。每個(gè)開關(guān)量只要一位二進(jìn)制數(shù)表示，故對于字長為8位(或16位)的計(jì)算機(jī)，一次可輸入或輸出8位(或16位)開關(guān)量。2、狀態(tài)信息狀態(tài)信息是CPU與外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)時(shí)的聯(lián)絡(luò)信息。CPU通過讀取外設(shè)狀態(tài)信號，可知外設(shè)的工作狀態(tài)。如輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好，輸出設(shè)備是否空閑。輸出設(shè)備正在輸出信息，則用BUSY信號通知CPU暫停送數(shù)。因此，狀態(tài)信號是CPU與I/O外設(shè)正確進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的重要條件。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)3、控制信息控制信息是設(shè)置I/O外設(shè)(包括I/O接口)的工作模式、命令字的有關(guān)信息。如“啟動(dòng)”、“停止”信息。

I/O

設(shè)備

CPU

譯碼

數(shù)據(jù)端口

狀態(tài)端口

控制端口

ABDBCB

第五章微機(jī)及測控技術(shù)5.1.2I/O接口的功能（1）信號的形式變換（2）電平的轉(zhuǎn)換（3）鎖存及緩沖（4）I/O定向（5）并行及串行I/O轉(zhuǎn)換

第五章微機(jī)及測控技術(shù)5.1.3I/O編址1、存儲(chǔ)器映像編址I/O端口和存儲(chǔ)器單元放在一起編址。優(yōu)點(diǎn)：無需專業(yè)的I/O指令及專用的I/O控制信號就可以完成輸入輸出數(shù)據(jù)的傳送。缺點(diǎn)：I/O端口占用了一部分內(nèi)存空間，使內(nèi)存空間減少；訪問I/O端口同訪問內(nèi)存一樣，由于訪問內(nèi)存的地址長，指令的機(jī)器碼也長，執(zhí)行時(shí)間顯然增加。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)2、I/O單獨(dú)編址

CPU使用專門的I/O指令及控制信號進(jìn)行I/O，其主要優(yōu)點(diǎn)是I/O端口和存儲(chǔ)器分別編址。優(yōu)點(diǎn)：I/O指令執(zhí)行速度比訪問存儲(chǔ)器的速度要快。8086CPUI/O端口地址空間為64KB對8086微處理器，CPU從端口讀入數(shù)據(jù)的指令稱為輸入指令，助記符為IN；CPU向端口輸出數(shù)據(jù)的指令稱為輸出指令，助記符為OUT。指令的一般格式為：INDST，SRCOUTDST，SRC

無條件傳送方式是假設(shè)輸入/輸出接口已經(jīng)準(zhǔn)備好，CPU無需查詢狀態(tài)，可直接用IN和OUT指令完成與接口之間的數(shù)據(jù)傳送。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)5.1.4I/O的控制方式1、直接傳送方式

無條件傳送方式是假設(shè)輸入/輸出接口已經(jīng)準(zhǔn)備好，CPU無需查詢狀態(tài)，可直接用IN和OUT指令完成與接口之間的數(shù)據(jù)傳送。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)

當(dāng)進(jìn)行輸入時(shí)，由于數(shù)據(jù)保持時(shí)間比CPU的處理時(shí)間長，輸入端必須用輸入緩沖器與CPU的數(shù)據(jù)總線相連。當(dāng)CPU執(zhí)行輸入指令時(shí)，I/O讀信號有效，來自輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)到達(dá)數(shù)據(jù)總線，傳送給CPU。顯然，CPU在執(zhí)行輸入指令時(shí)，要求外設(shè)的數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好，否則就會(huì)出錯(cuò)。當(dāng)進(jìn)行輸出時(shí)，由于外設(shè)速度較慢，要求接口有鎖存功能，即CPU送給外設(shè)的數(shù)據(jù)應(yīng)該在接口中保持一段時(shí)間。當(dāng)CPU執(zhí)行輸出指令時(shí)，I/O寫信號有效，CPU輸出的信息經(jīng)過數(shù)據(jù)總線進(jìn)入輸出鎖存器，輸出鎖存器保持這個(gè)數(shù)據(jù)，直到外設(shè)取走該數(shù)據(jù)。顯然，CPU在執(zhí)行輸出指令時(shí)，必須保證鎖存器是空閑的。從以上分析可以看出，無條件傳送是最簡便的傳送方式，它所需的硬件和軟件都較少。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)2、查詢方式

與無條件傳送方式相比，采用查詢方式的接口電路要復(fù)雜些，因?yàn)樗峁〤PU查詢的電路。查詢式輸出數(shù)據(jù)的流程圖SCAN：INAL，狀態(tài)口；TESTAL，01H；測忙閑標(biāo)志JNZSCAN；忙，轉(zhuǎn)移MOVAL，某數(shù)OUT數(shù)據(jù)口，AL；空閑，輸出數(shù)據(jù)

第五章微機(jī)及測控技術(shù)查詢式輸入數(shù)據(jù)的流程圖SCAN：INAL，狀態(tài)口地址

TESTAL，80HJZSCANINAL，數(shù)據(jù)口地址

第五章微機(jī)及測控技術(shù)3、中斷方式

中斷傳送方式中，CPU和外設(shè)(甚至多個(gè)外設(shè))可同時(shí)工作，避免了CPU的重復(fù)查詢，從而大大提高了CPU的效率和控制程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性。但數(shù)據(jù)傳送的過程還是靠軟件實(shí)現(xiàn)。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)4、DMA方式

在中斷傳送方式中，是通過CPU執(zhí)行程序來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的，故實(shí)際傳送一個(gè)字節(jié)仍需要幾十到幾百微秒。這對于高速I/O設(shè)備以及成組交換數(shù)據(jù)的情況(例如磁盤與內(nèi)存之間的信息交換)，速度就顯得太慢了。為此，設(shè)想采用硬件實(shí)現(xiàn)在外設(shè)與內(nèi)存之間直接的數(shù)據(jù)傳送，而不通過CPU，這樣，數(shù)據(jù)傳送速度的上限就取決于存儲(chǔ)器的工作速度。這種方式稱為直接存儲(chǔ)器存?。―irectMemoryAccess，簡稱DMA）。

DMA方式的數(shù)據(jù)交換不是由CPU執(zhí)行一段程序來完成的，而是由硬件來實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)交換過程由單獨(dú)的DMA控制器來控制，CPU不介入。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)5.2系統(tǒng)總線及接口5.2.1總線概述總線：計(jì)算機(jī)中多個(gè)部件之間公用的一組連線，是若干互連信號線的集合，由它構(gòu)成系統(tǒng)的插件間、插件的芯片間或系統(tǒng)間的標(biāo)準(zhǔn)信息通路。總線特點(diǎn)：（1）多信號源（2）分時(shí)復(fù)用（3）由主控設(shè)備控制

第五章微機(jī)及測控技術(shù)總線的分類（1）芯片總線芯片總線又稱元件級總線。芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸公共通道。例如CPU內(nèi)部的寄存器之間利用芯片總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。片內(nèi)總線可以減少芯片內(nèi)導(dǎo)線所占的面積，增加芯片的集成度。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)2.內(nèi)總線內(nèi)總線又稱為系統(tǒng)總線。它是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)連接各插件板的總線，用于插件與插件之間的信息傳送。系統(tǒng)總線在計(jì)算機(jī)主板上，以幾個(gè)并列的擴(kuò)展插槽的形式提供給用戶。3.外總線外總線又稱通信總線。用于微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與系統(tǒng)之間或微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與外部設(shè)備之間的通信。例如串行接口總線標(biāo)準(zhǔn)RS232。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)5.2.2系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)

計(jì)算機(jī)I/O接口大部分是以插件的形式插到系統(tǒng)總線上工作的。I/O設(shè)備對計(jì)算機(jī)的接口實(shí)際上是對系統(tǒng)總線的接口。總線標(biāo)準(zhǔn)化對連接總線的插件的幾何尺寸、引腳排序、電路信號名稱及其電氣特征等都作了詳細(xì)的規(guī)定。各人計(jì)算機(jī)中常使用IBMPC/XT總線、ISA總線、PCI總線。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)1、PC/XT總線

PC總線是PC/XT機(jī)中采用的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)，適用于8位的數(shù)據(jù)傳送，最大通信速率為5MB/s。它有62根引腳，分A面（元件面）和B面（焊接面），引腳如圖5-5(a)所示?？刹迦敕螾C總線的各種擴(kuò)展板，以擴(kuò)展微機(jī)的功能。

PC總線實(shí)際上是8088CPU核心電路總線的擴(kuò)展和重新驅(qū)動(dòng)，所以它和最大組態(tài)下的8088引腳具有許多相似之處，也有其特點(diǎn)。例如，PC總線上不再具有三態(tài)信號線，數(shù)據(jù)總線和地址總線不再分時(shí)使用等。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)（1）數(shù)據(jù)總線

D0～D7：雙向數(shù)據(jù)線。它們?yōu)镃PU、存儲(chǔ)器、I/O電路提供數(shù)據(jù)信息傳輸通道。平時(shí)由CPU控制，當(dāng)DMA操作時(shí)由DMA控制器8237A控制。（2）地址總線

A0～A19：地址總線。CPU通過地址總線訪問內(nèi)存和I／O口。當(dāng)訪問內(nèi)存時(shí)，用20根地址線，尋址范圍為1MB。當(dāng)訪問I／O口時(shí)，用16根地址線（A0～A15）可訪問64K個(gè)端口，但XT機(jī)中實(shí)際上只用了10根地址線（A0～A9），可訪問1K個(gè)端口。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)（3）控制線

ALE：地址鎖存允許信號。它是由總線控制器8288提供的，以便把地址和數(shù)據(jù)分離。把地址/狀態(tài)復(fù)用線上的信號作為地址碼加以鎖存。

IRQ2～I(xiàn)RQ7：中斷請求輸入信號。8259A有8個(gè)中斷請求輸入端IRQ0～I(xiàn)RQ7。其中IRQ0、IRQ1直接用在系統(tǒng)主板上，剩下的6個(gè)中斷請求輸入端IRQ2～I(xiàn)RQ7引到擴(kuò)展槽，供I／O設(shè)備申請中斷使用。中斷優(yōu)先級別是IRQ0最高，IRQ7最低。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)：I／O讀命令。此信號由總線控制器8288產(chǎn)生。當(dāng)DMA操作時(shí)由DMA控制器8237A產(chǎn)生。低電平有效。信號的作用是將選中的I／O接口中的數(shù)據(jù)讀到數(shù)據(jù)總線。：I／O寫命令。此信號由總線控制器8288產(chǎn)生。當(dāng)DMA操作時(shí)由DMA控制器8237A產(chǎn)生。電平有效。信號的作用是把數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫入所選中的I／O接口中。

：存儲(chǔ)器讀命令。此信號由總線控制器8288或DMA控制器8237A產(chǎn)生。低電平有效。當(dāng)信號有效時(shí)，將所選中的存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)讀到數(shù)據(jù)總線。：存儲(chǔ)器寫命令。此信號由總線控制器8288或DMA控制器8237A產(chǎn)生。低電平有效。當(dāng)信號有效時(shí)，將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫入所選中的單元。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)DRQ1～DRQ3：DMA控制器8237A通道1～通道3的DMA請求輸入信號。這些信號是由外設(shè)發(fā)出的，DRQ1的優(yōu)先級最高，DRQ3的優(yōu)先級最低。當(dāng)有DMA請求時(shí)，對應(yīng)的DRQ為高電平，直到相應(yīng)的DACK為低電平為止。DRQ0已用于主板上動(dòng)態(tài)RAM的定時(shí)刷新，故未引出?！篋MA通道0～通道3的響應(yīng)信號。它們由DMA控制器送往外設(shè)接口，低電平有效。信號用來響應(yīng)外設(shè)的DMA請求或者實(shí)現(xiàn)對動(dòng)態(tài)RAM的刷新。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)AEN：地址允許信號。這是由8237A輸出的，此信號用來切斷CPU的控制，從而允許DMA傳送。當(dāng)AEN為高電平時(shí)，由DMA控制器控制地址總線、數(shù)據(jù)總線和對存儲(chǔ)器及I／O設(shè)備的讀／寫命令線。

T／C：計(jì)數(shù)結(jié)束信號輸出。當(dāng)DMA通道計(jì)數(shù)到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，I／O線上便出現(xiàn)高電平的脈沖。

RESETDRV：系統(tǒng)總清信號，此信號使系統(tǒng)各部件復(fù)位。（4）狀態(tài)線：I／O通道奇偶校驗(yàn)信號。此信號由插入擴(kuò)展槽的存儲(chǔ)器卡或I／O卡發(fā)出，用來向CPU提供關(guān)于I／O通道上的設(shè)備或存儲(chǔ)器的奇／偶校驗(yàn)信息。當(dāng)為低電平時(shí)，表示奇／偶校驗(yàn)有錯(cuò)。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)I／OCHRDY：I/O通道準(zhǔn)備好信號。該信號由擴(kuò)展槽中的存儲(chǔ)器卡或I／O卡發(fā)出。當(dāng)一些慢速的外設(shè)跟不上CPU工作速度時(shí)，可將該信號變低來使CPU或DMA控制器插入等待周期，從而延長I／O周期或存儲(chǔ)周期。此信號為低電平的時(shí)間不應(yīng)超過10個(gè)時(shí)鐘周期。（4）輔助線和電源線

OSC：晶體振蕩信號。此信號周期為70ns，占空比為50%。CLK：系統(tǒng)時(shí)鐘信號。此信號由OSC三分頻得到，周期為210ns，占空比為33%。

CARDSLCTD：插件板選中信號，PC/XT有8個(gè)擴(kuò)展槽J1~J8。J1~J8的這個(gè)引腳連在一起，但此信號僅由J8中的擴(kuò)展板提供，信號有效時(shí)，表示J8中的擴(kuò)展板選中。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)62芯總線有以下幾組電源：

+5V電源使用2個(gè)引腳；

-5V電源使用1個(gè)引腳；

+12V電源使用1個(gè)引腳；

-12V電源使用1個(gè)引腳。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)

PC總線僅適用于8位數(shù)據(jù)的傳送，所以，從IBMPC/XT微機(jī)開始采用ISA總線，也稱為AT總線，以便進(jìn)行16位數(shù)據(jù)傳送。ISA總線的數(shù)據(jù)傳送速率最快為8MB/s，地址總線寬度為24位，可以支持16MB的內(nèi)存。為了和PC總線兼容，在PC總線的基礎(chǔ)上，ISA總線延伸出一段插槽。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)

在微機(jī)系統(tǒng)中，CPU是在時(shí)鐘信號CLK控制下，按節(jié)拍有序地執(zhí)行指令序列。從取指令開始，經(jīng)過分析指令、對操作數(shù)尋址，然后執(zhí)行指令、保存操作結(jié)果，這個(gè)過程稱為指令執(zhí)行周期。指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間?？偩€周期（機(jī)器周期）：CPU通過總線與存儲(chǔ)器或I/O接口進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸所需的時(shí)間。時(shí)鐘周期：CPU處理動(dòng)作的最小單位。5.2.3總線周期

T1T2T3TWT4總線周期

第五章微機(jī)及測控技術(shù)總線操作總線讀操作：CPU從存儲(chǔ)器或外設(shè)讀取數(shù)據(jù)?？偩€寫操作：CPU將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器或外設(shè)。1、存儲(chǔ)器讀周期總線周期包括：T1、T2、T3、（TW）、T4時(shí)鐘周期。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)

正常的存儲(chǔ)器讀總線周期，需要4個(gè)時(shí)鐘周期T。在T1期間，地址數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用信號線、地址狀態(tài)分時(shí)復(fù)用線送出相應(yīng)的地址信號，同時(shí)送出地址鎖存允許信號ALE。若利用ALE信號將地址信號送入鎖存器中。在以后的時(shí)鐘周期內(nèi)，CPU根據(jù)各種控制信號，如IO/M、RD、WR等完成對內(nèi)存或外設(shè)的讀寫操作。在T3狀態(tài)，存儲(chǔ)器或外設(shè)沒有準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，不能在T3狀態(tài)將數(shù)據(jù)放到總線上，使READY=0，則CPU在T3和T4之間插入一個(gè)或幾個(gè)TW狀態(tài)，直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好READY=1為止。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)T1的下降沿之后，鎖存信號ALE有效，20位地址線上輸出20位地址。T2的下降沿，地址進(jìn)入地址鎖存器中，I0/M和RD同時(shí)有效。T3的下降沿，存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)總線上，同時(shí)采樣READY信號，決定是否需插入等待狀態(tài)TW.T4的下降沿，CPU采樣數(shù)據(jù)線，獲得數(shù)據(jù)。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)2、存儲(chǔ)器寫周期T1的下降沿之后，鎖存信號ALE有效，20位地址線上輸出20位地址。T2的下降沿，地址進(jìn)入地址鎖存器中，I0/M和WR同時(shí)有效。T3的下降沿，CPU將數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)總線上，同時(shí)采樣READY信號，決定是否需插入等待狀態(tài)TW.T4的下降沿，存儲(chǔ)器采樣數(shù)據(jù)線，獲得數(shù)據(jù)。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)1、簡單輸入接口MOVDX,218HINAL,DX5.2.4接口舉例

第五章微機(jī)及測控技術(shù)2、簡單輸出接口MOVDX,219HOUTDX,AL

第五章微機(jī)及測控技術(shù)5.3中斷控制系統(tǒng)5.3.1基本概念定義：CPU暫停現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)而處理隨機(jī)到來的事件，待處理完后再回到被暫停的程序繼續(xù)執(zhí)行，這個(gè)過程就是中斷。中斷過程：中斷請求，中斷判優(yōu)，中斷響應(yīng)，中斷處理，中斷返回五個(gè)階段。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)5.3.28086/8088的中斷源

1、內(nèi)部中斷-CPU執(zhí)行某些指令引起的中斷。除法溢出中斷――0號中斷單步中斷――1號中斷（受IF和TF的管理）INT指令中斷INTO溢出中斷――4號中斷

注：內(nèi)部中斷除了單步中斷外，都不受軟件的管理。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)2、外部中斷－由CPU外部硬件電路發(fā)出的電信號引起的中斷（1）非屏蔽中斷

非屏蔽中斷的優(yōu)先權(quán)高于可屏蔽中斷。其中斷請求信號是發(fā)生在NMI上的電壓跳變（邊沿觸發(fā)）（2）可屏蔽中斷

出現(xiàn)在INTR線上的請求信號是電平觸發(fā)的。只有當(dāng)中斷允許標(biāo)志位IF為1時(shí)，CPU才能響應(yīng)INTR的中斷請求。如果IF為0，即使INTR端有中斷請求信號CPU也不會(huì)響應(yīng)。這種情況稱為中斷屏蔽。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)5.3.3中斷向量表

8086/8088系統(tǒng)支持最多256個(gè)中斷，對應(yīng)每一個(gè)中斷，都有一個(gè)中斷服務(wù)程序，該中斷服務(wù)程序的入口地址稱為中斷向量。每個(gè)中斷向量占用4個(gè)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)為服務(wù)程序的IP（偏移量），后兩個(gè)字節(jié)為服務(wù)程序的CS（段地址）。

256個(gè)中斷的中斷向量組成一個(gè)中斷向量表，按照中斷類型號順序排列，放在內(nèi)存中地址最低的1024個(gè)單元（00000H-003FFH）。中斷類型碼與中斷向量在向量表中的位置之間的對應(yīng)關(guān)系為：

中斷向量地址指針=4×中斷類型碼

第五章微機(jī)及測控技術(shù)說明：前5個(gè)中斷類型是80X86規(guī)定的專用中斷，有著固定的意義和處理功能；類型碼5~31為系統(tǒng)使用或保留；類型碼32~255可以由用戶自行使用。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)5.3.4中斷響應(yīng)過程

80X86中的各種中斷響應(yīng)和處理過程是不相同的，其主要區(qū)別在于如何獲取相應(yīng)的中斷類型碼。

1.內(nèi)部中斷響應(yīng)過程對于專用中斷，中斷類型碼是自動(dòng)形成的，而對于INTn指令，其類型碼即為指令中給定的n。在取得了類型碼后的處理過程如下：①把類型碼乘4，作為中斷向量表的指針。②把CPU的標(biāo)志寄存器入棧，保護(hù)各個(gè)標(biāo)志位。③清除IF和TF標(biāo)志，屏蔽新的INTR中斷和單步中斷。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)

④保存斷點(diǎn)，即把斷點(diǎn)處的IP和CS值壓入堆棧，先壓入CS值，再壓入IP值。⑤從中斷向量表中取中斷服務(wù)程序的入口地址，分別送至CS和IP中。⑥按新的地址指針執(zhí)行中斷服務(wù)程序。內(nèi)部中斷特點(diǎn)：

①中斷由CPU內(nèi)部引起，中斷類型碼的獲得與外部無關(guān)，CPU不需要執(zhí)行中斷響應(yīng)周期去獲得中斷類型碼。②除單步中斷外，內(nèi)部中斷無法用軟件禁止，不受中斷允許標(biāo)志位的影響。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)2.外部中斷響應(yīng)過程

(1)非屏蔽中斷響應(yīng)。當(dāng)CPU采樣到非屏蔽中斷請求時(shí)，自動(dòng)提供中斷類型碼2，然后根據(jù)中斷類型碼查到中斷向量表指針，其后的中斷處理過程與內(nèi)部中斷一樣。

(2)可屏蔽中斷響應(yīng)。當(dāng)INTR信號有效時(shí)，如果中斷允許標(biāo)志IF=1，則CPU就會(huì)在當(dāng)前指令執(zhí)行完畢，響應(yīng)外部的中斷請求，轉(zhuǎn)入中斷響應(yīng)周期。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)3、中斷響應(yīng)周期中斷響應(yīng)周期：CPU中止現(xiàn)行程序轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序的過程。中斷響應(yīng)周期要用兩個(gè)總線周期。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)5.3.4可編程中斷控制器8259一、8259功能（1）管理中斷（2）中斷判優(yōu)（3）提供中斷類型號

第五章微機(jī)及測控技術(shù)二、8259內(nèi)部結(jié)構(gòu)

第五章微機(jī)及測控技術(shù)

(1)中斷請求寄存器IRR：IRR是一個(gè)8位寄存器，用來接收來自IR0～I(xiàn)R7上的中斷請求信號，并將IRR相應(yīng)位置位。外設(shè)產(chǎn)生中斷請求信號的方式有邊沿觸發(fā)方式和電平觸發(fā)方式，用戶可根據(jù)需要通過編程進(jìn)行設(shè)置。

(2)中斷服務(wù)寄存器ISR：ISR是一個(gè)8位寄存器，用來存放當(dāng)前正在處理的中斷請求。在中斷嵌套方式下，可以將其內(nèi)容與新進(jìn)入的中斷請求進(jìn)行優(yōu)先級比較，從而決定是否進(jìn)行嵌套。

(3)中斷屏蔽寄存器IMR：IMR是8位寄存器，用來存放中斷屏蔽字，可由用戶通過編程進(jìn)行設(shè)置。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)(4)中斷優(yōu)先權(quán)判斷器。在中斷響應(yīng)期間，可以根據(jù)控制邏輯規(guī)定的優(yōu)先權(quán)級別和IMR的內(nèi)容，把IRR中提出中斷的優(yōu)先權(quán)最高的中斷請求位送ISR。(5)數(shù)據(jù)總線緩沖器。數(shù)據(jù)總線緩沖器是一個(gè)8位三態(tài)雙向緩沖器，是8259A與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的接口。用于傳送初始化命令字、操作命令字、狀態(tài)字和中斷類型碼。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)(6)控制邏輯。在8259A的控制邏輯電路中，有一組初始化命令寄存器(ICW1～I(xiàn)CW4)和一組操作命令字寄存器(OCW1～OCW3)，這7個(gè)寄存器可由用戶根據(jù)需要通過編程進(jìn)行設(shè)置，控制邏輯電路可以根據(jù)程序來管理8259A的全部工作。(7)讀/寫控制邏輯。讀/寫控制邏輯電路在四個(gè)輸入信號、

、的控制下，控制著8259A的數(shù)據(jù)總線緩沖器之間的信息傳送，控制邏輯如表6-2所示。它把微處理器送來的命令字傳送到8259A中相應(yīng)的命令寄存器中(包括初始化命令字ICW1、ICW2、ICW3、ICW4和操作控制字OCW1、OCW2、OCW3、OCW4)，再把8259A中相應(yīng)的控制器/寄存器中的內(nèi)容(IRR、ISR、IMR)輸出到數(shù)據(jù)總線上。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)

(8)級連緩沖器/比較器。級連緩沖器/比較器用來存放和比較系統(tǒng)中全部8259A的標(biāo)記IDS。這個(gè)標(biāo)記是微處理器通過數(shù)據(jù)總線送入8259A的。所有的8259A通過級連線CAS0

～CAS2

三條I/O外線實(shí)現(xiàn)互連。其中必須有一個(gè)8259A為主片，其余的8259A為從片。主片通過CAS0～CAS2輸出標(biāo)記信息，而從片通過這三條線輸入標(biāo)記信息，并與自己原有的標(biāo)記進(jìn)行比較，如果相同則該從片被主片選中，它就在中斷響應(yīng)周期把自己的中斷向量送到數(shù)據(jù)總線上。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)8259A的外部引腳三、8259外部引腳

第五章微機(jī)及測控技術(shù)D0～D7：雙向數(shù)據(jù)線，用來與CPU交換數(shù)據(jù)。INTR：中斷請求，輸出信號，由8259A傳給CPU，或由從8259A傳給主8259A。：中斷響應(yīng)，輸入信號，來自CPU。IR0～I(xiàn)R7：中斷請求輸入，由外設(shè)傳給8259A。8259A規(guī)定的中斷優(yōu)先級順序?yàn)镮R0＞IR1＞…

＞IR7。

CAS0～CAS2：級連信號。對于主片，這三個(gè)信號是輸出信號，根據(jù)它們的不同組合000～111，分別確定連在哪個(gè)IRi上的從片工作。對于從片，這三個(gè)信號是輸入信號，以此判別本從片是否被選中。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)/：多片8259工作在級聯(lián)狀態(tài)時(shí)，主片的該信號接高電平，從片的該信號接地。A0：內(nèi)部寄存器選擇控制信號，輸入信號。8259A規(guī)定，當(dāng)A0=0時(shí)，對應(yīng)的寄存器為ICW1、OCW2和OCW3；當(dāng)A0=1時(shí)，對應(yīng)的寄存器為ICW2～I(xiàn)CW4和OCW1。：片選信號，輸入信號。一般來自地址譯碼器的輸出。：讀允許信號，輸入。來自CPU的。：寫允許信號，輸入。來自CPU的。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)四、8259A的中斷控制過程

8259A同微處理器之間，除了提出中斷申請外，還要通過8位數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)和命令，把8位的數(shù)據(jù)總線用作輸入、輸出端口，由微處理器對8259A寫入命令，設(shè)置其工作狀態(tài)，或者由微處理器對8259A的狀態(tài)寄存器進(jìn)行讀出。下面主要介紹單個(gè)8259A工作(即8259A作為主片)時(shí)進(jìn)入中斷處理的過程：

第五章微機(jī)及測控技術(shù)

①當(dāng)一條或多條中斷請求線(IR0～I(xiàn)R7)變成高電平時(shí)，設(shè)置相應(yīng)的IRR位。②在8259A判斷了中斷優(yōu)先權(quán)和中斷屏蔽寄存器的狀態(tài)后，如果條件合適，就向微處理器發(fā)出高電平信號INT，請求中斷服務(wù)。③微處理器接到中斷請求信號后，如果滿足條件，則響應(yīng)中斷，輸出回答信號為引腳上的兩個(gè)負(fù)脈沖。④8259A接到來自微處理器的第一個(gè)脈沖時(shí)，把允許中斷的最高優(yōu)先級請求位置入ISR，并把IRR中相應(yīng)的位復(fù)位。接到第二個(gè)中斷應(yīng)答信號時(shí)，8259A向數(shù)據(jù)總線發(fā)送中斷類型號。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)五、8259A的工作方式

1.中斷嵌套方式按照優(yōu)先權(quán)設(shè)置方法來分，8259A有以下兩種工作方式:(1)普通全嵌套方式。普通全嵌套方式是8259A最常用的工作方式，簡稱為全嵌套方式。該方式下中斷優(yōu)先權(quán)是固定的，即IR0優(yōu)先權(quán)最高，IR7優(yōu)先權(quán)最低。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷時(shí)，8259A就把申請中斷的優(yōu)先權(quán)最高的中斷源在ISR中的相應(yīng)位置“1”，而且把它的中斷類型碼送到數(shù)據(jù)總線上。

在此中斷源的中斷服務(wù)程序完成之前，與它同級或優(yōu)先權(quán)更低的中斷源的申請就被屏蔽，只有優(yōu)先權(quán)比它高的中斷源的申請才是允許的（當(dāng)然，CPU是否響應(yīng)取決于CPU是否處在開中斷狀態(tài)）。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)(2)特殊全嵌套方式。特殊全嵌套方式和普通全嵌套方式只有一點(diǎn)不同：在特殊全嵌套方式下，當(dāng)處理某一級中斷時(shí)，如果有同級的中斷請求，那么也會(huì)給予響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)一種對同級中斷請求的特殊嵌套。特殊全嵌套方式一般用在8259A級連系統(tǒng)中。在這種情況下，主片8259A編程為特殊全嵌套方式。這樣，當(dāng)來自某一從片的中斷請求正在處理時(shí)，一方面，和普通全嵌套方式一樣，對來自優(yōu)先級較高的主片其他引腳上的中斷請求進(jìn)行開放；另一方面，對來自同一從片的較高優(yōu)先級請求也會(huì)開放。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)2.優(yōu)先權(quán)方式

(1)循環(huán)優(yōu)先權(quán)方式。在優(yōu)先權(quán)自動(dòng)循環(huán)方式中，優(yōu)先級隊(duì)列是在變化的。某個(gè)中斷請求被服務(wù)以后，它的優(yōu)先級自動(dòng)降為最低，原來比它低一級的中斷則為最高級，依次排列。如初始優(yōu)先級隊(duì)列規(guī)定為IR0、IR1、IR2、…、IR7。此時(shí)，若IR4請求中斷，則處理IR4，在IR4被服務(wù)以后，IR4自動(dòng)左循環(huán)到最低優(yōu)先級，IR5成為最高優(yōu)先級，這時(shí)中斷源的優(yōu)先級依次為IR5、IR6、IR7、IR0、IR1、IR2、IR3、IR4。這種方式一般用在系統(tǒng)中多個(gè)中斷源優(yōu)先級相同的場合。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)

(2)固定優(yōu)先權(quán)方式。優(yōu)先權(quán)是固定的。

3.結(jié)束中斷處理方式我們知道，不管用哪種優(yōu)先權(quán)方式工作，當(dāng)一個(gè)中斷請求得到響應(yīng)時(shí)，8259A都會(huì)將中斷服務(wù)寄存器ISR中相應(yīng)位置“1”，為以后中斷優(yōu)先權(quán)電路的工作提供依據(jù)。當(dāng)中斷服務(wù)程序結(jié)束時(shí)，必須使該ISR位清零；否則，8259A的中斷控制功能就會(huì)不正常。這個(gè)使ISR位復(fù)位的動(dòng)作就是中斷結(jié)束處理。注意，這里的中斷結(jié)束是指8259A結(jié)束中斷的處理，而不是CPU結(jié)束執(zhí)行中斷服務(wù)程序。

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8259A分自動(dòng)中斷結(jié)束方式和非自動(dòng)中斷結(jié)束方式，而非自動(dòng)中斷結(jié)束方式又分為普通（或稱一般、正常）中斷結(jié)束方式和特殊中斷結(jié)束方式。

(1)自動(dòng)中斷結(jié)束方式（AEOI）。若采用該方式，則在第二個(gè)中斷響應(yīng)周期INTA非信號的后沿，8259A將自動(dòng)把中斷服務(wù)寄存器ISR中的對應(yīng)位清除。這樣，盡管系統(tǒng)正在為某個(gè)設(shè)備進(jìn)行中斷服務(wù)，但對8259A來說，中斷服務(wù)寄存器中卻沒有對應(yīng)位作指示，所以，就好像已經(jīng)結(jié)束了中斷服務(wù)一樣。這種最簡單的中斷結(jié)束方式，只能用于不要求中斷嵌套的情況。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)(2)普通中斷結(jié)束方式。當(dāng)CPU用輸出指令向8259A發(fā)出普通中斷結(jié)束EOI時(shí)，8259A就會(huì)把ISR中已置位的最高位復(fù)位。

(3)特殊中斷結(jié)束方式（SEOI）。采用這種方式反映在程序中就是要發(fā)一條特殊中斷結(jié)束命令，在這個(gè)命令中指出了要清除哪個(gè)ISR位。

這里，我們還要指出一點(diǎn)，不管是普通中斷結(jié)束方式，還是特殊中斷結(jié)束方式，對于級連系統(tǒng)的從片在一個(gè)中斷服務(wù)程序結(jié)束時(shí)，都必須發(fā)兩次中斷結(jié)束命令，一次是對主片發(fā)送的，一次則是對從片發(fā)送的。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)4.屏蔽中斷源的方式

8259A的8個(gè)中斷請求都可根據(jù)需要單獨(dú)屏蔽，屏蔽是通過編程使得屏蔽寄存器IMR相應(yīng)位清“0”或置“1”，從而允許或禁止相應(yīng)中斷。8259A有兩種屏蔽方式。

(1)普通屏蔽方式。普通屏蔽方式中，將IMR某位置“1”，則它對應(yīng)的中斷就被屏蔽，從而使這個(gè)中斷請求不能從8259A送到CPU。如果該位清“0”，則允許該級中斷。(2)特殊屏蔽方式。只要CPU處于開中斷模式下，任何沒有被IMR屏蔽的中斷都將被響應(yīng)。這時(shí)中斷優(yōu)先級不起作用。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)5.中斷觸發(fā)方式外設(shè)的中斷請求信號從8259A的引腳IRn引入，但根據(jù)實(shí)際工作需要，8259A的中斷觸發(fā)方式可分成如下兩種：

(1)邊沿觸發(fā)方式。在邊沿觸發(fā)方式下，8259A的引腳IRn上出現(xiàn)上升沿，表示有中斷請求，高電平不表示有中斷請求。(2)電平觸發(fā)方式。在電平觸發(fā)方式下，8259A的引腳IRn上出現(xiàn)高電平，表示有中斷請求。這種方式下，應(yīng)注意及時(shí)撤除高電平，否則可能引起不應(yīng)該有的第二次中斷。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)6、狀態(tài)讀取模式和查詢模式通過對8259進(jìn)行工作方式編程，可以讓其工作在狀態(tài)讀取模式和查詢模式。當(dāng)8259工作在狀態(tài)讀取模式下，用IN指令讀偶地址端口的內(nèi)容就可以讀出IRR或ISR的內(nèi)容，具體讀的內(nèi)容時(shí)IRR還是ISR由用戶進(jìn)行工作方式編程時(shí)決定。8259工作在查詢模式，再用IN指令讀偶地址端口的內(nèi)容就可以讀出8259的查詢字，通過查詢字，用戶可以了解當(dāng)前8259上是否有中斷請求，如果有，優(yōu)先級最高的中斷請求是哪個(gè)。注：用IN指令讀奇地址端口的內(nèi)容讀出的總是IMR的內(nèi)容。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)五、8259A的狀態(tài)設(shè)定

8259的編程為兩個(gè)階段：初始化階段和操作階段。初始化階段應(yīng)該在系統(tǒng)加電或復(fù)位后由系統(tǒng)初始化程序完成。這階段要用輸出指令向8259置入初始化命令字。在操作階段，要用輸出指令向8259發(fā)適當(dāng)?shù)牟僮髅钭?，?shí)現(xiàn)對8259的狀態(tài)，中斷方式和過程的控制。這期間一般不再發(fā)初始化命令字。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)(1)初始化編程初始化編程階段的任務(wù)是：第1，設(shè)定中斷請求信號的有效形式；第2，8259是單片工作方式還是級聯(lián)工作方式；第3，設(shè)定8259管理的中斷類型號基值第4，設(shè)定各級的優(yōu)先排序規(guī)則；第5，設(shè)定一次中斷處理結(jié)束時(shí)的結(jié)束操作規(guī)則。這些任務(wù)都是通過向8259發(fā)初始命令字ICW實(shí)現(xiàn)的。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)①初始化命令字ICW1功能：設(shè)定中斷請求信號的有效形式；設(shè)定8259是單片工作方式還是級聯(lián)工作方式；

第五章微機(jī)及測控技術(shù)②初始化命令字ICW2ICW2用于設(shè)置中斷類型號基值。微處理器在響應(yīng)外中斷時(shí)，依據(jù)中斷類型號獲得中斷向量在中斷向量表內(nèi)的地址，即保存中斷服務(wù)子程序入口地址的地址。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)③初始化命令字ICW3

單片工作時(shí)，則不設(shè)置ICW3。級聯(lián)工作時(shí)，需要設(shè)置ICW3。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)④初始化命令字ICW4

只有ICW1中的IC4位為1才能設(shè)置ICW4。A0D7D6D5D4D3D2D1D01000SFNMBUFM/SAEOIuPMD7

～D5位總是為0，用來作為ICW4的標(biāo)識(shí)碼。若D4(SFNM)為1，則為特殊的全嵌套方式。在采用特殊全嵌套方式的系統(tǒng)中，一般都使用了多片8259A。若D3(BUF)為1，則8259工作在緩沖方式。此時(shí)SP/EN作為輸出引腳，作為數(shù)據(jù)收發(fā)緩沖器的控制信號。

8259工作在緩沖方式下時(shí)，靠若D2(M/S)來區(qū)分主片和從片，D2＝1，說明是主片，否則是從片。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)

D1(AEOI)指定是否為中斷自動(dòng)結(jié)束方式。AEOI=1，則設(shè)置中斷自動(dòng)結(jié)束方式；AEOI=0時(shí)，不用中斷自動(dòng)結(jié)束方式，這時(shí)必須在中斷服務(wù)程序中使用EOI，使ISR中最高的優(yōu)先權(quán)的位復(fù)位。

D0（μPM）指定微處理器的類型。μPM＝０時(shí)，表示8259A工作于8080/8085系統(tǒng)中；μPM＝1時(shí)，表示8259A工作于8086/8088系統(tǒng)中。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)初始化編程過程：

第五章微機(jī)及測控技術(shù)注：不同8259A的I/O端口地址不同；必須按照順序?qū)懭脒@4個(gè)初始化命令字；8259A級聯(lián)時(shí)，每個(gè)8259A均必須有完整的初始化過程[端口地址和部分參數(shù)不同而已例如：MOV AL,00010011B;ICW1：邊沿觸發(fā)，要ICW4；單片方式，不要ICW3OUT 20H,ALMOV AL,00001000BOUT 21H,ALMOV AL,00000001B;ICW4：非緩沖，全嵌套，非自動(dòng)中斷結(jié)束(EOI)。OUT 21H,AL

第五章微機(jī)及測控技術(shù)(2)工作方式編程①操作命令字OCW1功能：設(shè)置中斷屏蔽寄存器。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)②操作命令字OCW2功能：設(shè)置中斷結(jié)束方式和中斷優(yōu)先級循環(huán)方式。OCW2的高3位R、SL和EOI組合起來才能指明一種工作方式和中斷結(jié)束控制方式。雖然這3位只有組合起來才使方式明確，但每位也有自己的意義。先說明各位意義，然后再說明各種方式時(shí)如何設(shè)置這3位的組合。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)D7(R)是優(yōu)先級循環(huán)控制位。R=1為循環(huán)優(yōu)先權(quán)，R=0為固定優(yōu)先權(quán)。

D6(SL)用來選擇指定的IR級別位。決定OCW2中的L2、L1

、L0是否有效。若SL=1，則L2、L1、L0有效；若SL=0，則L2、L1

、L0無效。

D5(EOI)是中斷結(jié)束命令位。在非自動(dòng)中斷結(jié)束命令的情況下，EOI＝1表示中斷結(jié)束命令，它使ISR中最高優(yōu)先權(quán)的位復(fù)位；EOI=0則不起作用。這三個(gè)控制位的組合格式所形成的命令和方式如表所示。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)

第五章微機(jī)及測控技術(shù)③操作命令字OCW3OCW3的功能有三個(gè)方面：一是設(shè)置和撤消特殊屏蔽方式；二是設(shè)置中斷查詢方式；三是用來設(shè)置對8259A內(nèi)部寄存器的讀出命令。其格式如下：

第五章微機(jī)及測控技術(shù)特征位：D4D3=01；D6=1，允許特殊的屏蔽方式，D6=0，不允許特殊的屏蔽方式。特殊的屏蔽方式：除了OCW1屏蔽掉的中斷和正在服務(wù)的中斷級外，其它任何級別的中斷請求都將被響應(yīng)。D5=1，設(shè)置特殊的屏蔽方式，D5=0，清除特殊的屏蔽方式。D2=1，查詢方式，可以讀取查詢字的信息。D2＝0非查詢方式，可以讀出ISR和IRR中的內(nèi)容。

第五章微機(jī)及測控技術(shù)PRRRIS功能