單片機(jī)CPU與外部設(shè)備交換信息通常有如下幾種方式:無(wú)條件傳送方式,查詢傳送方式和中斷傳送方式。我們以單片機(jī)與微型打印機(jī)接口為例講述這三種方式。假定用戶要打印三個(gè)數(shù)據(jù),這三個(gè)數(shù)據(jù)保存在單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10H,11H,和12H中,8051用并口P2與微型打印機(jī)的并行數(shù)據(jù)口DB進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
(1)無(wú)條件傳送方式
這種數(shù)據(jù)傳送方式中沒(méi)有聯(lián)絡(luò)信號(hào),即CPU總是認(rèn)為打印機(jī)在如何時(shí)候都是處于“準(zhǔn)備好”的狀態(tài)。這種傳送方式中只需要在程序中加入數(shù)據(jù)送往P2的指令,數(shù)據(jù)傳送便可以實(shí)現(xiàn)。但這種數(shù)據(jù)傳送方式有一個(gè)致命弱點(diǎn),數(shù)據(jù)易丟失,這是因?yàn)镃PU的速度相當(dāng)快,而打印機(jī)的速度相對(duì)來(lái)說(shuō)較慢,其結(jié)果是在打印機(jī)打印一個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)間內(nèi),CPU已送來(lái)了多個(gè)數(shù)據(jù)。
(2)查詢傳送方式
查詢傳送也稱條件傳送是,在這種傳送方式中,無(wú)論是輸入還是輸出,都是以計(jì)算機(jī)為主動(dòng)一方。為了數(shù)據(jù)傳送的正確性,計(jì)算機(jī)在傳送數(shù)據(jù)之前,要首先查詢外部設(shè)備是否已處于“準(zhǔn)備好”狀態(tài);對(duì)于輸出操作,則要知道外設(shè)是否已把上一次計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)處理完畢。只有通過(guò)查詢,確信外設(shè)已處于“準(zhǔn)備好”的狀態(tài),計(jì)算機(jī)才能發(fā)出訪問(wèn)外設(shè)的指令,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。狀態(tài)信息一般只需要一位二進(jìn)制碼表示“準(zhǔn)備好”和“未準(zhǔn)備好”兩種狀態(tài),所以,在接口中只用一個(gè)D觸發(fā)器就可用來(lái)保存和產(chǎn)生狀態(tài)信息。例如,“準(zhǔn)備好”有D觸發(fā)器Q=1表示;“沒(méi)準(zhǔn)備好”用Q=0表示。查詢方式過(guò)程:查詢,即讀“準(zhǔn)備好”引腳,若該引腳為“準(zhǔn)備好”狀態(tài),則進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,若引腳為“未準(zhǔn)備好”狀態(tài),則繼續(xù)查詢,直到該引腳為“準(zhǔn)備好”狀態(tài),再進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。
在我們這個(gè)例子中可以在打印機(jī)上增加一條名為BUSY的引腳,打印機(jī)開(kāi)始打印一個(gè)數(shù)據(jù)前,使該引腳為高電平,打印完一個(gè)數(shù)據(jù)后,使該引腳為低電 ,該引腳的初始化為0。我們將該引腳與單片機(jī)的引腳INT0相連,單片機(jī)每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)前,都查詢?cè)撘_狀態(tài)是否為0,若為0,則發(fā)送數(shù)據(jù)。否則,就繼續(xù)查詢,直到該引腳為0時(shí),再發(fā)送數(shù)據(jù),請(qǐng)看例子:
上電后打印機(jī)的BUSY引腳為0。
單片機(jī)運(yùn)行第一條指令,設(shè)置打印緩沖區(qū)起點(diǎn)。
單片機(jī)運(yùn)行第二條指令,設(shè)置打印字節(jié)。
單片機(jī)運(yùn)行第三條指令,讀入打印機(jī)BUSY引腳的狀態(tài),判斷該狀態(tài)是否為0。為0,則發(fā)送第一個(gè)數(shù)據(jù),打印機(jī)設(shè)置BUSY引腳為0,開(kāi)始打印。
單片機(jī)運(yùn)行下一個(gè)指令,打印緩沖區(qū)加1,使下一次能發(fā)送第二個(gè)數(shù)據(jù)。判斷數(shù)據(jù)是否已經(jīng)發(fā)完,未發(fā)完,準(zhǔn)備發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù),讀打印機(jī)引腳BUSY的狀態(tài) 。
引腳BUSY狀態(tài)為1,繼續(xù)查詢。
引腳BUSY狀態(tài)為0,發(fā)送第二個(gè)數(shù)據(jù),打印緩沖區(qū)加1,使下一次能發(fā)送第三個(gè)數(shù)據(jù),判斷數(shù)據(jù)是否已經(jīng)發(fā)完,未發(fā)完,準(zhǔn)備發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù),打印緩沖區(qū)加1,判斷數(shù)據(jù)是否已經(jīng)發(fā)完。三個(gè)數(shù)據(jù)都發(fā)送完,程序結(jié)束。
可以看出,這種方式的缺點(diǎn)是需要有一個(gè)等待的過(guò)程,特別是在連續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí),由于外設(shè)工作速度比CPU慢得多,所以CPU在完成一次數(shù)據(jù)傳送后要等待很長(zhǎng)的時(shí)間才能進(jìn)行下一次傳送。在等待過(guò)程中,CPU不能進(jìn)行其他操作,所以效率比較低,提高CPU效率的一個(gè)有效方式是采用中斷方式。
(3)中斷方式
剛才我們講到,無(wú)條件傳送方式不可靠,查詢傳送方式太浪費(fèi)CPU的時(shí)間。
為了解決這個(gè)問(wèn)題,單片機(jī)設(shè)置了另一個(gè)傳送方式—中斷方式。所謂中斷,就是指中央處理器CPU正在處理某件事情的時(shí)候,外部發(fā)生某一事件,請(qǐng)求CPU迅速去處理,于是,CPU暫時(shí)中斷當(dāng)前的工作,轉(zhuǎn)入處理所發(fā)生的事件;中斷服務(wù)處理以后,再回到原來(lái)被中斷的地方,繼續(xù)原來(lái)的工作,這樣的過(guò)程稱為中斷。實(shí)現(xiàn)這種功能的部件稱為中斷系統(tǒng),產(chǎn)生中斷的請(qǐng)求源稱為中斷源。