單片機CPU與外部設備交換信息通常有如下幾種方式:無條件傳送方式,查詢傳送方式和中斷傳送方式。我們以單片機與微型打印機接口為例講述這三種方式。假定用戶要打印三個數據,這三個數據保存在單片機的內部數據存儲器10H,11H,和12H中,8051用并口P2與微型打印機的并行數據口DB進行數據交換。
(1)無條件傳送方式
這種數據傳送方式中沒有聯絡信號,即CPU總是認為打印機在如何時候都是處于“準備好”的狀態。這種傳送方式中只需要在程序中加入數據送往P2的指令,數據傳送便可以實現。但這種數據傳送方式有一個致命弱點,數據易丟失,這是因為CPU的速度相當快,而打印機的速度相對來說較慢,其結果是在打印機打印一個數據的時間內,CPU已送來了多個數據。
(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,無論是輸入還是輸出,都是以計算機為主動一方。為了數據傳送的正確性,計算機在傳送數據之前,要首先查詢外部設備是否已處于“準備好”狀態;對于輸出操作,則要知道外設是否已把上一次計算機輸出的數據處理完畢。只有通過查詢,確信外設已處于“準備好”的狀態,計算機才能發出訪問外設的指令,實現數據交換。狀態信息一般只需要一位二進制碼表示“準備好”和“未準備好”兩種狀態,所以,在接口中只用一個D觸發器就可用來保存和產生狀態信息。例如,“準備好”有D觸發器Q=1表示;“沒準備好”用Q=0表示。查詢方式過程:查詢,即讀“準備好”引腳,若該引腳為“準備好”狀態,則進行數據傳送,若引腳為“未準備好”狀態,則繼續查詢,直到該引腳為“準備好”狀態,再進行數據傳送。
在我們這個例子中可以在打印機上增加一條名為BUSY的引腳,打印機開始打印一個數據前,使該引腳為高電平,打印完一個數據后,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的引腳INT0相連,單片機每發送一個數據前,都查詢該引腳狀態是否為0,若為0,則發送數據。否則,就繼續查詢,直到該引腳為0時,再發送數據,請看例子:
上電后打印機的BUSY引腳為0。
單片機運行第一條指令,設置打印緩沖區起點。
單片機運行第二條指令,設置打印字節。
單片機運行第三條指令,讀入打印機BUSY引腳的狀態,判斷該狀態是否為0。為0,則發送第一個數據,打印機設置BUSY引腳為0,開始打印。
單片機運行下一個指令,打印緩沖區加1,使下一次能發送第二個數據。判斷數據是否已經發完,未發完,準備發送下一個數據,讀打印機引腳BUSY的狀態 。
引腳BUSY狀態為1,繼續查詢。
引腳BUSY狀態為0,發送第二個數據,打印緩沖區加1,使下一次能發送第三個數據,判斷數據是否已經發完,未發完,準備發送下一個數據,打印緩沖區加1,判斷數據是否已經發完。三個數據都發送完,程序結束。
可以看出,這種方式的缺點是需要有一個等待的過程,特別是在連續進行數據傳送時,由于外設工作速度比CPU慢得多,所以CPU在完成一次數據傳送后要等待很長的時間才能進行下一次傳送。在等待過程中,CPU不能進行其他操作,所以效率比較低,提高CPU效率的一個有效方式是采用中斷方式。
(3)中斷方式
剛才我們講到,無條件傳送方式不可靠,查詢傳送方式太浪費CPU的時間。
為了解決這個問題,單片機設置了另一個傳送方式—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候,外部發生某一事件,請求CPU迅速去處理,于是,CPU暫時中斷當前的工作,轉入處理所發生的事件;中斷服務處理以后,再回到原來被中斷的地方,繼續原來的工作,這樣的過程稱為中斷。實現這種功能的部件稱為中斷系統,產生中斷的請求源稱為中斷源。