《微型计算机原理与接口技术》复习笔记（四）

使用教材为
《微型计算机原理与接口技术》（慕课版）
孙丽娟、李爱群、陈燕俐、周宁宁、邓玉龙编著

微机原理复习笔记一
微机原理复习笔记二
微机原理复习笔记三

中断系统

1. 基本概念

中断

CPU在执行程序的过程中，由于外部或内部事件的作用，使CPU停止当前正在执行的程序而转去为该事件服务，待事件服务结束后，又能自动返回到被中止了的程序中继续执行

中断源

能够引发中断的事件，即发出中断请求的来源

• 分类
  外部中断（硬件中断）
   可屏蔽中断:输入到INTR引脚的中断请求信号引发的中断
   非屏蔽中断:输入到NMI引脚的中断请求信号引发的中断
  内部中断
   软件中断：执行有定义的INT n指令而引发的中断
   异常：CPU本身故障、程序故障等引发的中断

中断类型码

微型计算机系统给每一个中断分配的一个中断号n

中断向量

中断服务子程序的入口地址

中断向量表

存放256个中断号所对应的的中断向量的存储

• 实模式下，CPU把256种中断向量组成一张表设置在系统RAM最低端的1K单元（0 ～ 3FFH)
• 实模式下，中断向量表的大小为1024个字节

中断类型码和中断向量表的关系

n型中断向量存放在内存单元地址4n~4n+3这四个单元

单元	字节存放
4n	n型中断服务子程序入口偏移地址低8位
4n+1	n型中断服务子程序入口偏移地址高8位
4n+2	n型中断服务子程序所在代码段段基址地址低8位
4n+3	n型中断服务子程序所在代码段段基址地址高8位

eg：(00180H)=44H ，(00181H)=55H，(00182H)=66H，(00183H)=77H，请问00180H~00183H中存放的是什么中断类型的中断向量？中断向量为多少？对应的物理地址是多少？
解：避免出错，将180H改为二进制数再右移2位
  得到中断类型码(60H)
  中断向量为 (7766H:5544H)
  对应的物理地址是 (7CBA4H)
计算方法见微机原理复习笔记一——80486三种工作模式

2. 中断指令

STI

功能：F寄存器中 I 标志置1，CPU处于开中断状态

CLI

功能：F寄存器中 I 标志置0，CPU处于关中断状态

• STI,CLI只对可屏蔽中断请求有效

INT n

n 为中断类型码，为0~255中有定义的无符号整数
功能：无条件转向 n 型中断服务子程序

• 执行过程
  F寄存器→栈（保存 INT n 之前的F状态）
    F 中 T 标志置0 : 禁止单步操作
    F 中 I 标志置0 : CPU处于关中断状态
  断点地址→栈
   先将断点所在段段基址→栈，再将断点偏移地址→栈
  CPU从4n~4n+3单元取出 n 型服务程序入口地址→IP、CS，从而转到 n 型中断服务子程序

IRET

中断服务子程序的出口指令
功能：依次从栈顶弹出6个元素→IP、CS、F
若栈顶是 INT n 的断点地址，则执行后返回断点

3.8259A芯片的作用

要求会计算
n （n<10）片8259A级联可管理 7n+1
eg:
PC/AT系统使用两片8259级联,可管理( 15 )级中断
33个中断源至少需要（ 5 ）片8259A进行管理

4.CPU响应中断的条件

可屏蔽中断(INTR)

• 有可屏蔽中断请求，没有DMA请求，没有非屏蔽中断请求
• CPU一条指令执行完
• CPU处于开中断状态

非屏蔽中断(NMI)

• 有非屏蔽中断请求，没有DMA请求
• CPU一条指令执行完

5. CPU响应可屏蔽中断的全过程

• 在指令的最后一个周期，检测INTR引脚
• 检测到可屏蔽中断请求，满足上述响应条件，通过总线控制器向系统8259A发出中断响应信号
• 获得8259A送来的中断类型码，在实模式下查询中断向量表，从而转向中断服务子程序

6. 软件中断与硬件中断

相同点

• 都会引起程序中断
• CPU获得中断类型码，取出中断向量，执行中断服务子程序

不同点

• 引发中断的方式
  硬件：引脚发出的中断请求信号
  软件：INT n指令
• 中断类型码的获取方式
  可屏蔽中断：8259A
  非屏蔽中断：自动产生
  软件中断：INT n指令
• CPU响应非条件
  可屏蔽中断：可以被屏蔽
  非屏蔽中断：不可以被屏蔽
• 中断处理程序的结束方式
  可屏蔽中断：先向8259A发出中断结束命令，再执行IRET指令
  软件中断：执行IRET指令

7. 中断应用举例

日时钟中断

中断源：8254的 0# 计数器，每55ms有一次中断请求
中断类型：08H

开发应用

• 置换中断向量
  定时周期是 55ms 的整数倍：08H、1CH
  定时周期不是 55ms 的整数倍或者小于 55ms ：08H
• 若用户定义的中断类型是1CH型，服务程序结束前，不需要像主8259A发结束命令字，而如果是08H则需要
• 定时中断服务子程序的执行时间必须远远小于定时中断的时间间隔
• 避免DOS重入最简单的方法是中断服务子程序中不调用 INT 21H功能或者主程序、中断服务子程序不同时调用 INT 21H功能

eg:要求利用PC系列机上的 8254 的 0 号计数器引发的日时钟中断，设计程序，每间隔 1s 在PC在终端屏幕上显示一行字符‘HELLO!’，显示10行后结束

置换1CH

DATA SEGMENT
MESG DB 'HELLO!',0DH,0AH,'$'//0DH回车，0AH换行
OLD1C DD ?//存放系统原中断口地址
ICOUNT DB 18//中断次数(初值),一次55ms，18次1s
COUNT DB 10//显示行数
DATA ENDS
CODE SEGMENT
    ASSUME CS:CODE,DS:DATA
BEG:
    MOV AX,DATA
    MOV DS,AX
    CLI//置换中断向量需要先关中断
    CALL READ1C//转移系统1CH型中断向量
    CALL WRITE1C//写入用户1CH型中断向量
    STI//置换结束后开中断
SCAN: CMP COUNT,0//判断是否显示10行
     JNZ SCAN
     CLI//操作完成关中断
     CALL RESET//恢复系统1CH中断向量
     STI
     MOV AH,4CH
     INT 21H//结束程序,返回DOS
SERVICE PROC
        PUSH AX
        PUSH CX
        PUSH DX
        PUSH BX
        PUSH SP
        PUSH BP
        PUSH SI
        PUSH DI//保护现场，相当于PUSHA
        PUSH DS//DS=40H，执行INT 1CH的前提是DS=40H
        MOV AX,DATA
        MOV DS,AX//重新给DS赋值
        DEC ICOUNT//中断计数
        JNZ EXIT//不满18次转
        MOV ICOUNT,18//1s后对ICOUNT重新赋值
        DEC COUNT//显示行数减1
        MOV AH,9
        LEA DX,MESG
        INT 21H//显示字符串        
EXIT: POP DS//恢复现场
      POP DI//相当于POPA
      POP SI
      POP BP
      POP SP
      POP BX
      POP DX
      POP CX
      POP AX
      IRET//返回系统08H型中断服务子程序
SERVICE ENDP
READ1C PROC//转移系统1CH转移向量
       MOV AX,351CH
       INT 21H//通过INT 21H的35号子功能读取1CH的中断向量
       MOV WORD PTR OLD1C,BX//偏移地址
       MOV WORD PTR OLD1C+2,ES//段基址
       RET
READ1C ENDP
WRITE1C PROC//写入用户1CH型中断向量
        PUSH DS
        MOV AX,CODE
        MOV DS,AX
        MOV DX,OFFSET SERVICE
        MOV AX,251CH
        INT 21H
        POP DS
        RET
WRITE1C ENDP
RESET PROC//恢复系统1CH型中断向量
      MOV DX,WORD PTR OLD1C//偏移地址
      MOV DS,WORD PTR OLD1C+2//段基址
      MOV AX,251CH
      INT 21H//通过INT 21H的25号子功能写入1CH的中断向量
      RET
RESET ENDP
CODE ENDS
END BEG

置换08H

DATA SEGMENT
MESG DB 'HELLO!',0DH,0AH,'$'//0DH回车，0AH换行
OLD08 DD ?//存放系统原中断口地址
ICOUNT DB 18//中断次数(初值),一次55ms，18次1s
COUNT DB 10//显示行数
DATA ENDS
CODE SEGMENT
    ASSUME CS:CODE,DS:DATA
BEG:
    MOV AX,DATA
    MOV DS,AX
    CLI//置换中断向量需要先关中断
    CALL READ08//转移系统1CH型中断向量
    CALL WRITE08//写入用户1CH型中断向量
    STI//置换结束后开中断
SCAN: CMP COUNT,0//判断是否显示10行
     JNZ SCAN
     CLI//操作完成关中断
     CALL RESET//恢复系统1CH中断向量
     STI
     MOV AH,4CH
     INT 21H//结束程序,返回DOS
SERVICE PROC
        PUSH AX
        PUSH CX
        PUSH DX
        PUSH BX
        PUSH SP
        PUSH BP
        PUSH SI
        PUSH DI//保护现场，相当于PUSHA
        PUSH DS//DS=40H，执行INT 1CH的前提是DS=40H
        MOV AX,DATA
        MOV DS,AX//重新给DS赋值
        DEC ICOUNT//中断计数
        JNZ EXIT//不满18次转
        MOV ICOUNT,18//1s后对ICOUNT重新赋值
        DEC COUNT//显示行数减1
        MOV AH,9
        LEA DX,MESG
        INT 21H//显示字符串        
EXIT: POP DS//恢复现场
      POP DI//相当于POPA
      POP SI
      POP BP
      POP SP
      POP BX
      POP DX
      POP CX
      POP AX
      JMP OLD08//转向原来的08H型中断服务子程序
SERVICE ENDP
READ08 PROC//转移系统08H转移向量
       MOV AX,3508H
       INT 21H//通过INT 21H的35号子功能读取08H的中断向量
       MOV WORD PTR OLD1C,BX//偏移地址
       MOV WORD PTR OLD1C+2,ES//段基址
       RET
READ08 ENDP
WRITE08 PROC//写入用户08H型中断向量
        PUSH DS
        MOV AX,CODE
        MOV DS,AX
        MOV DX,OFFSET SERVICE
        MOV AX,2508H
        INT 21H
        POP DS
        RET
WRITE1C ENDP
RESET PROC//恢复系统08H型中断向量
      MOV DX,WORD PTR OLD08//偏移地址
      MOV DS,WORD PTR OLD08+2//段基址
      MOV AX,2508H
      INT 21H//通过INT 21H的25号子功能写入08H的中断向量
      RET
RESET ENDP
CODE ENDS
END BEG

用户中断

中断类型：71H
（举例见书P320）

中断处理过程

• 开中断，保护现场
• 向从8259A发出中断结束命令
  MOV AL,20H
  OUT 0A0H,AL
• 执行 INT 0AH，转向0AH服务程序

串行异步通信

8. 数据传输方式

• 单工方式：只允许数据按照一个固定的方式传送
• 半双工方式：收、发双方均具备接受和发送数据的能力，但是数据不能在两个方向上同时传送
• 全双工方式：收、发双方可以同时进行数据传

9. 数据帧的格式

为实现通信，收发双方一帧数据的格式和通信速率要保持一致

• 起始位：一帧字符开始，为一位逻辑 0；若无数据处于逻辑 1 状态
• 数据位：个数为 5~8 为，从最低位开始发送
• 奇偶校验位：奇校验 、数据位加上奇偶校验位奇数个逻辑 1 ；偶校验 、数据位加上奇偶校验位偶数个逻辑1；也可无校验传输
• 停止位：1位、1.5位或2位的逻辑1

10. 波特率

在此并未严格区分波特率与数据通信速率
单位时间内（每秒）传送信号的个数

eg:设异步通信一帧字符有8个数据位，无校验，1个停止位，如果波特率为9600，则每秒钟能传输多少帧字符？（960）传输一帧字符需要多少时间？（1/960秒）
解：一帧字符一共有10位
  每秒传输 9600/10 = 960 帧字符
  传输一帧字符需要 1/960 秒

11.信号电平标准

RS232信号采用负逻辑：“1”= -3V ~ -15V，“0”= +3V ~ +15V

12.8250内部寄存器

只列出需要掌握的内容

寄存器	功能	主串口地址	辅串口地址
发送保持寄存器	保存CPU送出的并行数据 转移至发送移位寄存器	3F8H	2F8H
接收缓冲寄存器	保存经转换的并行数据 等待CPU读取	3F8H	2F8H
通信线状态寄存器	提供数据传输的状态信息	3FDH	2FDH
中断允许寄存器	提供4级中断是否被允许的信息	3F9H	2F9H
MODEM控制寄存器	D3 ~ D0 控制引脚输出电平 D4 控制8250工作方式	3FCH	2FCH
除数寄存器	存放分频系数	高8位 3F9H 低8位 3F8H	高8位 2F9H 低8位 2F8H
通信线控制寄存器	规定串行异步通信的数据格式	3FBH	2FBH

• 在发送保持寄存器空闲时，CPU才能写入数据
• 除数寄存器的值必须在 8250 初始化时预置
• 中断优先级：接收数据错中断（最高）→ 接收中断 → 发送中断 → MODEM中断（最低）

13. 初始化编程

• 步骤
  ① 80H→通信线控制寄存器，使除数寄存器访问位=1
  ② 分频系数高/低8位→除数寄存器高/低8位，确定通信速率
  ③ D7=0的命令字→通信线控制寄存器
    定义一帧数据格式
    使除数寄存器访问位=0，从而使后继的对合用端口的访问只读写非除数寄存器
  ④ 设置中断允许命令字
    查询方式，则中断允许命令字=0，禁止中断
    中断方式，使中断允许命令字相应位置1
  ⑤ 设置MODEM控制寄存器
    中断方式：D3=1，允许8250送出中断请求
    查询方式：D3=0
    内环方式：D4=1
    正常通信：D4=0
    使用联络线：D1、D0位置1

• eg: 编写一个子程序（主串口）
  （1）分频系数 = 0060H，一帧数据包括 8 个数据位，1 个停止位，无校验
  （2）采用查询方式，完成内环内检

I8250 PROC
      MOV DX,3FBH
      MOV AL,80H
      OUT DX,AL//设置寻址位
      MOV DX,3F9H
      MOV AL,0
      OUT DX,AL//除数高8位
      MOV DX,3F8H
      MOV AL,60H
      OUT DX,AL//除数低8位
      MOV DX,3FBH
      MOV AL,03H
      OUT DX,AL//通信线控制寄存器D7=0,规定数据格式
      MOV DX,3F9H
      MOV AL,0
      OUT DX,AL//设置中断允许寄存器
      MOV DX,3FCH
      MOV AL,10H
      OUT DX,AL//设置MODEM寄存器
      RET
I8025 ENDP     

14. 收发程序

查询方式

在发送数据前，读通信线状态寄存器(D₅)获取发送保持或移位寄存器(数据口)是否空闲
在接收数据前，读通信线状态寄存器(D₀)获取接收缓冲寄存器(数据口)是否已经收到1帧数据

eg:利用主串口查询方式发送一个字符“A”

SCAN: MOV  DX,3FDH
      IN   AL,DX
      TEST AL,20H//D5=1
      JZ   SCAN
      MOV  DX,3F8H
      MOV  AL,'A'
      OUT  DX,AL

利用辅串口查询方式接收一个字符

SCAN: MOV  DX,2FDH
      IN   AL,DX
      TEST AL,01H//D0=1
      JZ   SCAN
      MOV  DX,2F8H
      IN   AL,DX

中断方式

用系统机串行口采用中断方式完成字符发送和接收，编程时应采取哪些措施

• 中断允许寄存器相应位置 1
• MODEM控制寄存器 D₃ =1
• 8259A 相应中断屏蔽位置 0（主 8259A 主串口IR₄：0CH,辅串口IR₃：0BH）
• CPU 处于开中断（STI）

并行接口

15. 8255A结构

• 内部有 3 个 8 位的输入输出端口（即A口、B口、C口，从内部控制角度来讲分为A组和B组）、数据总线缓冲器、读写控制逻辑模块、A组和B组控制模块
• A₁、A₀ 是端口选择信号，当$\overline{CS}$有效时
  A₁A₀ = 00，选中 A 口数据寄存器
  A₁A₀ = 01，选中 B 口数据寄存器
  A₁A₀ = 10，选中 C 口数据寄存器
  A₁A₀ = 11，选中控制寄存器
  注：不可从控制端口读取数据

A1	A0	$\overline{RD}$	$\overline{WR}$	$\overline{CS}$	操作
0	0	0	1	0	从A端口读取数据
0	1	0	1	0	从B端口读取数据
1	0	0	1	0	从B端口读取数据
0	0	1	0	0	向A端口写入数据
0	1	1	0	0	向B端口写入数据
1	0	1	0	0	向C端口写入数据
1	1	1	0	0	向控制端口写入命令字

16.8255A初始化

• 方式选择控制字、C口按位置 0 / 置 1 控制字
  具体见考试附录

工作方式

工作方式	适用于端口
方式 0	A、B、C
方式1	A、B
方式2	A

方式0

基本型输入输出方式，即无条件输入输出方式，不需要联络信号

方式1

选通型输入输出方式，必须有联络线（输入：IBF、$\overline{STB}$；输出：$\overline{OBF}$、$\overline{ACK}$）

• 输入
  IBF:  输入缓冲器满-----状态线（A:PC₅,B:PC₁）
      只有在IBF = 0 时，外设才能写入数据
  $\overline{STB}$: 输入选通信号，必须有（A:PC₄,B:PC₂）
  INTE: 中断允许寄存器
      当PC₄ = 1时，A 口允许中断
      当PC₂ = 1时，B 口允许中断
  INTR:中断请求信号，高电平有效（A:PC₃,B:PC₀）

• 输出
  $\overline{OBF}$:输出缓冲器满-----状态线（A:PC₇,B:PC₁）
      只有在IBF = 1 时，才能输出数据
  $\overline{ACK}$: 确认应答（A:PC₆,B:PC₂）
  INTE: 中断允许寄存器
      当PC₆ = 1时，A 口允许中断
      当PC₂ = 1时，B 口允许中断
  INTR:中断请求信号，高电平有效（A:PC₃,B:PC₀）

方式2

双向数据传输方式

编程

步骤：

• 方式选择控制字 → 控制口
  目的：选择某一口的工作方式
• 根据需要把C口按位置0/置1控制字 → 控制口
  目的：禁止/允许某一口提出中断请求
• 完成初始化编程后，CPU可以用IN指令/OUT指令通过8255A和外设交换信息

eg:编写初始化子程序，端口地址为200H～203H
 （1）A口、B口工作在选通型输入方式
 （2）允许B口中断、A口禁止中断
 （3）无关项设置“0”
解：控制端口为203H，方式控制字为 B6H，C口按位置 0 / 置 1 控制字为08H（A）、05H（B）

I8255 PROC
      MOV DX,203H
      MOV AL,B6H
      OUT DX,AL//设置方式控制字
      MOV AL,08H
      OUT DX,AL//A口禁止中断
      MOV AL,05H
      OUT DX,AL//B口允许中断
      RET
I8255 ENDP

• 如果数据口（A,B或C)工作在方式0
  直接采用IN/OUT指令对其进行读写
• 如果数据口(A或B)工作在方式1，如果采用查询方式，且 A或B口定义为
     输入口,先用IN指令读入C口的内容，查询 IBF = 1 时,表示CPU可以用IN指令从A或B口读入外设送来的数据
     输出口,先用IN指令读入C口的内容，查询$\overline{OBF}$ =1 时,表示CPU可以用OUT指令向A或B口写数据以送给外设