第2講單片機(jī)IO端口ppt課件

1、MEGA16通用通用I/O 接口基本結(jié)構(gòu)與應(yīng)用接口基本結(jié)構(gòu)與應(yīng)用ATmega16 ATmega16 芯片有芯片有PORTAPORTA、PORTBPORTB、PORTCPORTC、PORTDPORTD簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱PAPA、PBPB、PCPC、PDPD4 4 組組8 8 位，位，共共32 32 路通用路通用I/O I/O 接口，分別對(duì)應(yīng)于芯片接口，分別對(duì)應(yīng)于芯片上上32 32 根根I/O I/O 引腳。所有這些引腳。所有這些I/O I/O 口都是口都是雙有的為雙有的為3 3功能復(fù)用的。其中第一功功能復(fù)用的。其中第一功能均作為數(shù)字通用能均作為數(shù)字通用I/O I/O 接口使用，而復(fù)用接口使用，而復(fù)用功能則

2、分別用于中斷、時(shí)鐘功能則分別用于中斷、時(shí)鐘/ /計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)器、USARTUSART、I2C I2C 和和SPI SPI 串行通信、模擬比較、串行通信、模擬比較、捕捉等應(yīng)用。捕捉等應(yīng)用。通用I/O 口的基本結(jié)構(gòu)與特性 圖圖6-1 6-1 為通用為通用I/O I/O 口的基本結(jié)構(gòu)示口的基本結(jié)構(gòu)示意圖。從圖中可以看出，每組意圖。從圖中可以看出，每組I/O I/O 口配備三個(gè)口配備三個(gè)8 8 位寄存器，它們分別位寄存器，它們分別是方向控制寄存器是方向控制寄存器DDRxDDRx，數(shù)據(jù)寄存，數(shù)據(jù)寄存器器PORTxPORTx，和輸入引腳寄存器，和輸入引腳寄存器PINxPINxx=ABCDx=ABCD）。）

3、。I/O I/O 口的工作方式口的工作方式和表現(xiàn)特征由這和表現(xiàn)特征由這3 3 個(gè)個(gè)I/O I/O 口寄存器口寄存器控制?？刂?。方向控制寄存器方向控制寄存器DDRx DDRx 用于控制用于控制I/O I/O 口的輸入輸口的輸入輸出方向，即控制出方向，即控制I/O I/O 口的工作方式為輸出方口的工作方式為輸出方式還是輸入方式。式還是輸入方式。當(dāng)當(dāng)DDRx=1 DDRx=1 時(shí)，時(shí)，I/O I/O 口處于輸出工作方式。此時(shí)口處于輸出工作方式。此時(shí)數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器PORTx PORTx 中的數(shù)據(jù)通過一個(gè)推挽電中的數(shù)據(jù)通過一個(gè)推挽電路輸出到外部引腳。路輸出到外部引腳。AVR AVR 的輸出采用推挽

4、電的輸出采用推挽電路提高了路提高了I/O I/O 口的輸出能力，當(dāng)口的輸出能力，當(dāng)PORTx=1 PORTx=1 時(shí)，時(shí)，I/O I/O 引腳呈現(xiàn)高電平，同時(shí)可提供輸出引腳呈現(xiàn)高電平，同時(shí)可提供輸出20mA 20mA 的電流；而當(dāng)?shù)碾娏?；而?dāng)PORTx=0 PORTx=0 時(shí)，時(shí)，I/O I/O 引腳呈現(xiàn)低引腳呈現(xiàn)低電平，同時(shí)可吸納電平，同時(shí)可吸納20mA 20mA 電流。因此，電流。因此，AVR AVR 的的I/O I/O 在輸出方式下提供了比較大的驅(qū)動(dòng)能力，在輸出方式下提供了比較大的驅(qū)動(dòng)能力，可以直接傾動(dòng)可以直接傾動(dòng)LED LED 等小功率外圍器件。等小功率外圍器件。當(dāng)當(dāng)DDRx=0 DD

5、Rx=0 時(shí)，時(shí)，I/O I/O 處于輸入工作方式。此處于輸入工作方式。此時(shí)引腳寄存器時(shí)引腳寄存器PINx PINx 中的數(shù)據(jù)就是外部引中的數(shù)據(jù)就是外部引腳的實(shí)際電平，通過讀腳的實(shí)際電平，通過讀I/O I/O 指令可將物指令可將物理引腳的真實(shí)數(shù)據(jù)讀入理引腳的真實(shí)數(shù)據(jù)讀入MCUMCU。此外，當(dāng)。此外，當(dāng)I/O I/O 口定義為輸入時(shí)口定義為輸入時(shí)DDRx=0DDRx=0），通過），通過PORTx PORTx 的控制，可使用或不使用內(nèi)部的的控制，可使用或不使用內(nèi)部的上拉電阻。上拉電阻。表中的表中的PUD PUD 為寄存器為寄存器SFIOR SFIOR 中的一位，它的作用相中的一位，它的作用相當(dāng)當(dāng)A

6、VR AVR 全部全部I/O I/O 口內(nèi)部上拉電阻的總開關(guān)。當(dāng)口內(nèi)部上拉電阻的總開關(guān)。當(dāng)PUD=1 PUD=1 時(shí)，時(shí)，AVR AVR 所有所有I/O I/O 內(nèi)部上拉電阻都不起作內(nèi)部上拉電阻都不起作用內(nèi)部不上拉）；而用內(nèi)部不上拉）；而PUD=0 PUD=0 時(shí)，各個(gè)時(shí)，各個(gè)I/O I/O 口內(nèi)口內(nèi)部上拉電阻取決于部上拉電阻取決于DDRXn DDRXn 的設(shè)置。的設(shè)置。1 1） 使用使用AVR AVR 的的I/O I/O 口，首先要正確設(shè)置其工口，首先要正確設(shè)置其工作方式，確定其工作在輸入方式還是輸入方作方式，確定其工作在輸入方式還是輸入方式。式。2 2） 當(dāng)當(dāng)I/O I/O 工作在輸入方式

7、，要讀取外部引腳工作在輸入方式，要讀取外部引腳上的電平時(shí)，應(yīng)讀取上的電平時(shí)，應(yīng)讀取PINxn PINxn 的值，而不是的值，而不是PORTxn PORTxn 的值。的值。3 3） 當(dāng)當(dāng)I/O I/O 工作在輸入方式，要根據(jù)實(shí)際情況工作在輸入方式，要根據(jù)實(shí)際情況使用或不使用內(nèi)部的上拉電阻。使用或不使用內(nèi)部的上拉電阻。4 4） 一旦將一旦將I/O I/O 口的工作方式由輸出設(shè)置成輸口的工作方式由輸出設(shè)置成輸入方式后，必須等待一個(gè)時(shí)鐘周期后才能正入方式后，必須等待一個(gè)時(shí)鐘周期后才能正確的讀到外部引腳確的讀到外部引腳PINxn PINxn 的值。的值。LED 發(fā)光二極管的控制例例6.1 6.1 簡(jiǎn)易彩

8、燈控制系統(tǒng)簡(jiǎn)易彩燈控制系統(tǒng)1) 1) 硬件電路設(shè)計(jì)：硬件電路設(shè)計(jì)：發(fā)光二極管一般為砷化鎵半導(dǎo)體二極管，其電路入圖發(fā)光二極管一般為砷化鎵半導(dǎo)體二極管，其電路入圖6-56-5所示。當(dāng)電壓所示。當(dāng)電壓U1 U1 大于大于U2 U2 約約1V 1V 以上時(shí)，二極管以上時(shí)，二極管導(dǎo)通發(fā)光。當(dāng)導(dǎo)通電流大于導(dǎo)通發(fā)光。當(dāng)導(dǎo)通電流大于5mA 5mA 時(shí)，人的眼睛就可時(shí)，人的眼睛就可以明顯地觀察到二極管的發(fā)光，導(dǎo)通電流越大，亮以明顯地觀察到二極管的發(fā)光，導(dǎo)通電流越大，亮度越高。一般導(dǎo)通電流不要超過度越高。一般導(dǎo)通電流不要超過10mA10mA，否則將導(dǎo)致，否則將導(dǎo)致二極管的燒毀或二極管的燒毀或I/O I/O 引腳的

9、燒毀。因此在引腳的燒毀。因此在LED LED 二極二極管電路中要串接一個(gè)限流電阻，阻值在管電路中要串接一個(gè)限流電阻，阻值在100100500500之之間，調(diào)節(jié)阻值的大小可以控制發(fā)光二極管的發(fā)光亮間，調(diào)節(jié)阻值的大小可以控制發(fā)光二極管的發(fā)光亮度。導(dǎo)通電流與限流電阻之間的關(guān)系由下面的計(jì)算度。導(dǎo)通電流與限流電阻之間的關(guān)系由下面的計(jì)算公式確定：公式確定：式中，式中，Vled Vled 為為L(zhǎng)ED LED 的導(dǎo)通電壓。的導(dǎo)通電壓。由于由于AVR AVR 的的I/O I/O 口輸出口輸出“0 0時(shí)，可以吸收最大時(shí)，可以吸收最大40mA 40mA 的電流，因此采用控制發(fā)光二極管的電流，因此采用控制發(fā)光二極管負(fù)

10、極的設(shè)計(jì)比較好。負(fù)極的設(shè)計(jì)比較好。8 8 個(gè)個(gè)LED LED 發(fā)光二極管控制系發(fā)光二極管控制系統(tǒng)的硬件電路見圖統(tǒng)的硬件電路見圖6-66-6。2) 2) 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)ATmega16 ATmega16 的的PA PA 口工作在輸出方式下，口工作在輸出方式下，8 8 個(gè)個(gè)引腳分別控制引腳分別控制8 8 個(gè)發(fā)光二極管。個(gè)發(fā)光二極管。當(dāng)當(dāng)I/O I/O 口輸出口輸出“0 0時(shí)時(shí)LED LED 導(dǎo)通發(fā)光，輸出導(dǎo)通發(fā)光，輸出“1 1時(shí)時(shí)LED LED 截止熄滅。截止熄滅。下面給出一個(gè)簡(jiǎn)單的控制程序，其完成的功下面給出一個(gè)簡(jiǎn)單的控制程序，其完成的功能是能是8 8 個(gè)個(gè)LED LED 逐一循環(huán)發(fā)光逐一循環(huán)

11、發(fā)光1 1 秒，構(gòu)成秒，構(gòu)成“走馬燈走馬燈”#include #include void main(void)char position = 0; / position 為控制位的位置PORTA=0 xFF; / PA 口輸出全1，LED 全滅DDRA=0 xFF; / PA 口工作為輸出方式while (1)PORTA = (1= 8) position = 0;delay_ms(1000);繼電器控制例例6.2 6.2 控制恒溫箱的加熱的硬件電路設(shè)計(jì)控制恒溫箱的加熱的硬件電路設(shè)計(jì)恒溫箱的加熱源采用恒溫箱的加熱源采用500W 500W 電爐，電爐的工電爐，電爐的工作電壓作電壓220v220v

12、，電流，電流2.3A2.3A。選用。選用HG4200 HG4200 繼電器，繼電器，開關(guān)負(fù)載能力為開關(guān)負(fù)載能力為5A/AC220V5A/AC220V，繼電器吸合線圈，繼電器吸合線圈的工作電壓的工作電壓5v5v，功耗，功耗0.36W0.36W，計(jì)算得吸合電流，計(jì)算得吸合電流為為0.36/5 = 72mA0.36/5 = 72mA。設(shè)計(jì)控制電路如圖。設(shè)計(jì)控制電路如圖6-86-8。I/OI/O引腳輸出引腳輸出“1 1時(shí)，三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，時(shí)，三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，電爐開始加熱。電爐開始加熱。I/O I/O 引腳輸出引腳輸出“0 0時(shí)，三極管時(shí)，三極管截止，繼電器釋放，加熱停止。截止，繼電器釋

13、放，加熱停止。圖中的三極管應(yīng)采用中功率管，導(dǎo)通電流大于圖中的三極管應(yīng)采用中功率管，導(dǎo)通電流大于300mA300mA。電阻。電阻R1 R1 的作用是限制從的作用是限制從I/O I/O 流出的電流出的電流太大，保護(hù)流太大，保護(hù)I/O I/O 端口，稱為限流電阻。留意：端口，稱為限流電阻。留意：三極管集電極的負(fù)載繼電器吸合線圈在三極管三極管集電極的負(fù)載繼電器吸合線圈在三極管截止時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很高的反峰電壓，在吸合線截止時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很高的反峰電壓，在吸合線圈兩端并接一個(gè)二極管圈兩端并接一個(gè)二極管D D，其用途是釋放反峰電，其用途是釋放反峰電壓，保護(hù)三極管和壓，保護(hù)三極管和I/O I/O 口不會(huì)被反峰電壓

14、擊穿，口不會(huì)被反峰電壓擊穿，提高系統(tǒng)的可靠性。設(shè)計(jì)中還要考慮系統(tǒng)在上提高系統(tǒng)的可靠性。設(shè)計(jì)中還要考慮系統(tǒng)在上電時(shí)的狀態(tài)。由于電時(shí)的狀態(tài)。由于AVR AVR 在上電時(shí)，在上電時(shí)，DDRx DDRx 和和PORTx PORTx 的值均初始化為的值均初始化為“0”0”，I/OI/O引腳呈高阻引腳呈高阻輸入方式，因此電阻輸入方式，因此電阻R2 R2 的作用是確保三極管的的作用是確保三極管的集電極電位在上電時(shí)為集電極電位在上電時(shí)為“0 0電平，三極管截止，電平，三極管截止，保證了加熱電爐控制系統(tǒng)上電時(shí)不會(huì)誤動(dòng)作。保證了加熱電爐控制系統(tǒng)上電時(shí)不會(huì)誤動(dòng)作。AVR mega16單片機(jī)單片機(jī) I/O端口端口作為

15、通用數(shù)字作為通用數(shù)字I/O 使用時(shí)，所有使用時(shí)，所有AVR I/O 端端口都具有真正的讀口都具有真正的讀- 修正修正- 寫功能。這意味著寫功能。這意味著用用SBI 或或CBI 指令改變某些管腳的方向指令改變某些管腳的方向( 或者或者是端口電平、制止是端口電平、制止/ 使能上拉電阻使能上拉電阻) 時(shí)不會(huì)時(shí)不會(huì)無意地改變其他管腳的方向無意地改變其他管腳的方向( 或者是端口電平、或者是端口電平、制止制止/ 使能上拉電阻使能上拉電阻)。輸出緩沖器具有對(duì)。輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)能力，可以輸出或吸收大電流，直接稱的驅(qū)動(dòng)能力，可以輸出或吸收大電流，直接驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)LED。所有的端口引腳都具有與電壓無。所有的端

16、口引腳都具有與電壓無關(guān)的上拉電阻。并有保護(hù)二極管與關(guān)的上拉電阻。并有保護(hù)二極管與VCC 和地相和地相連。連。 每個(gè)端口都有三個(gè)I/O 存儲(chǔ)器地址: 數(shù)據(jù)寄存器 PORTx、 數(shù)據(jù)方向寄存器 DDRx 和端口輸入引腳 PINx。數(shù)據(jù)寄存器和數(shù)據(jù)方向寄存器為讀/ 寫寄存器，而端口輸入引腳為只讀寄存器。但是需要特別注意的是，對(duì)PINx 寄存器某一位寫入邏輯1“ 將造成數(shù)據(jù)寄存器相應(yīng)位的數(shù)據(jù)發(fā)生0“ 與“1“ 的交替變化。當(dāng)寄存器MCUCR 的上拉禁止位PUD 置位時(shí)所有端口引腳的上拉電阻都被禁止。作為通用數(shù)字I/O 的端口 DDxn 用來選擇引腳的方向。用來選擇引腳的方向。DDxn 為為“1“ 時(shí)，時(shí)， Pxn 配置為輸出，否則配置為輸入。配置為輸出，否則配置為輸入。 引腳配置為輸入時(shí)，若引腳配置為輸入時(shí)，若PORTxn 為為1“，上拉電阻將使能。如果需要關(guān)閉這個(gè)上拉電阻，上拉電阻將使能。如果需要關(guān)閉這個(gè)上拉電阻，可以將可以將PORTxn 清零，或者將這個(gè)引腳配置為清零，或者將這個(gè)引腳配置為輸出。復(fù)位時(shí)各引腳為高阻態(tài)，即使此時(shí)并沒有輸出。復(fù)位時(shí)各引腳為高阻態(tài)，即使此時(shí)并沒有時(shí)鐘在運(yùn)行。時(shí)鐘在運(yùn)行。 當(dāng)引腳配置為輸出時(shí)，若當(dāng)引腳配置為輸出時(shí)，若PORTxn 為為1“，引腳輸出高電平引腳輸出高電平(1“)，否則輸出低電平，否則輸出低電平(“0“)。下面的例子演示了如何置位端口下面的例子