单片机幻灯片—通用io接口基本结构与输出应用

第六章 通用I/O接口基本结构与输出应用,ATmega16芯片具备 PORTA、PORTB、PORTC、PORTD （简称PA、PB、PC、PD）4组8位，共32路通用I/O接口，分别对应于芯片上32根I/O引脚。 所有这些I/O口都是双（有的为3）功能复用的。其中第一功能均作为数字通用I/O接口使用。,通用I/O口的基本结构与特性,I/O口的基本结构，每组I/O口配备三个8位寄存器： 1、方向控制寄存器DDRx； 2、数据寄存器PORTx； 3、输入引脚寄存器PINx（x=ABCD）。,方向控制寄存器DDRx用于控制I/O口的输入输出方向，即控制I/O口的工作方式为输出方式还是输入方式。 当DDRx=1时，I/O口处于输出工作方式。AVR的输出采用推挽电路提高了I/O口的输出能力。 当PORTx=1时，I/O引脚呈现高电平。 当PORTx=0时，I/O引脚呈现低电平。 AVR的I/O在输出方式下提供了比较大的驱动能力（20mA驱动电流），可以直接驱动LED等小功率外围器件。,当DDRx=0时，I/O处于输入工作方式。此时引脚寄存器PINx中的数据就是外部引脚的实际电平，通过读I/O指令可将物理引脚的真实数据读入MCU。 当I/O口定义为输入时（DDRx=0），通过PORTx的控制，可使用或不使用内部的上拉电阻。,PUD为寄存器SFIOR中的一位，它的作用相当AVR全部I/O口内部上拉电阻的总开关。 当PUD=1时，AVR所有I/O内部上拉电阻都不起作用（全局内部上拉无效）； 而PUD=0时，各个I/O口内部上拉电阻取决于DDRXn的设置。,AVR通用I/O端口的主要特点为： 1、双向可独立位控的I/O口 2、Push-Pull大电流驱动 3、可控制的引脚内部上拉电阻 4、DDRx可控的方向寄存器 AVR的IO注意事项： 1、首先要正确设置其工作方式，确定其工作在输出方式还是输入方式。 2、在输入方式时，要读取外部引脚上的电平时，应读取PINxn的值，而不是PORTxn的值。 3、在输入方式时，要根据实际情况使用或不使用内部的上拉电阻。 4、一旦将I/O口的工作方式由输出设置成输入方式后，必须等待一个时钟周期后才能正确的读到外部引脚PINxn的值。,I/O端口寄存器,ATmega16的4个8位的端口都有各自对应的3个I/O端口寄存器，它们占用了I/O空间的12个地址。,通用数字I/O口的设置与编程,AVR汇编指令系统中，直接用于对I/O寄存器的操作指令有以下3类，全部为单周期指令： 1）IN/OUT IN/OUT指令实现了32个通用寄存器与I/O寄存器之间的数据交换，格式为： IN Rd，A ；从I/O寄存器A读数剧到通用寄存器Rd OUT A，Rr ；通用寄存器Rr数据送I/O寄存器A,2）SBI/CBI SBI/CBI指令实现了对I/O寄存器（地址空间为I/O空间的0x00-0x31）中指定位的置1或清0，格式为： SBI A，b ；将I/O寄存器A的第b位置1 CBI A，b ；将I/O寄存器A的第b位清0 3）SBIC/SBIS SBIC/SBIS指令为转移类指令，它根据I/O寄存器（地址空间为I/O空间的0x00-0x31）的指定位的数值实现跳行转移（跳过后面紧接的一条指令，执行后序的第二条指令），格式为： SBIC A，b ；I/O寄存器A的第b位为0时，跳行执行 SBIS A，b ；I/O寄存器A的第b位为1时，跳行执行,通用I/O口的输出应用,通用I/O输出设计要点 1、AVR系统的工作电源为5伏（手持系统往往采用1.5v3v电源），所以I/O的输出电平为5v。当连接的外围器件和电路采用3v、9v、12v、15v等与5v不同的电源时，应考虑输出电平转换电路。 输出电流的驱动能力。 2、AVR的I/O口输出为“1”时，可以提供20mA左右的驱动电流。输出为“0”时，可以吸收20mA左右的灌电流（最大为40mA）。 当连接的外围器件和电路需要大电流驱动或有大电流灌入时，应考虑使用功率驱动电路。 3、输出电平转换的延时。AVR是一款高速单片机，当系统时钟为4M时，执行一条指令的时间为0.25us，这意味着将一个I/O引脚置“1”，再置“0”仅需要0.25us，既输出一个脉宽为0.25us高电平脉冲。,LED发光二极管的控制,LED发光二极管是一种经常使用的外围器件，用于显示系统的工作状态，报警提示等，用大量的发光二极管组成方阵，就是构成一个LED电子显示屏，可以显示汉字和各种图形，如体育场馆中的大型显示屏。下面设计一个带有一排8个发光二极管的简易彩灯控制系统。,硬件电路设计： 发光二极管一般为砷化镓半导体。当电压U1大于U2约1V以上时，二极管导通发光。,当导通电流大于5mA时，人的眼睛就可以明显地观察到二极管的发光。一般导通电流不要超过10mA，否则将导致二极管的烧毁或I/O引脚的烧毁。导通电流与限流电阻之间的关系由下面的计算公式确定：,下面给出一个简单的控制程序，其完成的功能是8个LED逐一循环发光1秒，构成“走马灯”。 #include #include void main(void) char position = 0; / position为控制位的位置 PORTA=0xFF; / PA口输出全1，LED全灭 DDRA=0xFF; / PA口工作为输出方式 while (1) PORTA = (1= 8) position = 0; delayms(1000); ,继电器控制,在工业控制以及许多场合中，嵌入式系统要驱动一些继电器和电磁开关，用于控制马达的开启和关闭，阀门的开启和关闭等。 继电器和电磁开关需要功率驱动，驱动电流往往需要几百毫安，超出了AVR本身I/O口的驱动能力，因此在外围硬件电路中要考虑使用功率驱动电路。,控制恒温箱的加热的硬件电路,恒温箱的加热源采用500W电炉，电炉的工作电压220v，电流2.3A。选用HG4200继电器，开关负载能力为5A/AC220V，继电器吸合线圈的工作电压5v，功耗0.36W，计算得吸合电流为0.36/5 = 72mA。因此，要能使继电器稳定的吸合，驱动电流应该大于80mA。该电流已经超出AVR本身 I/O口的驱动能力，因此外部需要使用功率驱动元件。,LED数码显示器的应用,LED 数码显示器是单片机嵌入式系统中经常使用的显示器件。一个“8”字型的显示模块用“a、b、c、d、e、f、g、p” 8个发光二极管组合而成。,硬件电路设计：,