AVR 的IO口简介与寄存器的概念

一、何谓“寄存器”

寄存器就是RAM中的一些特殊单元，映射片上外设的特殊功能

二、何谓“IO口”

可以将"0"与1转换为电压信号的端口

单片机中最常用的TTL电平：0V代表“0”，+5V 代表“1”

Mega16有4个IO口，PA,PB,PC,PD

三、IO口的性能指标

灌电流能力：能够流入IO口的最大电流

拉电流能力：能够从IO口流出的最大电流

上拉电阻与下拉电阻

最大输入电压

IO口的两种状态

如上图(有个选择开关实际电路中不存在的为了好理解才给出的)输出就是 要么给个5V 要么给个地 0V 就是输出0 和 1

上图输入模型 理想的输入IO口相当于一个悬空的导线，就是输入这个对VCC 与对地的等效阻抗都必须为无穷大，实际单片机现在一般都做到10M欧姆以上。

IO口的输出性能指标

1/AVR 的IO口灌电流能力与拉电流能力均达30mA

2/51的拉电流能力<100uA,灌电流能力10mA

拉电流能力：

能够从IO口流出的最大电流

下图是只管的看出电流时从IO口流出，相当于内部开关达到VCC 随着外面阻值改变电流改变 最大电流30mA Imax

灌电流能力：

能够流入IO口的最大电流

下图同理 IO口的输入

IO口的输入性能指标

一、AVR的IO口输入状态时可配置上拉电阻，值为100K 数量级

二、最大输入电压范围：-0.5V~VCC+0.5V

AVR 输入IO是可以配置上拉电阻的是一个比较弱上拉 大概100K -- 200K 、为什么要配置一个上拉电阻呢？对于输入口，因为配置为输入的时候，它的等效一个悬空的一个点，如果在输入口上真的是一个悬空的话，这样一个悬空的导线的电平会是多少呢？单片机内部会认为是输入一个0 还是1呢/答案就是不确定的，可能受外部一些静电或一些比较强的电磁场一些影响或者0或者是1，但是如果我们将配置一个上拉电阻，当这个IO口悬空的时候，这个电平就不再是不确定的了，被确定为上拉为1.上拉电阻具体的作用将在下一讲，将这个按键程序设计时候大家会有更深的体会。承受最大输入电压看下图：输入做小低电压电压 -0.5 最大0.2VCC 输入高电压 做小0.7VCC 最大VCC+0.5V 就是说最小-0.5 最大 5.5V

除了ATmega16之外其他的AVR芯片跟m16也差不多

一、IO口语IO寄存器的映射(x代表A~D)

方向寄存器：DDRx

数据寄存器：PORTx

输入寄存器:Pinx

二、C语言变量与寄存器的映射

io.h这个文件中将所有寄存器映射为同名的变量，对这些变量的读写相当于对寄存器的读写

三、输出状态IO寄存器设置

DDRx某一位置1，相应位的IO口被设置为输出

PORTx某一位置1或0，对应IO口相应位的电平高低

下面是一些映射关系

第一个：C语言通过AVR Studio/WinAVR 等编译成目标代码，然后通过下载线编程器(现在个人一般不用了)、JATG口到硬件单片机

第二个：说的是寄存器到寄存器的映射 通过同名变量 、单片机一般多数为8位定时器当然也有16位计数器、然后映射到寄存器内的数据0 1 虽然在RAM存的是0或1 相当于内部高低电平的一种形式进行存储最后通过IO口 UART SPI IIC 转化为 +5v 0v 或LVTTL +3.3V 0V .

第三个、其他的变量 其实就是RAM中的数据也就是占用RAM中的存储单元当然这个RAM不能直接跟外界直接进行接触的。

第四个、函数表示的就是各个函数之间的一些运算还有就是互动的关系，表现到单片机内部就是各个寄存器还有RAM的互动关系，最后转化为硬件模块之间的关系。

C语言的流水灯验证

循环语句、

8位流水灯可用于指示8位二进制

对IO寄存器进行移位运算，即可实现流水灯效果

循环语句

1、while语句

2、for 语句

各种运算符的流水灯验证

赋值= 加+ 减- 乘* 除/ 括号() 求余%

与& 或| 取反 ~ 异或^ 左移 << 右移>>

逻辑与 && 逻辑或|| 逻辑非！

while(表达式)//表达式不为0 即为真 (1)死循环

{

}

如何设置断点

toggle breakpoint F9

断点就是全速运行时候当运行到断点位置就停下来如下图

Run F5

去除断点就是把光标定位到断点处再次点击小手或F9 断点就去除了。

再次按全速运行结果如下图灯全亮了

原因是因为运行循环速度太快应该加个延时AVR CPU 主频能跑到16MHZ 一个1到2微秒的时间。1百万没秒循环几十万次，然人眼分辨加延时。

for (赋值初始值只做一次；条件(真进入内容)；执行完内容后执行此条语句){}；来回判断 第2条与第3条语句

for 循环大括号没有是只执行 第二条与第三条 判断 加加动作。

位运算

将某一位置1、置0、取反 置1、

相应位与1 进行位或|运算

3.置0

相应位与0进行按位与&运算

4.取反

相应位与1进行按位异或^ 运算 相同为0 相异为1

5.移位运算符：左边为最高位，右边为最低位

左移

6.右移

右移n位相当于乘2^n运算，右侧n位丢弃，左侧补n个0

注意：在32位操作系统中 是补符号位我在嵌入式32位操作系统试过

如果自制的仿真器缺点如果滤波做不好会出现跑飞的现象。

(引用百度说辞：程序跑飞

程序跑飞是指系统受到某种干扰后,程序计数器PC的值偏离了给定的唯一变化历程,导致程序运行偏离正常的运行路径.程序跑飞因素及后果往往是不可预计的.在很多情况下,程序跑飞后系统会进入死循环而导致死机

)

任何数与1 进行^ 异或就取反了。

PORTB = PORTB ^ 0b11111111;//利用异或可以实现闪烁灯

IO口设置为输出状态

蜂鸣器

一、有源蜂鸣器

加上电源电压即可发出鸣叫声，消耗电流20mA左右

传统的蜂鸣器驱动电路

三极管驱动(如下图)

AVR的蜂鸣器驱动电路

IO口直接驱动(如图)

编一段程序进行验证(buzzer 蜂鸣器)

可看到PORTA 变化 蜂鸣器叫了

好了总结下

第一步：IO设置为输出

DDRB = 0XFF;

DDRB |= 0b00100000//第五位输出高电平

第二步：对应位输出数据

输出1：PORTB |= 0b00100000;//第五位输出高电平

输出0：PORTB &= ~0b00100000;//第五位输出低电平

输出1：PORTB |= (1<<5);//第五位输出高电平

输出0：PORTB &= ~(1<<5);//第五位输出低电平

对应位取反：PORTB^ = (1<<5);//第五位输出高电平