ATmega16單片機端口講解新

第2篇端口設(shè)計目錄2.1、端口結(jié)構(gòu)介紹2.2、端口存放器講解2.3、端口實例講解2.1、端口結(jié)構(gòu)介紹AVR系列單片機的IO端口結(jié)構(gòu)比根本51系列單片機的端口要復(fù)雜一些，以ATmega16單片機為例，它有4組8位IO端口，分別是PORTA、PORTB、PORTC和PORTD。結(jié)構(gòu)介紹：圖2-1

圖2-2

以下圖2-3為AVR系列單片機端口結(jié)構(gòu)示意圖，每組IO口配備三個8位特殊功能存放器，它們分別是方向控制存放器DDRx〔x代表A～D〕，數(shù)據(jù)存放器PORTx，和輸入引腳存放器PINx。例如端口A的特殊功能存放器為DDRA、PORTA和PINA。圖2-3AVR系列單片機端口結(jié)構(gòu)通過這組存放器，我們可以使每個端口實現(xiàn)雙向數(shù)字IO通道或雙向模擬量通道功能。ATmega16單片機的大局部端口具有除根本IO功能外的第二功能，關(guān)于第二功能的使用這里不作介紹。下面說明端口的根本IO輸入輸出和模擬量輸入輸出的工作過程。①同步數(shù)字輸出。作為輸出時，總線給方向存放器D觸發(fā)器F9寫1，三態(tài)門F1翻開，總線來的數(shù)據(jù)經(jīng)D觸發(fā)器F10到達輸出端Pxn，此時上拉電阻是關(guān)斷的。②數(shù)字輸入。作為輸入時，總線給方向存放器D觸發(fā)器F9寫0，三態(tài)門F1關(guān)斷，上拉電阻根據(jù)需要由PUD選擇是否導(dǎo)通，在休眠信號SLEEP無效時，模擬開關(guān)M1翻開，MOS管T2截止，從Pxn來的輸入信號經(jīng)整形電路F7和同步鎖存器進入三態(tài)門F4成為同步輸入信號。③模擬量輸入輸出。在模擬量輸入輸出模式下，通過設(shè)置使上拉電阻、三態(tài)門F1和模擬開關(guān)M1都處于關(guān)斷狀態(tài)，管腳Pxn直接連通單片機內(nèi)部相關(guān)模擬量輸入輸出單元，為單片機內(nèi)部模擬比較器、A/D轉(zhuǎn)換器及D/A轉(zhuǎn)換器等功能單元提供與外圍連接的通道。2.2、端口存放器講解位[7:0]：PA口的每一位的輸入或輸出定義。

0:表示該位為輸入方式。

1:表示該位為輸出方式。位[7:0]：PA口輸入緩沖器的值。

0:該位輸入為0。

1:該位輸入為1。位[7:0]：PA口輸出緩沖器的值。

0:該位輸出為0。

1:該位輸出為1。2.3、端口實例講解、流水燈設(shè)計、數(shù)碼管設(shè)計、單一按鍵設(shè)計、矩陣鍵盤設(shè)計、流水燈設(shè)計1、發(fā)光二級管的知識講解2、設(shè)計任務(wù)3、硬件設(shè)計4、軟件算法設(shè)計發(fā)光二極管的參數(shù)與普通二極管大致相同，我們要掌握的是它的開啟電壓和工作電流。電流太大容易燒毀，太小亮度不夠。以磷化鉀做成的LED為例：開啟電壓：工作電流：允許最大電流：

1、發(fā)光二級管的知識講解發(fā)光二極管限流電阻的選?。喝缦聢D：可以求出限流電阻的取值范圍。發(fā)光二極管限流電阻的選?。憾丝谠O(shè)置引腳狀態(tài)說明輸入電流輸入上拉無效，為高阻狀態(tài)上拉有效，外部引腳拉低輸出電流灌電流(吸收電流)輸出推挽0輸出，吸收電流輸出電流輸出推挽1輸出，輸出電流ATmega16端口的輸入/輸出電流：設(shè)計任務(wù)：序號實例要求例1流水燈端口直接閃亮例2流水燈順時針轉(zhuǎn)例3流水燈逆時針例4按鍵控制轉(zhuǎn)向例5按鍵控制流水燈間隔數(shù)1例6按鍵控制流水燈間隔數(shù)2硬件設(shè)計：圖2-4硬件設(shè)計順時針設(shè)計算法：逆時針設(shè)計算法：、數(shù)碼管設(shè)計1、數(shù)碼管根底知識講解2、設(shè)計任務(wù)3、硬件設(shè)計4、軟件設(shè)計①、數(shù)碼管的分類②、數(shù)碼管的判別③、數(shù)碼管的驅(qū)動④、數(shù)碼管的字型碼1、數(shù)碼管根底知識講解：①、數(shù)碼管的分類：按發(fā)光二極管單元連接方式分為：

共陽極數(shù)碼管

共陰極數(shù)碼管

共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成共陽極(COM)的數(shù)碼管。圖2-5共陽數(shù)碼管共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成共陰極(COM)的數(shù)碼管。圖2-6共陰數(shù)碼管②、數(shù)碼管的判別：

共陽數(shù)碼管在判別時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。

共陰數(shù)碼管在判別時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。③、數(shù)碼管的驅(qū)動：數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩類靜態(tài)顯示驅(qū)動。動態(tài)顯示驅(qū)動靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示那么需要5×8=40根I/O端口來驅(qū)動，實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，我們常用74LS164/74HC595來驅(qū)動數(shù)碼管。動態(tài)顯示驅(qū)動

動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。

在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。④、數(shù)碼管的字型碼：圖2-7實物圖圖2-8引腳圖數(shù)碼管的字型碼——共陽極：我們這里只講靜態(tài)驅(qū)動〔74HC164驅(qū)動〕的字型碼數(shù)碼管的字型碼——共陰極：74ls164引腳圖和真值表：2-9引腳圖2-10真值表TTLCMOSVOH≥2.4VVCCVOL≤0.4VGNDVIH≥2.0V0.7VCCVIL≤0.8V0.2VCC輸入電平輸出電平74LSTTLTTL74HCCMOSCMOS74HCTTTLCMOSTTL與CMOS區(qū)別74系列芯片電平區(qū)別TTL電平和CMOS電平的區(qū)別：74ls164工作時序：圖2-11工作時序2、設(shè)計任務(wù)：序號實例要求例1設(shè)計程序，數(shù)碼管全顯示例2設(shè)計程序，數(shù)碼管一位顯示例3設(shè)計程序，查詢按鍵0到9999例4設(shè)計程序，查詢按鍵數(shù)碼管全部顯示例5設(shè)計程序，查詢按鍵加減例6設(shè)計程序，按鍵中斷查詢法實現(xiàn)3、硬件設(shè)計：圖2-12硬件設(shè)計數(shù)碼管顯示程序：4、軟件設(shè)計、單一按鍵設(shè)計1、單一按鍵原理2、設(shè)計任務(wù)3、軟件算法設(shè)計1、單一按鍵原理通常的按鍵所用開關(guān)為機械彈性開關(guān)，當(dāng)機械觸點斷開、閉合時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為5ms～10ms。按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短那么是由操作人員的按鍵動作決定的，一般為零點幾秒至數(shù)秒。鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀屢次。為確保CPU對鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動。在鍵閉合穩(wěn)定時讀取鍵的狀態(tài)，并且判別到鍵釋放穩(wěn)定后再作處理。硬件消抖

在鍵數(shù)較少時可用硬件方法消除鍵抖動。RS觸發(fā)器為常用的硬件去抖，由于需要增加硬件設(shè)備，增大了系統(tǒng)的復(fù)雜性，所以硬件消抖一般不常用。軟件消抖如果按鍵較多，常用軟件方法去抖，即檢測出鍵閉合后執(zhí)行一個延時程序，5ms～10ms的延時，讓前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平，那么確認為真正有鍵按下。2、設(shè)計任務(wù)——按鍵消抖：圖2-13按鍵消抖按鍵消抖程序：

if(!AJ1)

{

__delay_cycles(80000);//延時10ms消抖

if(!AJ1)//確認有鍵按下

{

while(!AJ1);//等待按鍵釋放

}}3、軟件算法設(shè)計——查詢法ATmega16單片機有21個中斷源，在這21個中斷中，包含1個非屏蔽中斷〔RESET〕,3個外部中斷〔INT0、INT1、INT2〕和17個內(nèi)部中斷。這些中斷的優(yōu)先級按照向量號排列，向量號越小優(yōu)先級越高。本例用到的中斷源為外部中斷請求1〔INT1〕。ATmega16的中斷源：ATmega16的中斷存放器：位6：SE：休眠使能控制位。0：CPU工作在正常模式；1：CPU工作在休眠模式，由SM2、SM1、SM0決定休眠方式〔請參閱手冊〕。位3-2：ISC11-0：決定INT1的中斷觸發(fā)方式：位1-0：ISC01-0：決定INT0的中斷觸發(fā)方式，同INT1。位7/6/5：INTx：外部中斷x使能位。0：不允許INTx中斷；1：允許INTx中斷。位4-3：保存。位1：IVSEL：中斷向量選擇位。0：中斷向量位于Flash存儲器的起始址；1：中斷向量轉(zhuǎn)移到Boot區(qū)的起始地址。位0：IVCE：中斷向量修改使能位。 0：不能改變IVSEL的值； 1：能改變IVSEL的值。位7/6/5：INTx：外部中斷x標(biāo)志位。0：INTx中斷沒有發(fā)生；1：INTx中斷發(fā)生。位4-0：保存。 當(dāng)狀態(tài)存放器SREG的位I、通用中斷控制存放器GICR中斷使能位INT1為1，并且INTx位為1時，MCU即跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷向量。進入中斷效勞程序之后該標(biāo)志自動清零。此外，標(biāo)志位也可以通過寫入1來清零。軟件設(shè)計——中斷法：//外部中斷INT1效勞程序#pragmavector=INT1_vect__interruptvoidINT1_isr(void){SREG_Bit7=0;//關(guān)閉全局中斷flag=1;//標(biāo)志位置位while(!AJ1);//等待按鍵釋放SREG_Bit7=1;//全局中斷翻開}IAR中斷效勞程序的編寫：IAR中定義中斷函數(shù)的格式是：#pragmavector=中斷向量__interruptvoid中斷效勞程序(void){中斷處理程序}外部中斷1的效勞程序：#pragmavector=INT1_vect__interruptvoidINT1_Server(void){}、矩陣鍵盤設(shè)計1、矩陣鍵盤設(shè)計原理2、設(shè)計任務(wù)3、硬件設(shè)計原理圖4、軟件算法設(shè)計前面我們已經(jīng)講述了單一按鍵電路，對于單一按鍵每個按鍵必須占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時，I/O口線浪費較大。為了解決這個問題，采用矩陣鍵盤。1、矩陣鍵盤設(shè)計原理2、設(shè)計任務(wù)：序號實例要求例1設(shè)計程序，數(shù)碼管顯示按鍵的編號例2設(shè)計程序，按鍵的編號賦予功能，按下相應(yīng)按鍵實現(xiàn)相應(yīng)的功能3、硬件設(shè)計原理圖：圖2-14硬件設(shè)計原理4、軟件算法設(shè)計：軟件處理鍵盤的方式，有編程掃描方式、定時掃描方式中斷掃描方式。1、編程掃描工作方式是利用CPU在完成其它工作的空余，調(diào)用鍵盤掃描子程序，來響應(yīng)鍵輸入要求。2、定時掃描工作方式是利用單片機內(nèi)部定時器產(chǎn)生定時中斷〔10ms〕，CPU響應(yīng)中斷后對鍵盤進行掃描、并在有鍵按下時轉(zhuǎn)入鍵功能處理程序。3、中斷掃描工作方式即當(dāng)鍵盤上只要有鍵閉合，就向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應(yīng)中斷，立即中斷當(dāng)前正在運行的程序，轉(zhuǎn)入執(zhí)行中斷效勞程序，判斷鍵盤上閉合鍵的鍵號，并作相應(yīng)的鍵功能處理。判斷按鍵按下常用的方法有兩種，即掃描法和反轉(zhuǎn)、法，根據(jù)掃描方式的不同，掃描法又可細分為逐行掃描和逐列掃描。1、掃描法是在判定有鍵按下后逐列〔或行〕置低電平，同時讀入行〔或列〕狀態(tài)，如果行〔或列〕狀態(tài)出現(xiàn)非全1狀態(tài)，這時0狀態(tài)的行、列交點的鍵就是所按下的鍵。2、線反轉(zhuǎn)法與掃描法相比，掃描法要逐列〔或行〕掃描查詢，當(dāng)被按下的鍵處于最后一列〔或行〕時，那么要經(jīng)過屢次掃描才能最后獲得此鍵所處的行列值。而線反轉(zhuǎn)法無論被按鍵是處于第一還是最后，均只須經(jīng)過兩步便能獲得此鍵所在的行列值。矩陣鍵盤處理程序具體操作流程如下：1、判斷鍵盤有無按下PA.0、PA.1、PA.2、PA.3輸出全為“0