ATmega芯片以及I/O引腳的簡單說明

原理圖

AVR Core

大多數(shù)ATmega設(shè)備的核心是AVR CPU，它被描述為RISC型CPU。然而，盡管是RISC CPU，AVR內(nèi)核可以說非常強大，并且與競爭器件（例如Microchip PIC系列）相比具有許多優(yōu)勢。

例如，AVR內(nèi)核包含通用的8位寄存器可以配對為內(nèi)存位置創(chuàng)建16位指針。此外，AVR內(nèi)核有超過130條指令，其中許多是單周期的（由于一級管道），并且沒有方案。

然而，AVR設(shè)備特別容易發(fā)生磚塊化用戶開始使用保險絲（特定芯片選項），這就是為什么強烈建議您手頭有多個AVR設(shè)備。 AVR器件的另一個問題是如果沒有購買官方編程器，他們很難進(jìn)行芯片編程（例如與PICKIT3相比）。

盡管如此，AVR已成為最流行的微控制器之一，謝謝Arduino的發(fā)明，其核心包含ATmega。事實上，Arduino只是一個AVR微控制器，帶有一些特殊的啟動加載代碼和一個USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換器。

以下是典型ATmega器件的內(nèi)部架構(gòu)（在我們的例子中，ATmega168） 。

I/O端口

了解微控制器的內(nèi)部工作情況很好，但知道如何讓芯片與外界交流是很好的。大多數(shù)微控制器（如果不是全部）都包含引腳，允許器件讀取和寫入外部電路的數(shù)字值。例如，LED可以連接到I/O（帶有串聯(lián)電阻），這將允許微控制器打開和關(guān)閉LED。另一個例子是一個開關(guān)，它可以連接在引腳和電源之間，微控制器可以在檢測到開關(guān)被按下時執(zhí)行動作。

當(dāng)然，微控制器可以連接到幾乎任何電路，并以您可能想象的任何方式與它進(jìn)行交互。但要做到這一點，我們需要了解I/O端口如何在AVR設(shè)備上工作以及如何正確使用它們！

I/O端口包含三個寄存器：

DDRx - 端口x的數(shù)據(jù)方向寄存器

PINx - 從端口x讀取

PORTx - 寫入端口x

數(shù)據(jù)方向寄存器

數(shù)據(jù)方向寄存器（DDR）很可能是您配置的第一個寄存器，因為DDR寄存器確定特定端口上的引腳是輸入還是輸出。 DDR寄存器長8位，每個位對應(yīng)I/O端口的引腳。

例如，DDRB的第一位（位0）將決定PB0是輸入還是輸出，最后一位（第7位）將確定PB7是輸入還是輸出。

在PIC器件中，值1用于輸入，值0用于輸出，但對于AVR器件則反之亦然; 1表示輸出，0表示輸入。因此，假設(shè)我們想要將PORT B上的所有引腳配置為輸出，我們只需使用以下代碼：

DDRB = 0xFF;

或

DDRB = 0b11111111;

第一個示例使用十六進(jìn)制，而第二個示例使用二進(jìn)制。雖然通常的做法是使用十六進(jìn)制，但二進(jìn)制版本可以更清楚地將端口中的哪些位用作輸入或輸出。如果我們想將PORT B上的所有引腳轉(zhuǎn)換為輸入引腳，那么我們可以使用。。.。。.

DDRB = 0x00;

或

DDRB = 0b00000000;

更復(fù)雜的事情怎么樣？假設(shè)您希望前兩個引腳為輸出（PB0和PB1），其余引腳為輸入。以下代碼可以解決這個問題：

DDRB = 0x03;

或

DDRB = 0b00000011;

PINx寄存器

我們的DDR寄存器排序out，是時候?qū)W習(xí)如何從現(xiàn)實世界中將數(shù)字值讀入微控制器。這是使用寄存器PINx完成的，其中x是要讀取的寄存器。從端口讀取相當(dāng)容易，如下面的代碼示例所示：

dataValue = PINB;

執(zhí)行此操作時，PORT B上的所有引腳都被讀入dataValue，并且dataValue中的每個位現(xiàn)在將對應(yīng)于讀取時每個引腳上的數(shù)字電平。雖然這可能很有用，但我們有時可能希望同時測試單個位而不是所有位。在PIC中，.bits成員可用于訪問各個位，但AVR設(shè)備不是這種情況。相反，訪問單個位涉及一些操作（原諒雙關(guān)語），包括使用邏輯AND，OR和XOR。

要測試一個位是否打開（邏輯1），以下兩個可以使用語句。這些函數(shù)對PIN寄存器和位執(zhí)行邏輯AND（表示為8位數(shù)）。如果結(jié)果為零，則不會執(zhí)行if語句，因為if語句僅在條件為非零時執(zhí)行。第一個語句使用二進(jìn)制值來表示要測試的位，而第二個語句使用邏輯移位指令來創(chuàng)建位掩碼，該掩碼表示要測試的位。邏輯移位版本可以說更具可讀性，因此更容易理解。但是，執(zhí)行該指令可能需要比第一次更長的時間（取決于優(yōu)化）。

if（PINB＆amp;（0b00000001））

或

if（PINB＆amp;（1 《

在主要測試（?。?/p>

if（！（PINB＆amp;（0b00000001）））

或《之前使用否定運算符可以輕松地測試邏輯0 br》 if（?。≒INB＆amp;（1 《

PORTx寄存器

現(xiàn)在我們可以讀取整個端口和各個引腳，我們?nèi)绾螌懭攵丝诤蛦蝹€引腳？這是PORTx寄存器的用武之地。寫入該寄存器（其中x表示要寫入的端口）將導(dǎo)致輸出引腳打開或關(guān)閉。請記住，物理輸出引腳只有與PORTx寄存器IF對應(yīng)的數(shù)字電平，只有相應(yīng)的DDR位被設(shè)置為輸出！

將值寫入端口非常容易：

PORTB = 0xFF;

或

PORTB = 0b11111111;

但個別位怎么樣？這再次使用按位運算符完成，并且設(shè)置/清除位稍微復(fù)雜一些。這是因為我們需要保留PORT寄存器中其他位的值，否則它們可能會被更改，如果它們連接到外部設(shè)備（如LED，顯示器，IC等），可能會導(dǎo)致意外行為。

要打開特定位，我們可以使用OR邏輯運算符：

PORTB = PORTB | （0b00000001）;打開位0

或

PORTB = PORTB | （1 《

要關(guān)閉特定位，我們使用AND運算符和NOT運算符（?）：

PORTB = PORTB＆amp; ?（0b00000001）;關(guān)閉位0

或

PORTB = PORTB＆amp; ?（1 《

要切換一點（以便它與以前相反）我們可以使用XOR運算符：

PORTB = PORTB ^（0b00000001）;切換位0

o r

PORTB = PORTB ^（1 《

引腳名稱

使用數(shù)字來表示引腳可能會導(dǎo)致某些不可讀代碼，這就是為什么WinAVR足夠好，可以包含一些我們可以使用的定義。請參閱以下示例：

PORTB = PORTB＆amp; ?（1 《

如果（PINC＆amp;（1 《

一個簡單的例子

在我們的例子中，我們將制作一個電路當(dāng)按下連接到PD1的開關(guān)時，切換連接到PD0的LED。

/*

* AVR IO.c

*

* Created： 03/01/2018 11:25:21

* Author ： RobinLaptop

*/

#define F_CPU 1000000UL

#include

#include

int main（void）

{

// Configure PORT D bit 0 to an output and bit 1 to an input

DDRD = 0b00000001;

// Main program loop

while （1）

{

// Wait until the switch found on PIND1 （bit 1）

if（PIND & （1 《《 PIND1））

{

// Toggle the LED found on PIND0

PORTD = PORTD ^ （1 《《 PIND0）;

// Force a delay to prevent de-bounce！

_delay_ms（100）;

// Wait until the button is released

while（PIND & （1 《《 PIND1））;

}

}

}

結(jié)論

現(xiàn)在我們可以控制I/O引腳了，沒有理由不能在復(fù)雜控制器可以使用的項目中開始使用AVR。使用本文中的知識，您可以創(chuàng)建一個鍵盤輸入系統(tǒng)，一個復(fù)雜的7段顯示控制器，一個音樂系統(tǒng)，甚至是一個基本的80年代風(fēng)格的計算機。