AVR單片機學習（四）C語言的流水燈驗證

 一、何謂“寄存器”

    寄存器就是RAM中的一些特殊單元，映射片上外設的特殊功能

二、何謂“IO口”

    可以將"0"與1轉換為電壓信號的端口

    單片機中最常用的TTL電平：0V代表“0”，+5V 代表“1”

    Mega16有4個IO口，PA,PB,PC,PD

三、IO口的性能指標

   灌電流能力：能夠流入IO口的最大電流

   拉電流能力：能夠從IO口流出的最大電流

   上拉電阻與下拉電阻

   最大輸入電壓

IO口的兩種狀態

如上圖（有個選擇開關實際電路中不存在的為了好理解才給出的）輸出就是 要么給個5V 要么給個地 0V  就是輸出0  和 1

 

上圖輸入模型  理想的輸入IO口相當于一個懸空的導線，就是輸入這個對VCC 與對地的等效阻抗都必須為無窮大，實際單片機現在一般都做到10M歐姆以上。

IO口的輸出性能指標

1/AVR 的IO口灌電流能力與拉電流能力均達30mA

2/51的拉電流能力<100uA,灌電流能力10mA

拉電流能力：

能夠從IO口流出的最大電流

 下圖是只管的看出電流時從IO口流出，相當于內部開關達到VCC 隨著外面阻值改變電流改變 最大電流30mA Imax

灌電流能力：

能夠流入IO口的最大電流

下圖同理 IO口的輸入

IO口的輸入性能指標

一、AVR的IO口輸入狀態時可配置上拉電阻，值為100K 數量級

二、最大輸入電壓范圍：-0.5V~VCC+0.5V

 AVR 輸入IO是可以配置上拉電阻的是一個比較弱上拉 大概100K -- 200K 、為什么要配置一個上拉電阻呢？對于輸入口，因為配置為輸入的時候，它的等效一個懸空的一個點，如果在輸入口上真的是一個懸空的話，這樣一個懸空的導線的電平會是多少呢？單片機內部會認為是輸入一個0 還是1呢/答案就是不確定的，可能受外部一些靜電或一些比較強的電磁場一些影響或者0或者是1，但是如果我們將配置一個上拉電阻，當這個IO口懸空的時候，這個電平就不再是不確定的了，被確定為上拉為1.上拉電阻具體的作用將在下一講，將這個按鍵程序設計時候大家會有更深的體會。承受最大輸入電壓看下圖：輸入做小低電壓電壓 -0.5  最大0.2VCC   輸入高電壓  做小0.7VCC 最大VCC+0.5V  就是說最小-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口語IO寄存器的映射（x代表A~D）\

方向寄存器：DDRx

數據寄存器：PORTx

輸入寄存器:Pinx

二、C語言變量與寄存器的映射

io.h這個文件中將所有寄存器映射為同名的變量，對這些變量的讀寫相當于對寄存器的讀寫

三、輸出狀態IO寄存器設置

DDRx某一位置1，相應位的IO口被設置為輸出

PORTx某一位置1或0，對應IO口相應位的電平高低

 

 

 

 

 

 

下面是一些映射關系

 

第一個：C語言通過AVR Studio/WinAVR 等編譯成目標代碼，然后通過下載線編程器（現在個人一般不用了）、JATG口到硬件單片機

第二個：說的是寄存器到寄存器的映射 通過同名變量 、單片機一般多數為8位定時器當然也有16位計數器、然后映射到寄存器內的數據0 1 雖然在RAM存的是0或1 相當于內部高低電平的一種形式進行存儲最后通過IO口 UART  SPI   IIC  轉化為 +5v  0v 或LVTTL +3.3V 0V .

第三個、其他的變量 其實就是RAM中的數據也就是占用RAM中的存儲單元當然這個RAM不能直接跟外界直接進行接觸的。

第四個、函數表示的就是各個函數之間的一些運算還有就是互動的關系，表現到單片機內部就是各個寄存器還有RAM的互動關系，最后轉化為硬件模塊之間的關系。

• C語言的流水燈驗證

循環語句、

對IO寄存器進行移位運算，即可實現流水燈效果

循環語句

  1、while語句

  2、for 語句

各種運算符的流水燈驗證

賦值=  加+  減-  乘*  除/ 括號（）  求余%

與& 或| 取反 ~  異或^ 左移 <<  右移>>

邏輯與 && 邏輯或||  邏輯非！

while(表達式)//表達式不為0 即為真    （1）死循環

{

   

}  

如何設置斷點 
toggle breakpoint F9

斷點就是全速運行時候當運行到斷點位置就停下來如下圖

Run  F5

去除斷點就是把光標定位到斷點處再次點擊小手或F9 斷點就去除了。

再次按全速運行結果如下圖燈全亮了

原因是因為運行循環速度太快應該加個延時AVR CPU 主頻能跑到16MHZ 一個1到2微秒的時間。1百萬沒秒循環幾十萬次，然人眼分辨加延時。

for (賦值初始值只做一次；條件（真進入內容）；執行完內容后執行此條語句){}；來回判斷 第2條與第3條語句

for 循環大括號沒有是只執行 第二條與第三條 判斷 加加動作。

位運算

1. 將某一位置1、置0、取反
2. 置1、

    相應位與1 進行位或|運算

  3.置0

    相應位與0進行按位與&運算

  4.取反

    相應位與1進行按位異或^ 運算    相同為0  相異為1

  5.移位運算符：左邊為最高位，右邊為最低位

    左移<<:

  左移n位相當于乘2^n運算，左側n丟棄，右側n個0

  6.右移

  右移n位相當于乘2^n運算，右側n位丟棄，左側補n個0

注意：在32位操作系統中 是補符號位  我在嵌入式32位操作系統試過

如果自制的仿真器缺點如果濾波做不好會出現跑飛的現象。

 

（引用百度說辭：程序跑飛

程序跑飛是指系統受到某種干擾后,程序計數器PC的值偏離了給定的唯一變化歷程,導致程序運行偏離正常的運行路徑.程序跑飛因素及后果往往是不可預計的.在很多情況下,程序跑飛后系統會進入死循環而導致死機

）

 

任何數與1 進行^ 異或就取反了。

PORTB = PORTB ^ 0b11111111;//利用異或可以實現閃爍燈

 

IO口設置為輸出狀態

• 蜂鳴器

一、有源蜂鳴器

加上電源電壓即可發出鳴叫聲，消耗電流20mA左右

傳統的蜂鳴器驅動電路

三極管驅動（如下圖）

AVR的蜂鳴器驅動電路

IO口直接驅動（如圖）

 

編一段程序進行驗證（buzzer 蜂鳴器）

 

可看到PORTA 變化  蜂鳴器叫了

好了總結下

第一步：IO設置為輸出

DDRB = 0XFF;

DDRB |= 0b00100000//第五位輸出高電平

第二步：對應位輸出數據

輸出1：PORTB |= 0b00100000;//第五位輸出高電平

輸出0：PORTB &= ~0b00100000;//第五位輸出低電平

輸出1：PORTB |= (1<<5);//第五位輸出高電平

輸出0：PORTB &= ~（1<<5）;//第五位輸出低電平

對應位取反：PORTB^ = (1<<5);//第五位輸出高電平