ATmega芯片以及I/O引脚的简单说明

原理图

AVR Core

大多数ATmega设备的核心是AVR CPU，它被描述为RISC型CPU。然而，尽管是RISC CPU，AVR内核可以说非常强大，并且与竞争器件（例如Microchip PIC系列）相比具有许多优势。

例如，AVR内核包含通用的8位寄存器可以配对为内存位置创建16位指针。此外，AVR内核有超过130条指令，其中许多是单周期的（由于一级管道），并且没有方案。

然而，AVR设备特别容易发生砖块化用户开始使用保险丝（特定芯片选项），这就是为什么强烈建议您手头有多个AVR设备。 AVR器件的另一个问题是如果没有购买官方编程器，他们很难进行芯片编程（例如与PICKIT3相比）。

尽管如此，AVR已成为最流行的微控制器之一，谢谢Arduino的发明，其核心包含ATmega。事实上，Arduino只是一个AVR微控制器，带有一些特殊的启动加载代码和一个USB转串口转换器。

以下是典型ATmega器件的内部架构（在我们的例子中，ATmega168） 。

I/O端口

了解微控制器的内部工作情况很好，但知道如何让芯片与外界交流是很好的。大多数微控制器（如果不是全部）都包含引脚，允许器件读取和写入外部电路的数字值。例如，LED可以连接到I/O（带有串联电阻），这将允许微控制器打开和关闭LED。另一个例子是一个开关，它可以连接在引脚和电源之间，微控制器可以在检测到开关被按下时执行动作。

当然，微控制器可以连接到几乎任何电路，并以您可能想象的任何方式与它进行交互。但要做到这一点，我们需要了解I/O端口如何在AVR设备上工作以及如何正确使用它们！

I/O端口包含三个寄存器：

DDRx - 端口x的数据方向寄存器

PINx - 从端口x读取

PORTx - 写入端口x

数据方向寄存器

数据方向寄存器（DDR）很可能是您配置的第一个寄存器，因为DDR寄存器确定特定端口上的引脚是输入还是输出。 DDR寄存器长8位，每个位对应I/O端口的引脚。

例如，DDRB的第一位（位0）将决定PB0是输入还是输出，最后一位（第7位）将确定PB7是输入还是输出。

在PIC器件中，值1用于输入，值0用于输出，但对于AVR器件则反之亦然; 1表示输出，0表示输入。因此，假设我们想要将PORT B上的所有引脚配置为输出，我们只需使用以下代码：

DDRB = 0xFF;

或

DDRB = 0b11111111;

第一个示例使用十六进制，而第二个示例使用二进制。虽然通常的做法是使用十六进制，但二进制版本可以更清楚地将端口中的哪些位用作输入或输出。如果我们想将PORT B上的所有引脚转换为输入引脚，那么我们可以使用。。.。。.

DDRB = 0x00;

或

DDRB = 0b00000000;

更复杂的事情怎么样？假设您希望前两个引脚为输出（PB0和PB1），其余引脚为输入。以下代码可以解决这个问题：

DDRB = 0x03;

或

DDRB = 0b00000011;

PINx寄存器

我们的DDR寄存器排序out，是时候学习如何从现实世界中将数字值读入微控制器。这是使用寄存器PINx完成的，其中x是要读取的寄存器。从端口读取相当容易，如下面的代码示例所示：

dataValue = PINB;

执行此操作时，PORT B上的所有引脚都被读入dataValue，并且dataValue中的每个位现在将对应于读取时每个引脚上的数字电平。虽然这可能很有用，但我们有时可能希望同时测试单个位而不是所有位。在PIC中，.bits成员可用于访问各个位，但AVR设备不是这种情况。相反，访问单个位涉及一些操作（原谅双关语），包括使用逻辑AND，OR和XOR。

要测试一个位是否打开（逻辑1），以下两个可以使用语句。这些函数对PIN寄存器和位执行逻辑AND（表示为8位数）。如果结果为零，则不会执行if语句，因为if语句仅在条件为非零时执行。第一个语句使用二进制值来表示要测试的位，而第二个语句使用逻辑移位指令来创建位掩码，该掩码表示要测试的位。逻辑移位版本可以说更具可读性，因此更容易理解。但是，执行该指令可能需要比第一次更长的时间（取决于优化）。

if（PINB＆amp;（0b00000001））

或

if（PINB＆amp;（1 《

在主要测试（！）

if（！（PINB＆amp;（0b00000001）））

或《之前使用否定运算符可以轻松地测试逻辑0 br》 if（！（PINB＆amp;（1 《

PORTx寄存器

现在我们可以读取整个端口和各个引脚，我们如何写入端口和单个引脚？这是PORTx寄存器的用武之地。写入该寄存器（其中x表示要写入的端口）将导致输出引脚打开或关闭。请记住，物理输出引脚只有与PORTx寄存器IF对应的数字电平，只有相应的DDR位被设置为输出！

将值写入端口非常容易：

PORTB = 0xFF;

或

PORTB = 0b11111111;

但个别位怎么样？这再次使用按位运算符完成，并且设置/清除位稍微复杂一些。这是因为我们需要保留PORT寄存器中其他位的值，否则它们可能会被更改，如果它们连接到外部设备（如LED，显示器，IC等），可能会导致意外行为。

要打开特定位，我们可以使用OR逻辑运算符：

PORTB = PORTB | （0b00000001）;打开位0

或

PORTB = PORTB | （1 《

要关闭特定位，我们使用AND运算符和NOT运算符（〜）：

PORTB = PORTB＆amp; 〜（0b00000001）;关闭位0

或

PORTB = PORTB＆amp; 〜（1 《

要切换一点（以便它与以前相反）我们可以使用XOR运算符：

PORTB = PORTB ^（0b00000001）;切换位0

o r

PORTB = PORTB ^（1 《

引脚名称

使用数字来表示引脚可能会导致某些不可读代码，这就是为什么WinAVR足够好，可以包含一些我们可以使用的定义。请参阅以下示例：

PORTB = PORTB＆amp; 〜（1 《

如果（PINC＆amp;（1 《

一个简单的例子

在我们的例子中，我们将制作一个电路当按下连接到PD1的开关时，切换连接到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））;

}

}

}

结论

现在我们可以控制I/O引脚了，没有理由不能在复杂控制器可以使用的项目中开始使用AVR。使用本文中的知识，您可以创建一个键盘输入系统，一个复杂的7段显示控制器，一个音乐系统，甚至是一个基本的80年代风格的计算机。