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《 单片机应用技术 》

《 单片机应用技术 》. 电气自动化技术专业. 项目一 单片机输入输出接口. 项目功能 项目知识点与技能点 项目知识准备 项目实施. 【 项目功能 】. 1 、通过单片机的 IO 口点亮 LED 灯。 2 、 通过按键控制 LED 灯的不同点亮形式。 3 、 初步掌握 AVR 单片机的 C 语言编程和调试。. 【 项目知识点与技能点 】. 1 、 ATmega16 单片机数字 IO 口的结构。 2 、 ATmega16 单片机数字 IO 口的寄存器功能及设置方式。 3 、 74HC573 芯片的功能及使用。. 【 项目知识准备 】.

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Presentation Transcript

  1. 《单片机应用技术》 电气自动化技术专业

  2. 项目一 单片机输入输出接口 • 项目功能 • 项目知识点与技能点 • 项目知识准备 • 项目实施

  3. 【项目功能】 1、通过单片机的IO口点亮LED灯。 2、 通过按键控制LED灯的不同点亮形式。 3、 初步掌握AVR单片机的C语言编程和调试。

  4. 【项目知识点与技能点】 1、ATmega16单片机数字IO口的结构。 2、ATmega16单片机数字IO口的寄存器功能及设置方式。 3、74HC573芯片的功能及使用。

  5. 【项目知识准备】 ATmega16单片机有32个通用I/O接口，分为PORTA、PORTB、PORTC、PORTD四个8位接口，分别对应于芯片上的32个I/O引脚。所有的I/O接口都有复用功能。第一功能均作为数字通用I/O接口使用，而复用功能分别用于中断、定时/计数器、USART、I2C、SPI、模拟比较、捕捉等应用。

  6. ATmega16单片机的外部引脚： DIP封装40脚 Vcc, GND 2 XTAL1, XTAL2 2 RESET 1 AVCC，GND 2 AREF 1 PA0—PA7 8 PB0—PB7 8 PC0—PC7 8 PD0—PD7 8

  7. 一、 I/O端口的基本结构 • 从图中可以看出，每组I/O口配备三个8位寄存器，它们分别是方向控制寄存器DDRx，数据寄存器PORTx，和输入引脚寄存器PINx（x=A\B\C\D）。I/O口的工作方式和表现特征由这3个I/O口寄存器控制。

  8. 二、I/O接口的寄存器 在ICCAVR C环境中，头文件“iom16v.h”中定义了许多用于控制I/O接口输入/出操作的宏，这些宏与I/O寄存器同名，通过这些宏可以控制A、B、C、D接口的输入输出操作。 当A、B、C、D接口用于数据I/O口时，通过DDRx、PORTx和PINx三个宏控制接口的输入与输出（其中x为A、B、C或D）。例如： ①DDRA为A口数据方向寄存器，用来定义A口的通讯方向（输入/输出）； ②PORTA为A口数据寄存器，用来输入输出数据（输入时，PORTX为高，打开上拉电阻）；当PORTx=1时，I/O引脚高电平，可提供输出20mA电流；当PORTx=0时，I/O引脚低电平，可吸纳20mA电流。因此，AVR的I/O在输出方式下提供了比较大驱动能力，可以直接驱动LED等小功率外围器件。 ③PINA用来读取A口数据（只读）。

  9. PORTA.7 0 DDRA.7 0 DDRA.6 0 PORTA.6 0 PORTA.5 0 DDRA.5 0 PORTA.4 0 DDRA.4 0 DDRA.3 0 PORTA.3 0 PORTA.2 0 DDRA.2 0 DDRA.1 0 PORTA.1 0 DDRA.0 0 PORTA.0 0 二、I/O接口的寄存器 • 数据方向寄存器:DDRX(DDRA)-----可读写 位 复位值 • 数据寄存器:PORTX(PORTA )-----可读写 位 复位值

  10. ADTS2 0 PINA.7 N/A PINA.6 N/A ADTS1 0 ADTS0 0 PINA.5 N/A - 0 PINA.4 N/A PINA.3 N/A PUD 0 PSR1 0 PINA.2 N/A PINA.1 N/A PSR2 0 PINA.0 N/A PSR10 0 二、I/O接口的寄存器 • 端口输入寄存器:PINX(PINA)-----只读 位 复位值 • 特殊功能寄存器:SFIOR 位 复位值 ØBIT2－PUD：Pull up disable 置位时，禁用上拉电阻，即使是将寄存器DDxn 和PORTxn 配置为使能上拉电阻，I/O端口的上拉电阻也被禁止。

  11. 二、I/O接口的寄存器 当DDRA的某位为0时，送到方向锁存器的输出端为0，相应位只能作输入。 char a; DDRA=0x0; PORTA=0x0F; a=PINA; // A口作为输入 // 低4位使用内部上拉电阻 // 读取A口的值到变量a

  12. 当DDRA的某位为1时，送到方向锁存器的输出端为1，相应位只能作输出。当DDRA的某位为1时，送到方向锁存器的输出端为1，相应位只能作输出。 如程序段： char a; a=0x11; DDRA=0xFF; PORTA=a; // 赋值00010001 // A口8脚都作输出 //将a的值通过PA口输出

  13. 与A口类似，用于对PB口控制三个特定宏为：DDRB、PINB、PORTB；用于对PC口控制三个特定宏为： DDRC、PINC、PORTC；用于对PD口控制三个特定宏为： DDRD、PIND、PORTD。 综上所述，4个并行接口的情况如表所示。 注：因为所有IO接口都具有不同的第二功能，因此实际的接口电路都与前面介绍的有所不同，要详细了解请查阅相关资料。

  14. ATmega16单片机的IO引脚结构图：

  15. AVR I/O口引脚配置表

  16. ATmega16单片机I/O端口的主要特点 • 双向可独立位控的I/O口。 ATmega16有A、B、C、D四个并行（8位字长）输入输出端口。能一次输入/输出一个字节的数据。 • Push-Pull大电流驱动（最大40mA）。每个I/O口输出方式均采用推挽式缓冲器输出，提供大电流的驱动，可以输出（吸入）20mA的电流，因而能直接驱动LED显示器。 • 可控制的引脚内部上拉电阻。 • DDRx可控的方向寄存器。

  17. 三、通用数字I/O接口的设置与读写操作 • 首先要根据系统的硬件设计情况，设定各个I/O口的工作方式：输入或输出工作方式，即先正确设置DDRx方向寄存，再进行I/O接口的读/写操作。当将I/O接口定义为数字输入口时，还应注意是否需要将该口内部的上拉电阻设置为有效。在设计电路时，如果能利用ATmega16单片机内部的I/O接口上拉电阻，则可节省外部的上拉电阻。 • 在ICCAVR中，可以直接使用C语言对I/O接口寄存器进行操作。

  18. C语言：位操作 • “按位或”用于打开某一位或某几位，即置位 #include<iom16v.h> #include<macros.h> unsigned char gtmpA void main() { unsigned char tmpB; PORTA|=0x80; tmpB|=0x80; gtmpA|=0x80; } //将端口A的第七位置“1” //将局部变量的第七位置“1” //将全局变量的第七位置“1”

  19. C语言：位操作 • “按位取反”用于关闭某一位或某几位，即清零 #include<iom16v.h> #include<macros.h> unsigned char gtmpA void main() { unsigned char tmpB; PORTA &=~0x80; tmpB &=~0x80; gtmpA &=~0x80; } //将端口A的第七位清零 //将局部变量的第七位清零 //将全局变量的第七位清零

  20. C语言：位操作 • “按位异或”用于翻转（取反）某一位或某几位 #include<iom16v.h> #include<macros.h> unsigned char gtmpA void main() { unsigned char tmpB; PORTA ^= 0x80; tmpB ^= 0x80; gtmpA ^= 0x80; } //将端口A的第七位翻转 //将局部变量的第七位翻转 //将全局变量的第七位翻转

  21. C语言：位操作 • “按位与”用于检查某一位或某几位是否为1 #include<iom16v.h> #include<macros.h> unsigned char gtmpA void main() { unsigned char tmpB; while(tmpB&0x80) { if(PINA&0x80) PORTA &=~0x80; else …… } } //查询局部变量第七位是否为“1” //查询PA.7是否为“1” //关闭A端口第七位

  22. 1、设置I/O接口为输出方式 • DDRA=0xFF；//PA口的0～7位设置为输出 • PORTA＝0x0F；//PA口的0～3位输出为高电平，4～7位输出为低电平 • 在ICCAVR的头文件macros.h中定义 #define BIT(x) (1 << (x)) 1<<(x)表示逻辑“1”左移x位，BIT(1)为逻辑“1”左移1位，结果为0b00000010，BIT(7)为逻辑“1”左移7位0b10000000。 • DDRA|=BIT(1)|BIT(7)；//PA口的第1位和第7位置高电平输出 • PORTA|=BIT(1)；//PA口第1位输出高电平 • PORTA&=~BIT(7)；//PA口第7位输出低电平

  23. 2、设置I/O接口为输入方式 • DDRA=0x00；//PA口的0～7位设置为输入 • PORTA＝0xF0；//PA口的4～7位设置内部上拉电阻使能，0～3位的内部上拉电阻没有使用，外部引脚呈现三态高阻输入状态 • if(PINA&0x80) //判断PA口第7位的高低电平状态

  24. 2 7 6 5 4 3 1 0 第一次 第二次 需求分析： 在试验装置上有8只发光二极管接在PC口，每只发光管低电平点亮。如果按图所示的方式点亮，每次点亮两只发光管，间隔0.2秒后，再换成点亮相邻的两只，依此类推，4次后，再回到第一次,周而复始,形成彩灯的移动。 第三次 第四次 彩灯点亮示意图 四、举例

  25. VCC PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7 0 0 0 0 0 0 0 0 彩灯控制电路 硬件电路分析： ATmega16

  26. 跑马灯电路

  27. 74LS573简介： 74HC573是并行输入,并行输出接口的8数据锁存器器件,可用在单向的并行输出/并行地址锁存等. 主要用于数码管、按键等等的控制。其引脚分布如下图所示。其中： VCC：接电源。 GND：接地。 D0～D8：数据输入端。 Q0～Q8：数据输出端。 LE：锁存使能控制端。 /OE：输出使能控制端

  28. 74LS573真值表： 表1-2 74HC573功能表

  29. 程序清单： #include <mege16.h> #include <delay.h> void main(void) { char i,j; DDRB = 0xFF; PORTB = 0x0; while(1) { j=0x01; for(i=0;i<4;i++) { PORTB=~j; delay_ms(100); j=(j<<1); } } } //设置PB口为输出口 //无限循环 //j赋初值，00000001 //取反后（低电平点亮）输出 //延时200毫秒 //j值左移一位

  30. 功能： 流程图： 按键1按下时，8个数码管顺序点亮，否则逆时针点亮。

  31. 【项目实施】 • 项目要求： • 参考实例中IO口作为输入输出的使用方法，通过不同的按键实现不同的显示方式，比如闪烁，流水灯显示等等。

  32. 【项目实施】 1、各小组内部进行小组分工，确定项目内容和实施计划，项目的内容要有创新点。 2、打开AVR Stdio软件建立AVR-ICC项目，编写程序，进行编译（各小组自行设计按键控制LED灯的亮灭情况，使用尽量多的按键和LED）。 3、编译无误，在线调试。使实训箱电源按钮处于关闭状态，IC锁紧座中放入ATmega16单片机，将DC9V/1A电源插头插入电源孔，将USB延长线接头与JTAG硬件仿真器相连接，同时将JTAG仿真器连在实训箱的JTAG接口。 4、接通74LS573芯片锁存使能端PD1，拨码开关在PC3右侧；接通8个LED灯对应的数据端口PB，拨码开关在PB0～7左侧，作为输出；LED共阳极，低电平点亮；四个按键位于实训箱右上角喇叭下方，拨通在其右侧的拨码开关，四个按键分别对应于PD4～7引脚。

  33. 【项目实施】 5、按下实训箱电源开关，打开AVRstudio 4与实训箱单片机进行通信，将编译后的文件下载到实训箱单片机中，观察运行结果，运行结果达到实训要求实训完成。 6、实训完成后，切断实训箱电源，将拨动过的拔码开关拨回到原位置，将实训用到的跳线帽拔下，将实训用到的外部接线撤下，将实训用到的器件及连线完好的放回到实训箱储物阁中。 7、完成项目报告，就本组的项目进行总结。

  34. 谢 谢

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