ATmega16单片机端口讲解新演示幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第,2,篇 端口设计,1,目录,2.1,、端口结构介绍,2.2,、端口寄存器讲解,2.3,、端口实例讲解,2,2.1,、端口结构介绍,AVR,系列单片机的,IO,端口结构比基本,51,系列单片机的端口要复杂一些，以,ATmega16,单片机为例，它有,4,组,8,位,IO,端口，分别是,PORTA,、,PORTB,、,PORTC,和,PORTD,。,结构介绍：,3,图,2-1,图,2-2,4,下图,2-3,为,AVR,系列单片机端口结构示意图，每组,IO,口配备三个,8,位特殊功能寄存器，它们分别是方向控制寄存器,DDRx,（,x,代表,A,D,），数据寄存器,PORTx,，和输入引脚寄存器,PINx,。例如端口,A,的特殊功能寄存器为,DDRA,、,PORTA,和,PINA,。,5,图,2-3 AVR,系列单片机端口结构,6,通过这组寄存器，我们可以使每个端口实现双向数字,IO,通道或双向模拟量通道功能。,ATmega16,单片机的大部分端口具有除基本,IO,功能外的第二功能，关于第二功能的使用这里不作介绍。下面说明端口的基本,IO,输入输出和模拟量输入输出的工作过程。,同步数字输出。作为输出时，总线给方向寄存器,D,触发器,F9,写,1,，三态门,F1,打开，总线来的数据经,D,触发器,F10,到达输出端,Pxn,，此时上拉电阻是关断的。,数字输入。作为输入时，总线给方向寄存器,D,触发器,F9,写,0,，三态门,F1,关断，上拉电阻根据需要由,PUD,选择是否导通，在休眠信号,SLEEP,无效时，模拟开关,M1,打开，,MOS,管,T2,截止，从,Pxn,来的输入信号经整形电路,F7,和同步锁存器进入三态门,F4,成为同步输入信号。,7,模拟量输入输出。在模拟量输入输出模式下，通过设置使上拉电阻、三态门,F1,和模拟开关,M1,都处于关断状态，管脚,Pxn,直接连通单片机内部相关模拟量输入输出单元，为单片机内部模拟比较器、,A/D,转换器及,D/A,转换器等功能单元提供与外围连接的通道。,8,2.2,、端口寄存器讲解,位,7:0,：,PA,口的每一位的输入或输出定义。,0:,表示该位为输入方式。,1:,表示该位为输出方式。,位,7:0,：,PA,口输入缓冲器的值。,0:,该位输入为,0,。,1:,该位输入为,1,。,9,位,7:0,：,PA,口输出缓冲器的值。,0:,该位输出为,0,。,1:,该位输出为,1,。,10,2.3,、端口实例讲解,2.3.1,、流水灯设计,2.3.2,、数码管设计,2.3.3,、单一按键设计,2.3.4,、矩阵键盘设计,11,2.3.1,、流水灯设计,1,、发光二级管的知识讲解,2,、设计任务,3,、硬件设计,4,、软件算法设计,12,发光二极管的参数与普通二极管大致相同，我们要掌握,的是它的开启电压和工作电流。电流太大容易烧毁，太,小亮度不够。以磷化钾做成的,LED,为例：,开启电压：,工作电流：,允许最大电流：,1,、发光二级管的知识讲解,发光二极管限流电阻的选取：,13,如图所示：可以求出限流电阻的取值范围。,发光二极管限流电阻的选取：,14,端口设置,引脚状态说明,输入电流,输入,上拉无效，为高阻状态,上拉有效，外部引脚拉低输出电流,灌电流,(,吸收电流,),输出,推挽,0,输出，吸收电流,输出电流,输出,推挽,1,输出，输出电流,ATmega16,端口的输入,/,输出电流：,15,设计任务：,序号,实例要求,例,1,流水灯端口直接闪亮,例,2,流水灯顺时针转,例,3,流水灯逆时针,例,4,按键控制转向,例,5,按键控制流水灯间隔数,1,例,6,按键控制流水灯间隔数,2,16,硬件设计：,图,2-4,硬件设计,17,顺时针设计算法：,18,逆时针设计算法：,19,2.3.2,、数码管设计,1,、数码管基础知识讲解,2,、设计任务,3,、硬件设计,4,、软件设计,20,、数码管的分类,、数码管的判别,、数码管的驱动,、数码管的字型码,1,、数码管基础知识讲解：,21,、,数码管的分类：,按发光二极管单元连接方式分为：,共阳极数码管共阴极数码管,22,共阳数码管,是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成,共阳极,(COM),的数码管。,图,2-5,共阳数码管,23,共阴数码管,是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成,共阴极,(COM),的数码管。,图,2-6,共阴数码管,24,、数码管的判别：,共阳数码管在判别时应将公共极,COM,接到,+5V,，当某一,字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当,某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。,共阴数码管在判别时应将公共极,COM,接到地线,GND,上，,当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点,亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。,25,、数码管的驱动：,数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的,各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的,驱动方式的不同，可以分为静态和动态两类静态显示驱动。,26,动态显示驱动,静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的,每一个段码都由一个单片机的,I/O,端口进行驱动，或者使用,如,BCD,码二,-,十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点,是编程简单，显示亮度高，缺点是占用,I/O,端口多，如驱动,5,个数码管静态显示则需要,58=40,根,I/O,端口来驱动，实际,应用时必须增加译码驱动器进行驱动，我们常用,74LS164/,74HC595,来驱动数码管。,27,动态显示驱动,动态驱动是将所有数码管的,8,个显示笔划“,a,b,c,d,e,f,g,dp”,的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极,COM,增,加位选通控制电路，位选通由各自独立的,I/O,线控制，当单片,机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟,是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通,COM,端电,路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打,开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分,时轮流控制各个数码管的的,COM,端，就使各个数码管轮流受控,显示，这就是动态驱动。,28,在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为,1,2ms,，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的,余辉,效,应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描,的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，,不会有闪烁感。,29,、数码管的字型码：,图,2-7,实物图,图,2-8,引脚图,30,数码管的字型码,共阳极：,我们这里只讲静态驱动（,74HC164,驱动）的字型码,31,数码管的字型码,共阴极：,32,74ls164,引脚图和真值表：,2-9,引脚图,2-10,真值表,33,TTL,CMOS,VOH,2.4V,VCC,VOL,0.4V,GND,VIH,2.0V,0.7VCC,VIL,0.8V,0.2VCC,输入电平,输出电平,74LS,TTL,TTL,74HC,CMOS,CMOS,74HCT,TTL,CMOS,TTL与CMOS区别,74系列芯片电平区别,TTL,电平和,CMOS,电平的区别：,34,74ls164,工作时序：,图,2-11,工作时序,35,2,、设计任务：,序号,实例要求,例,1,设计程序，数码管全显示,例,2,设计程序，数码管一位显示,例,3,设计程序，查询按键,0,到,9999,例,4,设计程序，查询按键数码管全部显示,例,5,设计程序，查询按键加减,例,6,设计程序，按键中断查询法实现,36,3,、硬件设计：,图,2-12,硬件设计,37,数码管显示程序：,4,、软件设计,38,2.3.3,、单一按键设计,1,、单一按键原理,2,、设计任务,3,、软件算法设计,39,1,、单一按键原理,通常的按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为,5ms,10ms,。,按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为零点几秒至数秒。键抖动会引起一次按键被误读多次。为确保,CPU,对键的一次闭合仅作一次处理，必须去除键抖动。在键闭合稳定时读取键的状态，并且判别到键释放稳定后再作处理。,40,硬件消抖,在键数较少时可用硬件方法消除键抖动。,RS,触发器为常用的硬件去抖，由于需要增加硬件设备，增大了系统的复杂性，所以硬件消抖一般不常用。,软件消抖,如果按键较多，常用软件方法去抖，即检测出键闭合后执行一个延时程序，,5ms,10ms,的延时，让前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。,2,、设计任务,按键消抖：,41,图,2-13,按键消抖,42,按键消抖程序：if(!AJ1)_delay_cycles(80000);/延时,10ms,消抖 if(!AJ1)/确认有键按下 while(!AJ1);/等待按键释放,3,、软件算法设计,查询法,43,ATmega16,单片机有21个中断源，在这,21,个中断中，包含,1,个非屏蔽中断（,RESET,）,3,个外部中断（,INT0,、,INT1,、,INT2,）和,17,个内部中断。这些中断的优先级按照向量号排列，向量号越小优先级越高。本例用到的中断源为外部中断请求,1,（,INT1,）。,ATmega16,的中断源：,44,ATmega16,的中断寄存器：,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,决定,休眠方式（请参阅手册）。,位,3-2,：,ISC11-0,：决定,INT1,的中断触发方式：,位,1-0,：,ISC01-0,：决定,INT0,的中断触发方式，同,INT1,。,45,位,7/6/5,：,INTx,：外部中断,x,使能位。,0,：不允许,INTx,中断；,1,：允许,INTx,中断。,位,4-3,：保留。,位,1,：,IVSEL,：中断向量选择位。,0,：中断向量位于,Flash,存储器的起始址；,1,：中断向量转移到,Boot,区的起始地址。,位,0,：,IVCE,：中断向量修改使能位。,0,：不能改变,IVSEL,的值；,1,：能改变,IVSEL,的值。,46,位,7/6/5,：,INTx,：外部中断,x,标志位。,0,：,INTx,中断没有发生；,1,：,INTx,中断发生。,位,4-0,：保留。,当状态寄存器,SREG,的位,I,、通用中断控制寄存器,GICR,中断使能位,INT1,为,1,，并且,INTx,位为,1,时，,MCU,即跳转到相应的中断向量。进入中断服务程序之后该标志自动清零。此外，标志位也可以通过写入,1,来清零。,47,软件设计,中断法：,/,外部中断,INT1,服务程序,#pragma vector=INT1_vect,_interrupt void INT1_isr(void),SREG_Bit7=0;/,关闭全局中断,flag=1;/,标志位置位,while(!AJ1);/,等待按键释放,SREG_Bit7=1;/,全局中断打开,48,IAR,中断服务程序的编写：,IAR,中定义中断函数的格式是：,#pragma vector=,中断向量,_interrupt void,中断服务程序,(void),中断处理程序,外部中断,1,的服务程序：,#pragma vector=INT1_vect,_interrupt void INT1_Server(void),49,2.3.4,、矩阵键盘设计,1,、矩阵键盘设计原理,2,、设计任务,3,、硬件设计原理图,4,、软件算法设计,50,前面我们已经讲述了单一按键电路，对于单一按键每,个按键必须占用一根,I/O,口线，在按键数量较多时，,I/O,口线浪费较大。为了解决这个问题，采用矩阵键盘。,1,、矩阵键盘设计原理,51,2,、设计任务：,序号,实例要求,例,1,设计程序，数码管显示按键的编号,例,2,设计程序，按键的编号赋予功能，按下相应按键实现相应的功能,52,3,、硬件设计原理图：,图,2-14,硬件设计原理,53,4,、软件算法设计：,软件处理键盘的方式，有编程扫描方式、定时扫描,方式中断扫描方式。,1,、编程扫描工作方式是利用,CPU,在完成其它工作的空,余，调用键盘扫描子程序，来响应键输入要求。,2,、定时扫描工作方式是利用单片机内部定时器产生定,时中断（,10ms,），,CPU,响应中断后对键盘进行扫描、,并在有键按下时转入键功能处理程序。,3,、中断扫描工作方式即当键盘上只要有键闭合，就向,CPU,发出中断请求，,CPU,响应中断，立即中断当前正,在运行的程序，转入执行中断服务程序，判断键盘,上闭合键的键号，并作相应的键功能处理。,54,判断按键按下常用的方法有两种，即扫描法和反转、,法，根据扫描,方式的不同，扫描法又可细分为逐行扫描和逐列扫描。,1,、扫描法是在判定有键按下后逐列（或行）置低电平，,同时读入行（或列）状态，如果行（或列）状态出现,非全,1,状态，这时,0,状态的行、列交点的键就是所按下,的键。,2,、线反转法与扫描法相比，扫描法要逐列（或行）扫描,查询，当被按下的键处于最后一列（或行）时，则要,经过多次扫描才能最后获得此键所处的行列值。而线,反转法无论被按键是处于第一还是最后，均只须经过,两步便能获得此键所在的行列值。,55,矩阵键盘处理程序具体操作流程如下：,1,、判断键盘有无按下,PA.0,、,PA.1,、,PA.2,、,PA.3,输出全为“,0”,，再读入,PB.0,、,PB.1,、,PB.2,、,PB.3,判断是否全 为“,1”,，若全为“,1”,，则无键按下，否,则有键按下。,2,、去键抖动影响,判断有键按下后，采用软件延时一段时间（,10ms15ms,），,再次判断键盘状态，如果仍为有键按下状态，则认为此,键确实按下，否则按照键抖动处理。,56,3,、确定闭合键的键号,PA.0 PA.1 PA.2 PA.3,1 1 1 0,1 1 0 1,1 0 1 1,0 1 1 1,57,4,、每次输出一行为“,0”,，相继读入列线,PB.0,、,PB.1,、,PB.2,、,PB.3,的状态。在依次读入,PB.0,、,PB.1,、,PB.2,、,PB.3,时，若全为“,1”,，表示为“,0”,的这一行上没有,键闭合，否则不全为“,1”,，表示为“,0”,的这一行上,有键闭合，而且闭合键所在的列就是,PB.0PB.3,中为,“,0”,的列。确定了闭合键的位置后，计算出键值，,即产生键码。,5,、等待闭合键释放，再对输入键进行处理。确保键的一,次闭合，,CPU,只作一次处理。,58,