七、通用IO口基本结构与输出应用.pdf

七、通用 IO 接口基本结构与输出应用 一、通用 I/O 口的基本结构与特性 ATmega16 芯片有PORTA、PORTB、PORTC、PORTD（简称PA、PB、PC、PD）4 组8 位，共32 路通用I/O接口，分别对应于芯片上32根I/O引脚。所有这些I/O 口都是双（有的为3）功能复用 的。其中第一功能均作为数字通用I/O 接口使用，而复用功能则分别用于中断、时钟/计数器、 USRAT、I2C 和SPI 串行通信、模拟比较、捕捉等应用。这些I/O 口同外围电路的有机组合，构 成各式各样的单片机嵌入式系统的前向、后向通道接口，人机交互接口和数据通信接口，形成 和实现了千变万化的应用。 1、基本结构 图6-1 为通用I/O 口的基本结构示意图。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。 方向控制寄存器DDRx 用于控制I/O 口的输入输出方向，即控制I/O 口的工作方式为输出方 式还是输入方式。 当DDRx=1 时，I/O 口处于输出工作方式。此时数据寄存器PORTx 中的数据通过一个推挽电 路输出到外部引脚（图6-2）。AVR 的输出采用推挽电路提高了I/O 口的输出能力，当PORTx=1 时， I/O 引脚呈现高电平，同时可提供输出20mA 的电流；而当PORTx=0 时，I/O 引脚呈现低电平， 同时可吸纳20mA 电流。因此，AVR 的I/O 在输出方式下提供了比较大的驱动能力，可以直接倾 动LED 等小功率外围器件。 当DDRx=0 时，I/O 处于输入工作方式。此时引脚寄存器PINx 中的数据就是外部引脚的实 际电平，通过读I/O 指令可将物理引脚的真实数据读入MCU。此外，当I/O 口定义为输入时 （DDRx=0），通过PORTx 的控制，可使用或不使用内部的上拉电阻（图6-3）。 表6.1 是AVR 通用I/O 端口的引脚配置情况。 表中的PUD 为寄存器SFIOR 中的一位，它的作用相当AVR 全部I/O 口内部上拉电阻的总开 关。当PUD=1 时，AVR 所有I/O 内部上拉电阻都不起作用（内部不上拉）；而PUD=0 时，各个 I/O 口内部上拉电阻取决于DDRXn 的设置。 AVR 通用I/O 端口的主要特点为： （1）双向可独立位控的I/O 口 ATmega16 的PA、PB、PC、PD 四个端口都是8 位双向I/O 口，每一位引脚都可以单独的进 行定义，相互不受影响。如用户可以在定义PA 口第0、2、3、4、5、6 位用于输入的同时定义 第1、7 位用于输出，互不影响。 （2）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（吸收）20mA 的电流，因而能直接驱动LED 显示器。 （3）可控制的上拉电阻 每一位引脚内部都有独立的，可通过编程设置的，设定为上拉有效或无效的内部上拉电阻。 当I/O 口被用于输入方式，且内部上拉电阻被激活（有效）时，如果外部引脚被拉低，则构成 电流源输出电流（uA 量级）。 （4）DDRx 可控的方向寄存器。 AVR 的I/O 端口结构同其它类型单片机的明显区别是， AVR 采用3 个寄存器来控制 I/O端 口。一般单片机的I/O 仅有数据寄存器和控制寄存器，而AVR 还多了一个方向控制器，用于控 制I/O 的输入输出方向。由于输