avrI/O 端口操作和上拉電阻

說明：本節(jié)重點介紹真正雙向端口操作的方法，及與偽雙向端口操作的不同。跑馬燈例子。建議先看跑馬燈，再繞回來看前面的介紹。

AVR端口是真正的雙向端口，不像51偽雙向。這也是AVR的一項優(yōu)勢，只是操作時大家注意DDRn就可以了。真正雙向端口在模擬時序方面不如偽雙向的方便。
DDRn PORTn PINn 解釋：n為端口號：ABCDE
DDRn：控制端口是輸入還是輸出，0為輸入，1為輸出。個人記憶方法：一比零大所以往外擠，即1為輸出，0為輸入。
PORTn：從引腳輸出信號，當(dāng)DDRn為1時，可以通過PORTn＝x等端口操作語句給引腳輸出賦值。
PINn：從引腳讀輸入信號，無論DDRn為何值，都可以通過x＝PINn獲得端口n的外部電平。
當(dāng)引腳配置為輸入時，若PORTxn 為"1“，上拉電阻將使能。內(nèi)部上拉電阻的使用在鍵盤掃描的時候還要說到。
端口更詳細(xì)功能及介紹以及端口第二功能請參考數(shù)據(jù)手冊。
端口引腳配置
DDxn PORTxn PUD (in SFIOR) I/O 上拉電阻 說明
0 0 X 輸入 No 高阻態(tài) (Hi-Z)
0 1 0 輸入 Yes 被外部電路拉低時將輸出電流
0 1 1 輸入 No 高阻態(tài)(Hi-Z)
1 0 X 輸出 No 輸出低電平 ( 漏電流)
1 1 X 輸出 No 輸出高電平 ( 源電流)

如果有引腳未被使用，建議給這些引腳賦予一個確定電平。最簡單的保證未用引腳具有確定電平的方法是使能內(nèi)部上拉電阻。但要注意的是復(fù)位時上拉電阻將被禁用。如果復(fù)位時的功耗也有嚴(yán)格要求則建議使用外部上拉或下拉電阻。不推薦直接將未用引腳與VCC 或GND 連接，因為這樣可能會在引腳偶然作為輸出時出現(xiàn)沖擊電流。
下面我們來看例子：
void port_init(void)
{
PORTA = 0x03;
DDRA = 0x03;
PORTB = 0x00;
DDRB = 0x01;
PORTC = 0x00;
DDRC = 0x00;
PORTD = 0x00;
DDRD = 0x00;// 建議賦值為零
}

PORTA = 0x03;DDRA = 0x03;這兩句使PA口的PA1和PA0處于輸出狀態(tài)，PA7—PA2處于輸入狀態(tài)，因為先定義了PORTA=0x03，PA1和PA0的內(nèi)部上拉電阻也使能了,雖然后來DDRA = 0x03。為什么捏,也許我們可以這么認(rèn)為:DDRA默認(rèn)都是輸入的,但只要先定義PORTxn的某些位為1,就使能了上拉電阻,不需要管后面的DDRA設(shè)置為輸入還是輸出.這里的0x03即二進(jìn)制的00000011，從左到右對應(yīng)于Pn7--Pn0八個IO口。

通過跑馬燈程序來深入理解IO口的操作：
// ICC-AVR application builder : 2007-9-14 2:26:57
// Target : M16
// Crystal: 11.059Mhz
// 出處：arm9.cn/article.asp?articleid=202">http://www.arm9.cn/article.asp?articleid=202
#include
#include

void port_init(void)
{
PORTA = 0x00;
DDRA = 0x00;
PORTB = 0x0F; //PB0-3口設(shè)為輸出高電平，燈滅
DDRB = 0x0F; //PB0-3口設(shè)為輸出
PORTC = 0x00; //m103 output only
DDRC = 0x00;
PORTD = 0x00;
DDRD = 0x00;
}

//Crystal: 7.3728Mhz下的延時100us的延時函數(shù)
void _delay(unsigned char n)
{
unsigned char i,j;
for(;n!=0;n--) //n*10ms
{
for(j=100;j!=0;j--) //100us*100=10ms
{
for(i=147;i!=0;i--) //delay 100us
;
}
}
}
// 這個是精確的11.059Mhz下的延時函數(shù)
// http://www.willar.com/forum_view.asp?forum_id=25&view_id=6356
void delay_ms(unsigned int n)
{
unsigned int i;
for(i=n;i>0;i--)
delay_1ms();
}

void delay_1ms(void)
{
unsigned char i;
for(i=114;i>0;i--);
}

//call this routine to initialize all peripherals
void init_devices(void)
{
//stop errant interrupts until set up
CLI(); //disable all interrupts
port_init();

MCUCR = 0x00;
GICR = 0x00;
TIMSK = 0x00; //timer interrupt sources
SEI(); //re-enable interrupts
//all peripherals are now initialized
}

void main(void)
{
unsigned char i,j,k;
//init_devices();
PORTB=0x0F; //PB口設(shè)為輸出高電平，燈滅
DDRB=0x0F; //PB口設(shè)為輸出
while(1)
{
i=1;
for (j=0;j<4;j++) //循環(huán)4次，即PB0~~PB3輪流閃亮
{
PORTB=~i; //反相輸出,低電平有效,對應(yīng)的燈亮
for (k=0;k<10;k++)
delay_ms(1000); //延時 100*10=1秒，可自行調(diào)節(jié)
i=i<<1; //左移一位,I的值將向下面的列表那樣變化
// 0b00000001 PB0
// 0b00000010 PB1
// 0b00000100 PB2
// 0b00001000 PB3

// 0b00010000 PB4
// 0b00100000 PB5
// 0b01000000 PB6
// 0b10000000 PB7
}
}
}

其他IO口操作指令：

void main(void)
{
PORTA=0xff;
DDRA=0xff; //輸出 模式 ，IO口上拉電阻有效，1為輸出，0為輸入。
PORTA=0xf0; //等以下三條指令只對操作符號右邊的數(shù)字位是一的位操作。
PORTA&=~0x70; //清零 0x70為 01110000 ，即把654三位清零，其余數(shù)位不變。
PORTA|=0x77; //置一 0x77為 01110111 ，即把654210六位置一，其余數(shù)位不變。
PORTA^=0x70; //翻轉(zhuǎn) 如果是零變成1，是一變成0。
(P & 0x80)==0x80; //按位與 判斷p的第七位是否是一,是則成立
}

實踐出真知：只看這樣的說明是很枯燥的，從實踐中去學(xué)習(xí)會是更好的途徑，把這些代碼都寫到單片機里，一步一步調(diào)試運行，看看各個端口以及寄存器的效果，也鍛練程序調(diào)試能力，和樂而不為呢？關(guān)于上拉電阻，有的時候需要使用，有的時候不能用，尤其是I/O端口操作的時候.上拉就是在IO口線上面接一個到VCC的電阻，很簡單，什么地方需要那可就廣了，作用也很大。上接電阻一般來說就是幫助某根線上面確定電平，比如一個懸空的信號線，由于是懸空的所以它可以是任何狀態(tài)、并極易受到外界的干擾，這樣對我們產(chǎn)品來說是不利的，只要接一個有上拉電阻，它的電平就會是可知的了。

它一般在信號線不確定的情況下使用，那么輸入信號就需要了。當(dāng)為輸出時因為輸出狀態(tài)是確定的，所以就不需要上拉電阻了.

http://forum.eetchina.com/FORUM_POST_1100011897_0.HTM

有些總線協(xié)議會將一些信號釋放為高阻態(tài)，但是實際上電路的狀態(tài)應(yīng)該事確定的0或1，所以上拉電阻可以提供一個確定的狀態(tài)。
上拉電阻還可以提供一個邏輯電平；以及供匹配用等～

上拉電阻接電源(一般是為電源高電位),下拉電阻接地(一般是為電源0電位)。

接了電阻之后就能把電壓拉高了嗎，比如原來輸出3V，接了上拉電阻之后就能變4v了嗎，有點想不明白，能不能詳細(xì)說說啊 ,

上拉電阻本上當(dāng)然不會提高電壓，但是上拉電阻的一端會接著VDD，另一端就是電路，所以會起到提高電壓的作用^_^

我也是從學(xué)校學(xué)到的一點淺薄知識.....自己理解...請大師指點...
前面的回復(fù)有說過上拉電阻實際上是集電極輸出的負(fù)載電阻,而一般三極管是控制集電極電流,基極電流確定,集電極電流也就確定,而為了把電流轉(zhuǎn)化成電壓,所以有了上拉電阻,計算方式是Vo=Vcc-Ic*R(R就是上拉電阻)....
所以可以用上拉電阻提高帶負(fù)載能力和提高噪聲容限

上拉電阻原理:http://blog.21ic.com/user1/349/archives/2007/36202.html

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上拉電阻一般是指用一個電阻接到正電源上來得來正電，推挽是用三極管或場效應(yīng)管等來輸出電壓！

(一)上拉電阻：
1、當(dāng)TTL電路驅(qū)動COMS電路時，如果TTL電路輸出的高電平低于COMS電路的最低高電平（一般為3.5V），這時就需要在TTL的輸出端接上拉電阻，以提高輸出高電平的值。
2、OC門電路必須加上拉電阻，才能使用。
3、為加大輸出引腳的驅(qū)動能力，有的單片機管腳上也常使用上拉電阻。
4、在COMS芯片上，為了防止靜電造成損壞，不用的管腳不能懸空，一般接上拉電阻產(chǎn)生降低輸入阻抗，提供泄荷通路。
5、芯片的管腳加上拉電阻來提高輸出電平，從而提高芯片輸入信號的噪聲容限增強抗干擾能力。
6、提高總線的抗電磁干擾能力。管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾。
7、長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加上下拉電阻是電阻匹配，有效的抑制反射波干擾。
(二)上拉電阻阻值的選擇原則包括:
1、從節(jié)約功耗及芯片的灌電流能力考慮應(yīng)當(dāng)足夠大；電阻大，電流小。
2、從確保足夠的驅(qū)動電流考慮應(yīng)當(dāng)足夠??；電阻小，電流大。
3、對于高速電路，過大的上拉電阻可能邊沿變平緩。綜合考慮
以上三點,通常在1k到10k之間選取。對下拉電阻也有類似道理
(三)對上拉電阻和下拉電阻的選擇應(yīng)結(jié)合開關(guān)管特性和下級電路的輸入特性進(jìn)行設(shè)定，主要需要考慮以下幾個因素：
1． 驅(qū)動能力與功耗的平衡。以上拉電阻為例，一般地說，上拉電阻越小，驅(qū)動能力越強，但功耗越大，設(shè)計是應(yīng)注意兩者之間的均衡。
2．下級電路的驅(qū)動需求。同樣以上拉電阻為例，當(dāng)輸出高電平時，開關(guān)管斷開，上拉電阻應(yīng)適當(dāng)選擇以能夠向下級電路提供足夠的電流。
3．高低電平的設(shè)定。不同電路的高低電平的門檻電平會有不同，電阻應(yīng)適當(dāng)設(shè)定以確保能輸出正確的電平。以上拉電阻為例，當(dāng)輸出低電平時，開關(guān)管導(dǎo)通，上拉電阻和開關(guān)管導(dǎo)通電阻分壓值應(yīng)確保在零電平門檻之下。
4．頻率特性。以上拉電阻為例，上拉電阻和開關(guān)管漏源級之間的電容和下級電路之間的輸入電容會形成RC延遲，電阻越大，延遲越大。上拉電阻的設(shè)定應(yīng)考慮電路在這方面的需求。
(四)下拉電阻的設(shè)定的原則和上拉電阻是一樣的。
OC門輸出高電平時是一個高阻態(tài)，其上拉電流要由上拉電阻來提供，設(shè)輸入端每端口不大于100uA,設(shè)輸出口驅(qū)動電流約500uA，標(biāo)準(zhǔn)工作電壓是5V，輸入口的高低電平門限為0.8V(低于此值為低電平)；2V(高電平門限值)。
選上拉電阻時：
500uA x 8.4K= 4.2即選大于8.4K時輸出端能下拉至0.8V以下，此為最小阻值，再小就拉不下來了。如果輸出口驅(qū)動電流較大，則阻值可減小，保證下拉時能低于0.8V即可。
當(dāng)輸出高電平時，忽略管子的漏電流，兩輸入口需200uA
200uA x15K=3V即上拉電阻壓降為3V，輸出口可達(dá)到2V，此阻值為最大阻值，再大就拉不到2V了。選10K可用。COMS門的可參考74HC系列
設(shè)計時管子的漏電流不可忽略，IO口實際電流在不同電平下也是不同的，上述僅僅是原理，一句話概括為：輸出高電平時要喂飽后面的輸入口，輸出低電平不要把輸出口喂撐了（否則多余的電流喂給了級聯(lián)的輸入口，高于低電平門限值就不可靠了）
在數(shù)字電路中不用的輸入腳都要接固定電平，通過1k電阻接高電平或接地。
1. 電阻作用：
l 接電組就是為了防止輸入端懸空
l 減弱外部電流對芯片產(chǎn)生的干擾
l 保護cmos內(nèi)的保護二極管,一般電流不大于10mA
l 上拉和下拉、限流
l 1. 改變電平的電位，常用在TTL-CMOS匹配
2. 在引腳懸空時有確定的狀態(tài)
3.增加高電平輸出時的驅(qū)動能力。
4、為OC門提供電流
l 那要看輸出口驅(qū)動的是什么器件，如果該器件需要高電壓的話，而輸出口的輸出電壓又不夠，就需要加上拉電阻。
l 如果有上拉電阻那它的端口在默認(rèn)值為高電平你要控制它必須用低電平才能控制如三態(tài)門電路三極管的集電極，或二極管正極去控制把上拉電阻的電流拉下來成為低電平。反之，
l 尤其用在接口電路中,為了得到確定的電平,一般采用這種方法,以保證正確的電路狀態(tài),以免發(fā)生意外,比如,在電機控制中,逆變橋上下橋臂不能直通,如果它們都用同一個單片機來驅(qū)動,必須設(shè)置初始狀態(tài).防止直通!

2、定義：
l 上拉就是將不確定的信號通過一個電阻嵌位在高電平！電阻同時起限流作用！下拉同理！
l 上拉是對器件注入電流，下拉是輸出電流
l 弱強只是上拉電阻的阻值不同，沒有什么嚴(yán)格區(qū)分
l 對于非集電極（或漏極）開路輸出型電路（如普通門電路）提升電流和電壓的能力是有限的，上拉電阻的功能主要是為集電極開路輸出型電路輸出電流通道。

3、為什么要使用拉電阻：
l 一般作單鍵觸發(fā)使用時，如果IC本身沒有內(nèi)接電阻，為了使單鍵維持在不被觸發(fā)的狀態(tài)或是觸發(fā)后回到原狀態(tài)，必須在IC外部另接一電阻。
l 數(shù)字電路有三種狀態(tài)：高電平、低電平、和高阻狀態(tài)，有些應(yīng)用場合不希望出現(xiàn)高阻狀態(tài)，可以通過上拉電阻或下拉電阻的方式使處于穩(wěn)定狀態(tài)，具體視設(shè)計要求而定！
l 一般說的是I/O端口，有的可以設(shè)置，有的不可以設(shè)置，有的是內(nèi)置，有的是需要外接，I/O端口的輸出類似與一個三極管的C，當(dāng)C接通過一個電阻和電源連接在一起的時候，該電阻成為上C拉電阻，也就是說，如果該端口正常時為高電平，C通過一個電阻和地連接在一起的時候，該電阻稱為下拉電阻，使該端口平時為低電平，作用嗎：
比如：當(dāng)一個接有上拉電阻的端口設(shè)為輸如狀態(tài)時，他的常態(tài)就為高電平，用于檢測低電平的輸入。
l 上拉電阻是用來解決總線驅(qū)動能力不足時提供電流的。一般說法是拉電流，下拉電阻是用來吸收電流的，也就是灌電流。

高阻態(tài)：從邏輯器件內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)來說，就是其輸出電阻很大，該狀態(tài)即不是高電平，也不是低電平。當(dāng)三態(tài)門處于高阻態(tài)時，無論該門的輸入如何變化，都不會對其輸出有貢獻(xiàn)。

高阻態(tài)時引腳對地電阻無窮，電阻大到類似開路。

對于三態(tài)來說就是“0”，“1”，高阻態(tài)。