第2篇端口设计目录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2.1、端口结构介绍图2-1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。图2-3AVR系列单片机端口结构通过这组寄存器，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。①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。②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。③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。2.2、端口寄存器讲解位[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。2.3、端口实例讲解2.3.1、流水灯设计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：如图所示：可以求出限流电阻的取值范围。设计任务：硬件设计：顺时针设计算法：逆时针设计算法：2.3.2、数码管设计①、数码管的分类②、数码管的判别③、数码管的驱动④、数码管的字型码①、数码管的分类：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。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。②、数码管的判别：③、数码管的驱动：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5×8=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。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。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。④、数码管的字型码：数码管的字型码——共阳极：数码管的字型码——共阴极：74ls164引脚图和真值表：74ls164工作时序：2、设计任务：3、硬件设计：数码管显示程序：2.3.3、单一按键设计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。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