ATmega芯片以及I/O引脚的简单说明

原理图
avr core
大多数atmega设备的核心是avr cpu，它被描述为risc型cpu。然而，尽管是risc cpu，avr内核可以说非常强大，并且与竞争器件（例如microchip pic系列）相比具有许多优势。
例如，avr内核包含通用的8位寄存器可以配对为内存位置创建16位指针。此外，avr内核有超过130条指令，其中许多是单周期的（由于一级管道），并且没有方案。
然而，avr设备特别容易发生砖块化用户开始使用保险丝（特定芯片选项），这就是为什么强烈建议您手头有多个avr设备。 avr器件的另一个问题是如果没有购买官方编程器，他们很难进行芯片编程（例如与pickit3相比）。
尽管如此，avr已成为最流行的微控制器之一，谢谢arduino的发明，其核心包含atmega。事实上，arduino只是一个avr微控制器，带有一些特殊的启动加载代码和一个usb转串口转换器。
以下是典型atmega器件的内部架构（在我们的例子中，atmega168）。
i/o端口
了解微控制器的内部工作情况很好，但知道如何让芯片与外界交流是很好的。大多数微控制器（如果不是全部）都包含引脚，允许器件读取和写入外部电路的数字值。例如，led可以连接到i/o（带有串联电阻），这将允许微控制器打开和关闭led。另一个例子是一个开关，它可以连接在引脚和电源之间，微控制器可以在检测到开关被按下时执行动作。
当然，微控制器可以连接到几乎任何电路，并以您可能想象的任何方式与它进行交互。但要做到这一点，我们需要了解i/o端口如何在avr设备上工作以及如何正确使用它们！
i/o端口包含三个寄存器：
ddrx - 端口x的数据方向寄存器
pinx - 从端口x读取
portx - 写入端口x
数据方向寄存器
数据方向寄存器（ddr）很可能是您配置的第一个寄存器，因为ddr寄存器确定特定端口上的引脚是输入还是输出。 ddr寄存器长8位，每个位对应i/o端口的引脚。
例如，ddrb的第一位（位0）将决定pb0是输入还是输出，最后一位（第7位）将确定pb7是输入还是输出。
在pic器件中，值1用于输入，值0用于输出，但对于avr器件则反之亦然; 1表示输出，0表示输入。因此，假设我们想要将port b上的所有引脚配置为输出，我们只需使用以下代码：
ddrb = 0xff;
或
ddrb = 0b11111111;
第一个示例使用十六进制，而第二个示例使用二进制。虽然通常的做法是使用十六进制，但二进制版本可以更清楚地将端口中的哪些位用作输入或输出。如果我们想将port b上的所有引脚转换为输入引脚，那么我们可以使用。。.。。.
ddrb = 0x00;
或
ddrb = 0b00000000;
更复杂的事情怎么样？假设您希望前两个引脚为输出（pb0和pb1），其余引脚为输入。以下代码可以解决这个问题：
ddrb = 0x03;
或
ddrb = 0b00000011;
pinx寄存器
我们的ddr寄存器排序out，是时候学习如何从现实世界中将数字值读入微控制器。这是使用寄存器pinx完成的，其中x是要读取的寄存器。从端口读取相当容易，如下面的代码示例所示：
datavalue = pinb;
执行此操作时，port b上的所有引脚都被读入datavalue，并且datavalue中的每个位现在将对应于读取时每个引脚上的数字电平。虽然这可能很有用，但我们有时可能希望同时测试单个位而不是所有位。在pic中，.bits成员可用于访问各个位，但avr设备不是这种情况。相反，访问单个位涉及一些操作（原谅双关语），包括使用逻辑and，or和xor。
要测试一个位是否打开（逻辑1），以下两个可以使用语句。这些函数对pin寄存器和位执行逻辑and（表示为8位数）。如果结果为零，则不会执行if语句，因为if语句仅在条件为非零时执行。第一个语句使用二进制值来表示要测试的位，而第二个语句使用逻辑移位指令来创建位掩码，该掩码表示要测试的位。逻辑移位版本可以说更具可读性，因此更容易理解。但是，执行该指令可能需要比第一次更长的时间（取决于优化）。
if（pinb＆amp;（0b00000001））
或
if（pinb＆amp;（1 《
在主要测试（！）
if（！（pinb＆amp;（0b00000001）））
或《之前使用否定运算符可以轻松地测试逻辑0 br》 if（！（pinb＆amp;（1 《
portx寄存器
现在我们可以读取整个端口和各个引脚，我们如何写入端口和单个引脚？这是portx寄存器的用武之地。写入该寄存器（其中x表示要写入的端口）将导致输出引脚打开或关闭。请记住，物理输出引脚只有与portx寄存器if对应的数字电平，只有相应的ddr位被设置为输出！
将值写入端口非常容易：
portb = 0xff;
或
portb = 0b11111111;
但个别位怎么样？这再次使用按位运算符完成，并且设置/清除位稍微复杂一些。这是因为我们需要保留port寄存器中其他位的值，否则它们可能会被更改，如果它们连接到外部设备（如led，显示器，ic等），可能会导致意外行为。
要打开特定位，我们可以使用or逻辑运算符：
portb = portb | （0b00000001）;打开位0
或
portb = portb | （1 《
要关闭特定位，我们使用and运算符和not运算符（〜）：
portb = portb＆amp; 〜（0b00000001）;关闭位0
或
portb = portb＆amp; 〜（1 《
要切换一点（以便它与以前相反）我们可以使用xor运算符：
portb = portb ^（0b00000001）;切换位0
o r
portb = portb ^（1 《
引脚名称
使用数字来表示引脚可能会导致某些不可读代码，这就是为什么winavr足够好，可以包含一些我们可以使用的定义。请参阅以下示例：
portb = portb＆amp; 〜（1 《
如果（pinc＆amp;（1 《
一个简单的例子
在我们的例子中，我们将制作一个电路当按下连接到pd1的开关时，切换连接到pd0的led。
/*
* avr io.c
*
* created： 03/01/2018 11:25:21
* author ： robinlaptop
*/
#define f_cpu 1000000ul
#include
#include
int main（void）
{
// configure port d bit 0 to an output and bit 1 to an input
ddrd = 0b00000001;
// main program loop
while （1）
{
// wait until the switch found on pind1 （bit 1）
if（pind & （1 《《 pind1））
{
// toggle the led found on pind0
portd = portd ^ （1 《《 pind0）;
// force a delay to prevent de-bounce！
_delay_ms（100）;
// wait until the button is released
while（pind & （1 《《 pind1））;
}
}
}
结论
现在我们可以控制i/o引脚了，没有理由不能在复杂控制器可以使用的项目中开始使用avr。使用本文中的知识，您可以创建一个键盘输入系统，一个复杂的7段显示控制器，一个音乐系统，甚至是一个基本的80年代风格的计算机。