基本I/O–按钮和LED

1万 · 2022-6-21 13:12

01 什么是嵌入式系统？
嵌入式系统是一种设计用于执行一个或几个专用功能，通常是实时的计算限制。它是作为完整系统的一部分嵌入的设备通常包括硬件和机械部件。 — 维基百科

那什么是嵌入式系统：我自己的理解就是名字开头带一些智能，比如智能家居、智能车、智能热水器等等这些都属于嵌入式系统。

那这些当中主要会包含一个主控芯片进行运算、还包括一些硬件、机械结构等。

那维基百科给的解释是这样：嵌入式系统是一种设计用于执行一个或几个专用功能，通常是实时的计算限制。它是作为完整系统的一部分嵌入的设备通常包括硬件和机械部件。现在智能化的时代，随处都可以见到嵌入式的设备。

02 单片机PIC16F877A情况
我们要学习的芯片叫做PIC16F877A，它包含40个引脚，可以分为PORTA, PORTB, PORTC, PORTD and PORTE这几个端口，每个端口除了做简单的输入口使用外，还可以作为其他功能使用，主要是通过寄存器的配置来进行实现的，这种也称为引脚的复用功能。

03 PIC16F877A和Arduino Uno有什么区别？
•微芯片PIC为微控制器，Arduino Uno为嵌入式系统基于Amtel ATmega328P微控制器。

•PIC16F877A和ATmega328P均为8位RISC架构微控制器。它们都用于执行类似的功能。

•Microchip是一家比Atmel大得多的公司，最近获得 Atmel。

那为什么我们使用PIC呢？
首先就是该款单片机的使用范围较广，是一个非常适合入门嵌入式领域学习的单片机。

接着是拥有非常好的自由软件开发工具（MPLAB X IDE）和低成本硬件开发工具，如调试器和目标硬件平台（例如PICkit 3和PIC DIP-40）。

04 最小系统
PICmicro需要最少的外部组件才能安装操作。以下示意图显示了最小值PIC16F877A的配置。

我们也可以称其为最小系统，最小系统的配置包含第一部时钟信号，这个信号可以把它想象成我们人体的心脏，只有心脏跳动我们机体才能正常运作。

芯片是一个电子产品，那肯定需要给它进行供电，所以电源也是不能少。还有一个是复位按键，这个是让芯片从头开始执行指令。

05 电路需要I/O才能发挥作用

通过上面介绍我们知道，有了最小系统之后，单片机就可以工作了，但是要发挥作用就需要有引脚。

举个例子，我们都知道要让二极管LED灯亮，需要让二极管导通，像图中这样，负端是低电位，要让二极管亮，就需要在正端加上高电平，这样LED灯就会亮。

所以我们可以通过RB3、RB4引脚来控制输出电平高低，从而来控制LED灯的亮灭。给高就亮、给低就灭。

06 寄存器和特殊功能寄存器
PIC16F877A文件寄存器和特殊功能寄存器数据存储器或内存每个寄存器为8位。

这一页PPT主要是来介绍PIC16F877A这个芯片的内部寄存器情况，上面这部分叫特殊功能寄存器，它们是有特定的用途的，像PORTA、TRISA就是用来配置I/O端口的，像TCON1等这些是与定时器有关的寄存器。旁边这个十六进制数就是寄存器的地址。

下面的寄存器是通用寄存器，我们是用C语言来写代码的，那经常会定义一个变量，那这个变量就是存放在通用寄存器中。

这些寄存器的作用就是用来配置、控制并监视设备，所以记住一句话就是学习单片机其实就是在操纵寄存器，等等我们用最简单的案例来给大家解释这句话的意思。

07 输入输出引脚

这些端口是双向的（即，它们可以配置为输入或输出）。
以下SFR用于设置5个端口的哪些引脚是输入，哪些是是输出。
TRISA, TRISB, TRISC, TRISD and TRISE

我们可以通过图中看，包含了A\B\C\D\E端口（RA端口、RB端口、RC端口、RD端口、RE端口）、电源端口、复位端口、振荡器端口，而且我们看每个端口都会有一个斜杆，这个代表端口的复用，像AN0~AN7就是模拟量输入端口，Vref-、Vref+就是参考电压，T1OSO、T1OSI可以接外部时钟信号，CCP1,2是捕获比较PWM引脚，SDI、SDA、SDO、IIC通信、RX、TX、DT这些都是与通信相关的引脚。那具体每个引脚是用来做什么功能，主要是靠我们前面那张图讲的，寄存器要如何配置。
可以在芯片手册上通过这份资料查询；

08 如何配置I/O的知识？
我们刚刚有讲到说，要让二极管LED灯亮，需要让二极管导通，像图中这样，负端是低电位，要让二极管亮，就需要在正端加上高电平，这样LED灯就会亮。

所以我们要让LED1灯亮，我们就需要让RB4引脚输出高电平，那第一点需要配置I/O口为输出，第二点输出的信号为高电平。

那配置I/O为输出，就是用TRISB这个寄存器，写0就代表输出，写1就代表输入（这个大家可以这么来记，output的首字母跟0很像，所以代表输出，input跟1像，所以代表输入）;

那PORTB这个寄存器中，如果某一位设置为1就代表输出高电平、某一位设置为0就代表输出为低电平。

所以我们把TRISB的第4位设置位0，PORTB的第四位设置为1，这样程序一旦下载到开发板，就可以把LED1灯点亮了。

所以操作I/O口就是用来操作TRISx、PORTx这两个寄存器；

举个例子：
如果要将端口B（一个8位端口）配置为比特0到比特3作为输入，比特4到比特7作为输入输出，则TRISB必须具有以下值；

任何未使用的I/O引脚应设置为输出并设置为低，即TRISx和PORTx中的相应位寄存器应设置为0。

一旦配置了PORTB，我们现在就可以对该端口进行写入或读取。如果我们写 0xF0（0b1 1 1 0 0 0 0 0）到端口B，则位7到位4将设置为高电平（例如设置为5V）。这与端口B相关的PIC16F877A引脚上也会出现5V电压，即RB7至 RB4（即针脚40至37）。

09 PIC16F877A的一个方框图
这张图是PIC16F877A的一个方框图，通过图中我们可以看到芯片内置的一些功能，包括芯片内部的结构单元。