avrI/O 端口操作和上拉电阻

说明：本节重点介绍真正双向端口操作的方法，及与伪双向端口操作的不同。跑马灯例子。建议先看跑马灯，再绕回来看前面的介绍。

   AVR端口是真正的双向端口，不像51伪双向。这也是AVR的一项优势，只是操作时大家注意DDRn就可以了。真正双向端口在模拟时序方面不如伪双向的方便。
  DDRn PORTn PINn 解释：n为端口号：ABCDE
  DDRn：控制端口是输入还是输出，0为输入，1为输出。个人记忆方法：一比零大所以往外挤，即1为输出，0为输入。
  PORTn：从引脚输出信号，当DDRn为1时，可以通过PORTn＝x等端口操作语句给引脚输出赋值。
  PINn：从引脚读输入信号，无论DDRn为何值，都可以通过x＝PINn获得端口n的外部电平。
  当引脚配置为输入时，若PORTxn 为"1“，上拉电阻将使能。内部上拉电阻的使用在键盘扫描的时候还要说到。
端口更详细功能及介绍以及端口第二功能请参考数据手册。
端口引脚配置
DDxn   PORTxn   PUD (in SFIOR)   I/O   上拉电阻     说明
0            0              X                输入   No          高阻态 (Hi-Z)
0            1              0                输入   Yes         被外部电路拉低时将输出电流
0            1              1                输入   No          高阻态(Hi-Z)
1            0              X                输出   No          输出低电平 ( 漏电流)
1            1              X                输出   No          输出高电平 ( 源电流)

  如果有引脚未被使用，建议给这些引脚赋予一个确定电平。最简单的保证未用引脚具有确定电平的方法是使能内部上拉电阻。但要注意的是复位时上拉电阻将被禁用。如果复位时的功耗也有严格要求则建议使用外部上拉或下拉电阻。不推荐直接将未用引脚与VCC 或GND 连接，因为这样可能会在引脚偶然作为输出时出现冲击电流。
下面我们来看例子：
void port_init(void)
{
PORTA = 0x03;
DDRA = 0x03;
PORTB = 0x00;
DDRB = 0x01;
PORTC = 0x00;
DDRC = 0x00;
PORTD = 0x00;
DDRD = 0x00;// 建议赋值为零
}

PORTA = 0x03;DDRA = 0x03;这两句使PA口的PA1和PA0处于输出状态，PA7—PA2处于输入状态，因为先定义了PORTA=0x03，PA1和PA0的内部上拉电阻也使能了,虽然后来DDRA = 0x03。为什么捏,也许我们可以这么认为:DDRA默认都是输入的,但只要先定义PORTxn的某些位为1,就使能了上拉电阻,不需要管后面的DDRA设置为输入还是输出.这里的0x03即二进制的00000011，从左到右对应于Pn7--Pn0八个IO口。

通过跑马灯程序来深入理解IO口的操作：
// ICC-AVR application builder : 2007-9-14 2:26:57
// Target : M16
// Crystal: 11.059Mhz
// 出处：http://www.arm9.cn/article.asp?articleid=202
#include
#include

void port_init(void)
{
 PORTA = 0x00;
 DDRA  = 0x00;
 PORTB = 0x0F; //PB0-3口设为输出高电平，灯灭
 DDRB  = 0x0F; //PB0-3口设为输出
 PORTC = 0x00; //m103 output only
 DDRC  = 0x00;
 PORTD = 0x00;
 DDRD  = 0x00;
}

//Crystal: 7.3728Mhz下的延时100us的延时函数
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
  ;
}
}
}
// 这个是精确的11.059Mhz下的延时函数
// 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口设为输出高电平，灯灭
DDRB=0x0F;          //PB口设为输出
while(1)
{
  i=1;
  for (j=0;j<4;j++) //循环4次，即PB0~~PB3轮流闪亮
  {
    PORTB=~i;     //反相输出,低电平有效,对应的灯亮
    for (k=0;k<10;k++)
  delay_ms(1000);   //延时 100*10=1秒，可自行调节
 i=i<<1;         //左移一位,I的值将向下面的列表那样变化
  // 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; //输出 模式 ，IO口上拉电阻有效，1为输出，0为输入。
PORTA=0xf0; //等以下三条指令只对操作符号右边的数字位是一的位操作。
PORTA&=~0x70; //清零 0x70为 01110000 ，即把654三位清零，其余数位不变。
PORTA|=0x77; //置一 0x77为 01110111 ，即把654210六位置一，其余数位不变。
PORTA^=0x70; //翻转 如果是零变成1，是一变成0。
(P & 0x80)==0x80; //按位与 判断p的第七位是否是一,是则成立
}

实践出真知：只看这样的说明是很枯燥的，从实践中去学习会是更好的途径，把这些代码都写到单片机里，一步一步调试运行，看看各个端口以及寄存器的效果，也锻练程序调试能力，和乐而不为呢？关于上拉电阻，有的时候需要使用，有的时候不能用，尤其是I/O端口操作的时候.上拉就是在IO口线上面接一个到VCC的电阻，很简单，什么地方需要那可就广了，作用也很大。上接电阻一般来说就是帮助某根线上面确定电平，比如一个悬空的信号线，由于是悬空的所以它可以是任何状态、并极易受到外界的干扰，这样对我们产品来说是不利的，只要接一个有上拉电阻，它的电平就会是可知的了。

它一般在信号线不确定的情况下使用，那么输入信号就需要了。当为输出时因为输出状态是确定的，所以就不需要上拉电阻了.

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

有些总线协议会将一些信号释放为高阻态，但是实际上电路的状态应该事确定的0或1，所以上拉电阻可以提供一个确定的状态。
上拉电阻还可以提供一个逻辑电平；以及供匹配用等～

上拉电阻接电源(一般是为电源高电位),下拉电阻接地(一般是为电源0电位)。

接了电阻之后就能把电压拉高了吗，比如原来输出3V，接了上拉电阻之后就能变4v了吗，有点想不明白，能不能详细说说啊 ,

上拉电阻本上当然不会提高电压，但是上拉电阻的一端会接着VDD，另一端就是电路，所以会起到提高电压的作用^_^

我也是从学校学到的一点浅薄知识.....自己理解...请大师指点...
前面的回复有说过上拉电阻实际上是集电极输出的负载电阻,而一般三极管是控制集电极电流,基极电流确定,集电极电流也就确定,而为了把电流转化成电压,所以有了上拉电阻,计算方式是Vo=Vcc-Ic*R(R就是上拉电阻)....
所以可以用上拉电阻提高带负载能力和提高噪声容限

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

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上拉电阻一般是指用一个电阻接到正电源上来得来正电，推挽是用三极管或场效应管等来输出电压！

(一)上拉电阻：
1、当TTL电路驱动COMS电路时，如果TTL电路输出的高电平低于COMS电路的最低高电平（一般为3.5V），这时就需要在TTL的输出端接上拉电阻，以提高输出高电平的值。
2、OC门电路必须加上拉电阻，才能使用。
3、为加大输出引脚的驱动能力，有的单片机管脚上也常使用上拉电阻。
4、在COMS芯片上，为了防止静电造成损坏，不用的管脚不能悬空，一般接上拉电阻产生降低输入阻抗，提供泄荷通路。
5、芯片的管脚加上拉电阻来提高输出电平，从而提高芯片输入信号的噪声容限增强抗干扰能力。
6、提高总线的抗电磁干扰能力。管脚悬空就比较容易接受外界的电磁干扰。
7、长线传输中电阻不匹配容易引起反射波干扰，加上下拉电阻是电阻匹配，有效的抑制反射波干扰。
(二)上拉电阻阻值的选择原则包括:
1、从节约功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大；电阻大，电流小。
2、从确保足够的驱动电流考虑应当足够小；电阻小，电流大。
3、对于高速电路，过大的上拉电阻可能边沿变平缓。综合考虑
以上三点,通常在1k到10k之间选取。对下拉电阻也有类似道理
(三)对上拉电阻和下拉电阻的选择应结合开关管特性和下级电路的输入特性进行设定，主要需要考虑以下几个因素：
1． 驱动能力与功耗的平衡。以上拉电阻为例，一般地说，上拉电阻越小，驱动能力越强，但功耗越大，设计是应注意两者之间的均衡。
2．下级电路的驱动需求。同样以上拉电阻为例，当输出高电平时，开关管断开，上拉电阻应适当选择以能够向下级电路提供足够的电流。
3．高低电平的设定。不同电路的高低电平的门槛电平会有不同，电阻应适当设定以确保能输出正确的电平。以上拉电阻为例，当输出低电平时，开关管导通，上拉电阻和开关管导通电阻分压值应确保在零电平门槛之下。
4．频率特性。以上拉电阻为例，上拉电阻和开关管漏源级之间的电容和下级电路之间的输入电容会形成RC延迟，电阻越大，延迟越大。上拉电阻的设定应考虑电路在这方面的需求。
(四)下拉电阻的设定的原则和上拉电阻是一样的。
OC门输出高电平时是一个高阻态，其上拉电流要由上拉电阻来提供，设输入端每端口不大于100uA,设输出口驱动电流约500uA，标准工作电压是5V，输入口的高低电平门限为0.8V(低于此值为低电平)；2V(高电平门限值)。
选上拉电阻时：
500uA x 8.4K= 4.2即选大于8.4K时输出端能下拉至0.8V以下，此为最小阻值，再小就拉不下来了。如果输出口驱动电流较大，则阻值可减小，保证下拉时能低于0.8V即可。
当输出高电平时，忽略管子的漏电流，两输入口需200uA
200uA x15K=3V即上拉电阻压降为3V，输出口可达到2V，此阻值为最大阻值，再大就拉不到2V了。选10K可用。COMS门的可参考74HC系列
设计时管子的漏电流不可忽略，IO口实际电流在不同电平下也是不同的，上述仅仅是原理，一句话概括为：输出高电平时要喂饱后面的输入口，输出低电平不要把输出口喂撑了（否则多余的电流喂给了级联的输入口，高于低电平门限值就不可靠了）
在数字电路中不用的输入脚都要接固定电平，通过1k电阻接高电平或接地。
1. 电阻作用：
l 接电组就是为了防止输入端悬空
l 减弱外部电流对芯片产生的干扰
l 保护cmos内的保护二极管,一般电流不大于10mA
l 上拉和下拉、限流
l 1. 改变电平的电位，常用在TTL-CMOS匹配
2. 在引脚悬空时有确定的状态
3.增加高电平输出时的驱动能力。
4、为OC门提供电流
l 那要看输出口驱动的是什么器件，如果该器件需要高电压的话，而输出口的输出电压又不够，就需要加上拉电阻。
l 如果有上拉电阻那它的端口在默认值为高电平你要控制它必须用低电平才能控制如三态门电路三极管的集电极，或二极管正极去控制把上拉电阻的电流拉下来成为低电平。反之，
l 尤其用在接口电路中,为了得到确定的电平,一般采用这种方法,以保证正确的电路状态,以免发生意外,比如,在电机控制中,逆变桥上下桥臂不能直通,如果它们都用同一个单片机来驱动,必须设置初始状态.防止直通!

2、定义：
l 上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平！电阻同时起限流作用！下拉同理！
l 上拉是对器件注入电流，下拉是输出电流
l 弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分
l 对于非集电极（或漏极）开路输出型电路（如普通门电路）提升电流和电压的能力是有限的，上拉电阻的功能主要是为集电极开路输出型电路输出电流通道。

3、为什么要使用拉电阻：
l 一般作单键触发使用时，如果IC本身没有内接电阻，为了使单键维持在不被触发的状态或是触发后回到原状态，必须在IC外部另接一电阻。
l 数字电路有三种状态：高电平、低电平、和高阻状态，有些应用场合不希望出现高阻状态，可以通过上拉电阻或下拉电阻的方式使处于稳定状态，具体视设计要求而定！
l 一般说的是I/O端口，有的可以设置，有的不可以设置，有的是内置，有的是需要外接，I/O端口的输出类似与一个三极管的C，当C接通过一个电阻和电源连接在一起的时候，该电阻成为上C拉电阻，也就是说，如果该端口正常时为高电平，C通过一个电阻和地连接在一起的时候，该电阻称为下拉电阻，使该端口平时为低电平，作用吗：
比如：当一个接有上拉电阻的端口设为输如状态时，他的常态就为高电平，用于检测低电平的输入。
l 上拉电阻是用来解决总线驱动能力不足时提供电流的。一般说法是拉电流，下拉电阻是用来吸收电流的，也就是灌电流。

高阻态：从逻辑器件内部电路结构来说，就是其输出电阻很大，该状态即不是高电平，也不是低电平。当三态门处于高阻态时，无论该门的输入如何变化，都不会对其输出有贡献。

高阻态时引脚对地电阻无穷，电阻大到类似开路。

对于三态来说就是“0”，“1”，高阻态。