PIC單片機(jī)之I/O控制操作分析

　　一、I/O介紹

　　I/O（input/output），即輸入/輸出端口。每個(gè)設(shè)備都會(huì)有一個(gè)專用的I/O地址，用來處理自己的輸入輸出信息。CPU與外部設(shè)備、存儲器的連接和數(shù)據(jù)交換都需要通過接口設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，前者被稱為I/O接口，而后者則被稱為存儲器接口。

　　二、I/O控制的主要功能

　　計(jì)算機(jī)原理說的是I/O控制器是控制計(jì)算機(jī)輸入輸出的一個(gè)最基本的控制系統(tǒng)。通過這個(gè)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)才可以與外界進(jìn)行交流互動(dòng)；這個(gè)系統(tǒng)包括了計(jì)算機(jī)最基本的輸入功能比如鍵盤、鼠標(biāo)等還有計(jì)算機(jī)最基本的輸出功能，打印功能。當(dāng)然還包括其他的很多很多的計(jì)算機(jī)其他外部設(shè)備。這個(gè)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)比較核心的一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)了，很是復(fù)雜。原因就是連接他的外設(shè)很多，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用中斷系統(tǒng)來處理控制I/O設(shè)備。

　　三、I/O控制方式及特點(diǎn)

　　I/O控制方式的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段：程序查詢方式、I/O中斷方式、DMA方式和I/O通道方式。

　?。?）程序查詢方式

　　在早期計(jì)算機(jī)或現(xiàn)代一些簡單的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，采用程序查詢I/O方式。程序查詢是一種用程序直接控制I/O操作的方式。CPU與外設(shè)的活動(dòng)本質(zhì)上是異步的，為了實(shí)現(xiàn)CPU與外設(shè)間的信息傳送，CPU必須重復(fù)測試外設(shè)的狀態(tài)，僅當(dāng)外設(shè)是處在準(zhǔn)備好的狀態(tài)時(shí)，CPU才能與外設(shè)交換信息。所以，在程序查詢I/O方式的接口電路中必須設(shè)置一狀態(tài)端口，以使CPU通過執(zhí)行輸入指令了解外設(shè)的狀態(tài)。當(dāng)采用程序查詢傳送方式時(shí)，每當(dāng)程序要使用某一外設(shè)進(jìn)行I/O操作時(shí)，CPU要執(zhí)行一段循環(huán)測試程序，以實(shí)現(xiàn)在外設(shè)準(zhǔn)備好時(shí)執(zhí)行一條輸入/輸出指令，進(jìn)行一字節(jié)或字的數(shù)據(jù)傳送操作。在這種方式下，CPU的大量時(shí)間消耗在等待輸入/輸出的循環(huán)檢測上，使CPU與外設(shè)串行工作，嚴(yán)重影響了CPU和外設(shè)的使用效率，致使整個(gè)系統(tǒng)效率很低。

　?。?）I/O中斷方式

　　引入中斷技術(shù)后，每當(dāng)設(shè)備完成I/O操作時(shí)，便向CPU發(fā)出中斷請求信號，通知CPU外設(shè)已準(zhǔn)備好，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送操作。這樣，CPU一旦啟動(dòng)I/O設(shè)備后便可執(zhí)行其他程序，僅在收到I/O中斷請求時(shí)才執(zhí)行其中斷服務(wù)程序，進(jìn)行I/O處理和I/O操作。程序中斷傳送方式改善了CPU的利用率，并使CPU與外設(shè)并行操作。但I(xiàn)/O數(shù)據(jù)的處理和I/O操作的控制都是由CPU承擔(dān)的，仍然消耗了CPU不少時(shí)間。

　?。?）直接存儲器訪問（DMA）方式

　　雖然I/O中斷方式比程序查詢方式更有效，但須注意，它仍是以字節(jié)或字為單位進(jìn)行輸入/輸出的，每當(dāng)完成一字節(jié)或字時(shí)，控制器便要向CPU請求一次中斷。換言之，采用I/O中斷方式時(shí)的CU，是以字節(jié)或字為單位進(jìn)行干預(yù)的。如果將這種方式用于塊設(shè)備的I/O，顯然是低效的。例如，為了從磁盤中讀出1KB的數(shù)據(jù)塊，需要中斷CPU 1000次。為了進(jìn)一步減少CPU對I/O的干預(yù)而引入了直接存儲器訪問（DMA）方式。

　　（4）I/O通道方式

　　I/O通道方式是DMA方式的發(fā)展，它會(huì)進(jìn)一步較少對CPU的干預(yù)，即把對一個(gè)數(shù)據(jù)塊的讀（或?qū)懀閱挝坏母深A(yù)，減少為對一組數(shù)據(jù)塊的讀（或?qū)懀┯嘘P(guān)的控制和管理為單位的干預(yù)。I/O通道有自己的指令系統(tǒng)，即通道程序，可以與CPU并行操作，獨(dú)立管理外設(shè)和實(shí)現(xiàn)主存和外設(shè)之間的信息傳輸，使CPU擺脫了繁忙的I/O操作。在配置通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，不僅能實(shí)現(xiàn)CPU與通道的并行操作，而且通道與通道、各通道的外設(shè)之間均能實(shí)現(xiàn)并行操作，因而有效地提高了整個(gè)系統(tǒng)的使用效率。

　　四、PIC單片機(jī)之I/O控制操作分析

　　其實(shí)控制單片機(jī)，就是控制寄存器上的各個(gè)位，設(shè)置成高設(shè)置成低。就好像給你一臺機(jī)器有 8個(gè)的按鈕。然后你根據(jù)說明書上介紹，根據(jù)你的需要按下 或者松開相應(yīng)的按鍵 來得到你想得到的功能。只不過我們用的不是手而是C語言來按下和松開這些按鍵。

　　TRISA寄存器是方向控制寄存器。就是控制I/O輸入還是輸出。比如 TRISA寄存器中的TRISA5位 設(shè)置成為0 RA5口是輸出 設(shè)置成為1 RA5口為是輸入。

　　C語言的具體實(shí)現(xiàn)：

　　將RA5口設(shè)置成輸入的幾種方式

　　第一種 TRISAbits.TRISA5=1; //簡單明了，只影響一個(gè)位 設(shè)置單個(gè)I/O比較方便

　　第二種 TRISA |= 0x20;//不夠明了，只影響一個(gè)位

　　第三種 TRISA =0x20;//不夠明了，影響到其他位，設(shè)置多個(gè)I/O用比較方便

　　將RA5口設(shè)置成輸出的幾種方式

　　第一種 TRISAbits.TRISA5=0;

　　第二種 TRISA &= ~0x20;

　　第三種 TRISA =0x00;

　　PORTA寄存器是數(shù)據(jù)控制寄存器。如果是輸出狀態(tài)：PORTA寄存器中的RA5位為0 則RA5口輸出低電平，PORTA寄存器中的RA5位為1 則RA5口輸出高電平。

　　如果是輸入狀態(tài)：PORTA寄存器中的RA5位為0 則說明RA5口當(dāng)前為低電平，PORTA寄存器中的RA5位為1 則說明RA5口當(dāng)前為高電平。

　　實(shí)例程序：

　　如果在RA5口上連接著一個(gè)LED燈。我們將如何點(diǎn)亮他呢？

　　/*

　　開發(fā)環(huán)境為 MPLAB X IDE，芯片型號為PIC16LF1823

　　*/

　　#include《pic.h》 //頭文件

　　__CONFIG（FOSC_INTOSC&WDTE_OFF&PWRTE_ON&MCLRE_OFF&CP_ON&CPD_OFF&BOREN_ON

　　&CLKOUTEN_OFF&IESO_ON&FCMEN_ON）;//這個(gè)要放到上一行去

　　__CONFIG（PLLEN_OFF&LVP_OFF） ;//配置位

　　int main（int argc， char** argv） {

　　ANSELA=0;//將RA口全部設(shè)置成數(shù)字口，

　　TRISAbits.TRISA5=0;//設(shè)置RA5為輸出

　　PORTAbits.RA5=1;//設(shè)置輸出高電平點(diǎn)亮LED

　　while（1）;//程序在此無限循環(huán)

　　}

　　頭文件：程序中只要有了#include《pic.h》編譯器就會(huì)去自動(dòng)找到相應(yīng)型號的頭文件，頭文件中定義好了每個(gè)寄存器的地址，位的地址等。

　　配置位：這是十分重要即使程序沒有任何錯(cuò)誤 配置位沒配置好程序一樣不能用。具體如何配置可以看（ 基于MPLAB X IDE配置位設(shè)置講解 ）。

　　模擬數(shù)字口：在使用I/O口的時(shí)候要確保對應(yīng)的I/O口是被設(shè)置成數(shù)字口的。