2019年12月27日 | PIC单片机之I/O控制操作分析

　　一、I/O介绍

　　I/O（input/output），即输入/输出端口。每个设备都会有一个专用的I/O地址，用来处理自己的输入输出信息。CPU与外部设备、存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现，前者被称为I/O接口，而后者则被称为存储器接口。

　　二、I/O控制的主要功能

　　计算机原理说的是I/O控制器是控制计算机输入输出的一个最基本的控制系统。通过这个控制系统计算机才可以与外界进行交流互动；这个系统包括了计算机最基本的输入功能比如键盘、鼠标等还有计算机最基本的输出功能，打印功能。当然还包括其他的很多很多的计算机其他外部设备。这个系统是计算机比较核心的一个计算机系统了，很是复杂。原因就是连接他的外设很多，计算机系统使用中断系统来处理控制I/O设备。

　　三、I/O控制方式及特点

　　I/O控制方式的发展经历了四个阶段：程序查询方式、I/O中断方式、DMA方式和I/O通道方式。

　　（1）程序查询方式

　　在早期计算机或现代一些简单的微型计算机系统中，采用程序查询I/O方式。程序查询是一种用程序直接控制I/O操作的方式。CPU与外设的活动本质上是异步的，为了实现CPU与外设间的信息传送，CPU必须重复测试外设的状态，仅当外设是处在准备好的状态时，CPU才能与外设交换信息。所以，在程序查询I/O方式的接口电路中必须设置一状态端口，以使CPU通过执行输入指令了解外设的状态。当采用程序查询传送方式时，每当程序要使用某一外设进行I/O操作时，CPU要执行一段循环测试程序，以实现在外设准备好时执行一条输入/输出指令，进行一字节或字的数据传送操作。在这种方式下，CPU的大量时间消耗在等待输入/输出的循环检测上，使CPU与外设串行工作，严重影响了CPU和外设的使用效率，致使整个系统效率很低。

　　（2）I/O中断方式

　　引入中断技术后，每当设备完成I/O操作时，便向CPU发出中断请求信号，通知CPU外设已准备好，可以进行数据传送操作。这样，CPU一旦启动I/O设备后便可执行其他程序，仅在收到I/O中断请求时才执行其中断服务程序，进行I/O处理和I/O操作。程序中断传送方式改善了CPU的利用率，并使CPU与外设并行操作。但I/O数据的处理和I/O操作的控制都是由CPU承担的，仍然消耗了CPU不少时间。

　　（3）直接存储器访问（DMA）方式

　　虽然I/O中断方式比程序查询方式更有效，但须注意，它仍是以字节或字为单位进行输入/输出的，每当完成一字节或字时，控制器便要向CPU请求一次中断。换言之，采用I/O中断方式时的CU，是以字节或字为单位进行干预的。如果将这种方式用于块设备的I/O，显然是低效的。例如，为了从磁盘中读出1KB的数据块，需要中断CPU 1000次。为了进一步减少CPU对I/O的干预而引入了直接存储器访问（DMA）方式。

　　（4）I/O通道方式

　　I/O通道方式是DMA方式的发展，它会进一步较少对CPU的干预，即把对一个数据块的读（或写）为单位的干预，减少为对一组数据块的读（或写）有关的控制和管理为单位的干预。I/O通道有自己的指令系统，即通道程序，可以与CPU并行操作，独立管理外设和实现主存和外设之间的信息传输，使CPU摆脱了繁忙的I/O操作。在配置通道的计算机系统中，不仅能实现CPU与通道的并行操作，而且通道与通道、各通道的外设之间均能实现并行操作，因而有效地提高了整个系统的使用效率。

　　四、PIC单片机之I/O控制操作分析

　　其实控制单片机，就是控制寄存器上的各个位，设置成高设置成低。就好像给你一台机器有 8个的按钮。然后你根据说明书上介绍，根据你的需要按下 或者松开相应的按键 来得到你想得到的功能。只不过我们用的不是手而是C语言来按下和松开这些按键。

　　TRISA寄存器是方向控制寄存器。就是控制I/O输入还是输出。比如 TRISA寄存器中的TRISA5位 设置成为0 RA5口是输出 设置成为1 RA5口为是输入。

　　C语言的具体实现：

　　将RA5口设置成输入的几种方式

　　第一种 TRISAbits.TRISA5=1; //简单明了，只影响一个位 设置单个I/O比较方便

　　第二种 TRISA |= 0x20;//不够明了，只影响一个位

　　第三种 TRISA =0x20;//不够明了，影响到其他位，设置多个I/O用比较方便

　　将RA5口设置成输出的几种方式

　　第一种 TRISAbits.TRISA5=0;

　　第二种 TRISA &= ~0x20;

　　第三种 TRISA =0x00;

　　PORTA寄存器是数据控制寄存器。如果是输出状态：PORTA寄存器中的RA5位为0 则RA5口输出低电平，PORTA寄存器中的RA5位为1 则RA5口输出高电平。

　　如果是输入状态：PORTA寄存器中的RA5位为0 则说明RA5口当前为低电平，PORTA寄存器中的RA5位为1 则说明RA5口当前为高电平。

　　实例程序：

　　如果在RA5口上连接着一个LED灯。我们将如何点亮他呢？

　　/*

　　开发环境为 MPLAB X IDE，芯片型号为PIC16LF1823

　　*/

　　#include《pic.h》 //头文件

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

　　&CLKOUTEN_OFF&IESO_ON&FCMEN_ON）;//这个要放到上一行去

　　__CONFIG（PLLEN_OFF&LVP_OFF） ;//配置位

　　int main（int argc， char** argv） {

　　ANSELA=0;//将RA口全部设置成数字口，

　　TRISAbits.TRISA5=0;//设置RA5为输出

　　PORTAbits.RA5=1;//设置输出高电平点亮LED

　　while（1）;//程序在此无限循环

　　}

　　头文件：程序中只要有了#include《pic.h》编译器就会去自动找到相应型号的头文件，头文件中定义好了每个寄存器的地址，位的地址等。

　　配置位：这是十分重要即使程序没有任何错误 配置位没配置好程序一样不能用。具体如何配置可以看（ 基于MPLAB X IDE配置位设置讲解 ）。

　　模拟数字口：在使用I/O口的时候要确保对应的I/O口是被设置成数字口的。