外围功能电路控制

LET′S TRY“嵌入式编程”: 4 of 6

本连载讲解作为嵌入式系统开发技术人员所必需具备的单片机的基础知识。

在《单片机入门(1)~(3)》中,我们一起学习了单片机的硬件和编程语言以及开发环境等。

本期让我们一起来学习单片机的外围功能电路控制的基础知识吧。

(SFR) Special Function Registers

单片机中有象箱子功能一样的地方,我们称为寄存器,用来暂存数据。寄存器的种类有程序计数器、通用寄存器、以及SFR(特殊功能寄存器)等。

SFR主要用来设定外围功能电路(计数器或串行端口、通用I/O等)的工作方式,确认其工作状况,并对其进行控制的。也就是说SFR并非仅仅只是用来保存数据的“箱子”。通过改变保存在“箱子”里的数据,不仅可以改变外围功能电路的动作方式,而且“箱子”里的数据也将随着外围功能电路的工作状況而改变。

控制外围功能电路的基础知识

下面以通用I/O为例来说明单片机对外围功能电路的控制。通用I/O具有以下功能:

  1. 输出功能:可以输出高电平电压或低电平电压
  2. 输入功能:可以读出输入到引脚的电压电平

首先来看输出功能的控制。图1中的引脚A是一个通用I/O。

如果向引脚A的寄存器(SFR)

  • 写入0,则引脚A的输出电压将为低电平(0V)。
  • 写入1,则引脚A的输出电压将为高电平(5V)。

图1:通用I/O的输出功能

图1:通用I/O的输出功能

如果将图1的引脚A连接一个LED,就可以构成一个控制LED的电路(见图2)。此时,向寄存器(SFR)写入0则LED亮灯,输入1则LED熄灭。虽然这是一种很简单的动作,但却反映了单片机对各种外围功能电路进行控制的基本原理。利用这种功能,就可以完成象电机的ON/OFF一样的开关作用(由于通常的单片机上不能流过驱动电机运行的大电流,所以还需另行准备用FET或晶体管作成的电机驱动电路)。另外,如果使用多个通用I/O端口,就可以完成更加复杂的控制。

图2:通用I/O的LED控制电路

图2:通用I/O的LED控制电路

接下来看输入功能(图3)。

  • 如果向引脚A输入低电平电压(0V),就会从寄存器(SFR)读出0。
  • 如果向引脚A输入高电平电压(5V),就会从寄存器(SFR)读出1。

即,读取寄存器(SFR)的值,就可以判断外部电压是低电平电压还是高电平电压。

图3:通用I/O的输入功能

图3:通用I/O的输入功能

图4:通用IO输入功能构成的开关电路

使用通用I/O的输入功能构成图4所示的电路,单片机就可以判断出开关(S)的状态。

  • 当开关(S)断开时,电源电压通过上拉电阻(R),连接到引脚A(相当于输入高电平电压),寄存器(SFR)将的值变为1。
  • 当开关(S)关闭时,引脚A被连接到低电平电压,寄存器(SFR)的值变为0。

单片机通过读取引脚A的寄存器(SFR)的值,是“1”还是“0”,可以判断外部开关(S)是断开还是关闭状态。

图4:通用IO输入功能构成的开关电路

图4:通用IO输入功能构成的开关电路

单片机上搭载了各种功能的SFR。通过程序来更改或读出这些功能寄存器的值,就可获知单片机外围电路的信息,而对外围电路进行控制。所以可以说,SFR就象是单片机的五官或者手脚。

以上就是单片机控制外部外围功能的基础知识。下期是本系列的最后一期,我们将说明关于中断的内容。敬请期待。