单片机IO口控制实验：高级应用，探索IO口的无限可能

# 1. 单片机IO口控制基础**

**1.1 IO口概述**
- IO口（Input/Output Port）是单片机与外界进行数据交互的通道。
- IO口分为输入口和输出口，可用于读取或输出数字信号。

**1.2 IO口基本操作**
- 输入操作：读取外部设备发送的数字信号。
- 输出操作：向外部设备发送数字信号，控制其工作状态。
- IO口可通过寄存器进行配置，设置其方向（输入/输出）和电平（高/低）。

# 2. 单片机IO口高级控制技巧

### 2.1 IO口中断处理

#### 2.1.1 中断的原理和类型

**中断原理**

中断是一种硬件机制，当外部事件或内部事件发生时，中断控制器会向CPU发送中断信号，迫使CPU暂停当前正在执行的程序，转而去处理中断事件。

**中断类型**

单片机中的中断分为两种类型：

- **外部中断：**由外部设备或信号触发，如按键按下、定时器溢出等。
- **内部中断：**由单片机内部事件触发，如看门狗溢出、串口接收数据等。

#### 2.1.2 中断服务程序的编写

**中断服务程序 (ISR)**

中断服务程序是专门用来处理中断事件的程序段。当中断发生时，CPU会自动跳转到相应的ISR执行。

**ISR编写步骤**

1. **定义ISR函数：**使用`interrupt`关键字定义ISR函数，并指定中断向量号。
2. **保存寄存器：**ISR开始时，需要保存当前程序的寄存器值，以避免被中断事件覆盖。
3. **处理中断事件：**根据中断向量号，判断并处理中断事件。
4. **恢复寄存器：**ISR结束后，需要恢复之前保存的寄存器值。
5. **返回：**ISR执行完毕后，使用`reti`指令返回到中断发生前的程序。

**代码示例：**

// 定义外部中断0的ISR
interrupt 0 void isr_ext0() {
    // 保存寄存器
    push R0
    push R1

    // 处理中断事件
    ...

    // 恢复寄存器
    pop R1
    pop R0

    // 返回
    reti
}

### 2.2 IO口多路复用

#### 2.2.1 多路复用的概念和实现

**多路复用概念**

多路复用是指使用同一组IO口同时连接多个设备或信号。通过软件控制，可以动态切换IO口的连接对象，从而实现多个设备或信号的共用。

**多路复用实现**

单片机通过配置IO口的功能寄存器来实现多路复用。通过设置寄存器中的复用位，可以将IO口配置为不同的功能，如GPIO、UART、SPI等。

**代码示例：**

// 配置IO口P1.0为多路复用功能
P1DIR |= BIT0; // 设置为输出模式
P1SEL |= BIT0; // 设置为多路复用模式
P1SEL2 |= BIT0; // 选择UART功能

#### 2.2.2 多路复用在单片机中的应用

多路复用在单片机中广泛应用于：

- **节省IO口资源：**通过多路复用，可以减少单片机所需的IO口数量，节省系统资源。
- **提高系统灵活性：**多路复用允许动态切换IO口的连接对象，提高系统的灵活性，方便设备的扩展和更换。
- **优化系统性能：**通过合理安排多路复用，可以优化IO口的使用率，提高系统性能。

### 2.3 IO口总线扩展

#### 2.3.1 总线扩展的原理和方式

**总线扩展原理**

总线扩展是指通过外部扩展总线连接额外的IO设备或存储器，以扩展单片机的功能和容量。

**总线扩展方式**

单片机总线扩展主要有两种方式：

- **并行总线：**使用多条数据线同时传输数据，速度较快，但占用IO口资源较多。
- **串行总线：**使用单条数据线逐位传输数据，占用IO口资源较少，但速度较慢。

#### 2.3.2 单片机总线扩展的应用

总线扩展在单片机系统中广泛应用于：

- **增加存储容量：**通过连接外部存储器，可以增加单片机的存储容量，满足大容量数据存储的需求。
- **扩展IO口数量：**通过连接IO扩展器，可以增加单片机的IO口数量，满足多设备连接的需求。
- **实现特殊功能：**通过连接专用扩展模块，可以实现单片机不具备的特殊功能，如网络通信、图形显示等。

# 3.1 IO口控制LED灯

#### 3.1.1 LED灯的原理和驱动方式

LED（发光二极管）是一种半导体器件，当正向电压加在LED两端时，电子与空穴复合，释放出能量以光子的形式发出。LED的驱动方式主要有两种：恒流驱