单片机C语言I_O端口操作：端口配置、输入和输出操作，控制外部设备

# 1. 单片机C语言I/O端口概述

**1.1 I/O端口的概念**

I/O端口（Input/Output Port）是单片机与外部设备进行数据交互的接口。它可以分为输入端口和输出端口。输入端口用于接收来自外部设备的信号，而输出端口用于向外部设备发送信号。

**1.2 I/O端口的分类**

单片机的I/O端口通常分为通用I/O端口和专用I/O端口。通用I/O端口可以同时用作输入端口和输出端口，而专用I/O端口只能用作特定的输入或输出端口。

# 2. I/O端口配置技巧

### 2.1 端口方向配置

#### 2.1.1 输入端口配置

**目的：**将端口引脚设置为输入状态，接收外部信号。

**配置方法：**

- 清除端口方向寄存器 (DDRx) 对应引脚位。
- 例如，对于 AVR 单片机，使用以下代码将端口 B 的第 0 位配置为输入：

DDRB &= ~(1 << PB0);

#### 2.1.2 输出端口配置

**目的：**将端口引脚设置为输出状态，驱动外部设备。

**配置方法：**

- 设置端口方向寄存器 (DDRx) 对应引脚位。
- 例如，对于 AVR 单片机，使用以下代码将端口 B 的第 0 位配置为输出：

DDRB |= (1 << PB0);

### 2.2 端口寄存器操作

#### 2.2.1 端口寄存器结构

- **端口数据寄存器 (PORTx)**：存储端口引脚的当前值。
- **端口方向寄存器 (DDRx)**：指定端口引脚的方向（输入/输出）。
- **端口输入寄存器 (PINx)**：反映端口引脚的实际电平，即使端口配置为输出。

#### 2.2.2 端口寄存器读写操作

**端口数据寄存器 (PORTx) 操作：**

- 读操作：读取端口引脚的当前值。
- 写操作：设置端口引脚的输出值。

**端口方向寄存器 (DDRx) 操作：**

- 写操作：配置端口引脚的方向。

**端口输入寄存器 (PINx) 操作：**

- 读操作：读取端口引脚的实际电平。

**示例代码：**

// 读取端口 B 的第 0 位
uint8_t port_value = PINB & (1 << PB0);

// 设置端口 B 的第 0 位为高电平
PORTB |= (1 << PB0);

# 3. I/O输入操作实践

### 3.1 按键输入处理

#### 3.1.1 按键接口电路设计

按键输入电路一般采用上拉电阻或下拉电阻的方式连接到单片机的I/O端口。当按键按下时，按键两端的电压发生变化，从而改变I/O端口的电平状态。

**上拉电阻方式：**

* 按键的一端接上拉电阻，另一端接地。
* 当按键按下时，按键两端短路，I/O端口电平为低电平。
* 当按键松开时，上拉电阻将I/O端口拉高到高电平。

**下拉电阻方式：**

* 按键的一端接下拉电阻，另一端接电源。
* 当按键按下时，按键两端短路，I/O端口电平为高电平。
* 当按键松开时，下拉电阻将I/O端口拉低到低电平。

**电路图：**

上拉电阻方式：
+5V ——●—— 按键 ——●—— I/O端口 ——●—— GND

下拉电阻方式：
GND ——●—— 按键 ——●—— I/O端口 ——●—— +5V

#### 3.1.2 按键输入程序实现

按键输入程序一般采用轮询的方式，不断检测I/O端口的电平状态，当电平状态发生变化时，触发按键事件处理。

**代码块：**

void key_scan(void)
{
    while (1) {
        // 检测按键状态
        if (KEY_PORT & KEY_PIN) {
            // 按键按下
            key_pressed = 1;
        } else {
            // 按键松开
            key_pressed = 0;
        }

        // 按键事件处理
        if (key_pressed) {
            // 按键按下处理
        }
    }
}

**逻辑分析：**

* `key_scan()`函数是一个无限循环，不断检测按键状态。
* `KEY_PORT`和`KEY_PIN`是按键I/O端口和引脚的宏定义。
* `KEY_PORT & KEY_PIN`判断按键I/O端