硬件基础2

GPIO

GPIO（General Purpose Input/Output，通用输入输出）是微控制器（MCU）最基本的硬件接口，用来连接和控制外部设备（LED、按键、传感器等）。

引脚输入输出：

1. 输出模式：给定单片机引脚电平，控制引脚输出高/低电平（ LED控制 、数码管控制、 蜂鸣器 控制）

2. 输入模式：检测引脚电平变化（用于检测外部电平信号按键检测、 检测ADC信号）

起始信号：500ms高电平 40us低电平（GPIO输出）

接收传感器数据（检测DATA信号新 电平 GPIO输入）

独立按键 ：
1. 按键一端接到GND，另外一端接到GPIO引脚
2. 如果按键被按下， GND会 和引脚短路到一起， 此时引脚呈现低电平， 代表按键被按下

按键按下 → 引脚被拉低 → 电平从 1 变 0

void key_init(void) { P1 |= (0x0F << 4); P3 |= (1 << 5); } // 按键检测 int key_press(void) { int ret = 0; if ((P1 & (1 << 4)) == 0) { ret = 1; } else if ((P1 & (1 << 5)) == 0) { ret = 2; } else if ((P1 & (1 << 6)) == 0) { ret = 3; } else if ((P1 & (1 << 7)) == 0) { ret = 4; } else if ((P3 & (1 << 5)) == 0) { ret = 5; } return ret; }

中断

CPU在处 理某个任务时，被外界更 为紧急的 事件打断，要求CPU优先去处 理
这个更为紧 急 的事件 ；处 理完 紧急 事件 后，再 回到 之前被 打 断的地 方继 续向下 执行

本质上是来自cpu外部的异步事件，如I/O设备请求、时钟信号

中断源：打断CPU执行 当前的任务源头/事件
中断源分类： 外部中断0、 外部中断 1、 定时器0、 定时器1、 串口
外部中断：引脚电平变化所引发的中断

┌───────────────────────────────────────────────────────────
│ 51 单片机外部中断引脚
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│ │ INT0 (P3.2) → 外部中断0
│ │ INT1 (P3.3) → 外部中断1
│ └─────────────────────────────────────────────────────┘
│
│ 对应中断号：
│ INT0 → interrupt 0
│ INT1 → interrupt 2
└───────────────────────────────────────────────────────────

中断优先级 ：CPU总是先处理优先级高的中断， 处理完优先级高的中断后再处理优先级低中断

INT0：0
TIMER0：1
INT1：2
TIMER1:3
UART:4

中断嵌套：CPU处理一个中断时再去嵌套另外一个中断任务（最多两层嵌套）

中断处理流程：

1. 中断源发出中断请求
2. 检查CPU是否允许中断（ 总开关能够响应外部中断）及该中断源是否被屏蔽 （子开关能够产生对应的中断）
3. 比 较中断优先级
4. 保护现场
5. 执行中断服务函数 (回调函数 )
6. 恢复现场

IE (0xA8) 中断允许控制寄存器 （控制：是否允许某个中断）

TCON (0x88) 中断状态/控制寄存器 （ 控制：触发方式 + 查询中断标）

unsigned int g_i = 0; // 外部中断0服务函数 void int0_handler(void) interrupt 0 { g_i++; } // 外部中断0初始化 void int0_init(void) { // 1. 将外部中断0引脚拉高 P3 |= (1 << 2); // 2. 配置外部中断0引脚中断触发方式：下降沿触发 TCON |= (1 << 0); // 3. 允许外部中断0产生中断 IE |= (1 << 0); // 4. 允许CPU响应所有中断 IE |= (1 << 7); }

中断向量表

中断向量表是单片机中一张非常重要的“地址表”，它告诉 CPU 当中断发生时，应该跳转到哪个地址去执行对应的中断服务程序。本质是一个数组，数组中存放的是中断服务函数的入口地址。

中断向量：中断向量表中的标号， 通过标号可访问到对应中断服务函数

中断向量表的作用

定时器

定时器/计数器是51单片机内部最重要的外设之一，用于精确计时和外部脉冲计数。

16位定时器

// 模式1：16位定时器（最常用） // THx (高8位) + TLx (低8位) = 16位 // 最大计数：2^16 = 65536 TMOD = (TMOD & 0xF0) | 0x01; // 模式1 // 示例：1ms中断（12MHz） TH0 = 0xFC; // 高8位 TL0 = 0x18; // 低8位

8位自动重装定时器、

// 模式2：8位自动重装 // TLx 是计数器，THx 存储重装值 // 溢出后自动重装，无需软件干预 TMOD = (TMOD & 0xF0) | 0x02; // 模式2 // 示例：定时器0，250μs中断 TH0 = 0x06; // 重装值 (256 - 250 = 6) TL0 = 0x06; // 初始值

TMOD：计数器工作模式寄存器

定时器配置流程

unsigned int g_t = 0; // 定时器0中断服务函数 void timer0_handler(void) interrupt 1 { TH0 = g_t >> 8; TL0 = g_t; P2 ^= (1 << 1); } // 定时器0初始化 void timer0_init(void) { // 1. 配置定时器0工作模式：16位定时器 TMOD &= ~(0x0F << 0); TMOD |= (1 << 0); // 2. 设置定时器0初值 TH0 = g_t >> 8; TL0 = g_t; // 3. 打开定时器0，开始计数 TCON |= (1 << 4); // 4. 开启定时器0中断 IE |= (1 << 1); // 5. 开启CPU总中断 IE |= (1 << 7); }

PWM

PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）是一种通过数字信号控制模拟量的技术，广泛应用于 LED 调光、电机调速、音频输出等领域。

脉冲宽度调制，能够让引脚产生一个方波， 能够让引脚周期性产生电平变化

蜂鸣器：
有源蜂鸣器 ：内部 存在 震荡源 ， 通电 后可以 发 出持续 固定 频率的 声 音
无源蜂鸣器： 不存在 震 荡源， 需要 给 定对应引 脚 一个高 低电 平产生 震荡 （可 以输 出指定 频率 音调）