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PIC18系列单片机IO端口操作寄存器及应用

试验芯片：Microchip PIC 18F4550

集成开发环境：MPLAB IDE v8.53

编译器：Microchip C18

PIC18系列单片机是美国微芯公司（Microchip）8位单片机系列中的高档系列，其任一I/O引脚允许的最大灌电流或最大拉电流达25mA，可以直接驱动LED和继电器。PORTA、PORTB和PORTE的最大灌电流或最大拉电流总和为200mA，PORTC和PORTD的最大灌电流或最大拉电流总和为200mA，PORTF和PORTG的最大灌电流或最大拉电流总和为100mA（注：PIC18F4550没有这两个端口）。

单片机和外设的交互都是通过I/O端口进行，每个I/O端口均有三个操作寄存器：

1、TRISx———数据方向寄存器

用来控制I/O引脚的方向，即用来控制PORTx是输入还是输出。

2、PORTx——— 端口寄存器

用来锁存输出数据。当读PORTx时，器件直接读I/O引脚电平（而不是锁存值）。

3、LATx——— 输出数据锁存器

写端口就是写该锁存器（LATx）。数据锁存器也可以直接读写。如果外设没有使用该引脚，并且TRISx位配置该引脚为输出，则将锁存器内的数据输出到引脚。

在复位状态下，TRISx的复位值为0xff，即TRISx寄存器的8个位（D0 ~ D7）的值均为1。此时相应的PORTx引脚被定义为输入，相应的输出驱动器呈现高阻状态。设置为0时表示相应的引脚定义为输出。

这里应注意的是写PORT就是写LAT，但读PORT和读LAT不同。读PORT读的是引脚的状态，无论该引脚设置为输入引脚还是输出引脚。而读LAT得到的是输出数据锁存器的存储值，读LAT得到的值可能和读PORT得到的值存在不同。

在Microchip C18中，I/O端口三个操作寄存器可以按位（bit）操作，也可以按字节（byte）操作。

如端口B的方向寄存器用TRISB（或DDRB）表示，某一位用TRISBbits.TRISB0（或DDRB bits.RB0）表示。字节用TRISB（或DDRB）表示。

如端口B的PORT寄存器用PORTB表示，某一位用PORTBbits.RB0表示。字节用PORTB表示。

如端口B的输出数据锁存器用LATB表示，某一位用LATBbits.LATB0表示。字节用LATB表示。

由于芯片复位后，LATx（PORTx）锁存器的值是随机的，为了排除I/O引脚电平出现毛刺的可能性，在初始化端口时，首先初始化该PORT的数据锁存器（LAT或PORT寄存器），然后再初始化数据方向寄存器TRIS。

下面用一个实例说明一下具体应用，下图PIC18F4550与电源、晶振和发光二极管组成一个最简单的8位单片机系统，要求同时点亮8个发光二极管。

首先可以选择按位操作的方法实现。不难看出，按位操作实际不是真正实现同时点亮与PORTB相连的8个发光二极管，只是发光二极管发光的延时效应掩盖了依次点亮的事实，使得最终效果达到了同时点亮。以下是按位操作方式的实现代码。

#include

void main(void)

{

PORTBbits.RB0=1;

TRISBbits.TRISB0=0;//点亮第1个LED

PORTBbits.RB1=1;

TRISBbits.TRISB1=0; //点亮第2个LED

PORTBbits.RB2=1;

TRISBbits.TRISB2=0; //点亮第3个LED

PORTBbits.RB3=1;

TRISBbits.TRISB3=0; //点亮第4个LED

PORTBbits.RB4=1;

TRISBbits.TRISB4=0; //点亮第5个LED

PORTBbits.RB5=1;

TRISBbits.TRISB5=0; //点亮第6个LED

PORTBbits.RB6=1;

TRISBbits.TRISB6=0; //点亮第7个LED

PORTBbits.RB7=1;

TRISBbits.TRISB7=0; //点亮第8个LED

while(1);

}

其次可以按字节操作来实现，代码比按位操作要简单很多，而且真正实现了同时点亮的要求。以下是按字节操作方式的实现代码。

PORTB=0xff;

TRISB=0x00;//点亮8个LED

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通俗易懂讲PIC单片机：从一窍不通到入门进步

单片机入门不难------谈PIC系列(转自矿石收音机论坛---崂山)十年前的老帖子，讲得通俗易懂，分享之。

请看图1

这个8条腿的小螃蟹就是我们的第一顿饭，只要把它吃下去，以后的大餐就好办了。

第1、8条腿接电源 +5V 和地线。头两条腿是螃蟹钳子，好吃的很。现在剩下了 6 条腿

第2、3条腿使用时外接一个晶振的东西我们接一个 4 MHz的。

第4条腿是复位脚，是一个信号输入脚。单片机正常运行时接高电平。当有一个低电平脉冲输入到这个脚时单片机就复位。所谓复位就是单片机内部所有的工作部件统统回到规定的状态，程序也复位到头一句上开始逐条运行。例如，你设计的一个报警锁定的 LED红灯亮后，当需要解除报警时，用一个按钮给这个脚瞬时接地一下，相当于给它一个夫脉冲，系统就复位了，led灯就熄灭了，程序从头开始。

以上5个脚，几乎所有单片机都有，包括世界上最复杂的，和世界比较简单的单片机-----PIC12CE519

轮到底几条腿啦?奥是第5条腿，这条叫单片机的 I/O 脚。就是输入输出脚。你可通过程序动态地控制它作为输入或输出，作为输出时可以程序控制它的输出电平为高1或低0。所以，他的工作状态有四种：输入0，输入1，输出0，输出1

剩下的两条腿和第5脚功能一个样。

上边我们已经把8条腿消化掉了，其实我们要弄明白的也就3只腿，我们再简单一些，先整明白两条腿，即GP0,GP1.这两条腿低级一点的用法，可以控制继电器，LED灯，高级一些的用法可以进行I2C总线，RS232总线的通信，作为扩展输入可以模拟出来A/D转换器(6--7bit)，可以测量一个电阻的粗略值。作为输出也可以直接推动扬声器奏出音乐。这是后话暂且不提。

现在要控制使用这两只腿，我这个三脚猫功夫的说书的不得不讲一下软件了，要想讲明白软件又不得不涉及到单片机的内部结构。那位说啦，你可别提这软件和结构了，以前俺就是让它们打败的，现在听到这个心里就打鼓。嘿嘿，不要紧，果真如你所说，那你就不妨跟着我再失败一次，反正吗多一次失败又不纳税，嘿嘿。不过你也要有思想准备，彻底弄明白是个渐进的过程。

要说这程序和单片机内部结构，还真是老大难，不过蟹黄蟹肉都可都在里面。我现在要是给你说PIC单片机是哈佛结构的，51系列是冯-诺伊曼结构的，恐怕你要立马扎走人了。所以我得用点心思不让你溜号。

好在PIC系列的制造商(microchip 微芯公司美国)理解我等苦衷，全部只有35条指令，而且有一些指令我们一般很少使用，常用的也就十几句，用的时候查手册，无需记忆。就算我们两天学习一句，也就两三个月时间，总比到老了还怕它们强啊。废话少说先看下面的两个例语：

my_name006: movlw 02h '常数2进入w

movwf GPIO 'W 的数进入寄存器GPIO

这就是我们编的程序里的两个句子，也叫源程序。有以下特点

每行只能写一句话

每句话由四部分组成：

标号：操作指令操作数 '程序注释

下面我结合例子把这四部分解释一下。

第一部分 my_name006: 叫做标号，它是由字母或数字组成，由冒号结束。标号可有可无，比如第二句就没有标号。

第二部分movlw 叫做操作指令。它是必须有的，不能省略。PIC 系列的单片机共有 35 条指令。

第三部分02h 叫做操作数。有的指令没有操作数或者操作数是默认的，也不用写。

第四部分是程序注释，必须以单引号开头，主要作用是提醒和备忘。注释也是可有可无。

第二个例句中，省略了标号，当然注释也可以省略。他的指令是movwf，操作数是GPIO。操作数不一定是数字，也可能是一个由字母组成的字符串。

知道了语句格式以后，我们下面就学习一些常用语句。我们先把这两个例句弄清楚。

这两句话的作用是把 2 这个常数写入到 GPIO 这个寄存器里。

单片机里有一些部件需要我们使用和操作，都是通过读写寄存器来实现的。每个部件都对应有操控它的寄存器，例如我们要控制使用的管脚GP0,GP1 这两个管脚对应的寄存器就叫做GPIO。对GPIO寄存器读操作，实际等效察看管脚电平的高低;对GPIO寄存器相应的位写1操作，实际等校让管脚输出高电平。写0，输出低电平。

每个寄存器可以储存一个八位的二进制数。这八个位的每个位都有名称，从左向右的名称是：

左端第首位名称叫D7,

左端第二位名称叫D6,

左端第三位名称叫D5,

左端第四位名称叫D4,

左端第五位名称叫D3,

左端第六位名称叫D2,

左端第七位名称叫D1,

最后一位叫D0,

而每一个位对应一个管脚的电平，例如当GPIO寄存器的D0位等于1时表示管脚GP0 的电平是高电平。D0位等于0时表示管脚GP0 的电平是低电平。常数2的八位二进制表示是“00000010” 所以，GPIO寄存器存放的8位2进制数的每个位的值以及管脚电平是：

D7对应于内部总线管脚的电平 D7=0 内部总线管脚输出低电平

D6对应于内部总线管脚的电平 D6=0 内部总线管脚输出低电平

D5对应于GP5 管脚的电平 D5=0 GP5 管脚输出低电平

D4对应于GP4 管脚的电平 D4=0 GP4 管脚输出低电平

D3对应于GP3 管脚的电平 D3=0 GP3 管脚输出低电平

D2对应于GP2 管脚的电平 D2=0 GP2 管脚输出低电平

D1对应于GP1 管脚的电平 D1=1 GP1 管脚输出低电平

D0对应于GP0 管脚的电平 D0=0 GP0 管脚输出低电平

GP0---GP5管脚我们可以从上一讲的图1硬件中查出所对应的管脚。d7 d6 对应的内部时钟和数据总线我们现在暂且不要管它。以后本事大了在调教它们。在我们的例句中，向GPIO寄存器写入了2，常数2的八位二进制表示是“00000010” 因此如果此时GP0, Gp1等都已经被定义成输出的话，那么GP1输出高电平(接LED灯亮)，GP0 输出低电平(所接led灯熄) 。

截止到现在，你已经学会如何控制管脚的电平高低了。尽管还有一些疑问，比如怎样定义管脚为输出脚(以后会说)，我得说如果事先gp1,gp0这两个管脚处于输入状态，这两个例句无效，是控制不了电平的。

无论如何，这一会儿，你就学会了两个指令，35条我看也没啥难的。

'------------------------------------------------------------------------------

再加深一下对寄存器的认识：

要把一个常数存储到，或者说写到一个寄存器中，仅用一条指令是办不到的，必须通过一个特殊的寄存器W,把数据倒过去. 这就应该使用到两个语句。

movlw 02H 指令的意思是把一个常数存入特殊寄存器W, 这个常数是3,后面的H是表示十六进制

movwf GPIO 指令的意思是把特殊寄存器W的数值存入寄存器. 这个寄存器的名称是 GPIO

这里涉及到两个概念,常数和寄存器.

常数好说,比如说十进制数 35, 26 但要注意,在单片机系统里我们一般不用十进制,而使用十六进制. 有关数制转换方面的知识，是计算机的基础，必须会熟练地在二进制、十六进制、十进制之间转换，我就不罗索了.

寄存器也叫单片机的内存。

一个寄存器可以存储的数值范围是0--255,用十六进制表示就是 0---FFH.用二进制表示就是00000000----11111111.

以后要养成习惯用十六进制表示数.

那么,一个单片机里有多少个这样的寄存器哩，pic12ce512里面有1024个这样的寄存器可以供你使用,为了使用方便生产商已经给它们编上了号码,第一号码是000H,往下依照次序为 001H,002H........3FFH.(怎么样，开始用十六进制说事了吧，如果你不熟悉熟制转换赶紧补课来得及)

有了编号就像我们居住的房间有了房间号码,使用就方便的多了.房间号码在邮政行业叫地址,因此我们称这些号码叫做寄存器地址,或称地址数例如名称为 GPIO 的寄存器,他的地址,或地址数是 06H 。所以我们的两个例句完全等同于：

my_name006: movlw 02h '常数2进入w

movwf 06H 'W 的数进入寄存器GPIO

'-----------------------------------------

有两个寄存器比较特殊,它们没有地址,一个名字叫做 W, 另一个叫做 TRIS. 所以他们两个在存储数据的时候比较快,一个指令就可以解决问题，例如： movlw 03H 一条指令就把常数3写入到W寄存器了。关于TRIS寄存器,我们以后用到它再说.

除了他们两个以外的其他所有寄存器，在写入数据时一般都要用两条指令进行。

今天就扯到这里，虽然只有两个指令，但主要目的是要同学们接触一下指令，建立寄存器的概念以及他们同硬件部件的联系。增强学习的信心。能有这些体会，这一节就算过关了。

随着以后的深入，你会发现小小单片机里面是一个大世界，兴趣也由此而生。

我们上一次讲的两个指令是是如何控制管脚电平的高低。前提是所有管脚已经被定义成输出了(OUT)如果被定义成了输入，则上次的指令虽然也能运行，但运行后丝毫不能改变管脚电平高低，因为此时管脚是输入状态，电平取决于外部输入,指令无法改变。

在PIC单片机系列中，改变I/O口的输入输出依靠写入寄存器TRIS的值，相应位写0，表示对应管脚被定义成了输出，写1，就是输入。

现在假如预把GP1、GP2管脚定义成输出，其他脚全是输入。那就应该向TRIS 寄存器写入二进制数 11111001，换算成十六进制就是

F9H.

依照以前我们学到的知识,在PIC系列单片机里，本来应该用下列的语句来完成我们的设定：

movlw 0F9H '常数进W 以字母开头的常数前面必须加0

movwf TRISA '把W内的数复制到TRIS

实际上PIC系列的单片机也都是这么写的,后面加的A,表示第一个8位的口(有的单片机不仅一个口,还有好几个8位的I/O口如TRISB TRISC TRISD等等) .

但是,记住了, PIC12系列的单片机必须改写成为:

movlw 0F9H '常数进W 以字母开头的常数前面必须加0

tris GPIO '把W内的数复制到TRIS 以后凡见到这个指令一律理解成 movwf TRISA

写法不同,意思是一样的. 这样你就又学了一个指令TRIS,不过这个指令的实质还是你曾经学过的movwf 只是写法不同罢了.

在PIC12系列里TRIS作为指令, 在其他系列(PIC161718)里把 TRIS 作为普通寄存器看待.

因为我们现在讲的就是PIC12CE519,所以我们暂时用

tris GPIO

这个格式,等以后进入PIC16C877 我们再写成 movwf TRISA , 至于理解按照后者进行.

'-----------

如果我们要控制GP1 GP2管脚的输出电平, 其他管脚作为输入.并且让GP1输出低电平,GP2输出高电平.完整的程序如下：

movlw 0F9H '常数进W

tris GPIO '把W内的数复制到TRIS ，GP1 GP2为输出，其他为输入

'此行无命令，起到的作用是容易读懂程序

movlw 04H '常数4的二进制是 00000100 ，GP1=0 GP2=1

movwf GPIO 'W内的数进GPIO 输出生效，原来定义成输入的脚的电平，不会受该句影响

上面已经学会了三条指令，但是8位寄存器的概念概念一定要建立起来，程序通过写入寄存器不同的数据

控制管脚作为输入使用还是输出使用，作为输出时是输出高电平还是低电平。

这样的操作又一个特点，就是每次写入数据，同时控制的往往不是一个管脚，而是好几个个.最多一次可

以控制8个管脚.在单片机里往往每8个脚叫做一个口，如口A, 口B,用英文表示就是GPIO PORTA PORTB PORTC 等.

更多的情况是：某个口内的某一个管脚需要改变电平，其他脚电平不变.例如我们仅需要GPIO口上的GP1

这个管脚的电平拉高，其他管脚电平不发生变化.这时候位操作指令为我们提供了方便，假如我们事先已经把GP1管脚定义过输出了(方法见前面讲过的)：

bcf GPIO,GP1 '注释 GPIO口上GP1管脚电平拉低，我们行话叫清除。

bSf GPIO,GP1 '注释 GPIO口上GP1管脚电平拉高，我们行话叫置位。

怎么样，这样控制某一个管脚的电平就方便多了，你的编程效率大大提高啊.

记住：PIC所有单片机所有寄存器都是可以位操作的，这在51的单片机上是不能完全实现的.

不仅如此，PIC所有单片机所有管脚的单腿驱动输出电流可以高达 25mA，所以如果你驱动一个 5到10mA电流的LED发光二极管，根本不用加三极管，串个电阻直接挂在单片机上就得了，这在51的单片机上也是不能实现的，要加驱动三极管或驱动芯片.

怎么样，学PIC有好处吧. 也别急，好处还有那，且听我慢慢地白话。

一不小心，你已经会 5 个指令了，还有30个，加油啊。

继续

单片机的大部分指令，或者说单片机所做的大部分工作，多数在写入或读出寄存器。关于寄存器的初步概念我想我们已经建立起来了,它是一个能够存储8位二进制数据(最大255 = 0FFH) 的单元每个单元都有它的编号,我们叫做它的地址,或地址编码. 地址编码也是十六进制的. 另外寄存器里的数据掉电就会丢失。

寄存器的英文是RAM 也要记住.

PIC12CE519 里面共有有48个寄存器供我们操作使用，它们每一个都有固定的地址编码。

地址编码并不是连续的号码,而是分成了两段:

第一段: 从00H 开始, 依次是01H, 02H, 03H ....0AH, 0BH......到1FH 结束. 计32个寄存器

第二段: 从30H 开始, 依次是31H, 32H, ......................到3FH 结束计16个寄存器

这种地址不连续编号, 而是要跳过去一段的做法, 对于我们新手来说很是不习惯. 为了让我们容易入门, 我们暂时先不管第二段RAM, 只当它不存在, 所有程序我们只涉及到第一段连续的ram 地址. 等我们熟练的掌握好了ram 的使用,再涉及第二段地址的RAM, 那时,你就会理解单片机设计者把它们分成两段的苦心了.

为了规范,我们今后一律把RAM的分段, 叫做分页. 第一地址段叫00页面, 第二地址段叫01页面.

例如: 我们学过的 I/O 口电平控制寄存器 GPIO, 它的地址编码是 06H, 属于00页面.

'-----------------

所有这32+16=48个寄存器除了在地址上分成了两个页面以外,又把它们分成两类：

一类专用寄存器,一类通用寄存器.

所谓专用,就是这个寄存器的功能已经由系统分配好了.例如地址为06H 的名称就做GPIO寄存器的功能,是它的每个位,都对应到一个I/O脚的电平.

另一类是通用寄存器,你可以理解成它的功能系统没有事先预定,而是由你在编程序的时候随机使用.

pic12ce519 的专用寄存器有 7 个, 位置在我们第00叶面的最前面. 这7个专用寄存器的地址编码是: 00H，01H, 02H, ----06 H

剩下的所有寄存器包括所有第01页面, 全部都是通用寄存器.

例子: 在两个通用寄存器 09H, 0AH 内, 写入常数 FC H

movlw 0FCH '常数进W

movwf 9H '复制W内的数到通用寄存器09H

movwf 0AH '复制W内的数到通用寄存器0AH 由于此时W内并没有改变,W不用再进常数.

'----------------------------------------------

下面是PIC12CE519的寄存器ram的地址地图:

图最上端的 00 01 表示的是页面号码，或叫页面地址。

左侧从00 --- 1FH 是00页面，右侧是01页面。

从00H 到 06H 都已经起好了名称，它们是专用寄存器，用处各有不同。以后我们会逐个介绍它们

剩下的都是通用寄存器或者叫普通寄存器 General Purpose Registers 意思是一般用途的寄存器

地址从20H 到 2FH 也不是“空洞”，也不是不能访问，只是读写它们的时候等于读写它们左侧对应的00页面。这一点我们可能有些迷惑，弄不明白也没有关系，以后随着程序理解的深入，会搞清楚的。

内存图谱，不要求记下来，但是应该有个大体印象，用的时候会察看就可以了。等编程时间一长

就那么几个字节，自然就记住了。

所谓字节是衡量二进制数据长度的一个单位。一个寄存器刚好能记住一个字节的数据。如果你要存储的数据比较大超过了255，那就要占2个存储器甚至更多。描述的时候通常我们不说这个数值占了多少个寄存器，而是说这个数据是几个字节的。

字节的英文是byte 一个二进制数的一位，叫比特英文bit 1 byte 包含 8 bit

继续

下面我们学习一条新指令,叫做空操作指令

nop '什么事情也不做，但执行这个指令也要消耗掉一点时间。它没有操作数。

'不要理解成程序停了，实际上程序仍在正常运行。执行一连串的空操作指令，单片机

'白耗费时间，什么活也不干，往往用于延时

如果你需要一个很短时间的延时，可以采用一连串的空操作。注意每个 nop 也是占一行，例如：

bsf GPIO,GP1 '管脚GP1输出高电平点亮LED灯(如果你已经接上灯的话)

nop

... .

bcf GPIO,GP1 '管脚GP1输出低电平关闭LED灯

...

运行的效果是接在管脚GP1上的LED灯先亮一段时间，再熄灭一段时间的闪烁。

这回再说一个程序转向的语句，goto 指令，学过basic 和 c 等语言的对它不陌生。

单片机对程序的执行是逐句自上而下进行。当它运行到某个位置，如果你不希望继续运行它下面的语句，而是希望它无条件的强行转到某一句上，就可以使用goto语句。

我们还是通过例子来说明goto 的使用方法。

已知外部晶振的频率为4 MHz, 设计程序从pic12ce512 单片机的GP1管脚上输出一个方波信号，信号频率固定并计算出频率的值。

myWAVE: bsf GPIO,GP1 '管脚GP1输出高电平点亮LED灯(如果你已经接上灯的话)

goto myWAVE 'myWAVE是标号,某行必须有这个标号,否则程序通不过

nop '由于goto的存在，以下语句得不到运行

当程序自上而下运行到goto 语句时, 不再继续运行它底下的语句, 而是让程序强行转向到标号为myWAVE的语句上，并继续运行.

这样一来的结果,程序会永远在标号myWAVE的这一句 bsf GPIO,GP1 到goto之间循环, 打转转.

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