单片机的要务——控制外设

单片机的要务——控制外设

      首先明确一个概念：当我们使用单片机的时候，我们在使用它的什么？计算能力？逻辑分析能力？NO！我们使用得最多的是它所提供得各个功能模块（外设模块）。

      所谓外设，是指将特定功能做成一个模块，然后给出控制端口，让处理器来控制。只要处理器给了足够的信息，外设就能完成特定的一组任务（个人理解o.O）。

       举例来说（以下只是简单举例，实际还有更多的应用）；

       GPIO：配置好需要的引脚之后，就可以从该引脚输入或输出信号；

       Timer（定时器）：配置好之后，给定一个数值，它就不断的数数，到该值之后就会触发一个信号（当然还有别的功能）。

       UART（异步串行通信接口）：配置好之后，给出需要传输的信息，它就会将信息传输到指定位置（如上位机）。

       ADC（模数转换器）：可以读取外界模拟信号的数量值（如电压），转换为数字值（如0100）。

      ……

      这里不再穷举了，课本里面都很详细。

 

       确定了单片机控制外设这样一个概念之后，我们再来讲讲（简单讲讲吧，水平也不高），单片机到底是如何控制外设的。

如果看过数据手册的话，应该会发现，在每一个外设的章节，都会由寄存器映射（Register Map）和寄存器描述（Register Descriptions）。每一个外设都有……没错，MPU就是通过寄存器来控制的。我们所有的操作，都是在读取或者写入数值到相应的寄存器中。

在51单片机称霸的时代（吹牛皮不犯法吧），所写的代码就是直接对寄存器赋值，或者读取寄存器的值。因为那时普遍还是8位的单片机，寄存器只有8位，开发人员熟悉这么简单的寄存器很容易。但渐渐的，单片机的位数提高了，寄存器现在普遍达到了32位之多，去记住每一位代表什么意思，让人很头疼。因此就出现了官方库，开发人员只需要了解库函数有什么作用，就可以使用单片机了。

       如果想要了解对寄存器的操作，使用我们手头的EK-TM4C1294xx，也可以做到。

  

       以最近使用的UART为例：

       在头文件包含#include “inc/tm4c1294ncpdtf.h”

        定义变量：char start[]={"Hello\n\r"};

       使用如下语句代替UARTCharPut(UART0_BASE,arr[i]);

                 while(!(UART0_FR_R & (0x0001<<7)));

                 UART0_DR_R=arr[i];

        //UARTCharPut(UART0_BASE,arr[i]);

       这两个语句就是通过对UART0的数据寄存器写入数据的方式实现发送数据的。

其中while用来判断数据寄存器是否为空（为空就跳出，此时才能写入数据），while里面就是通过读UART0_FR_R的寄存器的第7位的状态。该位的状态就表示数据寄存器是否为空。

        DataSheet中对UART的状态寄存器的描述如下图：

       其中位7（bit 7）叫做TXFE，就是指示当前数据寄存器是否为空。其描述如下图：

        第二句就是将我们需要发送的字符赋值送入UART0_DR_R（数据寄存器，Data Register），然后UART0外设模块就自动将数据发送至上位机了（我们这里使用的个人电脑）。这也就是UART之所以可以称为一个模块的原因，它能自动传输数据。只是数据需要我们给它而已。

        DataSheet中对UART的数据寄存器的描述如下图：

       可以看到只有[7:0]八位是可以给用户写入数据的，也就是说，一次只能发送一个字符，发送完之后才能重新装载。

       那么UART0_DR_R=arr[i];这条语句是如何与寄存器挂钩的呢？也就是说数据是如何存储到指定的寄存器的？

        在头文件中，将UART0_DR_R通过宏定义的方式定义了它指向UART0的数据寄存器。就是说，UART0_DR_R就是一个指针，指针指向的地址的值如何改变，这对于学过C语言的你们来说，应该没问题了。

可以看看头文件中对UART0_DR_R的宏定义：

        可以看到UART0_DR_R指向了0x4000C000这个地址，从存储器映射那一节课我们已经了解的UART0外设就是被分配到了从这个地址开使的一段空间。

        也就是说我们将数据送到了UART0的这个位置，然后它就自动帮我们发送了。

另外，对UART的配置什么的也都是通过UART配置寄存器进行操作的，只不过我们使用库函数开发，库函数对这些东西进行了高度的封装，我们不容易注意到而已。

        关于寄存器的操作，只是为了让大家熟悉底层到底在干些什么，个人认为不必去记忆对应的寄存器对应的位是干什么的，因为我们可以使用库函数。下一篇文章，如果有必要的话，我准备简单介绍一下，库函数又是对应如何实现控制外设的。

        其实可能有些多余，因为这里已经讲了通过寄存器操作了。到时候看情况吧。

        好了，水平不高，仅供交流，多多指教。

        祝福大家。