M8系统开发手记(3)

Wayne Huang
2011年01月15日
0  写在前面的话
话说，这篇文章更新的有些晚，主要是感觉这周事情比较多的缘故吧。感觉很多时候，我们只是在忙忙碌碌，却不知道自己人生所追求的到底是什么，我们追求的是否会朽坏？很多时候我们并不会去思考这种问题，也会在这事上感到迷茫，感觉没有这种觉悟，作人就好似机器一样，每天重复着类似的事情，一个倒下了，还会有很多很多的替代。在每天的忙忙碌碌中，我们到底寻求的是什么？是这个我们终将离开的世界上的东西么？在缺失这种觉悟的情况下，人渐渐的失去了他所特有的属性，成为了庞大流水线上的一台机器，而他的荣耀就是他的生产效率～

1  M8系统中的Hello World
在上面一章中，我们已经了解到了M8最小系统的构建。接下来，我们将在上一个系统的基础上，尝试我们第一个小作品-流水灯。对于有编程基础的同学来说，"Hello World"一般都是我们写的第一个程序，而在MCU的世界里，流水灯往往也是第一个入门的经典实现。如同"Hello World"程序一样，流水灯的思想也是实现基本的输出操作。不同之处在于，流水灯的输出是动态的。所实现的效果，就如同霓虹灯的闪烁效果，根据喜好和实际的硬件，可以选择不同的效果。那么，接下来我们就分析一下流水灯的实现吧。

1.1  M8流水灯实现的介绍与分析
我们这里所要实现的流水灯，实际上就是一个个依次闪烁的灯而已。但是，既然这通常作为MCU的入门实现，自然有其道理，一方面他能让你熟悉MCU各IO口的操作，其次也让你熟悉MCU相关的一些功能。这样看来，MCU作为入门，是再好不过的实现了。话说，MCU的中文意思是"微控制器"，那么作为IO口的操作，自然是一个重点，这和我们这种搞软件的CPU-"中央处理器"还是有比较大的不同的，因为CPU强调的是运算性能，而MCU强调的是控制性能。所以，你搞MCU如果连基本的IO口操作都不会，那你真的出门连招呼都不好意思和别人打了。不过，感觉现在这种本应该是"羞耻"的事情，却越来越成为"主流"文化了。比如，某些非私有单位的信息化建设负责人，往往可能连什么是信息化系统都不知道。更有甚者是除了windows就不知道其他操作系统，除了SQL Server，就不知道其他的数据库，感觉在他们的眼里，我们就成了"非主流"。言归正传，因为IO口的操作是MCU的生命，所以MCU的学习自然也要从IO口开始，就好像你写了个没有输出的理财程序，然后别人运行了很多次却没有任何提示，难道你和用户说：程序他自己知道结果的，你不用为你的投资操心？那这个程序不成了"浮云"了？

1.1.1  M8系统的IO口操作介绍
如上所述，IO口的操作是相当重要的，所以我们这里开篇就来看看这个灵魂人物-IO口。我个人觉得，衡量IO口能力的参数主要是IO口的驱动力。对于M8来说，输出输入电流是对等的，每个引脚最大不能超过40mA，但是总电流不能超过300mA。当然，针对每个特定的IO口，还是有一些更细化的限制，但是不论是输入还是输出电流，驱动发光二极管还是可以的。为什么这里我要分开说输入和输出呢？因为在51中，比如AT89S52系列，他的输入电流和输出电流是不对称的，因此在为51选择类似七段数码管的时候，会考虑到共阴公阳的问题。同时，M8与常规51比较大的特点是能够启用内置的上拉电阻。

M8控制IO口的寄存器有三个，分别是方向寄存器"DDRx"、数据寄存器"PORTx"和引脚寄存器"PINx"。"DDRx"和"PORTx"是可读写寄存器，"PINx"是只读寄存器。名字里的"x"是只具体的端口字母。而控制寄存器里的"SFIOR"里的"PUD"位是控制传说中的上拉电阻的。表1就是他们不同组合的结果。"PINx"，不论是引脚作为输入还是输出，其值总为引脚上实际的电平值。

 
DDRx  PORTx  PDU  I/O  上拉  说明 
0  0  X  输入  无效  高阻 
0  1  0  输入  有效  外部引脚拉低时输出电流 
0  1  1  输入  无效  高阻 
1  0  X  输出  无效  低电平推挽输出，吸收电流 
1  1  X  输出  无效  高电平推挽输出，输出电流 
 

Table 1: IO相关寄存器定义

话说，我一般用IO口的时候，设计的驱动电流一般为5mA左右。因为虽然说手册的最大值离我使用的电流还有一大截。但是考虑到各个引脚的诸多限制，以及总电流不超过300mA的这种限制，采用平均5mA的的设计，可以避免因为一时的疏忽，比如接了8个40mA的负载，那这样虽然感觉每个引脚都没超过限定，但是总体就超额了。

1.1.2  M8系统的定时器/计数器0操作介绍
在前面我们已经介绍了IO口，接下来我们要介绍实现流水灯所必须的另一个部件-定时器。根据我们刚才的介绍，流水灯是依次的让LED闪烁。但是，即使MCU执行速度多慢，总比我们人的反应速度快，甚至是超越人的反应速度。因此，我们需要一个定时器来让我们每一次的变换可以延迟一段时间，让我们迟钝的视觉能有一个