单片机底层逻辑思考，单片机学习必备硬核|gpio|sel|动画|单片机|寄存器

单片机底层逻辑思考，单片机学习必备硬核

以控制灯跑马灯为例，思考硬件电路与寄存器编程的关系

最一般的实现跑马灯电路如下

从任意单片机引出四个含GPIO功能的引脚引出来，GPIO是General Purpose Input Output是最经典的实现设置输出电平，检测捕获输入电平的硬件电路。

四个GPIO口与电阻和LED灯连接，共同连接在接地端。

如果想实现1亮234灭，2亮134灭，像这样的跑马灯功能，该如何实现呢？

我来做这些事，首先我会把第一个电路接在VCC上，其他电路都接在地上，这样一路电路有了压降LED亮了，其他没有，就灭了，然后我再把一路接地，二路接VCC，就实现了一个跑马灯的动画效果。

好像下图这样

就是这样，只要我不停的换连导线，就可以完成这样的动画效果了。

BUT这样好麻烦，我不想重复做这件事，可以花更多的时间在散步读书上才对。

所以我特别希望改进这个电路，仔细观察，找到规律

如果用1 代表导线接入VCC ，用0代表接地，那么顺序应该是

1000 -> 0100 -> 0010 -> 0001 ->1000

有没有什么设备帮助我们换连导线呢？

这里有两个思路，第一个使用经典的数字电路，移位寄存器，用逻辑门啥的，在时钟信号的驱动下帮我们切换导线连接方法。

第二个思路就是用单片机啦！单片机那可比简单的数字电路强多了。

单片机的GPIO设备有好几种工作的方式，按照其工作特点来看可以分为输出/输入两种模式。

当我们需要单片机去感应外部电平的时候，我们会把它设置在输入模式，当然现在在我们希望他能输出特定的电压，所以设置他为输出模式。

例如，选择GPIO口为输出还是输入，其切换电路可以抽象成这样

当P0SEL寄存器的BIT0的数值为1的时候，P0.0口硬件与一大片输出相关电路相连，就是说此时P0.0口是处于输出功能状态下，反之BIT0为数值0 则与一大片输入相关的电路相连。其底层的原理大概是利用三极管开关特性完成的吧！无论如何我们配置寄存器，就完成了开关的操作，选择了怎样的电路与我的P0.0口连接！

庆幸的是在GPIO一系列的寄存器里，我找到了切换输出电平的寄存器 P0OUT寄存器，我抽象的思考这样寄存器应该是这样的。

当我给P0OUT的最低位写上1的时候P0.0口与VCC连接，写上0的时候P0.0口与GND连接。大概是这样思考的。

于是我发现，单片机可以帮助我实现切换导线连接这样的事情。

我用了MSP430单片机，把P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 接在了上述的电路上。

C代码如下

int main(void){
unsigned char led_flash_pos=0x01;
Basic_init(); //基础配置
P0SEL = 0x0f;//确保P0SEL寄存器低四位是1，使得硬件电路与输出相关电路相连
Loop:
if(led_flash_pos == 0x10)
led_flash_pos = 0x01; //限制左移范围
P0OUT = led_flash_pos;
DELAY_S(1); // 延时1S让眼睛看到现象
led_flash_pos <
goto Loop;//跳转循环
}

可能有很多花里胡哨的写法，但是最底层的操作就是配置P0OUT这个寄存器，单片机编程所有对硬件的操作都是对寄存器的操作，我们无需对底层硬件有太多深奥的理解，就可以完成操作！

作者思考：

分工时代，如果认真深入的去了解学习单片机最底层的硬件原理的话，那会消耗大量的时间和精力，一名优秀的软件开发工程师，对底层硬件有一定的理解就好，更多精力花费在对代码数据结构，算法的优化，例如对P0OUT这个寄存器，何时写他，怎么写他，写多少比较合适，这都是需要考虑的事情，还有就是延时的时间是否过长，用定时器延时比较好，还是用阻塞延时比较好？另外，怎样的跑马灯动画更好看？很多可以编程的花样！