AVR单片机IO口的位操作（类似于DSP）---鱼C首发
本帖最后由 沉思的牛 于 2015-11-3 11:24 编辑我写这篇帖子的目的是让大家更好的理解指针，位域，共用体，希望大家把它们应用得更好；
所有源代码我会发出来，再后面的就不全部贴出来了；
用过51单片机的同学都知道可以用sbit定义一个位变量，从而操作一个管脚。
比如：
sbit LED0 = P0^0; //定义一个位变量，操作一个管脚
再比如DSP的操作方式：
//设置GPIOD5管脚为高电平
GpioDataRegs.GPDDAT.bit.GPIOD5 = 1;
以下我们单片机用ATMEGA128A，开发环境用Atmel Studio6.0为例子。
在AVR开发中有个头文件里面有个BIT（）的宏定义，但是用这个需要不停地取反，或等操作，也不是很爽。
其实AVR的IO口是可以位寻址的，DataSheet里面有说到（汇编语言）；
现在我们想把这种操作方式变成DSP这样，
既可以操作一个管脚，又可以操作整个端口。是不是爽歪歪
从DSP的操作方式可以看到，其实它就是用了 位域 和 共用体，
我想初学C语言的同学都有一个疑问，位域和共用体特么到底用来干什么，其实我是学了DSP过后才发现位域和共用体这么流弊~！。
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在写程序之前我们必须要弄懂的一个问题：
我们是怎么利用C语言来进行对AVR IO口进行操作的？
没错！ 那就是万能的指针。
我们先从官方的代码分析
#define DDRA _SFR_IO8(0x1A) //先打开DDRA端口的定义看看，居然还有宏定义，再继续翻 _SFR_IO8
//打开看到居然还有宏定义，再继续看_MMIO_BYTE，还有__SFR_OFFSET是什么鬼？(最后再说)
#define _SFR_IO8(io_addr) _MMIO_BYTE((io_addr) + __SFR_OFFSET)
#define_MMIO_BYTE(mem_addr) (*(volatile uint8_t *)(mem_addr)) //_MMIO_BYTE宏的定义终于找到了
我们来分析一下上面的代码
(*(volatile uint8_t *)(mem_addr)) 黄色部分是传进去的参数，从这个字面意思可以知道是内存的地址，
//其实传进去的就是io口的地址;
(*(volatile uint8_t *)(mem_addr))再来看红色这部分是什么意思： 可以看出是类型强转，把这个地址值强转为指针类型;
(*(volatile uint8_t *)(mem_addr))//类型重定义typedef unsigned char uint8_t;可以看到uint8_t其实就是unsigned char
(*(volatile uint8_t *)(mem_addr))这个*号当然就是解引用，就是对这个地址指向的内存操作;
// __SFR_OFFSET官方定义，其实就是一个地址的偏移，保证兼容性
#ifndef __SFR_OFFSET
/* Define as 0 before including this file for compatibility with old asm
sources that don't subtract __SFR_OFFSET from symbolic I/O addresses.*/
#if __AVR_ARCH__ >= 100
# define __SFR_OFFSET 0x00
#else
# define __SFR_OFFSET 0x20
#endif
#endif
最后说一下volatile关键字，其实就是为了不让编译器优化volatile修饰的代码，具体解释去百度。
既然知道了为什么良辰不介意陪大家玩玩~
DDRA的地址 = 0x1A
PORTA的地址 = 0x1B
//我们写这段代码来控制PA口
(*(volatile unsigned char *)(0x1A)) = 0xff; //相当于DDRA=0xff;
(*(volatile unsigned char *)(0x1B)) = 0x55;//相当于PORTA = 0x55;
在你的PA口接上LED看看效果，是不是能控制了！如果能，并且你已经理解的话我们继续往下！~
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总体思想如下：
现在我们就来详细的讲解位域和共用体的用法：
我们可以用位域把IO端口分成8个域，每个域占1个位;
然后在用一个位域把IO端口分成1个域，占8个位。
最后把这两个放到共用体来操作。
详细的内存结构如图：
附件下载：
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这些代码都是AVR_GPIO.h文件里面的；
内存结构都有了，接下来我们就要按照这个结构来写程序了！
我们应该从右往左写过去：
1.根据内存结构图我们先建立两个位域：
//这个位域用来进行位操作，看内存结构图，我想你已经知道是哪个了
struct GpioBits
{
volatile unsigned char Pin0 : 1; //每个管脚占一位，就可以操作每个管脚了
volatile unsigned char Pin1 : 1;
volatile unsigned char Pin2 : 1;
volatile unsigned char Pin3 : 1;
volatile unsigned char Pin4 : 1;
volatile unsigned char Pin5 : 1;
volatile unsigned char Pin6 : 1;
volatile unsigned char Pin7 : 1;
};
//这个位域用来操作整个端口
struct GpioByte
{
volatile unsigned char Byte : 8 ; //这个位域占8位，方便操作一个字节，一个端口8个管脚
};
2.位域有了，看内存结构图，接下来应该是建立共用体了。
//共用体用来选择位操作和字节操作
union GpioByteOrBitSelect
{
volatile struct GpioByte *All; //操作整个端口(字节)
volatile struct GpioBits *Bit; //操作位
};
3.现在就是要建立最大的那一个结构体了，包含所有的IO口，我们先键立PA口的为例子，后面的大家自己建立；
我会把源代码发布出来。
//这个就是最后的结构体类型定义了，定义了所有IO口
struct GpioRegisters
{
volatile union GpioByteOrBitSelect *GpioDDRA; //我们先以PA口作为例子
volatile union GpioByteOrBitSelect *GpioPORTA;
volatile union GpioByteOrBitSelect *GpioPINA;
//其他的io各位自己定义，我源代码里面也有
};
这些都是AVR_GPIO.C文件里面的
4.上面我们都是类型定义，最重要的下面，要建立内存实体，就是变量；
现在是最关键的一步，就是要让共用体里面的指针要指向io口的地址
//以下初始化为io口地址，强转为位域指针类型
//建立GpioByteOrBitSelect类型的共用体实体为gpioSelectDDRA，然后赋初值为DDRA的内存地址
//后面的都是类似
volatile union GpioByteOrBitSelect gpioSelectDDRA={(struct GpioByte *)(GPIO_DDRA_ADDRESS+__SFR_OFFSET)};
volatile union GpioByteOrBitSelect gpioSelectPORTA={(struct GpioByte *)(GPIO_PORTA_ADDRESS+__SFR_OFFSET)};
volatile union GpioByteOrBitSelect gpioSelectPINA={(struct GpioByte *)(GPIO_PINA_ADDRESS+__SFR_OFFSET)};
io地址定义
//关于IO地址定义
#define GPIO_DDRA_ADDRESS 0x1a
#define GPIO_PORTA_ADDRESS 0x1b
#define GPIO_PINA_ADDRESS 0x19
5.然后建立GpioRegisters结构体的内存实体（变量）
volatile struct GpioRegisters gpios ={
&gpioSelectDDRA, //指向gpioSelectDDRA共用体，看我们的内存结构图
&gpioSelectPORTA, //指向gpioSelectPORTA共用体
&gpioSelectPINA //指向gpioSelectPINA共用体
//后面的IO口自己添加
};
6.最后方便我们使用起来看起都是指针操作，我们再建立一个GpioRegisters结构体指针；
其实你不用指针也可以，我有强迫症，要全部看起来用->指针符号才爽！！
//这个指针当然要指向GpioRegisters定义的gpios实体
volatile struct GpioRegisters *Gpios= &gpios;
7.最后在编译一下吧；
然后测试一下：
Gpios->GpioDDRA->All->Byte = 0xff;
Gpios->GpioPORTA->All->Byte = 0xff;
Gpios->GpioPORTA->Bit->Pin0 = 0;
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最后祝你成功；
当然我们这样弄肯定是有利有弊的：
好处：我们使用io口更方便了。
弊端：我们建立的指针实体会占用一定的内存空间，不过对于RAM大一点的MCU来说也没有什么了。
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源代码附上：
如果各位觉得还不够爽，后期我再加录个视频。 文章写的非常的NICE，不错不错~ 竹林小溪 发表于 2015-11-4 21:51
文章写的非常的NICE，不错不错~
谢谢支持哦~~ 是单片机耶，{:7_141:} 零度非安全 发表于 2015-11-5 09:55
是单片机耶，
必须是单片机！
这算是单片机IO口的高级应用吧 我目前只见过一个共同体的应用，似乎是VC的串口通讯。。。反正没咋懂。 wangchunchun 发表于 2015-11-5 17:10
我目前只见过一个共同体的应用，似乎是VC的串口通讯。。。反正没咋懂。
你要是把我这个看懂了，你就能熟练的应用共用体和位域了 {:5_106:} 沉思的牛 发表于 2015-11-7 14:37
你要是把我这个看懂了，你就能熟练的应用共用体和位域了
嗯，谢谢，楼主，依然看懂。:victory: wangchunchun 发表于 2015-11-10 14:38
嗯，谢谢，楼主，依然看懂。
{:5_106:} 学习了 谢谢 来个视频把 硬件好难的 膜拜大佬 强啊 牛人， 初学msp430f5529开发板，用你这个位域，卡在GPIO_P1DIR_ADDRESS + __SFR_OFFSET这一句。
提示'__SFR_OFFSET' undeclared here (not in a function)。能详细解释一下吗？谢谢
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