微控制器的每个引脚都与寄存器相关联吗？

Question

我是嵌入式系统开发领域的初学者。 我想对以下问题进行一些澄清。

1. 微控制器的每个引脚（以下称为 mc）是否都与寄存器相关联？
2. 这是一对一的关系吗？
3. 如何在 mc 内部分配端口（或引脚组）？
4. 是否只能将单个引脚设置为低电平或高电平？

Answer 1

1. 没有。有些引脚根本与寄存器无关，例如Vcc 和 GND，如果它们没有作为 GPIO 的双重用途，它也适用于时钟/振荡器和复位引脚。

2. 如果一个引脚与寄存器相关联，它通常与几个相关联：一个用于确定 IO 方向，一个用于读取输入，一个或多个用于设置输出。对于I2C、SPI、UART引脚，关联是间接的，即寄存器主要控制I2C/SPI/UART控制器，而后者又与引脚关联。

3. 我不明白这个问题

4. GPIO 引脚可设置为输入、高状态输出（提供电流或弱上拉）、低状态输出（拉电流或弱下拉）或开漏状态（通常类似于输入模式）。一个引脚也可以配置为供 I2C/SPI/UART 控制器使用或用作 DAC（在 GND 和 Vcc 之间输出可变电压）。

Answer 2

除了电源和时钟引脚等基本功能外，MCU 内部还有许多硬件外设。硬件外围设备类似于 GPIO（通用输入/输出）、ADC、UART、SPI 等。每个这样的硬件外围设备都有许多可能的引脚，其功能可以路由到这些引脚。

传统上，这些几乎是固定的 - 如果您想要 UART Tx，那么您总是可以在某个固定的 pin 号上获得它，要么接受，要么离开。如今，大多数 MCU 在内部都非常灵活，允许您将硬件外设功能重新路由到您喜欢的几乎任何引脚上。

在任何一种情况下，多个硬件外设都可以共享同一个引脚，然后由 MCU 特定哪个优先。例如，默认情况下，GPIO 可能存在于引脚上，但如果您启用 UART，那么 MCU 可能会声明您在该引脚上获得 UART Tx。

至于称为 GPIO 的硬件外围设备，它们几乎总是分组在 端口 中，其中每个端口由多个引脚组成。大多数情况下，端口寄存器要么是 8 位，要么是 CPU 字长的大小。各个端口寄存器中的每一位对应一个引脚。

您将拥有一个端口数据寄存器，它是对引脚的实际读/写，一个表示输入或输出的数据方向寄存器，然后是用于中断、拉电阻启用等的各种其他寄存器。

Answer 3

1. 并非所有引脚，而是所有 IO（输入/输出）都有特定寄存器。
2. 每个 IO 都有一组特定的寄存器。此外，一些寄存器可能包含影响 IO 或所有 IO 的特定位。
3. 这取决于微控制器的设计。
4. 是的。

我强烈建议您阅读一些嵌入式硬件/软件书籍（例如针对嵌入式系统的 Newness Know It All 书籍）和数据表。