[其它课程]AVR第二章8535单片机系统结构11年.ppt

1,第二章 8535单片机系统结构,2. 1 AVR单片机AT90S8535的总体结构,2. 2 8535单片机的中央处理器CPU,2. 3 8535单片机存储器组织,2. 4 AVR单片机系统复位,ATMEL公司的90系列单片机是一种基于 AVR增强性能、RISC结构的、低功耗、CMOS技术、八位微控制器(Enhanced RISC Microcontrollers)，通常简称为 AVR单片机。,2,2. 1 AVR单片机AT90S8535的总体结构,2.1.1 AT90S8535的特点,1AVR RISC 结构,2AVR 高性能低功耗RISC 结构 _ 118条指令，大多数为单指令周期; _ 32个8位通用工作寄存器; _工作在8MHz时具有8MIPS的性能，即125ns执 行一条指令;,3, 2.1.1 AT90S8535特点1,3数据和非易失性程序内存 _ 8K字节的在线可编程Flash（擦除次数1000次） _ 512字节SRAM _ 512字节在线可编程EEPROM（寿命100000次）,4速度 _ 04MHz （AT90LS8535） _ 08MHz （AT90S8535）,4, 2.1.1 AT90S8535特点2,5外围（Peripheral）特点 _两个可预分频（Prescale）的8位定时器/计数器，其中 一个具有比较模式。 一个可预分频、具有输出比较、捕获和两个8/9/10位PWM功能的16位定时器/计数器; _片内模拟比较器 _可编程的看门狗定时器（由片内另一单独振荡器生成） _ 8通道10位ADC _全双工UART,5, 2.1.1 AT90S8535特点3,6工作电压 _ 2.7V6.0V （AT90LS8535）; _ 4.0V6.0V （AT90S8535）;,7I/O 和封装 _ 32 个可编程的I/O 脚 _ 40 脚PDIP 、44 脚PLCC 和44 脚TQFP 封装,6, 2.1.1 AT90S8535特点4,8特别的MCU 特点 _上电复位电路; _具有计时功能、有独立振荡器的实时时钟（RTC）; _低功耗, 三种节电模式: 空闲模式、省电模式和掉电模式; _内外部中断源,9AT90LS8535在4MHz、3V、20条件下的功耗： _工作模式：6.4mA; _空闲模式：1.9mA; _掉电模式：1A;,7, 2.1.2 AT90S8535的进一步描 述,AVR 核将32 个工作寄存器和丰富的指令集联结在一起。所有的工作寄存器都与ALU（算逻单元）直接相连，允许在一个时钟周期内执行的单条指令同时访问两个独立的寄存器。这种结构提高了代码效率，使AVR 得到了比普通CISC单片机高将近10 倍的性能。,器件是以ATMEL 的高密度非易失性内存技术生产的。片内Flash 可以通过SPI 接口或通用编程器多次编程。通过将增强的RISC 8位CPU 与Flash 集成在一个芯片内，8535为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的方案。,AT90S8535 是一款基于AVR RISC 的低功耗CMOS 的 8 位单片机。,8,图2.1 AT90S8535 结构方框图,9, 2.1.3 引 脚 配 置1,10, 2.1.3 引脚 配 置2,11, 2.1.3 管 脚 配 置 3,12, 2.1.4 引脚定义 1,（1）VCC、GND： 电源,（2）A 口（PA7PA0）,（3）B 口（PB7PB0）,（4）C 口（PC7PC0）,（5）D 口（PD7PD0）,A 、B 、 C 、 D口：8 位双向I/O 口，每一个管脚都有内部上拉电阻；A 口的输出能够吸收20mA 的电流，可直接驱动LED；在复位过程中，A 口为三态，即使此时时钟还未起振。,另外：大部分可作为特殊功能口（第二功能），如：A 口还可以用作ADC 的模拟输入口。,13, 2.1.4 引脚定义 2,（7）XTAL1：片内振荡器的输入端。 （8）XTAL2：片内振荡器的输出端。,图2.3 晶振连接,图2.4 外部时钟驱动设置,晶体振荡器 或陶瓷振荡器,XTAL2 应悬空,方法1：使用内部时钟,方法2：使用外部时钟,单片机的时钟信号,14, 2.1.4 引脚定义 3,（9）AVCC： A/D 转换器的电源。 应该通过一个低通滤波器与VCC 连接。 （10）AREF： A/D 转换器的参考电源， 介于AGND 与AVCC 之间。 （11）AGND： 模拟地。,以下与AD 转换器有关,思考：与8088有何不同？,15,2. 2 8535单片机的中央处理器CPU,2.2.1 结构概述,2.2.2 通用工作寄存器文件,2.2.3 X、Y、Z 寄存器,2.2.4 ALU运算逻辑单元,16,2.2.1 结构概述,_ ALU算逻运算单元,_32 个8 位通用寄存器R0到R31。,最后6 个可以组成3 个16 位用于间接寻址的寄存器指针：X,Y,Z。,_ 64 个I/O 寄存器,_ R0到R31和 64 个I/O 寄存器 与SRAM内存一样分配有内存地址，允许其象普通内存地址一样访问。,_堆栈分布于SRAM ，堆栈指针SP为 16位，可读写。,PC,17,2.2.2 通用工作寄存器文件,每个寄存器都有一个数据内存地址（前32个地址 ）,两种访问方式,1)寄存器操作模式,2)内存访问模式,特点：编号约大，功能约强。,这种内存组织方式在访问寄存器方面具有极大的灵活性。,18,2.2.3 X、Y、Z 寄存器,寄存器R26R31 除了用作通用寄存器外，还可以组成X、Y、Z 寄存器作为数据间接寻址用的地址指针。 Z 指针可用于查表功能。,有：间接寻址，带偏移量的间接（0-63）寻址，预减1的间接寻址，后加1的间接寻址。,19,2.2.4 ALU运算逻辑单元,AVR ALU 与32 个通用工作寄存器直接相连； ALU 操作分为3 类：算术、逻辑和位操作，包括移位。,20,2. 3 8535单片机存储器组织,21,2.3.1 内部在线可编程Flash,AT90S8535的Flash程序存储器按字编排地址。所有的指令为16位宽，结构为：4K16。擦除次数至少为1000 次。 AT90S8535的程序计数器PC为12位宽，可以寻址全部的Flash 程序区。,程序空间的最低位置定义为复位及中断向量。完整的中断表见表8.1。,可存放固定不变的数据表格，用Z指针查表（LPM指令）.,22,程序存储器中的复位及中断向量,表8.1,程序空间 的最低位 置定义为 复位及中 断向量。,23,2.3.2 内部SRAM数据存储器,_32 个通用寄存器， 64 个I/O 寄存器， 512 字节的SRAM , 共608 个字节。 地址范围 ：$000-$025F。,_ 5种寻址方式：直接，间接，预减的间接，后加的间接，带偏移量的间接寻址。,_一般的地址指针用X，Y，Z；带偏移量的间接寻址用Y，Z。,24,2.3.3 内部EEPROM数据存储器,AT90S8535的EEPROM: 容量：512 字节。 作为一个独立的数据空间而存在的，可以按字节读写。 寿命至少为100000次（擦除）。 其访问由地址寄存器、数据寄存器和控制寄存器决定。 后续章节有专门的详细论述。,25,2.3.4 I/O 寄存器,8535 的所有的外围I/O 都被放置在I/O 空间。,两种访问方式,1)I/O操作模式 ;,2)普通内存访问模式;,用IN 、OUT类 指令来访问不同的I/O 地址。,普通内存地址 I/O地址$20,26,表2.1 AT90S8535 的I/O 空间1,27,表2.1 AT90S8535 的I/O 空间2,28,表2.1 AT90S8535 的I/O 空间3,29,3个重要的I/O寄存器 SREG,一、状态寄存器SREG,在I/O空间的地址为$3F（$5F），定义如下：,初始化值: $00 ；每一位可读可写。,位7I：全局中断使能 ，1：允许；0：禁止。 每一个中断源都还有一个中断允许/屏蔽位。,位6T：位复制存储 位(用户标志),位5H：半进位标志位,（低4位向高4位的进位）,30,3个重要的I/O寄存器 SREG,一、状态寄存器SREG,在I/O空间的地址为$3F（$5F），定义如下：,位0C：进位标志位,位1Z：零值标志位,位2N：负数标志位,位3V：溢出标志位,位4S：标志位；S位N和V的异或。,具体的影响：参考指令集说明 。,31,二、堆找指针SP,16位堆栈指针SP由两个8位的I/O寄存器构成： 低8位SPL：I/O地址$3D($5D) 高8位SPH： $3E($5E),复位后堆栈为SPH=$00，SPL=$00，,相关指令：调用指令、中断指令、 PUSH、POP。,堆栈区：片内SRAM。,堆栈空间必须在对堆栈操作之前被程序定义。,一般被定义成： SP$025F,重要提示：栈顶地址小于栈底地址；栈顶为空，即SP指向的单元不属于当前的堆栈空间。,32,2.3.5 内存映像,33,2. 4 AVR单片机系统复位,复位，就是单片机回到初始状态，I/O寄存器送规定的初始值；PC指向$000，程序从头开始。,90系列单片机有3个复位源：,3. 看门狗复位。当看门狗定时器超时，且看门狗为触发时，复位。,1. 上电复位。当开机供电加至VCC和GND引脚时，复位。,34,RISC（reduced instruction set computer，精简指令集计算机）是一种执行较少类型计算机指令的微处理器 . 纽约约克镇IBM研究中心的John Cocke发现：计算机中约20%的指令承担了80%的工作 ，他于1974年提出了RISC的概念。 理想情况下，一条指令