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附录A 高性能、低功耗的8位AVR微处理器Atmega16一、产品特性先进的RISC结构131条指令大多数指令执行时间为单个时钟周期32个8位通用工作寄存器全静态工作工作于16MHz时性能高达16MIPS只需两个时钟周期的硬件乘法器非易失性程序和数据存储器16K字节的系统内可编程Flash擦写寿命：10,000次具有独立锁定位的可选Boot代码区通过片上Boot程序实现系统内编程真正的同时读写操作512字节的EEPROM擦写寿命：100,000次1K字节的片内SRAM可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密JTAG接口(与IEEE1149.1标准兼容)符合JTAG标准的边界扫描功能支持扩展的片内调试功能通过JTAG接口实现对Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器具有独立振荡器的实时计数器RTC四通道PWM8路10位ADC8个单端通道TQFP封装的7个差分通道2个具有可编程增益（1x,10x,或200x）的差分通道面向字节的两线接口两个可编程的串行USART可工作于主机/从机模式的SPI串行接口具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器片内模拟比较器特殊的处理器特点上电复位以及可编程的掉电检测片内经过标定的RC振荡器片内/片外中断源6种睡眠模式：空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby模式以及扩展的Standby模式I/O和封装32个可编程的I/O口40引脚PDIP封装,44引脚TQFP封装,与44引脚MLF封装工作电压：ATmega16L：2.7-5.5VATmega16：4.5-5.5V速度等级0-8MHz ATmega16L0-16MHz ATmega16ATmega16L在1MHz,3V,25C时的功耗正常模式：1.1mA空闲模式：0.35mA掉电模式：1A二、综述ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU)相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。ATmega16有如下特点：16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP封装)的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU停止工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。本芯片是以Atmel高密度非易失性存储器技术生产的。片内ISP Flash允许程序存储器通过ISP串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于AVR内核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区(ApplicationFlash Memory)。在更新应用Flash存储区时引导Flash区(Boot Flash Memory)的程序继续运行，实现了RWW操作。通过将8位RISC CPU与系统内可编程的Flash集成在一个芯片内，ATmega16成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。ATmega16具有一整套的编程与系统开发工具，包括：C语言编译器、宏汇编、程序调试器/软件仿真器、仿真器及评估板。三、引脚说明VCC数字电路的电源GND地端口A(PA7.PA0)端口A做为A/D转换器的模拟输入端。端口A为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A处于高阻状态。端口B(PB7.PB0)端口B为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B处于高阻状态。端口C(PC7.PC0)端口C为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C处于高阻状态。如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚PC5(TDI)、PC3(TMS)与PC2(TCK)的上拉电阻被激活。端口D(PD7.PD0)端口D为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D处于高阻状态。RESET复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。持续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。XTAL1反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。XTAL2反向振荡放大器的输出端。AVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC连接。AREF A/D的模拟基准输入引脚。具有PWM功能的8位定时器/计时器0T/C0是一个通用的单通道8位定时器/计数器模块。其主要特点如下：单通道计数器比较匹配发生时清除定时器(自动加载)无干扰脉冲，相位正确的PWM频率发生器外部事件计数器10位的时钟预分频器溢出和比较匹配中断源(TOV0和OCF0)综述Figure27为8位定时器/计数器的简化框图。CPU可以访问的I/O寄存器，包括位和引脚，以粗体显示。寄存器T/C(TCNT0)和输出比较寄存器(OCR0)为8位寄存器。中断请求(图中简写为Int.Req.)信号在定时器中断标志寄存器TIFR都有反映。所有中断都可以通过定时器中断屏蔽寄存器T/C可以通过预分频器由内部时钟源驱动，或者是通过T0引脚的外部时钟源来驱动。时钟选择逻辑模块控制使用哪一个时钟源与什么边沿来增加(或降低)T/C的数值。如果没有选择时钟源T/C就不工作。时钟选择模块的输出定义为定时器时钟clkT0。双缓冲的输出比较寄存器OCR0一直与T/C的数值进行比较。比较的结果可用来产生PWM波，或在输出比较引脚OC0上产生变化频率的输出。比较匹配事件还将置位比较标志OCF0。此标志可以用来产生输出比较中断请求。定义本文的许多寄存器及其各个位以通用的格式表示。小写的“n”取代了T/C的序号，在此即为0。小写的“x”取代了输出比较单元通道，在此即为通道A。但是在写程序时要使用精确的格式，例如使用TCNT0来访问T/C0计数器值，等等。T/C时钟源T/C可以由内部同步时钟或外部异步时钟驱动。时钟源是由时钟选择逻辑决定的，而时钟选择逻辑是由位于T/C控制寄存器TCCR0的时钟选择位CS02:0控制的。P81“T/C0与T/C1的预分频器”对时钟源与预分频有详尽的描述。工作模式T/C和输出比较引脚的行为-由波形发生模式(WGM01:0)及比较输出模式(COM01:0)的控制位决定。比较输出模式对计数序列没有影响，而波形产生模式对计数序列则有影响。COM01:0控制PWM输出是否为反极性。非PWM模式时COM01:0控制输出是否应该在比较匹配发生时置位、清零，或是电平取反。普通模式普通模式(WGM01:0=0)为最简单的工作模式。在此模式下计数器不停地累加。计到8比特的最大值后(TOP=0xFF)，由于数值溢出计数器简单地返回到最小值0x00重新开始。在TCNT0为零的同一个定时器时钟里T/C溢出标志TOV0置位。此时TOV0有点象第9位，只是只能置位，不会清零。但由于定时器中断服务程序能够自动清零TOV0，因此可以通过软件提高定时器的分辨率。在普通模式下没有什么需要特殊考虑的，用户可以随时写入新的计数器数值。输出比较单元可以用来产生中断。但是不推荐在普通模式下利用输出比较来产生波形，因为这会占用太多的CPU时间。CTC(比较匹配时清零定时器)模式在CTC模式(WGM01:0=2)下OCR0寄存器用于调节计数器的分辨率。当计数器的数值TCNT0等于OCR0时计数器清零。OCR0定义了计数器的TOP值，亦即计数器的分辨率。这个模式使得用户可以很容易地控制比较匹配输出的频率，也简化了外部事件计数的操作。快速PWM模式(WGM01:0=3)可用来产生高频的PWM波形。快速PWM模式与其他PWM模式的不同之处是其单斜坡工作方式。计数器从BOTTOM计到MAX，然后立即回到BOTTOM重新开始。对于普通的比较输出模式，输出比较引脚OC0在TCNT0与OCR0匹配时清零，在BOTTOM时置位；对于反向比较输出模式，OC0的动作正好相反。由于使用了单斜坡模式，快速PWM模式的工作频率比使用双斜坡的相位修正PWM模式高一倍。此高频操作特性使得快速PWM模式十分适合于功率调节，整流和DAC应用。高频可以减小外部元器件(电感，电容)的物理尺寸，从而降低系统成本。计时器数值达到MAX时T/C溢出标志TOV0置位。如果中断使能，在中断服务程序可以更新比较值。工作于快速PWM模式时，比较单元可以在OC0引脚上输出PWM波形。设置COM01:0为2可以产生普通的PWM信号；为3则可以产生反向PWM波形要想在引脚上得到输出信号还必须将OC0的数据方向设置为输出。产生PWM波形的机理是OC0寄存器在OCR0与TCNT0匹配时置位(或清零)，以及在计数器清零(从MAX变为BOTTOM)的那一个定时器时钟周期清零(或置位)。输出的PWM频率可以通过如下公式计算得到：变量N代表分频因子(1、8、64、256或1024)。OCR0寄存器为极限值时表示快速PWM模式的一些特殊情况。若OCR0等于BOTTOM，输出为出现在第MAX+1个定时器时钟周期的窄脉冲；OCR0为MAX时，根据COM01:0的设定，输出恒为高电平或低电平。通过设定OC0在比较匹配时进行逻辑电平取反(COM01:0=1)，可以得到占空比为50%的周期信号。OCR0为0时信号有最高频率foc2=fclk_I/O/2。这个特性类似于CTC模式下的OC0取反操作，不同之处在于快速PWM 模式具有双缓冲。本文摘自Atmega16L官方数据手册。附录 , Atmega16 8 AVR , 131 - 328 16 16 MIPS 2 16K - programmable : 10.000 , Read-write EEPROM 512 : 100.0001K SRAM encryption JTAG ( IEEE 1149.1 ) JTAG JTAG , EEPROM, melt silk 2 pre- 8 pre-, 16 RTC ADC 8 10 PWM 8 2 7TQFP programmable (1x, 10x, 200x) serial USART programmable GLAVN SPI programmable , programmable RC interrupt 6 : , abatement ADC, , , , i .O 32 programmable IO40 PDIP, 44 TQFP, 44 MLF :ATmega16L：2.7 - 5.5VATmega16：4.5 - 5.5V 0 - 8 MHz ATmega16L0 - 16 MHz ATmega16ATmega16L 1 , 3V, 25C : : 1.1 mA : 0.35 mA : 1 A-, ATmega16 AVR RISC CMOS 8 -. , , ATmega16 1 MIPS/, . AVR 32. (ALU) , 2 . , CISC - 10 .ATmega16 following : 16K programmable ( read-write , namely RWW), 512 EEPROM, 1K SRAM, 32 i o, 32 , JTAG, debugging , 3 (T/C), interrupts, Programmable serial USART, , 8 10 programmable () TQFP ADC, programmable, SPI , , 6 . C P U, USART, 2 , A/ d, SRAM, T/C, SPI , ; , , interrupt ; , , , dormant ; abatement ADC C P U ADC I o, ADC; crystal , dormant , , ; . Atmel high-density . ISP ISP, , AVR vectoring . Vectoring , download ( ApplicationFlash). OBLAST ( ) , RWW. C P U 8 RISC programmable , ATmega16 formidable - , . ATmega16 , : C - , , debugger/ , .-, VCC GND a (PA7.PA0) a A/ d. a 8 IO, programmable . , . , , lowly exterior . , even if , a . b (PB7.PB0) port b 8 IO, programmable . , . , , lowly exterior . , even if , port b . c (PC7.PC0) port c 8 IO, programmable . , . , , lowly exterior . , , port c . JTAG , even if PC5 (TDI), PC3 (TMS) PC2 (TCK) . d (PD7.PD0) port d 8 IO, programmable . , . , , lowly exterior . , even if , port d . . . . XTAL1 . - XTAL2.AVCC port a A/D . ADC, VCC. ADC VCC. AREF A/D . 8 PWM 0.T/C0 8 . : (autoloading) non-, pre- 10 PWM interrupt (TOV0 OCF0)T/C (TCNT0) (OCR0) 8 . interrupt ( .Req. ) TIFR interrupt . interrupts interrupt T/C pre- , T0 exterior. T/ ( ) c. T/ C . clkT0 . OCR0 T/ c . PWM, OC0 , P69 . OCF0. interrupt . . n T/ c, 0. x , A
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