AVR单片机简介.doc

avr avrAVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。 1997年，由Atmel公司挪威设计中心的A先生和V先生，利用Atmel公司的Flash新技术，共同研发出RISC精简指令集高速8位单片机，简称AVR。AVR的主要特性高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位 , 一直是衡量单片机性能的重要指标，也是单片机占领市场、赖以生存的必要条件。 早期单片机主要由于工艺及设计水平不高、功耗高和抗干扰性能差等原因，所以采取稳妥方案：即采用较高的分频系数对时钟分频，使得指令周期长，执行速度慢。以后的 CMOS单片机虽然采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施，但这种状态并未被彻底改观(51以及51兼容)。此间虽有某些精简指令集单片机(RISC)问世,但依然沿袭对时钟分频的作法。 AVR单片机的推出，彻底打破这种旧设计格局，废除了机器周期，抛弃复杂指令计算机(CISC)追求指令完备的做法；采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中(指令集中占大多数的单周期指令都是如此)，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。当然这种速度上的升跃，是以高可靠性为其后盾的。 AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆(32个寄存器文件)和单体高速输入/输出的方案(即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑)。提高了指令执行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶颈现象，增强了功能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。故AVR单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。 AVR单片机内嵌高质量的Flash程序存储器，擦写方便，支持ISP和IAP，便于产品的调试、开发、生产、更新。内嵌长寿命的EEProm可长期保存关键数据，避免断电丢失。片内大容量的RAM不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效的支持使用高级语言开发系统程序,并可像MCS-51单片机那样扩展外部 RAM。 AVR单片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定（初始）高阻输入、驱动能力强（可省去功率驱动器件）等特性，使的得I/O口资源灵活、功能强大、可充分利用。 AVR单片机片内具备多种独立的时钟分频器，分别供URAT、I2C、SPI使用。其中与8/16位定时器配合的具有多达10 位的预分频器，可通过软件设定分频系数提供多种档次的定时时间。AVR单片机独有的“以定时器/计数器（单）双向计数形成三角波，再与输出比较匹配寄存器配合，生成占空比可变、频率可变、相位可变方波的设计方法(即脉宽调制输出PWM)”更是令人耳目一新。 增强性的高速同/异步串口，具有硬件产生校验码、硬件检测和校验侦错、两级接收缓冲、波特率自动调整定位（接收时）、屏蔽数据帧等功能，提高了通信的可靠性，方便程序编写，更便于组成分布式网络和实现多机通信系统的复杂应用，串口功能大大超过MCS-51/96单片机的串口，加之AVR单片机高速，中断服务时间短，故可实现高波特率通讯。 面向字节的高速硬件串行接口TWI、SPI。TWI与I2C接口兼容，具备ACK信号硬件发送与识别、地址识别、总线仲裁等功能，能实现主/从机的收/发全部4种组合的多机通信。SPI支持主/从机等4种组合的多机通信。 AVR单片机有自动上电复位电路、独立的看门狗电路、低电压检测电路BOD，多个复位源(自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、BOD复位)，可设置的启动后延时运行程序，增强了嵌入式系统的可靠性。 AVR单片机具有多种省电休眠模式，且可宽电压运行（5-1.8V），抗干扰能力强，可降低一般8位机中的软件抗干扰设计工作量和硬件的使用量。 AVR单片机技术体现了单片机集多种器件(包括FLASH程序存储器、看门狗、EEPROM、同/异步串行口、TWI、SPI、A/D模数转换器、定时器/计数器等)和多种功能(增强可靠性的复位系统、降低功耗抗干扰的休眠模式、品种多门类全的中断系统、具输入捕获和比较匹配输出等多样化功能的定时器/计数器、具替换功能的I/O端口 )于一身，充分体现了单片机技术的从“片自为战”向“片上系统SoC”过渡的发展方向。 综上所述，AVR单片机博采众长，又具独特技术，不愧为8位机中的佼佼者。 编辑本段AVR 最大特点 哈佛结构，具备1MIPS / MHz的高速运行处理能力； 超功能精简指令集（RISC），具有32个通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用单一ACC进行处理造成的瓶颈现象； 快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小、执行效率，部分型号FLASH非常大，特别适用于使用高级语言进行开发； 作输出时与PIC的HI/LOW相同，可输出40mA（单一输出），作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具备10mA-20mA灌电流的能力； 片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠； 大部分AVR片上资源丰富：带E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等； 大部分AVR除了有ISP功能外，还有IAP功能，方便升级或销毁应用程序 AVR系列单片机的选型 AVR单片机系列齐全,可适用于各种不同场合的要求。AVR单片机有3个档次: 低档Tiny系列AVR单片机: 主要有Tiny11/12/13/15/26/28等； 中档AT90S系列AVR 单片机: 主要有AT90S1200/2313/8515/8535等； (正在淘汰或转型到Mega中) 高档ATmega系列AVR单片机: 主要有ATmega8/16/32/64/128（ 存储容量为8/16/32/64/128 KB）以及ATmega8515/8535等。 AVR也是自动电压调节器的缩写 Stanford AVR SX440- 编辑本段AVR开发软件AVR Studio ATMEL的AVR单片机的集成环境汇编级开发调试软件，完全免费。ATMEL AVR Studio集成开发环境(IDE) ,包括了AVR Assembler编译器、AVR Studio调试功能、AVR Prog串行、并行下载功能和JTAG ICE仿真等功能。 SL ISP 双龙公司开发的ISP下载软件。之前的版本都比较普通，最新版本1.423引入了STK500的熔丝位界面，让操作比较简易，并且不容易出错。是国产的老牌下载器。 PnoyProg 经典的ISP下载软件。但这个版本有一个缺陷：该软件读出的时钟校正值只有1MHZ的校正，其他频率的校正值无法读出。这是一个很好用的免费软件。一年多没有更新了,2005.05更新了一个新版本，支持了 tiny2313,mega8515,mega8535,但奇怪的是，仍不支持 M48/88/168. VMLAB Vmlab是AVR系列单片机的一个纯软件模拟仿真工具。 从V3.12开始，它变成了免费的版本。Vmlab还能仿真ST62系列的单片机 GCCAVR(WinAVR) GCC是Linux的唯一开发语言。就嵌入系统应用来说，几乎所有市面上有一定市场份额的8bit以上MCU都有爱好者移植GCC在其上。 GCC的编译器优化程度可以说是目前世界上民用软件中做的最好的，完全用ANSI?C规范写出的超过一万行代码的程序，目前还没有任何一种编译器产生的目标代码能比GCC产生的代码速度更快，但是同时它的bug数量却也可以算作所有民用C编译器中最少的 就8bit开发而言，GCC还有一个很严重的缺陷就是，不支持float数据类型，实际上GCC在所有环境中都把float直接定义为double，这样，对8bit环境来说，就显得负担过重了。 被移植到WINDOWS平台上，整合了各个组件后的Windows版GCCAVR就是WinAVR。不是IDE，自己定制IDE的时候就要用到makefile，makefile重要作用就是：指定所用的单片机类型，指定编译的文件，设定编译优化条件等。 编辑本段AVR开发工具与入门芯片的推荐stk500下载线 STK500是 ATmel 官方目前唯一推荐的下载烧录方式。在 AVR Studio中，它保持不断的升级与更新，可以支持目前、将来的AVR芯片。下载速度比并口ISP快，并且更加稳定。 JTAG 仿真器 使用 AVR Studio 打开 *.cof 或 *.elf 仿真文件后，就能进行仿真操作。方便开发时测试与调试。 支持仿真的芯片：ATmega16、ATmega32、ATmega64、ATmega128、ATmega323、ATmega162 、ATmega165 推荐AVR入门级芯片 ATmega16 推荐原因： 1. 目前的主流AVR，性价比最高的AVR芯片之一，货源允足。零售价仅为20元，100片以上批量可降至14元。2. 16K的FLASH，满足绝大部分的实验需要。3. 内置丰富、强大的功能。几乎涉及AVR芯片的所有功能。详情请参考中文数据手册。4. 支持JTAG仿真，不需要购买较昂贵的仿真器。5. 有直插封装，方便实验焊接。AVR芯片分类AVR单片机系列齐全,可适用于各种不同场合的要求。AVR单片机有3个档次: 低档Tiny系列AVR单片机: 主要有Tiny11/12/13/15/26/28等； 中档AT90S系列AVR 单片机: 主要有AT90S1200/2313/8515/8535等； (正在淘汰或转型到Mega中，详情请参考：AVR宣布到期的芯片清单） 高档ATmega系列AVR单片机: 主要有ATmega8/16/32/64/128（ 存储容量为8/16/32/64/128 KB）以及ATmega8515/8535。 新的型号还有 ATmega48/88/168 (存储容量为4/8/16K) 等。 编辑本段AVR 装甲侦察车Armored Vehicle Reconnaissance 装甲侦察车 装有侦察设备的装甲战斗车辆。主要用于实施战术侦察。分履带式和轮式2种。现代装甲侦察车装有多种侦察仪器和设备。装甲侦察车的外廓尺寸小、重量轻、速度快。战斗全重616吨，个别的达19.5吨，乘员35人。车上通常装有2030毫米机关炮和7.62毫米机枪，有些车装有76105毫米火炮或14.5毫米机枪 编辑本段AVR 自动电压调节器电压调节器（AVR）是一种密封电子装置，通过控制低功率的励磁机磁场，调节励磁机电枢的整流输出功率，从而达到控制主机磁场电流，稳定无刷发电机之输出电压要求，具有低频与无输入信号保护装置。并附有并联补偿功能，符合客户扩增容量需求。 以斯坦福AVR SX440为例，其一般规格如下： 输入电源 170V265VAC 50/60Hz 侦测电源 190V270VAC 最大输出 4A 95VDC 电压调整率 0.5% 发电机磁场电阻 最小15欧姆 外接电位器 1K欧 1/2W 电位器时8% 电压建立（初期） 当剩磁电