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 1AVR单片机AT90S8535的总体结构 2 28535单片机的中央处理器CPU 2 38535单片机存储器组织 2 4AVR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 EnhancedRISCMicrocontrollers 通常简称为AVR单片机 2 2 1AVR单片机AT90S8535的总体结构 2 1 1AT90S8535的特点 1 AVRRISC结构 2 AVR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 1AT90S8535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 0 4MHz AT90LS8535 0 8MHz AT90S8535 4 2 1 1AT90S8535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 1AT90S8535特点 3 6 工作电压 2 7V 6 0V AT90LS8535 4 0V 6 0V AT90S8535 7 I 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 1AT90S8535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 9 AT90LS8535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 1 A 7 2 1 2AT90S8535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RISC8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AVRRISC的低功耗CMOS的8位单片机 8 图2 1AT90S8535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 PA7 PA0 3 B口 PB7 PB0 4 C口 PC7 PC0 5 D口 PD7 PD0 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 28535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 3X Y Z寄存器 2 2 4ALU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 3X Y Z寄存器 寄存器R26 R31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 4ALU运算逻辑单元 AVRALU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 38535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 4K 16 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 4I 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 1AT90S8535的I O空间 1 27 表2 1AT90S8535的I O空间 2 28 表2 1AT90S8535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7 I 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6 T 位复制存储位 用户标志 位5 H 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0 C 进位标志位 位1 Z 零值标志位 位2 N 负数标志位 位3 V 溢出标志位 位4 S 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 4AVR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 reducedinstructionsetcomputer 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JohnCocke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 一条指令应在一个时钟周期内执