教学材料《AVR单片机》-第一章

第一节AVR单片机简介

AVR是美国ATMEL公司生产的高速8位单片机，它是业界第一款真正意义上的RISC体系结构的单片机。AVR在设计时，指令集允分考虑了对高级编程语言的支持，并吸取了PIC及8051等单片机的优点，同时在内部结构上还作了一些重大改进，这些使得它具有如下众多优点。(1)采用CMOS技术和RISC架构，(2)超功能精简指令(3)像8051一样，有多个固定中断入口地址，可快速响应中断(4)程序存储器为价格低廉、可擦写1万次以上下一页返回第一节AVR单片机简介(5)高度保密(6)程序写入器件时，可以使并行方式写入(用编程器写入)，也可使用串行在线下载(7)AVR单片机还在片内集成了可擦写10万次的EEPROM数据存储器(8)通用数字I/O口的输入输出特性与PIC的HI/LOW输出及三态高阻抗HI一Z输入类同(9)工业级产品。

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(10)单片机内集成有模拟比较器，可组成廉价的A/D转换器

(11)具有多种不同方式的休眠省电功能和低功耗的工作方式。

(12)许多AVR单片机具有内部的RC振荡器，提供1/2/4/8MHz的工作时钟，使该类单片机无需外加时钟电路元器件即可工作，非常简单和方便

(13)有多个带预分频器的8位和16位功能强大的计数器/定时器(C/T)，除了实现普通的定时和计数功能外，还具有输入捕获、产生PWM输出等更多的功能上一页下一页返回第一节AVR单片机简介(14)性能优良的串行同/异步通信USART口，不占用定时器。可实现高速同/异步通信。

(15)ATmega8515及ATmega128等芯片具有可并行打一展的外部接口，打一展能力达64KB(16)工作电压范围宽1.8一5.5V，具有系统电源低电压检测功能，电源抗干扰性能强。

(17)有多通道的10位A/D及实时时钟RTC。许多AVR芯片内部集成了8路10位A/D接口，如:ATmega48,ATmegal6,ATmega8535等

(18)同PIC一样，带有可设置的启动复位延时计数器。上一页返回第二节单片机的基木组成一、单片机的基本组成结构单片机嵌入式系统的核心部件是单片机，其结构特征是将组成计算机的基本部件集成在一块晶体芯片上，构成一片具有特定功能的单芯片计算机——单片机。内部的基本组成结构如图1一1所示。下一页返回第二节单片机的基木组成二、单片机的基本单元与作用1.MCU单元(MicroControllerUnit）MCU单元部分包括了CPU、时钟系统、复位、总线控制逻辑等电路2.片内存储器一般分成程序存储器和数据存储器，相互独立的两个存储空间。3.程序存储器为适应不同产品、用户和不同场合的需要，单片机的程序存储器有以下几种不同形式:上一页下一页返回第二节单片机的基木组成(1)ROMLess型(2)EPROM型。(3)MaskROM型(4)OTPROM型。(5)FlashROM型上一页下一页返回第二节单片机的基木组成4.数据存储器单片机在片内集成的数据存储器一般有两类:随机存储器RAM和电可擦除存储器EEPROM(1)随机存储器RAM。

(2)电可擦除存储器EEPROM。5.输入/输出(I/O)端口(1)并行总线输入/输出端口(并型I/O)口。(2)通用数字I/O端口。(3)串行I/O通信口。上一页下一页返回第二节单片机的基木组成6.特殊功能寄存器操作管理寄存器也是单片机芯片中的重要组成部分之一。它的功能是管理、协调、控制和操作单片机芯片中的各功能单元的使用和运行。这类寄存器的种类有:状态寄存器、控制寄存器、方式寄存器、数据寄存器等上一页返回第三节ATmega48单片机的组成一、AVR单片机的内核结构图1-2为典型的AVR单片机的内核结构图。为了提高MCU并行处理的运行效率，AVR单片机采用了程序存储器和数据存储器使用不同的存储空间和存取总线的哈佛(Harvard)结构。算术逻辑单元(ALU)使用单级流水线操作方式对程序存储器进行访问，在执行当前一条指令的同时，也完成了从程序存储器中取出下一条将要执行指令的操作，因此执行一条指令仅需要一个时钟周期。下一页返回第三节ATmega48单片机的组成二、ATmega48的特点ATmega48主要特点如下:(1)高性能、低功耗的8位AVR⑧微处理器

(2)先进的RISC结构①131条指令—大多数指令的执行时间为单个时钟周期。②32x8通用工作寄存器③全静态操作。④工作于16MHz时性能高达16MIPS⑤只需两个时钟周期的硬件乘法器。上一页下一页返回第三节ATmega48单片机的组成

(3)非易失性的程序和数据存储器。①4/8/16KB的系统内可编程Flash②擦写寿命:10000次③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。④256/512/512B的EEPROM擦写寿命:100000次⑤512/1IB的片内SRAM⑥可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密上一页下一页返回第三节ATmega48单片机的组成

(4)外设特点①两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器。②一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能16位定时器/计数器。③具有独立振荡器的实时计数器RTC。④六通道PWM⑤8路10位ADC(TQFP与MLF封装)⑥6路10位ADC(PDIP封装)上一页下一页返回第三节ATmega48单片机的组成⑦可编程的串行USART接口。⑧可工作于主机/从机模式的SPI串行接口。⑨面向字节的两线串行接口。⑩具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器。（11）片内模拟比较器（12）引脚电平变化可引发中断及唤醒MCU上一页下一页返回第三节ATmega48单片机的组成(5)特殊的微控制器特点①上电复位以及可编程的掉电检测②经过标定的片内RC振荡器③片内/外中断源④五种休眠模式:空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式和Stand场模式。上一页下一页返回第三节ATmega48单片机的组成(6)I/0口与封装1023个可编程的I/O口线②32引脚TQFP封装与32引脚MLF封装(7)工作电压①ATmega48V/88V/168V:1.8一5.5V②ATmega48/88/168:2.7一5.5V(8)工作温度范围①一40℃一85℃上一页下一页返回第三节ATmega48单片机的组成(9)极低功耗①正常模式:1MHz，1.8V:300μA32kHz，1.8V:20μA②掉电模式:1.8V，0.5μA上一页下一页返回第三节ATmega48单片机的组成三、外部引脚与封装

ATmega48单片机有三种形式的封装:28脚窄双列直插PDIP,32脚方形的TQFP和MLF形式(贴片形式)。其外部引脚封装如图1一3所示。其中，各个引脚的功能如下:1.电源、系统晶振、芯片复位引脚（1）Vcc:芯片供电(片内数字电路电源)输入引脚，使用时连接到电源正极(2)AVcc:为端口A和片内ADC模拟电路电源输入引脚不使用ADC时，直接连接到电源正极;使用ADC时，应通过一个低通电源滤波器与Vcc连接(3)AREF:使用ADC时，可作为外部ADC参考源的输入引脚上一页下一页返回第三节ATmega48单片机的组成(4)GND:芯片接地引脚，使用时接地(5)XTAL2:片内反相振荡放大器的输出端(6)XTALl:片内反相振荡放大器和内部时钟操作电路的输入端。(7)RESET:RESET为芯片复位输入引脚。在该引脚上施加(拉低)一个最小脉冲宽度为1.5μs的低电平，将引起芯片的硬件复位(外部复位)上一页下一页返回第三节ATmega48单片机的组成2.I/O引脚ATmega48可使用最多23条I/O口线，分成PB,PC和PD三个端口，他们全部是可编程控制的双(多)功能复用的I/O引脚(口)。其中PD是一个完整的8位端口，PB口的PB6,PB7与时钟输入引脚复用，在使用片内的RC振荡时才可以选择使用，PC口只有7个I/O引肚P,PC6与RESET引肚P复用，在外部不接复位电路时方可使用。上一页返回第四节ATmega48的

存储器结构和地址空间一、支持ISP的Flash程序存储器AVR单片机包括1一128KB的片内支持ISP的Flash程序存储器。由于AVR所有指令为16位字或32位双字，故Flash程序存储器的结构为(512B一64KB)x16位。对于ATmega88与ATmega168，用户程序的安全性要根据Flash程序存储器的两个区:引导(Boot)程序区和应用程序区分开来考虑下一页返回第四节ATmega48的

存储器结构和地址空间二、数据存储器SRAM空间CPU对SRAM数据存储器的寻址方式分为5种:直接寻址、带偏移量的间接寻址、间接寻址、带预减量的间接寻址和带后增量的间接寻址。ATmega48不支持外部SRAM扩展三、内部EE