ATmega16单片机(AVR)主要特点总结

这款AVR单片机现在变得好贵啊!

本不打算学习AVR的, 因为早先贪多, 买了本马潮老师的书(真心不错的一本书), 现在不看浪费, 看了不做也浪费, 所以买了几块芯片做着学, 反正各种处理器也没啥大的区别! 总归没有坏处.

在加上硬件基础知识真心烂啊! 希望亲自画/搭电路好好补补, 对以后学习 RISC 体系的 ARM 处理器应该也有益处. ^_^

这篇博客内容, 其实多数都是手册上或者马老师书上的(<AVR 单片机嵌入式系统原理与应用实践.2版>), 之所以写博客上为了做做笔记, 加深记忆. 好了, 吐槽完毕, 舒畅多了, 开干!!!

芯片手册有中/英文版, 可以到Atmel官网或者网络搜索下载. 不多说.

下面就总结一下AVR单片机ATmega16的主要特点:

(注: 括号内有红色 *x* 符号的表示文章下方会有解释/扩展)

1) 采用 RISC 结构的AVR内核单片机.

131 条机器指令, 大多数指令为单个系统时钟周期执行的指令;
32 个 8 位通用工作寄存器;
全静态工作方式(Fully Static Operation). (*A*)
工作在 16 MHz 时具有 16 MIPS 的性能.(注: ATmega16L 系列最大工作频率为 8 MHz);
内部配备有 2 个时钟周期的硬件乘法器.

2)片内自带大容量, 非易失的程序和数据存储器 (*B*)

16KB 在线可编程(ISP, In-System Programming)Flash 程序存储器(擦写次数>10 000), 采用 Boot load 技术支持IAP(In-Application Programming)功能.
1KB片内 SRAM 数据存储器, 可以实现 3 级锁定的程序加密;
512 字节片内 ISP 的EEPROM 数据存储器(擦鞋次数>100 000);

3) 片内含JTAG接口

支持符合 JTAG 标准(与IEEE 1149.1 标准兼容)的边界扫描功能, 用于芯片检测;
支持扩展的片内在线调试功能;
可通过 JTAG 接口对片内 Flash, EEPROM, 熔丝位和加密锁定位实现下载编程; (*C*)

4) 外围接口

2 个带有分别独立和可设置预分频的 8 位定时/计数器;
1 个带有可设置预分频器, 具有比较, 捕捉功能的 16 位定时/计数器;
片内含独立振荡器的实时时钟 RTC;
4 路 PWM 通道;
8 路 10 位 ADC;
面向字节的两线接口 TWI(Two—Wire Serial Interface, 完全兼容 IIC 总线硬件接口);
1 个可编程, 增强型全双工, 支持同步/异步通信的串行接口 USART;
1 个可工作于主机/从机模式的 SPI (Serial Peripheral Interface Bus)串行接口(支持 ISP 程序下载);
片内集成模拟比较器; (*D*)
片内含有可编程的具有独立片内震荡期的看门狗定时器 WDT;

5) 其他特点

内含上电复位电路以及可编程的掉电检测复位电路 BOD(Brown-out Detection);
片内含有 1/2/4/8 MHz 经过标定的, 可校正的 RC 震荡器, 可作为系统时钟使用;
21 种内外部中断源; (*E*)
6 种休眠模式(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), 支持节电方式工作;
32 个可编程 I/O 口. 封装方式有: 40脚 PDIP 封装, 44 脚 TQFP 封装, 与44 脚的 MLF 封装; (*F*)
工作电压: ATmega16L 为 2.7~5.5V, ATmega16 为 4.5~5.5V;
运行速度: ATmega16L为 0~8MHz, ATmega16为0~16MHz;
功耗指标: ATmega16L 工作在 1MHz, 3V, 25摄氏度时: 典型功耗为 1.1mA, 空闲模式为 0.35mA, 掉电模式为 < 1uA;

注释A:

全静态工作方式就是时钟停止振荡(而且手册中也说了工作频率是 0~8/16MHz), 但是寄存器和数据存储器(ATmega16采用的是 SRAM 存储器, 所以不必进行定时刷新)的数据不会丢失. 前提是你电源得存在, 不然就关机了不是?

注释B:

Atmega16 单片机的 Flash 程序存储器空间可以分为两段: 引导程序段(Boot Program Section)和应用程序段(Application Program section). 两段的读/写保护可以分别通过设置对应的锁定位(Lock Bits)来实现. 在引导程序段内驻留的引导程序中, 可以使用 SPM 指令实现对应用程序段的写操作(即实现 IAP 功能, 使系统能自懂更新系统程序). 在 AVR 中, 所有的存储空间都是线型的. SRAM 可以通过 6 种不同的寻址方式进行访问.(分别是: 数据存储器空间直接/间接寻址, 带后增/预减量的数据存储器空间的寄存器间接寻址, 带位移的数据存储器空间的寄存器间接寻址, 数据存储器空间堆栈寄存器 SP 间接寻址).

注释C:

熔丝是一个保护知识产权的设计。就是在特定的引脚上加上电压，足够的电流，就可以烧断里边的这根熔丝(AVR的熔丝可以多次编程, 并不是 OTP 熔丝)，烧断以后，片里的程序就不可以被读出来也不能改写了，只能用来运行. 通过设定和配置 AVR 单片机的熔丝位, 我们就可以使 AVR 具有不同特性的功能组合, 更加适合实际的使用和学习. 出厂时不同熔丝位的设定值是不同的, 一定要注意区分, 熔丝位的配置在 AVR 单片机中非常重要, 配置不好可能会锁死单片机或者不能正常工作; 配置之前一定要对照datasheet 手册仔细核对准; 一定要发篇博客总结学习下.

注释D:

比较器是通过比较两个输入端的电流或电压的大小，在输出端输出不同电压结果的电子元件。比较器常被用于模数转换电路中。使用 AVR 的模拟比较器就可以构成 ADC 转换器; AVR 单片机在复位后, 模拟比较器是处于允许工作状态的. 如果不使用它, 就把寄存器 ACSR 的 ACD 位设置为 1, 以关闭模拟比较器减少电源消耗; 与其相关的寄存器是 SFIOR 和 ACSR. AVR 的模拟比较器是 AVR 的中断源之一;

注释E:

这 21 个内外部中断源是(按优先级排序):

**AVR单片机中断向量区**
向量号	Flash空间地址	中断源	中断定义说明
1	$000	RESET	外部引脚电平引发的复位, 上电复位, 掉电检测复位, 看门狗复位, JTAG AVR 复位
2	$002	INT0	外部中断 0
3	$004	INT1	外部中断 1
4	$006	TIMER 2 COMP	定时/计数器 2 比较匹配
5	$008	TIMER 2 OVF	定时/计数器 2 溢出
6	$00A	TIMER 1 CAPT	定时/计数器 1 事件捕捉
7	$00C	TIMER 1 COMPA	定时/计数器 1 比较匹配 A
8	$00E	TIMER 1 COMPB	定时/计数器 1 比较匹配 B
9	$010	TIMER 1 OVF	定时/计数器 1 溢出
10	$012	TIMER 0 OVF	定时/计数器 0 溢出
11	$014	SPI STC	SPI 串行传输结束
12	$016	USART RXC	USART, 接收结束
13	$018	USART UXRE	USART, 数据寄存器空
14	$01A	USART TXC	USART, 发送结束
15	$01C	ADC	A/C 转换结束
16	$01E	EE_RDY	EEPROM 就绪
17	$020	ANA_COMP	模拟比较器
18	$022	TWI	两线串行接口
19	$024	INT2	外部中断请求 2
20	$026	TIMER 0 COMP	定时/计数器 0 比较匹配
21	$028	SPM_RDY	保存程序存储器内容就绪

中断向量区大小 = 中断源个数 X 每个中断向量占据字数

其中中断还分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断(AVR 中复位为唯一一个不可屏蔽的中断).

注释F:

AVR 单片机的 I/O 口共 32 个, 分为 4 组端口, 每组 8 个; 4 个端口的第一功能是通用的双向 I/O 口, 每位都要通过指令设置为独立的输入/输出口. 设置为输入时内部自带有上拉电阻, 这些内部上拉可以通过编程设置为有效或者无效. 当输出高电平时, 可输出 20mA 的电流, 而当输出低电平时,可以吸收 40mA 的电流. 因此 AVR 可以直接驱动数码管和 LED 发光二极管. 另外要注意的就是, AVR 单片在复位后, 所有的 I/O 口都是默认为输入方式的, 上拉电阻无效, 即I/O为输入高阻的三态状态. I/O空间为连续的 64 个 I/O 寄存器空间, 他们分别对应单片机各个外围功能的控制和数据寄存器地址. I/O 寄存器空间可使用 I/O 寄存器访问指令直接访问, 也可将其映射为通用工作寄存器组后的数据存储器空间, 使用数据存储器访问指令进行操作. I/O 寄存器空间在数据存储器空间的映射地址为 $020--&05F.

下图是 AVR 单片机的内部结构框图:

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