AVR单片机的基本结构

本资料节选自手把手单片机系列教程，受版权保护，任何人不得肆意篡改发布，如需完整资料，请到周兴华培训中心官方网站查看，或者购买相关的手把手书籍AVR单片机的主要特性及基本结构AVR为采用RISC精简指令集单片机，从而使单片机运行速度更快，其绝大部分的指令可以在一个处理器时钟周期内完成。

如果使用MIPS（Millions of Instructions per Second，每秒执行百万条指令数）来衡量计算速度，一个16MHz时钟频率的AVR单片机可以在一秒钟内执行一千六百万条左右的指令，也就是将近16个MIPS的速度。

AVR单片机的结构主要分为三部分：CPU（Central Processing Unit）、存储器和I／O口。

4.1ATMEGA16(L)单片机的产品特性4.1.1高性能、低功耗的8位微处理器1.先进的RISC结构2.131条指令中大多数指令执行时间为单个时钟周期3.32个8位通用工作寄存器4.全静态工作5.工作于16MHz时性能高达16MIPS6.只需两个时钟周期的硬件乘法器4.1.2非易失性程序和数据存储器1.16K字节的系统内可编程FLASH：1).擦写寿命达10000次2).具有独立锁定位的可选Boot代码区3).通过片上Boot程序实现系统内编程，真正的同时读写操作2.512字节的EEPROM，擦写寿命达100000次3.1K字节的片内SRAM4.可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密4.1.3JTAG接口(与IEEE1149.1标准兼容)1.符合JTAG标准的边界扫描功能2.支持扩展的片内调试功能3.通过JTAG接口实现对FLASH、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程4.1.4片上丰富的外设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的16位定时器/计数器3.具有独立振荡器的实时计数器RTC4.四通道PWM5.8路10位ADC：1).8个单端通道2).TQFP封装的7个差分通道3).2个具有可编程增益（1X，10X，或200X）的差分通道6.面向字节的两线接口7.两个可编程的串行USART8.可工作于主机/从机模式的SPI串行接口9.具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器10.片内模拟比较器4.1.5处理器的特殊点1.上电复位以及可编程的掉电检测2.片内经过标定的RC振荡器3.片内/片外中断源4.6种睡眠模式:空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、待机模式以及扩展的待机模式4.1.6I/O和封装1.32个可编程的I/O口2.40引脚PDIP封装，44引脚TQFP封装，以及44引脚MLF封装4.1.7工作电压1.ATMEGA16L：2.7-5.5V2.ATMEGA16：4.5-5.5V4.1.8速度等级1.0-8MHz ATMEGA16L2.0-16MHz ATMEGA164.1.9ATMEGA16L的功耗（1MHz，3V，25°C）1.正常模式:1.1mA2.空闲模式:0.35mA3.掉电模式:<1µA4.2ATMEGA16(L)单片机的基本组成及引脚配置4.2.1ATMEGA16(L)单片机的基本组成图4-1为ATMEGA16(L)的内部组成方框图。

第1章A VR单片机概述A VR单片机是Atmel公司于20世纪90年代中后期开发出的一种8位单片机。

这种单片机采用RISC内核，具有使用灵活、高性能、低功耗等特点。

此外，在某些情况下，A VR 处理器甚至可以独自成为一种片上系统，完成极其复杂的功能。

目前，该型号单片机已经展示出极其强大的生命力，在国防、工业、农业、企业管理、交通运输、日常生活等各个领域得到了广泛应用。

本章主要介绍A VR单片机的发展历史及其主要应用，围绕A Tmega128（L）单片机，分析其结构、主要特点、性能封装和引脚定义。

1.1 AVR与51单片机单片机嵌入式系统的硬件基本构成分为两大部分：单片微控制器芯片和外围的接口电路。

其中，单片微控制器是构成单片机嵌入式系统的核心。

为了强调其控制属性，也可以把单片机称为微控制器MCU。

在国际上，“微控制器”的叫法似乎更通用一些，而我国比较习惯使用“单片机”这一名称。

单片机因将计算机的主要组成部分集成在一个芯片上而得名，具体地说就是把中央处理单元CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、中断系统、定时器/计数器以及I/O接口电路等主要微型机部件集成在一块芯片上。

因此，一片芯片构成了一个基本的微型计算机系统。

由于单片机芯片的微小体积，极低的成本和面向控制的设计，使得它作为智能控制的核心器件被广泛地应用于嵌入到工业控制、智能仪器仪表、家用电器、电子通信产品等各个领域中的电子设备和电子产品中。

可以说由单片机为核心构成的单片机嵌入式系统已成为现代电子系统中最重要的组成部分。

早期的单片机都是8位或4位的，其中最成功的是Intel的8031，因为其简单可靠而性能不错获得了很大的好评。

此后，在8031上发展出了MCS-51系列单片机系统。

基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。

随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。

20世纪90年代后随着消费电子产品的大发展，单片机技术得到了巨大的提高。

AVR单片机原理及应用AVR（Advanced Virtual RISC）是一种低功耗、高性能的单片机架构，由Atmel公司开发。

AVR单片机具有简单易学、高速、低功耗和丰富的外设等特点，在工业控制、电子设备、通信等领域应用广泛。

1.CPU：AVR单片机的核心部分，包括ALU（运算单元）、寄存器组和控制单元。

ALU负责执行加减乘除等基本运算，寄存器组用于保存数据和中间结果，控制单元用于控制指令执行。

2. 存储器：AVR单片机采用分布式存储器结构，包括程序存储器（Flash）和数据存储器（RAM）。

程序存储器用于保存程序指令，数据存储器用于保存数据和变量。

3.时钟电路：AVR单片机通过时钟电路来同步指令执行。

时钟信号控制着单片机内部各个部件的工作节奏，使其按照预定的频率工作。

4.外设接口：AVR单片机具有丰富的外设接口，包括通用IO口、串口、定时器、ADC（模拟转换器）等。

这些接口可用于连接外部设备，实现与外部环境的信息交互。

1.工业控制：AVR单片机具有高性能和丰富的外设接口，可应用于工业自动化控制领域。

例如，可用于控制温度、湿度、压力等参数，实现工业过程的自动化控制和监测。

2.电子设备：AVR单片机广泛应用于各类电子设备，如电子钟表、电子秤、电子计数器等。

其高速和低功耗特点使其特别适用于电子设备的控制和计算。

3. 通信：AVR单片机可以通过串口接口实现与其他设备的通信。

例如，可以用它来实现蓝牙、WiFi、Zigbee等无线通信模块的控制，实现设备之间的数据传输和通信。

4.智能家居：AVR单片机可应用于智能家居系统。

通过外设接口控制家居设备，如照明、空调、窗帘等，将其变为可远程控制和智能化管理的设备。

5.医疗设备：AVR单片机在医疗设备中的应用广泛，如体温计、血糖仪、血压计等。

通过与传感器结合，可以实现各种医疗参数的测量和监测。

总之，AVR单片机以其高性能、低功耗和丰富的外设接口在各个领域都有着广泛的应用前景。

第2章 AVR单片机的基本结构单片机是构成单片机嵌入式系统的核心器件。

本章首先将介绍一般单片机的基本结构和组成，使大家对单片机芯片的内部硬件有基本了解和认识。

掌握了单片机的基本结构和组成，对学习、了解任何一种类型单片机的工作原理，编写单片机的系统软件以及和设计外围电路都是非常重要的。

AVR是美国ATMEL公司推出的一款采用RISC指令的8位高速单片机。

本章将以ATmega16为主线，介绍和讲述AVR单片机内核的基本结构、引脚功能、工作方式等。

深入的理解和掌握AVR的基本结构，对后续章节的学习、以及对实际的应用AVR单片机都是非常重要的。

2.1单片机的基本组成2.1.1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。

一片典型单片机芯片内部的基本组成结构如图2-1所示。

外部中断外部数据/地址总线图2-1 典型单片机的基本组成结构从单片机的基本组成可以看出，在一片（单片机）芯片中，集成了构成一个计算机系统的最基本的单元：如CPU、程序（指令）存储器、数据存储器、各种类型的输入/输出接口等。

CPU同各基本单元通过芯片内的内部总线（包括数据总线、地址总线和控制总线）连接。

一般情况下，内部总线中的数据总线宽度(或指CPU的字长)也是标定该单片机等级的一个重要指标。

一般讲，低档单片机的内部数据总线宽度为4位（4位机），普通和中档单片机的内部数据总线宽度一般为8位（8位机），高档单片机内部数据总线宽度为16或32位。

内部数据总线宽度越宽，单片机的处理速度也相应的提高，功能也越强。

2.1.2单片机基本单元与作用下面分别对单片机芯片中所集成的各个组成部分予以简要介绍。

1．MCU单元(Microcontroller Unit)MCU单元部分包括了CPU、时钟系统、复位、总线控制逻辑等电路。

CPU是按照面向测控对象、嵌入式应用的要求设计的，其功能有进行算术、逻辑、比较等运算和操作，并将结果和状态信息与存储器以及状态寄存器进行交换（读/写）。

AVR单片机入门教程首先，我们需要了解AVR单片机的基本原理。

AVR单片机是一种基于RISC结构的微控制器，具有高性能、低功耗和易于编程的特点。

它由CPU、存储器、定时器、IO端口等组件构成，通过编程实现对外设的控制。

接下来，我们需要学习AVR单片机的编程语言。

AVR单片机通常使用C语言进行编程，因为C语言具有简单易学、灵活性强、可移植性好等优点。

对于初学者来说，可以利用AVR开发板上的编程环境进行学习和实践。

在开始编程之前，我们还需要了解AVR单片机的开发工具。

AVR单片机的开发工具主要包括编译器、调试器和烧录器。

常用的AVR单片机开发工具包括Atmel Studio、AVR Studio等。

这些工具可以帮助我们编写、调试和烧录代码，提高开发效率。

当我们熟悉了AVR单片机的基本原理、编程语言和开发工具后，我们可以开始进行实践了。

下面是一个简单的AVR单片机入门实例：首先，我们需要准备一个AVR开发板、一个LED灯和一根跳线。

将LED灯连接到AVR开发板的一个IO口，然后将开发板连接到电脑上。

接下来，我们打开AVR开发工具，在编程环境中创建一个新的工程。

选择AVR单片机型号，并设置IO口为输出模式。

然后，编写C语言代码，实现控制LED灯闪烁的功能。

代码可以使用以下方式实现：```c#include <avr/io.h>#include <util/delay.h>int main(void)DDRB，=(1<<PB0);//设置PB0为输出模式while (1)PORTB^=(1<<PB0);//翻转PB0电平_delay_ms(500); // 延时0.5秒}return 0;```最后，编译并烧录代码到AVR单片机上。

然后，我们就可以看到LED灯在0.5秒的间隔内闪烁。

通过这个简单的实例，我们可以了解AVR单片机的基本编程方法和应用场景。

在进一步学习和实践中，我们可以深入了解AVR单片机的更多特性和应用。