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AVR单片机的主要特性及基本结构

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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。

图4-2为ATMEGA16(L)的引脚配置。

图4-1ATMEGA16(L)的内部组成方框图图4-2ATMEGA16(L)的引脚配置ATMEGA16(L)是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。

由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATMEGA16(L)的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。

AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。

所有的寄存器都直接与运算单元（ALU）相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。

这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最快至10倍的数据吞吐率。

ATMEGA16(L)的16K字节的系统内可编程FLASH具有同时读写的能力（即RWW），片上的SRAM高达1K字节，还有512字节的EEPROM可用于断电时的数据记忆，其通用的I/O口线达32个。

ATMEGA16(L)具有32个通用工作寄存器（相当于80C51的32个累加器），有效避免了工作时的瓶颈效应，大大提升了工作速度与效率。

ATMEGA16(L)还配置有用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程。

片上还有三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C)，片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP封装)的ADC。

具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。

ATMEGA16(L)工作于空闲模式时CPU停止工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作。

工作于掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作。

在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态。

工作于ADC噪声抑制模式时将终止CPU和所有I/O模块的工作（除了异步定时器与ADC以外），以降低ADC转换时的开关噪声。

在Standby（待机）模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力。

扩展Standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。

ATMEGA16(L)是以ATMEL高密度非易失性存储器技术生产的。

片内ISP FLASH允许程序存储器通过ISP串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于AVR内核之中的引导程序进行编程。

引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用FLASH存储区（Application Flash Memory）。

在更新应用FLASH存储区时引导FLASH区（Boot Flash Memory）的程序继续运行，实现了RWW(Read-While-Write)操作（支持引导装入程序：在写的同时可以读的自我编程能力)。

通过将8位RISC CPU与系统内可编程的FLASH集成在一个芯片内，ATMEGA16(L)成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。

4.2.2ATMEGA16(L)单片机的引脚功能1.VCC数字电路的电源。

2.GND地。

3.端口A（PA0-PA7）端口A为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。

其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。

作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。

在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A也处于高阻状态。

端口A的第2功能是作为A/D转换器的模拟输入端。

4.端口B（PB0-PB7）端口B为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。

其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。

作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。

在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B也处于高阻状态。

端口B也可以用做其他不同的特殊用途。

5.端口C（PC0-PC7）端口C为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。

其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。

作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。

在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C也处于高阻状态。

如果JTAG接口使能，即使复位出现，引脚PC5(TDI)、PC3(TMS)与PC2(TCK)的上拉电阻还是被激活。

端口C也可以用做其他不同的特殊用途。

6.端口D（PD0-PD7）端口D为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。

其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。

作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。

在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D也处于高阻状态。

端口D也可以用做其他不同的特殊用途。

7./RESET复位输入引脚。

持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。

持续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。

8.XTAL1反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。

9.XTAL2反向振荡放大器的输出端。

10.AVCCAVCC是端口A与A/D转换器的电源。

不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。

使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC连接。

11.AREFA/D的模拟基准输入引脚。

4.3AVR单片机的CPU内核4.3.1AVR单片机结构综述图4-3为AVR单片机结构的方框图。

图4-3AVR单片机结构的方框图为了获得并行处理的最高性能，AVR单片机采用了Harvard结构，具有独立的数据和程序总线。

程序存储器里的指令通过一级流水线运行，CPU在执行一条指令的同时读取下一条指令(称为预取指令)，这个概念实现了指令的单时钟周期运行。

程序存储器是可以在线编程的FLASH。

当快速访问寄存器时（包括32个8位通用工作寄存器），访问时间仅为一个时钟周期，从而实现了单时钟周期的ALU操作。

在典型的ALU操作中，两个位于寄存器中的操作数同时被访问，然后执行运算，结果再被送回到寄存器，整个过程仅需一个时钟周期。

寄存器里有6个寄存器可以用作3个16位的间接寻址寄存器指针以寻址数据空间，实现高效的地址运算，其中一个指针还可以作为程序存储器查询表的地址指针，这些附加的功能寄存器即为16位的X、Y、Z寄存器。

ALU支持寄存器之间以及寄存器和常数之间的算术和逻辑运算，ALU也可以执行单寄存器操作，运算完成之后状态寄存器的内容得到更新以反映操作结果。

程序流程通过有/无条件的跳转指令和调用指令来控制，从而直接寻址整个地址空间，大多数指令长度为16位，亦即每个程序存储器地址都包含一条16位或32位的指令。

程序存储器空间分为两个区：引导程序区（Boot区）和应用程序区，这两个区都有专门的锁定位以实现读和读/写保护，用于写应用程序区的SPM指令必须位于引导程序区。

在中断和调用子程序时返回地址的程序计数器（PC）保存于堆栈之中，堆栈位于通用数据SRAM，因此其深度仅受限于SRAM的大小。

在复位时用户首先要初始化堆栈指针SP，这个指针位于I/O空间，可以进行读写访问。

数据SRAM可以通过5种不同的寻址模式进行访问。

AVR有一个灵活的中断模块。

控制寄存器位于I/O空间。

状态寄存器里有全局中断使能位。

每个中断在中断向量表里都有独立的中断向量。

各个中断的优先级与其在中断向量表的位置有关，中断向量地址越低，优先级越高。

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AVR单片机简介

AVR单片机简介

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
目录
AVR的主要特性
AVR 最大特点
AVR开发软件
AVR开发工具与入门芯片的推荐
AVR 装甲侦察车
AVR 自动电压调节器
编辑本段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。
ATMEGA128--AVR教程

ATMEGA128--AVR教程

AVR教程（1）：AVR单片机介绍作者：微雪电子文章来源： 点击数： 478 更新时间：2008-4-1 23:58:21 AVR，它来源于：1997年，由ATMEL公司挪威设计中心的A先生与V先生利用ATMEL公司的Flash新技术，共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机，简称AVR。

AVR单片机特点每种MCU都有自身的优点与缺点，与其它8-bit MCU相比，AVR 8-bit MCU最大的特点是：●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 Comp arator，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。

●性价比高。

开发AVR单片机，需要哪些编译器、调试器？软件名称类型简介官方网址AVR Studio IDE、汇编编译器ATMEL AVR Studio集成开发环境(IDE)，可使用汇编语言进行开发（使用其它语言需第三方软件协助），集软硬件仿真、调试、下载编程于一体。

ATMEL官方及市面上通用的AVR开发工具都支持AVRStudio。

GCCAVR (WinAVR) C编译器GCC是Linux的唯一开发语言。

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，另外，它有一个非常大优点是，免费！在国外，使用它的人几乎是最多的。

第1章AVR单片机概述

第1章AVR单片机概述

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单片机原理及应用

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。