AVR单片机的基本结构
嵌入式系统入门-02-AVR单片机的基本结构
2.3.2 系统时钟部件
内部看门狗时钟
在AVR片内还集成了一个1MHz独立的时钟电路， 它仅供片内的看门狗定时器（WDT）使用。 AVR片内的WDT是独立硬件形式的看门狗，使 用AVR可以省掉外部的WDT芯片。
2.3.3 CPU的工作时序 AVR CPU的工作是由系统时钟直接驱动的，在 片内不再进行分频。 CPU在启动后第一个时钟周期T1取出第一条指 令，在T2周期便执行取出的指令，并同时又取 出第二条指令，依次进行。 这种基于流水线形式的取指方式，使AVR可以以 非常高的速度执行指令，获得高达1MIPS／ MHz的效率。
2.1.2 单片机基本单元与作用 3．程序存储器 16K字节的Flash程序存储器 4. 数据存储器 ①随机存储器RAM 1K字 ②电可擦除存储器EEPROM 512字节 5. 输入/输出（I/O）端口 6. 操作管理寄存器。
2.2 ATmega16单片机的组成 2.2.1 AVR单片机的内核结构 2.2.2 典型AVR芯片ATmega16特点 2.2.3 外部引脚与封装
堆栈指针寄存器—SP
堆栈指针实际上就是堆栈顶部的地址，它随着堆 栈中数据的进出而变化。堆栈指针寄存器SP中 保存着堆栈指针，即堆栈顶部的地址。 AVR单片机复位后堆栈寄存器的初始值为 SPH=$00、SPL=$00，因此建议用户程序必 须首先对堆栈指针寄存器SP进行初始化设置。 Push和pop指令的flash演示。
状态寄存器—SREG
I : 全局中断使能 T : 位复制存储位 H : 半进位标志位 表示算术运算发生了半进位 S : 符号位为负数标志N与2的补码溢出标志V的异或 V : 2的补码溢出标志位 N : 负数标志位 Z : 零标志位 C : 进位标志位
堆栈指针寄存器—SP
第二章 AVR系列单片机的结构、时序及指令系统
• • Bit 7 – I: 全局中断使能 • I 置位时使能全局中断。单独的中断使能由其他独立的控制寄存器控制。 如果I 清零，则不论单独中断标志置位与否，都不会产生中断。任意一个 中断发生后I 清零，而执行RETI指令后I 恢复置位以使能中断。I 也可以通 过SEI 和CLI 指令来置位和清零。 • • Bit 6 – T: 位拷贝存储 • 位拷贝指令BLD 和BST 利用T 作为目的或源地址。BST 把寄存器的某一 位拷贝到T，而BLD 把T 拷贝到寄存器的某一位。 • • Bit 5 – H: 半进位标志 • 半进位标志H 表示算术操作发生了半进位。此标志对于BCD 运算非常有 用。 • • Bit 4 – S: 符号位, S = N ⊕ V • S 为负数标志N 与2 的补码溢出标志V 的异或。 • • Bit 3 – V: 2 的补码溢出标志 • 支持2 的补码运算。 • • Bit 2 – N: 负数标志 • 表明算术或逻辑操作结果为负。 • • Bit 1 – Z: 零标志 • 表明算术或逻辑操作结果为零。 • • Bit 0 – C: 进位标志 • 表明算术或逻辑操作发生了进（1）运算逻辑单元 ）运算逻辑单元ALU • 顾名思义，运算逻辑单元ALU 的作用是进行运算，包括算 术运算和逻辑运算。AVR ALU 与32 个通用工作寄存器直 接相连。寄存器与寄存器之间、寄存器与立即数之间的 ALU 运算只需要一个时钟周期。ALU 操作分为3 类：算 术、逻辑和位操作。此外还提供了支持无/ 有符号数和分 数乘法的乘法器，一次乘法操作的时间为2个指令周期， 而51系列单片机里面，做一次乘法运算需要4个指令周期。 • （2）状态寄存器 ） • 状态寄存器包含了最近执行的算术指令的结果信息。这些 信息可以用来改变程序流程以实现条件操作（如表2-1所 示）。如指令集所述，所有ALU 运算都将影响状态寄存器 的内容。这样，在许多情况下就不需要专门的比较指令了， 从而使系统运行更快速，代码效率更高。在进入中断服务 程序时状态寄存器不会自动保存，中断返回时也不会自动 恢复。这些工作需要软件来处理。
AVR单片机的主要特性及基本结构
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。
自己动手学习单片机系列 AVR系统总体概述
ATmega8 引脚(PDIP)
ISP接口：在线可编程（in-system programming）接 口，占用四条引脚，分别是：RESET，SCK，MOSI， MISO I/O引脚：有B，C和D口，C，D为8位，B为6位。
ATmega16介绍
ATmega16主要特点：
具有16K程序和数据存储器（flash）
注意：所有软件请不要安装到中文目录下运行。
TQFP封装
中档AT90S系列： 正在淘汰或转型到Mega。
注： PDIP：Plastic Dual In-Line Package SOIC：Small Outline Integrated Circuit
Package MLF：MicroLead Frame TQFP：Thin Quad Flat Package
EEPROM：电可擦除只读存储器，作为独立 的数据存储器。一些重要的信息在程序运行 时可保存到该部分，以备用户查阅。执行写 操作需要一个特定的时序，以防止误写。
时钟
C可L以Kc采pu用：内cp核u时本钟身，的提1M供H内z核RC模振块荡工器作，的也时可钟以信外号接，。 CULSKAIR/OT：等I/的O模时块钟时。钟，如定时器/计数器，SPI， CLKFlash：Flash时钟，与CLKcpu同时挂起或激活。 CLKASY：异步定时器/计数器时钟。 C降L低KAAD/CD：转A换D噪C时声钟。，ADC工作时停用CLKcpu可以 注:时钟是与CPU工作模式相关的，具体可以参见
PDIP封装
SOIC（SOP）封装
MLF封装
高档ATmega系列AVR单片机： 主要有 ATmega8/16/32/64/128（ flash分别为 8/16/32/64/128 KB）。新的型号还有 ATmega48/88/168 (flash分别为4/8/16K) 等。 SRAM最少为256B，最大4KB。封装形式为 PDIP，TQFP，MLF。适应于较复杂，功能 较多的应用场合。
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单片机的基本结构
引脚与封装
CPU结构
CPU是单片机的核心部分，它由运算逻辑单元ALU、程序计数器PC、 指令计数器、指令译码器和32个8位快速访问通用寄存器组组成。 运算逻辑单元（ALU）功能是进行算术运算和逻辑运算，可对半字节和 单字节等数据进行操作。还包括一个布尔处理器，用来处理位操作。 程序计数器PC用来存放下一条需要执行的指令在程序存储器空间的地 址。取出的指令存放在指令寄存器中，然后送入指令译码器产生各种控 制信号，控制CPU的运行。AVR一条指令的长度大多为16位，因此 AVR单片机的程序存储器结构实际上是以字（16位）为一个存储单元的。 AVR采用一级流水线技术，在当前指令执行时，就取出下一条将要执行 的指令，就使得CPU实现了一个时钟周期执行一条指令。 AVR单片机采用了32个通用工作寄存器构成快速存取寄存器组，相当于 32个累加器，避免了在传统结构中那种由于累加器与存储器之间频繁的 数据传送交换而形成的瓶颈，进一步调高了指令的运行效率和速度。
– 四通道PWM – 8路10 位ADC – 面向字节的两线接口（TWI） – 两个可编程的串行USART – 可工作于主机/ 从机模式的SPI 串行接口 – 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器 – 片内模拟比较器 • 特殊的处理器特点 – 上电复位以及可编程的掉电检测 – 片内经过标定的RC 振荡器 – 片内/ 片外中断源 – 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、Standby 模式以及扩展的Standby 模式 • I/O 和封装 – 32 个可编程的I/O 口 – 40引脚PDIP 封装, 44 引脚TQFP 封装 • 工作电压: – ATmega16L：2.7 - 5.5V – ATmega16：4.5 - 5.5V • 速度等级 – 0 - 8 MHz ATmega16L – 0 - 16 MHz ATmega16 • ATmega16L 在1 MHz, 3V, 25°C 时的功耗 – 正常模式: 1.1 mA – 空闲模式: 0.35 mA – 掉电模式: < 1 μA
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。
第2章 AVR单片机的基本结构
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
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。
AVR第二章(8535单片机系统结构)11年
31
§2.3.5 内存映像
32
§2. 4 AVR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： 1. 上电复位。当开机供电加至VCC和GND引脚时，复位。 2. 外部复位。当一个低电平加到引脚 RESET多于2个 XTAL周期时，复位。
介于AGND 与AVCC 之间。
（11）AGND： 模拟地。
思考：与8088有何不同？
14
§2. 2 8535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 §2.2.3 X、Y、Z 寄存器 §2.2.4 ALU运算逻辑单元
15
§2.2.1 结构概述
•_ ALU算逻运算单元
35
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 ; 用IN 、OUT类 指令来访问不同的 I/O 地址。 2)普通内存访问模式; 普通内存地址＝ I/O地址＋$20
25
表2.1 AT90S8535 的I/O 空间－1
26
表2.1 AT90S8535 的I/O 空间－2
单片机的时钟信号
方法2： 使用外 部时钟
图2.3 晶振连接 晶体振荡器
图2.4 外部时钟驱动设置 XTAL2 应悬空
13
或陶瓷振荡器
§ 2.1.4
引脚定义 －3
以下与AD 转换器有关 （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，
《AVR单片机》课件
编程流程
1. 编写程序 2. 编译程序 3. 烧录到芯片中 4. 调试和测试
AVR单片机的数据存储方式
闪存 SRAM EEPROM
用于存储程序和常量数据，容量较大。 用于存储变量和运行时数据，读写速度快。 用于存储非易失性数据，如配置信息和用户数据。
寄存器
用于临时存储和处理数据，读写速度最快。
AVR单片机的输入/输出控制方式
AVR单片机的基本原理和工作方式
1
处理器
AVR单片机的核心是处理器，负责执行指令和进行数据处理。
2
存储器
AVR单片机包含闪存和SRAM，用于存储程序和数据。
3
外设
AVR单片机通过外设和传感器与外界进行交互，实现各种功能。
AVR单片机与其它单片机的区别
1 架构
AVR单片机采用Harvard架构，将指令和数据 存储在不同的存储器中，提高了执行效率。
开发板
AVR单片机的开发板提供了丰富 的外设接口和调试接口，方便开 发和调试。
编程器
AVR单片机的编程器可用于将程 序烧录到芯片中，实现功能的更 新和调试。
AVR单片机的软件结构
编程语言
• C语言 • 汇编语言 • 基于Arduino的图形化编程 • 其他高级语言
编程环境
• AVR Studio • Arduino IDE • 其他第三方IDE
《AVR单片机》PPT课件
探索AVR单片机的无限可能性，从基本原理到应用案例，全方位解析AVR单片 机的特点、工作方式、编程环境等关键知识。
什么是AVR单片机
AVR单片机是一种先进的嵌入式微控制器，具有高性能、低功耗和广泛的应 用领域。它集成了处理器、存储器和外设，用于控制各种电子设备。
AVR单片机的基本结构
AVR单片机的基本结构AVR单片机是一种基于哈佛架构的RISC（精简指令集计算机）微控制器。
它由Atmel公司开发并被广泛应用于各种嵌入式系统中，包括电子设备、家用电器、自动化系统等。
本文将详细介绍AVR单片机的基本结构。
1.中央处理器（CPU）：AVR单片机中的中央处理器是一个高度集成的数字逻辑电路，负责执行程序指令。
它包含一个ALU（算术逻辑单元）、控制逻辑单元（CLU）、寄存器堆等组件。
ALU负责执行算术和逻辑运算，CLU负责控制指令的执行流程，寄存器堆用于存储数据和临时结果。
2.存储器：存储器是AVR单片机用于存储程序指令和数据的地方。
AVR单片机一般包括闪存（Flash）和SRAM（Static Random Access Memory）两种类型的存储器。
闪存用于存储程序指令，而SRAM用于存储数据。
3.输入/输出（IO）端口：4.外设接口：AVR单片机通常包含多个外设接口，用于与外部设备进行通信。
常见的外设接口包括串口、SPI（Serial Peripheral Interface）、I2C（Inter-Integrated Circuit）等。
这些接口可以连接到其他外部器件，如传感器、LCD显示屏、EEPROM等。
1.外部时钟源提供时钟信号，控制指令的执行速度。
2.CPU从存储器中取指令，执行指令并根据指令的要求访问存储器或IO端口。
3.存储器中的程序指令被加载到CPU的指令寄存器中，被解码并执行。
4.CPU根据指令的要求进行算术运算、逻辑运算或IO操作。
5.结果存储在寄存器中，可供后续指令使用。
6.程序的执行过程中，CPU与IO端口进行交互来实现与外部设备的通信。
7.程序的运行可以通过中断来打断或启动其他任务。
1.低功耗：AVR单片机采用先进的封装技术、低功耗设计和省电模式，使其适用于依赖电池供电的嵌入式系统。
2.高性能：AVR单片机具有高效的指令集和优化的硬件逻辑，可以实现高速运算和响应。
AVR中的段-section
A VR 系列单片机内部有三种类型的被独立编址的存储器，它们分别为：Flash 程序存储器、内部SRAM 数据存储器和EEPROM数据存储器。
Flash 存储器为1K～128K 字节，支持并行编程和串行下载,下载寿命通常可达10,000 次。
由于A VR 指令都为16 位或32 位，程序计数器对它按字进行寻址，因此FLASH 存储器按字组织的，但在程序中访问FLASH 存储区时专用指令LPM 可分别读取指定地址的高低字节。
寄存器堆（R0～R31）、I/O 寄存器和SRAM 被统一编址。
所以对寄存器和I/O 口的操作使用与访问内部SRAM 同样的指令。
其组织结构如图2-1 所示。
图2-1 A VR SRAM 组织32 个通用寄存器被编址到最前,I/O 寄存器占用接下来的64 个地址。
从0X0060 开始为内部SRAM。
外部SRAM 被编址到内部SRAM 后。
A VR 单片机的内部有64～4K 的EEPROM数据存储器，它们被独立编址，按字节组织。
擦写寿命可达100，000 次。
2.2 I/O 寄存器操作I/O 专用寄存器（SFR）被编址到与内部SRAM 同一个地址空间，为此对它的操作和SRAM 变量操作类似。
SFR 定义文件的包含：#includeio.h 文件在编译器包含路径下的avr 目录下，由于A VR 各器件间存在同名寄存器地址有不同的问题，io.h 文件不直接定义SFR 寄存器宏，它根据在命令行给出的–m mcu选项再包含合适的ioxxxx.h 文件。
在器件对应的ioxxxx.h 文件中定义了器件SFR 的预处理宏，在程序中直接对它赋值或引用的方式读写SFR，如：PORTB=0XFF;Val=PINB;从io.h 和其总包含的头文件sfr_defs.h 可以追溯宏PORTB 的原型在io2313.h 中定义：#define PORTB _SFR_IO8(0x18)在sfr_defs.h 中定义：#define _SFR_IO8(io_addr) _MMIO_BYTE((io_addr) + 0x20)#define _MMIO_BYTE(mem_addr) (*(volatile uint8_t *)(mem_addr))这样PORTB=0XFF; 就等同于*(volatile unsigned char *)(0x38)=0xff;0x38 在器件AT90S2313 中PORTB 的地址对SFR 的定义宏进一步说明了SFR 与SRAM 操作的相同点。
AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践——学习笔记上课讲义
A V R单片机嵌入式系统原理与应用实践——学习笔记AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践学习笔记1.AVR单片机的基本结构1.1.单片机的基本组成1.1.1.单片机的基本组成结构单片机的基本组成单元➢CPU➢程序存储器➢数据存储器➢I/O接口CPU与各基本单元通过芯片内的内部总线连接。
一般情况下，内部总线中的数据总线宽度（或指CPU字长）也是单片机等级的一个重要指标。
内部总线：数据总线、地址总线、控制总线。
1.1.2.单片机的基本单元与作用1)MCU单元MCU单元部分包括CPU、时钟系统、复位、总线控制逻辑等电路。
➢CPU：➢时钟和复位电路：➢总线控制电路：2)片内存储器单片机的存储器一般分为程序存储器和数据存储器，它们往往构成互不相同的两个存储空间，分别寻址，互不干扰。
单片机的内部结构通常使用哈佛体系结构，在这种体系中采用分开的指令和数据总线以及分开的指令和数据空间，分别采用专用的总线与CPU交换，可以实现对程序和数据的同时访问，提高了CPU的执行速度和数据的吞吐量。
3)程序存储器程序存储器用于存放嵌入式系统的应用程序。
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、电可擦除存储器EEPROM。
➢随机存储器RAM：➢电可擦除存储器EEPROM5)输入输出端口➢并行总线I/O端口：➢通用数字I/O端口：➢片内功能单元的I/O端口：➢串行I/O通信口：➢其他专用接口：6)操作管理寄存器管理、协调、控制、操作单片机芯片中各功能单元的使用和运行。
1.2.ATmega16单片机的组成1.2.1.AVR单片机的内核结构“快速访问”意味着在一个周期内执行一个完整的ALU操作。
AVR的算术逻辑单元ALU支持寄存器之间、立即数与寄存器之间的算术与逻辑运算功能，以及单一寄存器操作。
每一次运算操作的结果将影响和改变状态寄存器（SREG）的值。
ALU操作➢从寄存器组中读取两个操作数➢将执行结果写回目的寄存器➢操作数被执行1.2.2.ATmega16的外部引脚与封装I/O引脚共32只，分成PA、PB、PC、PD4个8位端口，它们全部是可编程控制的多功能复用的I/O引脚。
AVR单片机教程
AVR单片机教程一、AVR单片机的基本概念AVR（Alf and Vegard's RISC processor）是一种基于精简指令集（RISC）架构的微控制器，由爱尔兰的Atmel公司开发。
AVR系列微控制器以其高性能和低功耗而闻名，常用于嵌入式系统中。
AVR单片机使用C 语言进行编程，可以通过简单的指令完成各种功能。
二、AVR单片机的硬件结构AVR单片机由一个中央处理单元（CPU）、存储器、输入输出（IO）端口和定时器等组成。
其中，CPU是控制单元，负责执行指令；存储器用于存储程序和数据；IO端口用于与外部设备进行数据交互；定时器用于生成时间延迟。
三、AVR单片机的编程方法1. 安装开发环境：首先，需要安装一个开发环境，如Atmel Studio 等。
安装完成后，打开开发环境并创建一个新项目。
2.配置项目：在创建新项目后，需要配置项目的属性。
包括选择单片机型号、时钟频率等。
3.编写程序：使用C语言编写单片机程序。
可以通过调用库函数实现各种功能，如控制IO口、定时器等。
编写程序时，需要注意编码规范和注释。
4.编译程序：编写完程序后，需要将其编译成机器语言。
在开发环境中，可以通过点击编译按钮来完成编译。
5.烧录程序：将编译好的程序烧录到单片机中。
可以使用外部编程器或直接通过IDE进行烧录。
6.调试程序：将程序烧录到单片机后，可以进行调试。
可以通过添加断点、监视变量等方式来进行调试，以查找和修复错误。
四、AVR单片机的应用示例```c#include <avr/io.h>#include <avr/delay.h>void delayMs(uint16_t delay)while (delay--)_delay_ms(1);}int main(void)DDRA，=(1<<PA0);//将引脚PA0设置为输出while (1)PORTA，=(1<<PA0);//输出高电平delayMs(500); // 延时500msPORTA&=~(1<<PA0);//输出低电平delayMs(500); // 延时500ms}return 0;```以上示例代码实现了一个LED灯的闪烁，通过控制引脚PA0的电平状态来控制LED灯的亮灭。
AVR单片机思考题及答案_AVR期末复习题
AVR单片机复习题及答案第一章（较易）填空：1. 单片机的基本组成结构包括： CPU 、程序存储器、数据寄存器、输入接口、输出接口五大部分。
2. ATmega16包含 16KB 程序存储器， 1KB 数据存储器和 512 字节的EEPROM。
4. ATMEL公司生产的单片机以三大系列为主，分别是： tinyAVR 、 megaAVR 、 XMEGA5. ATMEL公司生产的TinyAVR是属于低挡单片机。
6. ATMEL公司生产的megaAVR是属于中档单片机。
7. ATMEL公司生产的XMEGA是属于高档单片机。
选择：1. ATMEL公司生产的单片机以三大系列为主，其中TinyAVR是属于（ A ）A、低档单片机B、中档单片机C、高档单片机D、普通单片机2. ATMEL公司生产的单片机以三大系列为主，其中megaAVR是属于（ B ）A、低档单片机B、中档单片机C、高档单片机D、普通单片机3. ATMEL公司生产的单片机以三大系列为主，其中XMEGA是属于（ C ）A、低档单片机B、中档单片机C、高档单片机D、普通单片机4. 单片机的基本组成结构包括：CPU、程序存储器、、输入接口、输出接口五大部分（ B ）A、EEPROMB、数据存储器C、ROMD、堆栈1.大多数的AVR单片机内部都含有RAM、FlashROM、EEPROM，请给出它们的用途、性能和特点，并举例说明如何使用。
2.什么是ISP技术？采用 ISP技术的单片机有什么优点。
3.什么是IAP技术？IAP与ISP的本质区别是什么？说明其主要用途。
第二章（）填空：1. 单片机的三总线结构是指：数据总线、地址总线、控制总线。
2. ATmega16包含 16KB FLASH ROM， 1KB RAM和 512字节的EEPROM。
3. FLASH ROM支持用户多次擦除和写入代码，可以实现大于1万次的写入（填读写或写入）。
4. 单片机的数据存储器包含 RAM 和 EEPROM 两大部分，其中 EEPROM 是 RAM 的补充。
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ATmega128 MCU 内核
1. 外部引脚与封装
64脚方形的TQFP形式（贴片形式）。
2. ATmega128内部结构
1.AVR CPU部分 ALU运算逻辑单元、32个 8位快速访问通用寄存器 组（寄存器文件）、程 序计数器PC、指令寄存 器、指令译码器。 2.程序存储器Flash128K 3.数据存储器RAM(4K)和 EEPROM(4K)。 4.各种功能的外围接口、 I/O，以及与它们相关的 数据、控制、状态寄存 器等。
(1) 系统内可编程的Flash 程序存储器 ATmega128具有128K字节的在线编程Flash。因 为所有的AVR指令为16位或32位，故尔FLASH 组 织成64K×16 的形式。考虑到软件安全性， Flash 程序存储器分为两个区：引 导程序区和应用程序区。
(2)SRAM 数据存储器 ATmega128 支持两种不同的SRAM 配置， 即普通模式和ATmega103 兼容模式。
1．上电复位
AVR内部含有上电复位 POR(Power_on Reset)电路 无论何时，只要Vcc低于检 测电平Vpot时，器件进入 复位状态。 2．外部复位 外部复位是由外加在RESET引脚上的低电平将产生的。当 RESET引脚被拉低于Vrst的时间大于1.5µ s时既触发复位过程
3．掉电检测（BOD）复位 ATmega16有一个片内的BOD（ Brown-out Detection）电源检测 电路，用于在系统运行时对系统电压VCC的检测，并同一个固定 的阈值电压相比较。BOD检测阈值电压可以通过BODLEVEL熔 丝位设定为2.7V或4.0V。BOD检测阈值电压有迟滞效应，以避免 系统电源的尖峰毛刺误触发BOD检测器。阈值电平的迟滞效应可 以理解为：上阈值电压VBOT+ = VBOT + VHYST/2，下阈值电 压VBOT- = VBOT - VHYST/2。
Flash 时钟 clkFLASH Flash 时钟控制Flash 接
口的操作。此时钟通常与CPU 时钟是同步的。 异步定时器时钟 clkASY 异步定时器时钟允许异 步定时器/ 计数器直接由外部32 kHz 时钟晶体驱 动，使得此定时器/ 计数器即使在睡眠模式下仍 然可以为系统提供一个实时时钟。 ADC 时钟 clkADC ADC具有专门的时钟。这样可 以在ADC工作的时候停止CPU和I/O时钟以降低数字 电路产生的噪声，从而提高ADC 转换精度。
与AVR 连接的外部SRAM
5. I/O端口 ATmega128有6个8位的双向I/O端口PA、PB、 PC、PD、PE、PF和1个5位双向I/O端口PG，它 们对外对应53个I/O引脚，每一位都可以独立 地用于逻辑信号的输入和输出。
输出时,每个引脚可供出达20mA的驱动电流。 输入时，每个引脚可吸纳最大为40mA的电流。 可直接驱动发光二极管LED（一般LED的驱动电流为10mA左右） 和小型继电器。 AVR大部分的I/O端口都具备双重功能，分别同片内的各种 不同功能的外围接口电路组合成一些可以完成特殊功能的I/O 口，如定时器、计数器、串行接口、模拟比较器、捕捉器等。
(3) EEPROM 数据存储 ATmega128包含4K字节的EEPROM。它是 作为一个独立的数据空间而存在的，可 以按字节读写。EEPROM 的寿命至少为 100,000 次（擦除）。EEPROM 的访问 由地址寄存器，数据寄存器和控制寄存 器决定。 EEPROM 地址寄存器－EEARH和EEARL EEPROM 数据寄存器－ EEDR EEPROM 控制寄存器－ EECR
单片机的基本组成结构
集成了构成一个计算机系统的最基本的单元
操作管理寄存器功能是管理、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。(状态寄存器、控制寄存器、方式寄存器、数据寄存器)
二.
ATmega128单片机的组成
AVR单片机是一种基于增强RISC结构的、低功耗、CMOS技 术、8位微控制器(Enhanced RISC Microcontroller)，目前有 Tiny、Mega两个系列50多种型号。它们的功能和外部的引脚各 有不同，小到8－12个引脚，多到100个引脚，但它们内核的基 本结构是一样的，指令系统相容。
时钟源
128有如下几种通过熔丝位选择的时钟源。时钟 输入到AVR 时钟发生器，并通往其他合适模块。
默认时钟源
器件出厂时CKSEL = “0001”， SUT = “10”。该默 认时钟源为最长启动时间的内部RC 振荡器。该默认设 置保证所有的用户通过系统内或并行编程得到其需要的 时钟源。
晶体振荡器 XTAL1 和XTAL2 分别为 用作片内振荡器的反向 放大器的输入和输出， 如图所示。
3. ATmega128 主时钟系统
为ATmega128提供系统时钟源时，有三种主要的 选择： （1）直接使用片内的1/2/4/8M的RC振荡源； （2）在引脚XTAL1和XTAL2上外接由石英晶体 和电容组成的谐振回路,配合片内的OSC （Oscillator）振荡电路构成的振荡源； （3）直接使用外部的时钟源输出的脉冲信号
1. AVR单片机最小系统
简单的电路是直接使用片内的4M的RC振荡源，这样就可以将C1、C2、R2 和4M晶体省掉，引脚XTAL1和XTAL2悬空，(精准度、温度变化的影响）。
四. AVR的复位源和复位方式 ATmega128单片机共有5个复位源，它们是： 1. 上电复位。当系统电源电压低于上电复位 门限Vpot时，MCU复位。 2. 外部复位。当外部引脚RESET为低电平， 且低电平持续时间大于1.5us时，MCU复位。 3. 掉电检测（BOD）复位。BOD使能时，且 电源电压低于掉电检测复位门限（4.0v或2.7v） 时，MCU复位。 4. 看门狗复位。WDT使能时，并且WDT超时 溢出时，MCU复位。 5. JTAG AVR复位。当使用JTAG接口时，可 由JTAG口控制MCU复位。
7. 状态寄存器和堆栈指针寄存器
1．状态寄存器—SREG
2．堆栈指针寄存器—SP
通常初始化时将SP的指针设在SRAM最高处
三.
ATmega128单片机的工作状态
AVR单片机的工作状态通常包括： 复位状态 正常程序执行工作状态 休眠节电工作状态 程序运行代码下载的编程 熔丝位的配置。
采用了在 ATmega16引脚 XTAL1和XTAL2 上外接由石英 晶体和电容组 成的谐振回路， 并配合片内的 OSC （Oscillator） 振荡电路构成 的振荡源作为 系统时钟源的
(4)外部存储器接口
由于外部存储器接口所提供的特性，此接口非常 适合于与存储器器件互连，如外部SRAM和Flash， LCD， A/D， D/A，等等。其主要特点为： • 四个不同的等待状态设置( 包括无等待状态)。 • 不同的外部存储器可以设置不同的等待状态。 • 地址高字节的位数可以有选择地确定。 • 数据线具有总线保持功能以降低功耗。 使能外部存储器(XMEM) 时，可以使用专门的 外部存储器引脚
ATmega128 还可以访问直到64K的外部数 据SRAM。其起始紧跟在内部SRAM之后。 在普通模式下，寄存器文件、I/O 存储 器、扩展的I/O 存储器以及内部数据 SRAM 占据了低4352字节；而在 ATmega103兼容模式下占据了4096字节 (没有扩展I/O)。因此，在使用外部存储 器时普通模式只能有61184 字节， ATmega103 兼容模式只能有61440 字节。
6.
通用寄存器组与I/O寄存器
1. 通用寄存器组
AVR寄存器组最后的6个寄存器R26～R31具有特殊的功能， 这些寄存器每两个合并成一个16位的寄存器，作为对数据存储器 空间（使用X、Y、Z）以及程序存储器空间（仅使用Z寄存器） 间接寻址的地址指针寄存器。
2. I/O寄存器
AVR系列单片机所有I/O口及外围接口的功能和配置均通过I/O寄存器的进 行设置和使用。CPU访问I/O寄存器用两种不同的方法， 1.对I/O寄存器访问的IN、OUT专用指令 2.用对SRAM访问的指令。
低频晶体振荡器
使用32.768 kHz 钟表晶体作为器件的时钟源， 须将熔丝位CKSEL 设置为“1001”以选择低频 晶体振荡器,通过对熔丝位CKOPT 的编程，用 户可以使能XTAL1 和XTAL2 的内部电容，从而 去除外部电容。内部电容的标称数值为36 pF。 选择了这个振荡器之后，启动时间由熔丝位 SUT 确定，如表所示。
外部时钟 为了从外部时钟源驱动芯片， XTAL1 必须 如图所示的进行连接。同时，熔丝位 CKSEL必须编程为“0000”。若熔丝位 CKOPT也被编程，用户就可以使用内部的 XTAL1和GND 之间的36 pF 电容。
4. AVR ATmega128 存储器
AVR单片机在片内集成了Flash程序存储器、SRAM数据存 储器和EEPROM数据存储器。三个存储器空间互相独立，物理 结构也不同。
当ATmega128 工作于ATmega103 兼容模 式时，扩展的I/O 将无法访问。
在普通模式下，前4352 个数据地址包含 寄存器文件， I/O 存储器，扩展的I/O 存储器以及内部数据SRAM。起始的32 个 地址为寄存器文件，然后是64 个I/O 存 储器，接着是160 个扩展的I/O 存储器， 最后是4096 字节的内部数据SRAM。 在ATmega103 兼容模式下，前4096 个数 据地址包含寄存器文件， I/O 存储器以 及内部数据SRAM。起始的32 个地址为寄 存器文件，然后是64 个I/O 存储器，最 后是4000 字节的内部数据SRAM。
一.
AVR单片机的基本结构
介绍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。 以ATmega128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。