零基礎(chǔ)學(xué)AVR單片機

AVR單片機市場角度

• 性價比：AVR大部分型號的性價比較高，性價比表現(xiàn)突出的型號有：atmega48、atmega8、atmega16、atmega169P。

• 供貨方面：通用型號的AVR供貨較為穩(wěn)定，非常規(guī)型號的AVR樣品及供貨仍存在問題。

• 市場占有率：AVR的市場占有率還是不如PIC與51，但AVR的優(yōu)點使得AVR的市場占有一直在擴展，AVR的年用量也一直在上漲。

AVR單片機應(yīng)用區(qū)域

AVR已被廣泛用于：

• 空調(diào)控制板

• 打印機控制板

• 智能電表

• 智能手電筒

• LED控制屏

• 醫(yī)療設(shè)備

• GPS

AVR單片機名字由來

1997年，由ATMEL公司挪威設(shè)計中心的A先生與V先生利用ATMEL公司的Flash新技術(shù)，共同研發(fā)出RISC精簡指令集的高速8位單片機，簡稱AVR。

AVR單片機功能特點

RISC 優(yōu)先選取使用頻率最高的簡單指令，避免復(fù)雜指令：并固定指令寬度，減少指令格式和尋址方式的種類，從而縮短指令周期，提高運行速度。由于 AVR 采用了 RISC 的這種結(jié)構(gòu)，使AVR系列單片機都具備了1MIPS/MHz（百萬條指令每秒/兆赫茲）的高速處理能力。

早期單片機主要由于工藝及設(shè)計水平不高、功耗高和抗干擾性能差等原因，所以采取穩(wěn)妥方案：即采用較高的分頻系數(shù)對時鐘分頻，使得指令周期長，執(zhí)行速度慢。以后的CMOS單片機雖然采用提高時鐘頻率和縮小分頻系數(shù)等措施，但這種狀態(tài)并未被徹底改觀(51以及51兼容)。此間雖有某些精簡指令集單片機(RISC)問世，但依然沿襲對時鐘分頻的作法。

AVR單片機的推出，徹底打破這種舊設(shè)計格局，廢除了機器周期，拋棄復(fù)雜指令計算機(CISC)追求指令完備的做法；采用精簡指令集，以字作為指令長度單位，將內(nèi)容豐富的操作數(shù)與操作碼安排在一字之中(指令集中占大多數(shù)的單周期指令都是如此)，取指周期短，又可預(yù)取指令，實現(xiàn)流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令。當(dāng)然這種速度上的升躍，是以高可靠性為其后盾的。

AVR單片機硬件結(jié)構(gòu)采取8位機與16位機的折中策略，即采用局部寄存器存堆(32個寄存器文件)和單體高速輸入/輸出的方案(即輸入捕獲寄存器、輸出比較匹配寄存器及相應(yīng)控制邏輯)。提高了指令執(zhí)行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶頸現(xiàn)象，增強了功能；同時又減少了對外設(shè)管理的開銷，相對簡化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本。故AVR單片機在軟/硬件開銷、速度、性能和成本諸多方面取得了優(yōu)化平衡，是高性價比的單片機。

AVR單片機內(nèi)嵌高質(zhì)量的Flash程序存儲器，擦寫方便，支持ISP和IAP，便于產(chǎn)品的調(diào)試、開發(fā)、生產(chǎn)、更新。內(nèi)嵌長壽命的EEProm可長期保存關(guān)鍵數(shù)據(jù)，避免斷電丟失。片內(nèi)大容量的RAM不僅能滿足一般場合的使用，同時也更有效的支持使用高級語言開發(fā)系統(tǒng)程序，并可像MCS-51單片機那樣擴展外部RAM。

AVR單片機的I/O線全部帶可設(shè)置的上拉電阻、可單獨設(shè)定為輸入/輸出、可設(shè)定（初始）高阻輸入、驅(qū)動能力強（可省去功率驅(qū)動器件）等特性，使的得I/O口資源靈活、功能強大、可充分利用。

AVR單片機片內(nèi)具備多種獨立的時鐘分頻器，分別供URAT、I2C、SPI使用。其中與8/16位定時器配合的具有多達10位的預(yù)分頻器，可通過軟件設(shè)定分頻系數(shù)提供多種檔次的定時時間。

AVR單片機獨有的“以定時器/計數(shù)器（單）雙向計數(shù)形成三角波，再與輸出比較匹配寄存器配合，生成占空比可變、頻率可變、相位可變方波的設(shè)計方法(即脈寬調(diào)制輸出PWM)更是令人耳目一新。

增強性的高速同/異步串口，具有硬件產(chǎn)生校驗碼、硬件檢測和校驗偵錯、兩級接收緩沖、波特率自動調(diào)整定位（接收時）、屏蔽數(shù)據(jù)幀等功能，提高了通信的可靠性，方便程序編寫，更便于組成分布式網(wǎng)絡(luò)和實現(xiàn)多機通信系統(tǒng)的復(fù)雜應(yīng)用，串口功能大大超過MCS-51/96單片機的串口，加之AVR單片機高速，中斷服務(wù)時間短，故可實現(xiàn)高波特率通訊。

面向字節(jié)的高速硬件串行接口TWI、SPI。TWI與I2C接口兼容，具備ACK信號硬件發(fā)送與識別、地址識別、總線仲裁等功能，能實現(xiàn)主/從機的收/發(fā)全部4種組合的多機通信。SPI支持主/從機等4種組合的多機通信。

AVR單片機有自動上電復(fù)位電路、獨立的看門狗電路、低電壓檢測電路BOD，多個復(fù)位源(自動上下電復(fù)位、外部復(fù)位、看門狗復(fù)位、BOD復(fù)位)，可設(shè)置的啟動后延時運行程序，增強了嵌入式系統(tǒng)的可靠性。

AVR單片機具有多種省電休眠模式，且可寬電壓運行（5-2.7V），抗干擾能力強，可降低一般8位機中的軟件抗干擾設(shè)計工作量和硬件的使用量。

AVR系列單片機的選型

AVR單片機系列齊全,可適用于各種不同場合的要求。

AVR單片機有3個檔次：

低檔Tiny系列：主要有Tiny11/12/13/15/26/28等；

中檔AT90S系列：主要有AT90S1200/2313/8515/8535等；(正在淘汰或轉(zhuǎn)型到Mega中)

高檔ATmega：主要有ATmega8/16/32/64/128（存儲容量為8/16/32/64/128KB）以及ATmega8515/8535等。

AVR器件引腳從8腳到64腳，還有各種不同封裝供選擇。

AVR單片機優(yōu)勢特征

高可靠性、功能強、高速度、低功耗和低價位,一直是衡量單片機性能的重要指標(biāo)，也是單片機占領(lǐng)市場、賴以生存的必要條件。

AVR單片機最大特點

與其它8-Bit MCU相比，AVR 8-Bit MCU最大的特點是：

1. 哈佛結(jié)構(gòu)，具備1MIPS / MHz的高速運行處理能力；

2. 超功能精簡指令集（RISC），具有32個通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用單一ACC進行處理造成的瓶頸現(xiàn)象；

3. 快速的存取寄存器組、單周期指令系統(tǒng)，大大優(yōu)化了目標(biāo)代碼的大小、執(zhí)行效率，部分型號FLASH非常大，特別適用于使用高級語言進行開發(fā)；

4. 作輸出時與PIC的HI/LOW相同，可輸出40mA（單一輸出），作輸入時可設(shè)置為三態(tài)高阻抗輸入或帶上拉電阻輸入，具備10mA-20mA灌電流的能力；

5. 片內(nèi)集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動復(fù)位、看門狗、啟動延時等功能，外圍電路更加簡單，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠；

6. 大部分AVR片上資源豐富：帶E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等；

7. 大部分AVR除了有ISP功能外，還有IAP功能，方便升級或銷毀應(yīng)用程序。