【正文】 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)的復雜應用，串口功能大大超過MCS51/96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位電路、獨立的看門狗電路、低電壓檢測電路BOD，多個復位源(自動上下電復位、外部復位、看門狗復位、BOD復位)，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（），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單片機技術(shù)體現(xiàn)了單片機集多種器件(包括FLASH程序存儲器、看門狗、EEPROM、同/異步串行口、TWI、SPI、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時器/計數(shù)器等)和多種功能(增強可靠性的復位系統(tǒng)、降低功耗抗干擾的休眠模式、品種多門類全的中斷系統(tǒng)、具輸入捕獲和比較匹配輸出等多樣化功能的定時器/計數(shù)器、具替換功能的I/O端口……)于一身，充分體現(xiàn)了單片機技術(shù)的從“片自為戰(zhàn)”向“片上系統(tǒng)SoC”過渡的發(fā)展方向。總結(jié)，與其它8bit MCU相比，AVR 8bit MCU最大的特點是：? 哈佛結(jié)構(gòu)，具備1MIPS/MHz的高速運行處理能力；? 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；? 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)；? 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10mA20mA灌電流的能力；? 片內(nèi)集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動復位、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；? 大部分AVR片上資源豐富：帶E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等；? 大部分AVR除了有ISP功能外，還有IAP功能，方便升級或銷毀應用程序。 ATmega16單片機ATmega16是基于增強的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。 ATmega16 AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元(ALU)相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。 ATmega16單片機的特點及特性特點16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時讀寫的能力，即RWW)，512字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)SRAM，32個通用I/O口線，32個通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器/計數(shù)器(T/C)，片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益(TQFP 封裝)的ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。工作于空閑模式時CPU停止工作，而USART、兩線接口、A/D 轉(zhuǎn)換器、SRAM、T/C、SPI端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時器繼續(xù)運行，允許用戶保持一個時間基準，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)；ADC噪聲抑制模式時終止CPU 和除了異步定時器與ADC以外所有I/O模塊的工作，以降低ADC轉(zhuǎn)換時的開關(guān)噪聲；Standby模式下只有晶體或諧振振蕩器運行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動能力；擴展Standby模式下則允許振蕩器和異步定時器繼續(xù)工作。產(chǎn)品特性? 高性能、低功耗的8位AVR微處理器? 先進的RISC 結(jié)構(gòu)? 131條指令? 大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期? 32個8位通用工作寄存器? 全靜態(tài)工作? 工作于16MHz時性能高達16MIPS? 只需兩個時鐘周期的硬件乘法器? 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器? 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，擦寫壽命：10,000次? 具有獨立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)，通過片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，真正的時讀寫操作? 512字節(jié)的EEPROM，擦寫壽命：100,000次? 1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM? 可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密? JTAG 接口(與IEEE ) 符合JTAG 標準的邊界掃描功能 支持擴展的片內(nèi)調(diào)試功能 通過JTAG 接口實現(xiàn)對Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程外設(shè)特點? 兩個具有獨立預分頻器和比較器功能的8位定時器/計數(shù)器? 一個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數(shù)器? 具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器RTC? 四通道PWM? 8路10位ADC，8個單端通道，2個具有可編程增益（1x,10x,或200x）的差分通道? 面向字節(jié)的兩線接口? 兩個可編程的串行USART? 可工作于主機/從機模式的SPI串行接口? 具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器? 片內(nèi)模擬比較器? 特殊的處理器特點? 上電復位以及可編程的掉電檢測? 片內(nèi)經(jīng)過標定的RC振蕩器? 片內(nèi)/片外中斷源? 6種睡眠模式：空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby模式以及擴展的Standby模式? I/O和封裝? 32個可編程的I/O口? 40引腳PDIP封裝,44引腳TQFP封裝，與44引腳MLF封裝? 工作電壓: ATmega16L： ATmega16：? 速度等級 08MHz ATmega16L 016MHz ATmega16? ATmega16L在1MHz,3V,25176。C時的功耗 正常模式： 空閑模式： 掉電模式：1μA ATmega16單片機引腳配置及說明 ATmega16引腳圖?VCC：數(shù)字電路的電源?GND：地?端口A(PA7..PA0)：端口A做為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口A為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口A處于高阻狀態(tài)。?端口B(PB7..PB0)：端口B為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口B處于高阻狀態(tài)。?端口C(PC7..PC0)：端口C為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口C處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復位出現(xiàn)引腳PC5(TDI)、PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。?端口D(PD7..PD0)：端口D為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口D處于高阻狀態(tài)。?RESET：復位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復位。門限時間見P36Table15。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復位。?XTAL1：反向振蕩放大器與片內(nèi)時鐘操作電路的輸入端。?XTAL2：反向振蕩放大器的輸出端。?AVCC：是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時，該引腳應直接與VCC連接。使用ADC時應通過一個低通濾波器與VCC連接。?AREF A/D：的模擬基準輸入引腳。 CPUATMEGA16 AVR內(nèi)核的結(jié)構(gòu)。CPU的主要任務(wù)是保證程序的正確執(zhí)行。因此它必須能夠訪問存儲器、執(zhí)行運算、控制外設(shè)以及處理中斷。為了獲得最高的性能以及并行性，AVR采用了Harvard結(jié)構(gòu)，具有獨立的數(shù)據(jù)和程序總線。程序存儲器里的指令通過一級流水線運行。CPU在執(zhí)行一條指令的同時讀取下一條指令(在本文稱為預取)。這個概念實現(xiàn)了指令的單時鐘周期運行。程序存儲器是可以在線編程的FLASH?？焖僭L問寄存器文件包括32個8位通用工作寄存器，訪問時間為一個時鐘周期。從而實現(xiàn)了單時鐘周期的ALU操作。在典型的ALU操作中，兩個位于寄存器文件中的操作數(shù)同時被訪問，然后執(zhí)行運算，結(jié)果再被送回到寄存器文件。整個過程僅需一個時鐘周期。 寄存器文件里有6個寄存器可以用作3個16位的間接尋址寄存器指針以尋址數(shù)據(jù)空間，實現(xiàn)高效的地址運算。其中一個指針還可以作為程序存儲器查詢表的地址指針。這些附加的功能寄存器即為16位的X、Y、Z寄存器。 ALU支持寄存器之間以及寄存器和常數(shù)之間的算術(shù)和邏輯運算。ALU也可以執(zhí)行單寄存器操作。運算完成之后狀態(tài)寄存器的內(nèi)容得到更新以反映操作結(jié)果。程序流程通過有/無條件的跳轉(zhuǎn)指令和調(diào)用指令來控制，從而直接尋址整個地址空間。大多數(shù)指令長度為16位，亦即每個程序存儲器地址都包含一條16位或32位的指令。 程序存儲器空間分為兩個區(qū)：引導程序區(qū)(Boot區(qū))和應用程序區(qū)。這兩個區(qū)都有專門的鎖定位以實現(xiàn)讀和讀/寫保護。用于寫應用程序區(qū)的SPM指令必須位于引導程序區(qū)。 在中斷和調(diào)用子程序時返回地址的程序計數(shù)器(PC)保存于堆棧之中。堆棧位于通用數(shù)據(jù)SRAM，因此其深度僅受限于SRAM的大小。在復位例程里用戶首先要初始化堆棧指針SP。這個指針位于I/O空間，可以進行讀寫訪問。數(shù)據(jù)SRAM可以通過5種不同的尋址模式進行訪問。 AVR存儲器空間為線性的平面結(jié)構(gòu)。 AVR有一個靈活的中斷模塊?？刂萍拇嫫魑挥贗/O空間。狀態(tài)寄存器里有全局中斷使能位。每個中斷在中斷向量表里都有獨立的中斷向量。各個中斷的優(yōu)先級與其在中斷向量表的位置有關(guān)，中斷向量地址越低，優(yōu)先級越高。 I/O存儲器空間包含64個可以直接尋址的地址，作為CPU外設(shè)的控制寄存器、SPI，以及其他I/O功能。映射到數(shù)據(jù)空間即為寄存器文件之后的地址0x200x5F。 存儲器ATmega16的存儲器。AVR結(jié)構(gòu)具有兩個主要的存儲器空間：數(shù)據(jù)存儲器空間和程序存儲器空間。此外，ATmega16還有EEPROM存儲器以保存數(shù)據(jù)。這三個存儲器空間都為線性的平面結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash程序存儲器ATmega16具有16K字節(jié)的在線編程Flash，用于存放程序指令代碼。因為所有的AVR指令為16位或32位，故而Flash組織成8K16位的形式。用戶程序的安全性要根據(jù)Flash程序存儲器的兩個區(qū)：引導(Boot)程序區(qū)和應用程序區(qū)，分開來考慮。Flash存儲器至少可以擦寫10,000次。ATmega16的程序計數(shù)器(PC)為13位，因此可以尋址8K字的程序存儲器空間。SRAM數(shù)據(jù)存儲器 SRAM空間的組織結(jié)構(gòu)。前1120個數(shù)據(jù)存儲器包括了寄存器文件、I/O存儲器及內(nèi)部數(shù)據(jù)SRAM。起始的96個地址為寄存器文件與64個I/O存儲器，接著是1024字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)SRAM。數(shù)據(jù)存儲器的尋址方式分為5種：直接尋址、帶偏移量的間接尋址、間接尋址、帶預減量的間接尋址和帶后增量的間接尋址。寄存器文件中的寄存器R26到R31為間接尋址的指針寄存器。直接尋址范圍可達整個數(shù)據(jù)區(qū)。 ATmega16 SRAM 空間的組織結(jié)構(gòu) 帶偏移量的間接尋址模式能夠?qū)ぶ返接杉拇嫫鱕和Z給定的基址附近的63個地址。在自動預減和后加的間接尋址模式中，寄存器X、Y和Z自動增加或減少。ATmega16的全部32個通用寄存器、64個I/O寄存器及1024個字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)SRAM可以通過所有上述的尋址模式進行訪問。EEPROM數(shù)據(jù)存儲器ATmega16包含512字節(jié)的EEPROM 數(shù)據(jù)存儲器。它是作為一個獨立的數(shù)據(jù)空間而存在的，可以按字節(jié)讀寫。EEPROM 的壽命至少為100,000次擦除周期。EEPROM的訪問由地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器決定。 I/O口介紹作為通用數(shù)字I/O使用時，所有AVR I/O端口都具有真正的讀修改寫功能。這意味著用SBI或CBI指令改變某些管腳的方向(或者是端口電平、禁止/使能上拉電阻)時不會無意地改變其他管腳的方向(或者是端口電平、禁止/使能上拉電阻)。輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動能力，可以輸出或吸收大電流，直接驅(qū)動LED。所有的端口引腳都具有與電壓無關(guān)的上拉電阻。并有保護二極管與VCC和地相連。 I/O引腳等效原理圖I/O引腳等效原理圖每個端口都有三個I/O存儲器地址：數(shù)據(jù)寄存器 –PORTx、數(shù)據(jù)方向寄存器–DDRx和端口輸入引腳–PINx。數(shù)據(jù)寄存器和數(shù)據(jù)方向寄存器為讀/寫寄存器，而端口輸入引腳為只讀寄存器。但是需要特別注意的是，對PINx寄存器某一位寫入邏輯“1”將造成數(shù)據(jù)寄存器相應位的數(shù)據(jù)發(fā)生“0”與“1”的交替變化。當寄存器MCUCR的上拉禁止位PUD置位時所有端口引腳的上拉電阻都被禁止。端口配置引腳通用數(shù)字I