【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)9蕩 器 運(yùn) 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(shí) 具有 快 速 啟 動(dòng) 能 力 ； 擴(kuò) 展 Standby 模 式 下 則 允 許 振 蕩 器 和 異 步 定 時(shí) 器 繼 續(xù) 工 作 。 本 芯 片 是 以 Atmel 高 密 度 非 易 失 性 存 儲(chǔ) 器 技 術(shù) 生 產(chǎn) 的 。 片 內(nèi) ISP Flash 允 許 程 序 存 儲(chǔ) 器 通 過 ISP 串 行 接 口 ， 或 者 通 用 編 程 器 進(jìn) 行 編 程 ， 也 可 以 通 過運(yùn) 行 于 AVR 內(nèi) 核 之 中 的 引 導(dǎo) 程 序 進(jìn) 行 編 程 。 引 導(dǎo) 程 序 可 以 使 用 任 意 接 口 將 應(yīng)用 程 序 下 載 到 應(yīng) 用 Flash 存 儲(chǔ) 區(qū) (ApplicationFlash Memory)。 在 更 新 應(yīng) 用Flash 存 儲(chǔ) 區(qū) 時(shí) 引 導(dǎo) Flash 區(qū) (Boot Flash Memory)的 程 序 繼 續(xù) 運(yùn) 行 ， 實(shí) 現(xiàn) 了RWW 操 作 。 通 過 將 8 位 RISC CPU 與 系 統(tǒng) 內(nèi) 可 編 程 的 Flash 集 成 在 一 個(gè) 芯片 內(nèi) ， ATmega16 成 為 一 個(gè) 功 能 強(qiáng) 大 的 單 片 機(jī) ， 為 許 多 嵌 入 式 控 制 應(yīng) 用 提 供 了靈 活 而 低 成 本 的 解 決 方 案 。 ATmega16 具 有 一 整 套 的 編 程 與 系 統(tǒng) 開 發(fā) 工 具 ， 包括 ： C 語 言 編 譯 器 、 宏 匯 編 、 程 序 調(diào) 試 器 / 軟 件 仿 真 器 、 仿 真 器 及 評(píng) 估 板 。 ATmega16 產(chǎn)品特性高 性 能 、 低 功 耗 的 8 位 AVR 微 處 理 器 進(jìn) 的 RISC 結(jié) 構(gòu) 條 指 令 多 數(shù) 指 令 執(zhí) 行 時(shí) 間 為 單 個(gè) 時(shí) 鐘 周 期 個(gè) 8 位 通 用 工 作 寄 存 器 靜 態(tài) 工 作 作 于 16MHz 時(shí) 性 能 高 達(dá) 16MIPS 需 兩 個(gè) 時(shí) 鐘 周 期 的 硬 件 乘 法 器 易 失 性 程 序 和 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 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(dú) 立 鎖 定 位 的 可 選 Boot 代 碼 區(qū) ， 通 過 片 上 Boot 程 序 實(shí)現(xiàn) 系 統(tǒng) 內(nèi) 編 程 ， 真 正 的 同 時(shí) 讀 寫 操 作 字 節(jié) 的 EEPROM， 擦 寫 壽 命 : 100,000 次 字 節(jié) 的 片 內(nèi) SRAM 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)10 以 對(duì) 鎖 定 位 進(jìn) 行 編 程 以 實(shí) 現(xiàn) 用 戶 程 序 的 加 密 接 口 ( 與 IEEE 標(biāo) 準(zhǔn) 兼 容 ) 符 合 JTAG 標(biāo) 準(zhǔn) 的 邊 界 掃 描功 能 持 擴(kuò) 展 的 片 內(nèi) 調(diào) 試 功 能 ,通 過 JTAG 接 口 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) Flash、 EEPROM、 熔絲 位 和 鎖 定 位 的 編 程 設(shè) 特 點(diǎn) (1)兩 個(gè) 具 有 獨(dú) 立 預(yù) 分 頻 器 和 比 較 器 功 能 的 8 位 定 時(shí) 器 /計(jì) 數(shù) 器 (2)一 個(gè) 具 有 預(yù) 分 頻 器 、 比 較 功 能 和 捕 捉 功 能 的 16 位 定 時(shí) 器 /計(jì) 數(shù) 器 (3)具 有 獨(dú) 立 振 蕩 器 的 實(shí) 時(shí) 計(jì) 數(shù) 器 RTC (4)四 通 道 PWM 8 路 10 位 ADC， 8 個(gè) 單 端 通 道 ， 2 個(gè) 具 有 可 編 程 增 益 （ 1x, 10x, 或 200x） 的 差 分 通 道 (5)面 向 字 節(jié) 的 兩 線 接 口 (6)兩 個(gè) 可 編 程 的 串 行 USART (7)可 工 作 于 主 機(jī) / 從 機(jī) 模 式 的 SPI 串 行 接 口 (8)具 有 獨(dú) 立 片 內(nèi) 振 蕩 器 的 可 編 程 看 門 狗 定 時(shí) 器 (9)片 內(nèi) 模 擬 比 較 器 殊 的 處 理 器 特 點(diǎn) (1)上 電 復(fù) 位 以 及 可 編 程 的 掉 電 檢 測(cè) (2)片 內(nèi) 經(jīng) 過 標(biāo) 定 的 RC 振 蕩 器 (3)片 內(nèi) /片 外 中 斷 源 (4)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(kuò) 展 的 Standby 模 式 (1)32 個(gè) 可 編 程 的 I/O 口 (2)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(jí) 　 　 8MHz ATmega16L 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)11　 　 016MHz ATmega16 　 　 ATmega16L 在 1MHz, 3V, 25176。C 時(shí) 的 功 耗 　 　 正 常 模 式 : mA 　 　 空 閑 模 式 : mA 　 　 掉 電 模 式 : 1 μ A ATmega16 引腳功能 圖 31 AVR 單片機(jī)管腳圖VCC 電 源 正 GND 電 源 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(duì) 稱 的 驅(qū) 動(dòng) 特性 ， 可 以 輸 出 和 吸 收 大 電 流 。 作 為 輸 入 使 用 時(shí) ， 若 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 使 能 ， 端 口 被外 部 電 路 拉 低 時(shí) 將 輸 出 電 流 。 在 復(fù) 位 過 程 中 ， 即 使 系 統(tǒng) 時(shí) 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(duì) 稱 的 驅(qū) 動(dòng) 特 性 ， 可 以 輸 出 和 吸 收 大 電 流 。 作 為 輸 入使 用 時(shí) ， 若 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 使 能 ， 端 口 被 外 部 電 路 拉 低 時(shí) 將 輸 出 電 流 。 在 復(fù) 位 過程 中 ， 即 使 系 統(tǒng) 時(shí) 鐘 還 未 起 振 ， 端 口 B 處 于 高 阻 狀 態(tài) 。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)12端 口 B 也 可 以 用 做 其 他 不 同 的 特 殊 功 能 。 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(duì) 稱 的 驅(qū) 動(dòng) 特 性 ， 可 以 輸 出 和 吸 收 大 電 流 。 作 為 輸 入使 用 時(shí) ， 若 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 使 能 ， 端 口 被 外 部 電 路 拉 低 時(shí) 將 輸 出 電 流 。 在 復(fù)位 過 程 中 ， 即 使 系 統(tǒng) 時(shí) 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(fù) 位 出 現(xiàn) 引 腳 PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的 上 拉 電 阻被 激 活 。 端 口 C 也 可 以 用 做 其 他 不 同 的 特 殊 功 能 . 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(duì) 稱 的 驅(qū) 動(dòng) 特 性 ， 可 以 輸 出 和 吸 收 大 電 流 。 作 為 輸 入使 用 時(shí) ， 若 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 使 能 ， 則 端 口 被 外 部 電 路 拉 低 時(shí) 將 輸 出 電 流 。 在 復(fù) 位過 程 中 ， 即 使 系 統(tǒng) 時(shí) 鐘 還 未 起 振 ， 端 口 D 處 于 高 阻 狀 態(tài) 。 端 口 D 也 可 以 用 做其 他 不 同 的 特 殊 功 能 . RESET 復(fù) 位 輸 入 引 腳 。 持 續(xù) 時(shí) 間 超 過 最 小 門 限 時(shí) 間 的 低 電 平 將 引 起 系 統(tǒng) 復(fù)位 。 門 限 時(shí) 間 見 P36Table 15。 持 續(xù) 時(shí) 間 小 于 門 限 間 的 脈 沖 不 能 保 證 可 靠 復(fù) 位 。 XTAL1 反 向 振 蕩 放 大 器 與 片 內(nèi) 時(shí) 鐘 操 作 電 路 的 輸 入 端 。 XTAL2 反 向 振 蕩 放 大 器 的 輸 出 端 。 AVCC AVCC 是 端 口 A 與 A/D 轉(zhuǎn) 換 器 的 電 源 。 不 使 用 ADC 時(shí) ， 該 引 腳 應(yīng) 直 接與 VCC 連 接 。 使 用 ADC 時(shí) 應(yīng) 通 過 一 個(gè) 低 通 濾 波 器 與 VCC 連 接 。 AREF A/D 的 模 擬 基 準(zhǔn) 輸 入 引 腳 。 ATmega16 內(nèi)核介紹 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(dú)立 的 數(shù) 據(jù) 和 程 序 總 線 。 程 序 存 儲(chǔ) 器 里 的 指 令 通 過 一 級(jí) 流 水 線 運(yùn) 行 。 CPU 在 執(zhí)行 一 條 指 令 的 同 時(shí) 讀 取 下 一 條 指 令 ( 在 本 文 稱 為 預(yù) 取 )。 這 個(gè) 概 念 實(shí) 現(xiàn) 了 指 令的 單 時(shí) 鐘 周 期 運(yùn) 行 。 程 序 存 儲(chǔ) 器 是 可 以 在 線 編 程 的 FLASH。 快 速 訪 問 寄 存 器 文 件 包 括 32 個(gè) 8 位 通 用 工 作 寄 存 器 ， 訪 問 時(shí) 間 為 一 個(gè) 時(shí)鐘 周 期 。 從 而 實(shí) 現(xiàn) 了 單 時(shí) 鐘 周 期 的 ALU 操 作 。 在 典 型 的 ALU 操 作 中 ， 兩 個(gè) 位長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)13于 寄 存 器 文 件 中 的 操 作 數(shù) 同 時(shí) 被 訪 問 ， 然 后 執(zhí) 行 運(yùn) 算 ， 結(jié) 果 再 被 送 回 到 寄 存 器文 件 。 整 個(gè) 過 程 僅 需 一 個(gè) 時(shí) 鐘 周 期 。 寄 存 器 文 件 里 有 6 個(gè) 寄 存 器 可 以 用 作 3 個(gè) 16 位 的 間 接 尋 址 寄 存 器 指 針以 尋 址 數(shù) 據(jù) 空 間 ， 實(shí) 現(xiàn) 高 效 的 地 址 運(yùn) 算 。 其 中 一 個(gè) 指 針 還 可 以 作 為 程 序 存 儲(chǔ) 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(yùn) 算 。 ALU 也 可以 執(zhí) 行 單 寄 存 器 操 作 。 運(yùn) 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(gè) 地 址 空 間 。 大 多 數(shù) 指 令 長 度 為 16 位 ， 亦 即 每 個(gè) 程 序 存 儲(chǔ) 器 地 址 都 包 含 一 條16 位 或 32 位 的 指 令 。 程 序 存 儲(chǔ) 器 空 間 分 為 兩 個(gè) 區(qū) ： 引 導(dǎo) 程 序 區(qū) (Boot 區(qū) ) 和 應(yīng) 用 程 序 區(qū) 。 這兩 個(gè) 都 有 專 門 的 鎖 定 位 以 實(shí) 現(xiàn) 讀 和 讀 / 寫 保 護(hù) 。 用 于 寫 應(yīng) 用 程 序 區(qū) 的 SPM 指令 必 須 位 于 引 導(dǎo) 程 序 區(qū) 。 在 中 斷 和 調(diào) 用 子 程 序 時(shí) 返 回 地 址 的 程 序 計(jì) 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(fù) 位 例 程 里 用戶 首 先 要 初 始 化 堆 棧 指 針 SP。 這 個(gè) 指 針 位 于 I/O 空 間 ， 可 以 進(jìn) 行 讀 寫 訪 問 。數(shù) 據(jù) SRAM 可 以 通 過 5 種 不 同 的 尋 址 模 式 進(jìn) 行 訪 問 。 AVR 存 儲(chǔ) 器 空 間 為 線 性 的 平 面 結(jié) 構(gòu) 。 AVR 有 一 個(gè) 靈 活 的 中 斷 模 塊 。 控 制 寄 存 器 位 于 I/O 空 間 。 狀 態(tài) 寄 存 器 里 有全 局 中 斷 使 能 位 。 每 個(gè) 中 斷 在 中 斷 向 量 表 里 都 有 獨(dú) 立 的 中 斷 向 量 。 各 個(gè) 中 斷 的優(yōu) 先 級(jí) 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(jí) 越 高 。 I/O 存 儲(chǔ) 器 空 間 包 含 64 個(gè) 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 0x20 0x5F。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本的 AVR 硬件線路，包括以下幾部分：●復(fù)位線路。長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)14●晶振線路。●ISP 下載接口?！馢TAG 仿真接口?！耠娫?。(1)復(fù)位線路的設(shè)計(jì)Mega16