【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 時(shí)計(jì)數(shù)器 RTC。④ 四通道 PWM。⑤ 8 路 10 位 ADC 和 8 個(gè)單端通道。（5）TQFP 封裝的 7 個(gè)差分通道①2 個(gè)具有可編程增益（1x,10x,或 200x）的差分通道。② 面向字節(jié)的兩線接口。③ 兩個(gè)可編程的串行 USART。④ 可工作于主/從機(jī)模式的 SPI 串行接口。⑤ 具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器。⑥ 片內(nèi)模擬比較器。（6）特殊的處理器特點(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(guò)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。（7）I/O 和封裝40 引腳 PDIP 封裝，32 個(gè)可編程的 I/O 口。（8）工作電壓 。（9）速度等級(jí)0 16 MHz。（10）ATmega16 在 1 MHz、3V、25176。C 時(shí)的功耗① 正常模式： m A。② 空閑模式： m A。③ 掉電模式:： 1μA 。 AVR 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的簡(jiǎn)介ATmega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具，包括：C 語(yǔ)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。ICCAVR 是一種使用符合 ANSI 標(biāo)準(zhǔn)的 C 語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)微控制器（MCU）程序的一個(gè)工具，它有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：① ICCAVR 是一個(gè)綜合了編輯器和工程管理器的集成工作環(huán)境（IDE） ，是一個(gè)純 32 位的程序，其可在 Windows 9X/NT/2022 /XP 下運(yùn)行。② 源文件全部被組織到工程之中，文件的編輯和工程的構(gòu)筑也在 IDE 環(huán)境中完成。編譯錯(cuò)誤顯示在狀態(tài)窗口中，并且當(dāng)你用鼠標(biāo)單擊編譯錯(cuò)誤時(shí)光標(biāo)會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到編輯窗口中引起錯(cuò)誤的那一行。③ 提供了全部的庫(kù)源代碼及一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用實(shí)例，并且用戶能夠根據(jù)庫(kù)源代碼對(duì) ICCAVR 提供庫(kù)函數(shù)進(jìn)行裁剪和擴(kuò)充。在編輯器安裝完成后，得到的是一個(gè)只可以使用 45 天的未注冊(cè)版本的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行注冊(cè)，首先啟動(dòng)編譯器的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE） ，單擊菜單欄 Help/Register Software；然后，單擊 Continue 按鈕進(jìn)入注冊(cè)機(jī)界面，在注冊(cè)欄填入軟件的序列號(hào)對(duì)應(yīng)得注冊(cè)碼，單擊 License 后完成編譯軟件的注冊(cè)。ICCAVR 編輯器的使用：首先，創(chuàng)建工程文件，從 IDE 的菜單“Project”中選擇“New”命令，在對(duì)話框中指定工程存放的文件夾以及工程名稱。在工程管理窗口中會(huì)出現(xiàn)三個(gè)子目錄，F(xiàn)iles、Headers、Documents。然后，從 IDE 的“File”菜單中選擇“Open” 或“New ”，打開(kāi)已編輯好的源文件或直接在新建的編輯區(qū)內(nèi)鍵入程序。在編輯窗口中單擊鼠標(biāo)右鍵，在菜單中選擇“Add To Project”命令，將源文件添加到工程中。最后，編譯源文件。從 IDE 的中選擇“Options”命令，在 Target 標(biāo)簽下的Device configuration 欄目中選擇 ATmega16 型號(hào)的單片機(jī)。再單擊 “Project”菜單下的“Build All”命令，編譯工程中的全部文件（File 文件夾中的文件） 。如果配置“In System Programming”對(duì)話框的 Auto Program After Compile 項(xiàng)，通過(guò)自制的ISP 下載線將編譯后的程序下載到目標(biāo)板，完成自動(dòng)下載過(guò)程。中斷及響應(yīng)周期：快速訪問(wèn)寄存器文件包括 32 個(gè) 8 位通用工作寄存器，訪問(wèn)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)位于寄存器文件中的操作數(shù)同時(shí)被訪問(wèn)，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(guò)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(guò)有/無(wú)條件的跳轉(zhuǎn)指令和調(diào)用指令來(lái)控制，從而直接尋址整個(gè)地址空間。大多數(shù)指令長(zhǎng)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)區(qū)都有專門的鎖定位以實(shí)現(xiàn)讀和讀/寫(xiě)保護(hù)。用于寫(xiě)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AVR 有一個(gè)靈活的中斷模塊?？刂萍拇嫫魑挥?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。AVR ALU 與 32 個(gè)通用工作寄存器直接相連。寄存器與寄存器之間、寄存器與立即數(shù)之間的 ALU 運(yùn)算只需要一個(gè)時(shí)鐘周期。ALU 操作分為 3 類：算術(shù)、邏輯和位操作。此外還提供了支持無(wú)/有符號(hào)數(shù)和分?jǐn)?shù)乘法的乘法器。具體請(qǐng)參見(jiàn)指令集。狀態(tài)寄存器包含了最近執(zhí)行的算術(shù)指令的結(jié)果信息。這些信息可以用來(lái)改變程序流程以實(shí)現(xiàn)條件操作。如指令集所述，所有 ALU 運(yùn)算都將影響狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。這樣，在許多情況下就不需要專門的比較指令了，從而使系統(tǒng)運(yùn)行更快速，代碼效率更高。AVR 有不同的中斷源。每個(gè)中斷和復(fù)位在程序空間都有獨(dú)立的中斷向量。所有的中斷事件都有自己的使能位。當(dāng)使能位置位，且狀態(tài)寄存器的全局中斷使能位 I 也置位時(shí)，中斷可以發(fā)生。根據(jù)程序計(jì)數(shù)器 PC 的不同，在引導(dǎo)鎖定位 BLB02 或 BLB12 被編程的情況下，中斷可能被自動(dòng)禁止。這個(gè)特性提高了軟件的安全性。詳見(jiàn) P247“ 存儲(chǔ)器編程 ” 的描述。程序存儲(chǔ)區(qū)的最低地址缺省為復(fù)位向量和中斷向量。完整的向量列表請(qǐng)參見(jiàn) P43“中斷” 。列表也決定了不同中斷的優(yōu)先級(jí)。向量所在的地址越低，優(yōu)先級(jí)越高。RESET 具有最高的優(yōu)先級(jí)，第二個(gè)為 INT0–外部中斷請(qǐng)求 0。通過(guò)置位 MCU 控制寄存器 (MCUCR) 的 IVSEL，中斷向量可以移至引導(dǎo) Flash 的起始處。編程熔絲位BOOTRST 也可以將復(fù)位向量移至引導(dǎo) Flash 的起始處。具體參見(jiàn) P234“支持引導(dǎo)裝入程序，在寫(xiě)的同時(shí)可以讀的自我編程能力 ”。任一中斷發(fā)生時(shí)全局中斷使能位 I 被清零，從而禁止了所有其他的中斷。用戶軟件可以在中斷程序里置位 I 來(lái)實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。此時(shí)所有的中斷都可以中斷當(dāng)前的中斷服務(wù)程序。執(zhí)行 RETI 指令后 I 自動(dòng)置位。從根本上說(shuō)有兩種類型的中斷。第一種由事件觸發(fā)并置位中斷標(biāo)志。對(duì)于這些中斷，程序計(jì)數(shù)器跳轉(zhuǎn)到實(shí)際的中斷向量以執(zhí)行中斷處理程序，同時(shí)硬件將清除相應(yīng)的中斷標(biāo)志。中斷標(biāo)志也可以通過(guò)對(duì)其寫(xiě)“1”的方式來(lái)清除。當(dāng)中斷發(fā)生后，如果相應(yīng)的中斷使能位為0，則中斷標(biāo)志位置位，并一直保持到中斷執(zhí)行，或者被軟件清除。類似的，如果全局中斷標(biāo)志被清零，則所有已發(fā)生的中斷都不會(huì)被執(zhí)行，直到 I 置位。然后掛起的各個(gè)中斷按中斷優(yōu)先級(jí)依次執(zhí)行。第二種類型的中斷則是只要中斷條件滿足，就會(huì)一直觸發(fā)。這些中斷不需要中斷標(biāo)志。若中斷條件在中斷使能之前就消失了，中斷不會(huì)被觸發(fā)。AVR 退出中斷后總是回到主程序并至少執(zhí)行一條指令才可以去執(zhí)行其他被掛起的中斷。要注意的是，進(jìn)入中斷服務(wù)程序時(shí)狀態(tài)寄存器不會(huì)自動(dòng)保存，中斷返回時(shí)也不會(huì)自動(dòng)恢復(fù)。這些工作必須由用戶通過(guò)軟件來(lái)完成。AVR 中斷響應(yīng)時(shí)間最少為 4 個(gè)時(shí)鐘周期。4 個(gè)時(shí)鐘周期后，程序跳轉(zhuǎn)到實(shí)際的中斷處理例程。在這 4 個(gè)時(shí)鐘期期間 PC 自動(dòng)入棧。在通常情況下，中斷向量為一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令，此跳轉(zhuǎn)需要 3 個(gè)時(shí)鐘周期。如果中斷在一個(gè)多時(shí)鐘周期指令執(zhí)行期間發(fā)生，則在此多周期指令執(zhí)行完畢后 MCU 才會(huì)執(zhí)行中斷程序。若中斷發(fā)生時(shí) MCU處于休眠模式，中斷響應(yīng)時(shí)間還需增加 4 個(gè)時(shí)鐘周期。此外還要考慮到不同的休眠模式所需要的啟動(dòng)時(shí)間。這個(gè)時(shí)間不包括在前面提到的時(shí)鐘周期里。中斷返回需要4 個(gè)時(shí)鐘。在此期間 PC(兩個(gè)字節(jié) )將被彈出棧，堆棧指針加二，狀態(tài)寄存器 SREG的 I 置位。AVR ATmega16 的存儲(chǔ)器：（1）系統(tǒng)內(nèi)可編程的 Flash 程序存儲(chǔ)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?yàn)樗械?AVR 指令為 16 位或 32 位，故而 Flash 組織成 8K x 16 位的形式。用戶程序的安全性要根據(jù) Flash 程序存儲(chǔ)器的兩個(gè)區(qū)：引導(dǎo)(Boot) 程序區(qū)和應(yīng)用程序區(qū)，分開(kāi)來(lái)考慮。（2）SRAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器前 1120 個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器包括了寄存器文件、I/O 存儲(chǔ)器及內(nèi)部數(shù)據(jù) SRAM。起始的 96 個(gè)地址為寄存器文件與 64 個(gè) I/O 存儲(chǔ)器，接著是 1024 字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)SRAM。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(yù)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(dá)整個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。帶偏移量的間接尋址模式能夠?qū)ぶ返接杉拇嫫?Y 和 Z 給定的基址附近的 63 個(gè)地址。在自動(dòng)預(yù)減和后加的間接尋址模式中，寄存器 X、Y 和 Z 自動(dòng)增加或減少。ATmega16 的全部 32 個(gè)通用寄存器、64 個(gè) I/O 寄存器及 1024 個(gè)字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù) SRAM 可以通過(guò)所有上述的尋址模式進(jìn)行訪問(wèn)。（3）EEPROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ATmega16 包含 512 字節(jié)的 EEPROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。它是作為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)空間而存在的，可以按字節(jié)讀寫(xiě)。EEPROM 的壽命至少為 100000 次擦除周期。EEPROM 的訪問(wèn)由地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器決定。若程序執(zhí)行掉電指令時(shí) EEPROM 的寫(xiě)操作正在進(jìn)行，EEPROM 的寫(xiě)操作將繼續(xù)，并在指定的寫(xiě)訪問(wèn)時(shí)間之前完成。但寫(xiě)操作結(jié)束后，振蕩器還將繼續(xù)運(yùn)行，單片機(jī)并非處于完全的掉電模式。因此在執(zhí)行掉電指令之前應(yīng)結(jié)束 EEPROM 的寫(xiě)操作。（4）I/O 存儲(chǔ)器ATmega16 所有的 I/O 及外設(shè)都被放置于 I/O 空間。所有的 I/O 位置都可以通過(guò)IN 與 OUT 指令來(lái)訪問(wèn)，在 32 個(gè)通用工作寄存器和 I/O 之間傳輸數(shù)據(jù)。 地址為0x00 0x1F 的 I/O 寄存器還可用 SBI 和 CBI 指令直接進(jìn)行位尋址，而 SBIS 和 SBIC則用來(lái)檢查某一位的值。更多內(nèi)容請(qǐng)參見(jiàn)指令集。使用 IN 和 OUT 指令時(shí)地址必須在 0x00 0x3F 之間。如果要象 SRAM 一樣通過(guò) LD 和 ST 指令訪問(wèn) I/O 寄存器，相應(yīng)的地址要加上 0x20。電源管理及睡眠模式：睡眠模式可以使應(yīng)用程序關(guān)閉 MCU 中沒(méi)有使用的模塊，從而降低功耗。 AVR 具有不同的睡眠模式，允許用戶根據(jù)自己的應(yīng)用要求實(shí)施剪裁。進(jìn)入睡眠模式的條件是置位寄存器 MCUCR 的 SE，然后執(zhí)行 SLEEP 指令。具體哪一種模式(空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、掉電模式、省電模式、Standby 模式和擴(kuò)展 Standby模式 ) 由 MCUCR 的 SMSM1 和 SM0 決定，如 Table 13 所示。使能的中斷可以將進(jìn)入睡眠模式的 MCU 喚醒。經(jīng)過(guò)啟動(dòng)時(shí)間，外加 4 個(gè)時(shí)鐘周期后， MCU 就可以運(yùn)行中斷例程了。然后返回到 SLEEP 的下一條指令。喚醒時(shí)不會(huì)改變寄存器文件和 SRAM 的內(nèi)容。如果在睡眠過(guò)程中發(fā)生了復(fù)位，則 MCU 喚醒后從中斷向量開(kāi)始執(zhí)行。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)嬰兒搖籃結(jié)構(gòu)電機(jī)的選擇：電機(jī)作為機(jī)器人的執(zhí)行元件，在機(jī)器人中長(zhǎng)選用直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)，下面將對(duì)幾種電機(jī)進(jìn)行比較，見(jiàn)表 22。 表 22 常用電機(jī)類型對(duì)比表類 型 調(diào)速范圍 控制精度 價(jià) 格直流電機(jī) 寬 一般 較便宜步進(jìn)電機(jī) 一般 較高 較貴伺服電機(jī) 較寬 高 很貴直流電機(jī)是最簡(jiǎn)單