【正文】 VR 的程序存儲器結(jié)構(gòu)實際上是以字（16 位）為一個存儲單元的。二. 程序計數(shù)器PC、指令寄存器和指令譯碼器程序計數(shù)器PC 用來存放下一條需要執(zhí)行指令在程序存儲器空間的地址（指向Flash 空間）。ATmega16 的ALU 還能實現(xiàn)無符號數(shù)、有符號數(shù)以及浮點數(shù)的硬件乘法操作。運算邏輯單元ALU 還包含一個布爾處理器，用來處理位操作。如能完成加、減、自動加自動減比較等算術(shù)運算和與、或、異或、求補、循環(huán)移位等邏輯操作。 AVR 中央處理器CPUAVR CPU 是單片機的核心部分，它由運算邏輯單元ALU、程序計數(shù)器PC、指令寄存器、指令譯碼器等部件組成。數(shù)據(jù)存儲器RAM 和EEPROM。包括：ALU 運算邏輯單元、32 個8 位快速訪問通用寄存器組（寄存器文件）、程序計數(shù)器PC、指令寄存器、指令譯碼器。芯片Reset 復(fù)位后，所有I/O 口的缺省狀態(tài)為輸入方式，上拉電阻無效，即I/O 為輸入高阻的三態(tài)狀態(tài)。因此AVR 的I/O 口驅(qū)動能力非常強，能夠直接驅(qū)動LED 發(fā)光二極管、數(shù)碼管等。當(dāng)I/O 設(shè)置為輸入時，引腳內(nèi)部還配置有上拉電阻，這個內(nèi)部的上拉電阻可通過編程設(shè)置為上拉有效或上拉無效。 （2）32 根I/O 引腳，分成PA、PB、PC 和PD 四個8 位端口，他們?nèi)渴强删幊炭刂频碾p（多）功能復(fù)用的I/O 引腳（口）。 不使用ADC時，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。 持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。 在復(fù)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)。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。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。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。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。在復(fù)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)。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，端口被外部電路低時將輸出電流。 端口A為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。GND 地 圖21ATmega16引腳示意圖其中，各個引腳的功能如下: （1）電源、系統(tǒng)晶振、芯片復(fù)位引腳引腳說明： ATmega16單片機引腳 ATmega16 單片機有三種形式的封裝：40 腳雙列直插PDIP、44 腳方形的TQFP 和MLF 形式（貼片形式）。ATmega16 有如下特點: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(jìn)行選擇的省電模式。此外，ATmega16還有EEPROM存儲器以保存數(shù)據(jù)。 通過將8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash 集成在一個芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個功能強大的單片機，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。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存儲區(qū)。本芯片是以Atmel 高密度非易失性存儲器技術(shù)生產(chǎn)的。由于其先進(jìn)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(dá)1MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。基于這些考慮，本設(shè)計使用89C51進(jìn)行控制。此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。（6）在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用：某些專用單片機設(shè)計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。(4)在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用：　 現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。 單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇：(1)在智能儀器儀表上的應(yīng)用：單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 單片機應(yīng)用領(lǐng)域目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡?，F(xiàn)在一些新型的單片機（如AVR 系列單片機）已經(jīng)是SOC 的雛形，在一片芯片中集成了各種類型和更大容量的存儲器，更多性能更加完善和強大的功能電路接口，這使得原來需要幾片甚至十幾片芯片組成的系統(tǒng)，現(xiàn)在只用一片就可以實現(xiàn)。（8）單片機向片上系統(tǒng)SOC 的發(fā)展。采用串行總線方式為主的外圍擴展技術(shù)具有方便、靈活、電路系統(tǒng)簡單、占用I/O 資源少等特點。（7） 以串行總線方式為主的外圍擴展。新型的單片機往往具有寬電壓（3V－5V）或低電壓（3V）運行的特點。?? 低電壓節(jié)能技術(shù)。?? 片內(nèi)外圍電路的電源管理。配置有高速（主）和低速（子）兩個時鐘系統(tǒng)。它包括： 單片機的低功耗運行方式，既閑置方式（Idle Mode）、掉電方式（PowerDown Mode）。（6） 實現(xiàn)全面功耗管理。在ISP 技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了IAP(In Application Programmable)技術(shù)，也稱在應(yīng)用可編程技術(shù)。其次，基于ISP 技術(shù)的實現(xiàn)，使模擬仿真開發(fā)技術(shù)重新興起。隨著微控制器在片內(nèi)集成EEPROM、FlashROM 的發(fā)展，導(dǎo)致了ISP技術(shù)在單片機中的應(yīng)用。（5） ISP、IAP 及基于ISP、IAP 技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。系統(tǒng)程序編程寫入片內(nèi)的程序存儲器后，可以再對加密保護單元編程，使芯片加鎖。一個單片嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)程序是系統(tǒng)的最重要的部分，是知識產(chǎn)權(quán)保護的核心。后兩種類型的單片機適合于大批量產(chǎn)品生產(chǎn)的使用，而前兩種類型的微控制器則適合產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)、批量生產(chǎn)以及學(xué)習(xí)培訓(xùn)的應(yīng)用。采用MaskROM 的微控制器稱為掩模芯片，它是在芯片制造過程中就將程序“寫入”了，并永遠(yuǎn)不能改寫。新型的單片機則采用FlashROM 以及MaskROM、OTPROM 做為片內(nèi)的程序存儲器。將程序存儲器集成在單片機內(nèi)可以大大提高單片機的抗干擾性能、提高程序的保密性、減少硬件的設(shè)計的復(fù)雜性和空間等許多優(yōu)點，因此片內(nèi)集成程序存儲器已成為新型單片機的標(biāo)準(zhǔn)方式。 型向FlashROM 發(fā)展。如 ATMEL 公司的ATmega16，片內(nèi)的SRAM為1K 字節(jié)，F(xiàn)lashROM 為16K 字節(jié)。新型的單片機一般在片內(nèi)集成的SRAM 在128 字節(jié)至1K 字節(jié)， ROM 的容量一般為4K 字節(jié)至8K 字節(jié)。片內(nèi)存儲器的改進(jìn)與發(fā)展的方向是擴大容量、ROM數(shù)據(jù)的易寫和保密等。 （4） 片內(nèi)存儲器的改進(jìn)與發(fā)展。為了能在變頻控制中方便使用單片機，形成最具經(jīng)濟效益的嵌入式控制系統(tǒng)。 （3） 多功能集成化。與MCS51 相比，在相同的12MHz 外部時鐘下，單周期指令運行速度可達(dá)12MIPS。在這種體系結(jié)構(gòu)中，很容易實現(xiàn)并行流水線操作，大大提高了指令運行速度。如MCS51 系列單片機，當(dāng)外部時鐘為12MHz 時，其單周期指令運行速度也僅為1MIPS。 （2） 采用RISC 體系結(jié)構(gòu)。CMOS 電路具有許多優(yōu)點，如極寬的工作電壓范圍；極佳的低功耗及功耗管理特性等。其進(jìn)一步的發(fā)展趨勢是多方面的。采用更先進(jìn)的技術(shù)來提高單片機的綜合品質(zhì)，如提高I/O 口的驅(qū)動能力；增加抗靜電和抗干擾措施；寬（低）電壓低功耗等。因此專用單片機也是單片機發(fā)展的一個主要方向。由于單片機設(shè)計生產(chǎn)技術(shù)的提高、周期縮短、成本下降，以及許多特定類型電子產(chǎn)品，如家電類產(chǎn)品的巨大的市場需求能力，推動了專用單片機的發(fā)展。 （2）大力發(fā)展專用型單片機。其主要方面有： （1）單片嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用是面對最底層的電子技術(shù)應(yīng)用，從簡單的玩具、小家電；到復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)、智能儀表、電器控制；以及發(fā)展到機器人、個人通信信息終端、機頂盒等。 第四階段（1993 年現(xiàn)在）：百花齊放階段。 （4） 在程序存儲器方面廣泛使用了片內(nèi)程序存儲器技術(shù)，出現(xiàn)了片內(nèi)集成EPROM、EEPROM、FlashROM 以及MaskROM、OTPROM 等各種類型的單片機，以滿足不同產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)的需要，也為最終取消外部程序存儲器擴展奠定了良好的基礎(chǔ)。 （2） 出現(xiàn)了為滿足串行外圍擴展要求的串行擴展總線和接口，如SPI、I2C Bus、單總線（1Wire）等。其主要技術(shù)發(fā)展有： （1） 外圍功能集成。這個階段單片機的代表為8051 系列。 第三階段（1982 年1992 年）：8 位單片機鞏固發(fā)展及16 位高級單片機發(fā)展階段。一些單片機片內(nèi)還集成了A/D 轉(zhuǎn)換接口。在這一階段推出的單片機其功能有較大的加強，能夠應(yīng)用于更多的場合。這個系列的單片機內(nèi)集成有8 位CPU、I/O 接口、8 位定時器/計數(shù)器，尋址范圍不大于4K 字節(jié)，簡單的中斷功能，無串行接口。 第一階段（1976 年1978 年）：初級單片機階段。其發(fā)展速度大約每三四年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。美國Inter 公司在1971 年推出了4 位單片機4004；1972 年推出了雛形8 位單片機8008。汽車上一般配備40多部單片機，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過PC機和其他計算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有12部單片機。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。目前，高端的32位單片機主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)。早期的單片機都是8位或4位的。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對提及要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。單片機也被稱為微控制器，是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。 第2章 AVR單片機簡介單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。 第3章 對系統(tǒng)硬件的組成及設(shè)計進(jìn)行了介紹。 本文主要分為以下幾個部分： 第1章 對本課題的主要研究內(nèi)容、目的、開發(fā)環(huán)境進(jìn)行概括。LED的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附 在一個支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。 蜂鳴器 它是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復(fù)印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。石英晶體振蕩器 它是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。硬件系統(tǒng)主要包括：ATmaga16單片機 具有16KB系統(tǒng)內(nèi)flash的8位AVR微控制器，它是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。在本設(shè)計中，我們采用了單片機控制多模塊設(shè)計，便于檢查和維修。易操作性：貫徹面向最終用戶的原則，使用戶操作簡單直觀，易于掌握。實用性：注重采用成熟而實用的技術(shù)，使系統(tǒng)建設(shè)的投入產(chǎn)出比最高，能產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟效益。 適應(yīng)性：系統(tǒng)應(yīng)對不斷發(fā)展和完善的統(tǒng)計核