【正文】 ? 131條指令? 大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期? 32個(gè)8位通用工作寄存器? 全靜態(tài)工作? 工作于16MHz時(shí)性能高達(dá)16MIPS? 只需兩個(gè)時(shí)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(dú)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(shí)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(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密? JTAG 接口(與IEEE ) 符合JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能 支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能 通過JTAG 接口實(shí)現(xiàn)對Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程外設(shè)特點(diǎn)? 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? 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? 具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC? 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? 面向字節(jié)的兩線接口? 兩個(gè)可編程的串行USART? 可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的SPI串行接口? 具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器? 片內(nèi)模擬比較器? 特殊的處理器特點(diǎn)? 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測? 片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)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(kuò)展的Standby模式? I/O和封裝? 32個(gè)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。端口A為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。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。?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。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。?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。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。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。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。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)。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。持續(xù)時(shí)間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。?XTAL2：反向振蕩放大器的輸出端。不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。?AREF A/D：的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。CPU的主要任務(wù)是保證程序的正確執(zhí)行。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。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)。程序存儲器是可以在線編程的FLASH。從而實(shí)現(xiàn)了單時(shí)鐘周期的ALU操作。整個(gè)過程僅需一個(gè)時(shí)鐘周期。其中一個(gè)指針還可以作為程序存儲器查詢表的地址指針。 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。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。大多數(shù)指令長度為16位，亦即每個(gè)程序存儲器地址都包含一條16位或32位的指令。這兩個(gè)區(qū)都有專門的鎖定位以實(shí)現(xiàn)讀和讀/寫保護(hù)。 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。在復(fù)位例程里用戶首先要初始化堆棧指針SP。數(shù)據(jù)SRAM可以通過5種不同的尋址模式進(jìn)行訪問。 AVR有一個(gè)靈活的中斷模塊。狀態(tài)寄存器里有全局中斷使能位。各個(gè)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。映射到數(shù)據(jù)空間即為寄存器文件之后的地址0x200x5F。AVR結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)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。這三個(gè)存儲器空間都為線性的平面結(jié)構(gòu)。因?yàn)樗械腁VR指令為16位或32位，故而Flash組織成8K16位的形式。Flash存儲器至少可以擦寫10,000次。SRAM數(shù)據(jù)存儲器 SRAM空間的組織結(jié)構(gòu)。起始的96個(gè)地址為寄存器文件與64個(gè)I/O存儲器，接著是1024字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)SRAM。寄存器文件中的寄存器R26到R31為間接尋址的指針寄存器。 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(gè)地址。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可以通過所有上述的尋址模式進(jìn)行訪問。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。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。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(shí)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)。所有的端口引腳都具有與電壓無關(guān)的上拉電阻。 I/O引腳等效原理圖I/O引腳等效原理圖每個(gè)端口都有三個(gè)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。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(yīng)位的數(shù)據(jù)發(fā)生“0”與“1”的交替變化。端口配置引腳通用數(shù)字I/O的端口引腳是與第二功能復(fù)用的。每個(gè)端口引腳都具有三個(gè)寄存器位：DDxn、PORTxn和PINxn，DDxn位于DDRx寄存器，PORTxn位于PORTx寄存器，PINxn位于PINx寄存器。DDxn為“1”時(shí)，Pxn配置為輸出，否則配置為輸入。如果需要關(guān)閉這個(gè)上拉電阻，可以將PORTxn清零，或者將這個(gè)引腳配置為輸出。當(dāng)引腳配置為輸出時(shí)，若PORTxn為“1”，引腳輸出高電平“1”，否則輸出低電平“0”。通常，上拉電阻使能是完全可以接受的，因?yàn)楦咦璀h(huán)境不在意是強(qiáng)高電平輸出還是上拉輸出。在上拉輸入和輸出低電平之間切換也有同樣的問題。端口的第二功能（1）端口A的第二功能。端口引腳第二功能PA7ADC7 (ADC 輸入通道7)PA6ADC6 (ADC 輸入通道6)PA5ADC5 (ADC 輸入通道5)PA4ADC4 (ADC 輸入通道4)PA3ADC3 (ADC 輸入通道3)PA2ADC2 (ADC 輸入通道2)PA1ADC1 (ADC 輸入通道1)PA0ADC0 (ADC 輸入通道0)（2）端口B的第二功能引腳配置如下：? SCK–端口B,Bit7SCK：SPI通道的主機(jī)時(shí)鐘輸出，從機(jī)時(shí)鐘輸入端口。工作于主機(jī)模式時(shí)，這個(gè)引腳的數(shù)據(jù)方向由DDB7控制。? MISO–端口B,Bit6MISO：SPI通道的主機(jī)數(shù)據(jù)輸入，從機(jī)數(shù)據(jù)輸出端口。工作于從機(jī)模式時(shí)，這個(gè)引腳的數(shù)據(jù)方向由DDB6控制。 端口B的第二功能端口引腳第二功能PB7SCK (SPI 總線的串行時(shí)鐘)PB6MISO (SPI 總線的主機(jī)輸入/從機(jī)輸出信號)PB5MOSI (SPI 總線的主機(jī)輸出/從機(jī)輸入信號)PB4SS (SPI 從機(jī)選擇引腳)PB3AIN1 (模擬比較負(fù)輸入)OC0 (T/C0輸出比較匹配輸出)PB2AIN0 ( 模擬比較正輸入)INT2 (外部中斷2輸入)PB1T1 (T/C1 外部計(jì)數(shù)器輸入)PB0T0 (T/C0 外部計(jì)數(shù)器輸入)XCK(USART 外部時(shí)鐘輸入/輸出)? MOSI–端口B,Bit5MOSI：SPI通道的主機(jī)數(shù)據(jù)輸出，從機(jī)數(shù)據(jù)輸入端口。當(dāng)工作于主機(jī)模式時(shí)，這個(gè)引腳的數(shù)據(jù)方向由DDB5控制。? SS–端口B,Bit4SS：從機(jī)選擇輸入。當(dāng)此引腳為低時(shí)SPI 被激活。設(shè)置為輸入后，上拉電阻由PORTB4控制。配置該引腳為輸入時(shí)，切斷內(nèi)部上拉電阻，防止數(shù)字端口功能與模擬比較器功能相沖突。實(shí)現(xiàn)該功能時(shí)，PB3引腳必須配置為輸出(設(shè)DDB3為1)。? AIN0/INT2–端口B,Bit2AIN0，模擬比較正輸入。INT2，外部中斷源2：PB2引腳作為MCU的外部中斷源。? T0/XCK–端口B,Bit0T0，T/C0計(jì)數(shù)器源。數(shù)據(jù)方向寄存器(DDB0)控制時(shí)鐘為輸出(DDB0置位)還是輸入(DDB0 清零)。（3）端口C的第二功能。 端口C的第二功能端口引腳第二功能PC7TOSC2 ( 定時(shí)振蕩器引腳2)PC6TOSC1 ( 定時(shí)振蕩器引腳1)PC5TDI (JTAG 測試數(shù)據(jù)輸入)PC4TDO (JTAG 測試數(shù)據(jù)輸出)PC3TMS (JTAG 測試模式選擇)PC2TCK (JTAG 測試時(shí)鐘)PC1SDA ( 兩線串行總線數(shù)據(jù)輸入/ 輸出線)PC0SCL ( 兩線串行總線時(shí)鐘線)第二功能配置如下：? TOSC2–端口C,Bit7TOSC2，定時(shí)振蕩器引腳2：當(dāng)寄存器ASSR 的AS2 位置1，使能T/C2的異步時(shí)鐘，引腳PC7 與端口斷開，成為振蕩器放大器的反向輸出。? TOSC1–端口C,Bit6TOSC1，定時(shí)振蕩器引腳1：當(dāng)寄存器ASSR 的AS2 位置1，使能T/C2的異步時(shí)鐘，引腳PC6與端口斷開，成為振蕩器放大器的反向輸出。? TDI–端口C,Bit5TDI，JTAG測試數(shù)據(jù)輸入：串行輸入數(shù)據(jù)移入指令寄存器或數(shù)據(jù)寄存器(掃描鏈)。? TDO–端口C,Bit4TDO，JTAG測試數(shù)據(jù)輸入：串行輸入數(shù)據(jù)移入指令寄存器或數(shù)據(jù)寄存器(掃描鏈)。TD0引腳在除TAP狀態(tài)情況外為三態(tài)，進(jìn)入移出數(shù)據(jù)狀態(tài)。當(dāng)JTAG接口使能，該引腳不能作為I/O引腳。當(dāng)JTAG接口使能，該引腳不能作為I/O引腳。在該模式下，在引腳處使用窄帶濾波器抑制低于50ns的輸入信號，且該引腳由斜率限制的開漏驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。? SCL–端口C,Bit0SCL，兩線串行接口時(shí)鐘：當(dāng)TWCR寄存器的TWEN位置1使能兩線串行接口，引腳PC0未與端口連接，成為兩線串行接口的串行時(shí)鐘I/O引腳。當(dāng)該引腳使用兩線串行接口，仍可由PORTC0位控制上拉。在該功能下引腳作為輸出(DDD7置1)。? ICP1–端口D,Bit6ICP1–輸入捕捉引腳：PD6 作為T/C1 的輸入捕捉引腳。在該功能下引腳作為輸出(DDD5 置1)。? OC1B–端口D,Bit4OC1B，T/C1輸出比較匹配B輸出：PD4引腳作為T/C1輸出比較B外部輸入。在PWM模式的定時(shí)器功能中，OC1B引腳作為輸出。PD3引腳作為MCU的外部中斷源。PD2引腳作為MCU的外部中斷源。當(dāng)使能了USART的發(fā)送器后，這個(gè)引腳被強(qiáng)制設(shè)置為輸出，此時(shí)DDD1不起作用。當(dāng)使能了USART的接收器后，這個(gè)引腳被強(qiáng)制設(shè)置為輸出，此時(shí)DDD0不起作用。復(fù)位向量處的指令必須是絕對跳轉(zhuǎn)JMP指令，以使程序跳轉(zhuǎn)到復(fù)位處理例程。這個(gè)處理方法同樣適用于當(dāng)復(fù)位向量位于應(yīng)用程序區(qū)，中斷向量位于Boot區(qū)—或者反過來—的時(shí)候。此時(shí)不要求任何時(shí)鐘處于正常運(yùn)行狀態(tài)。這種處理方式使得在MCU正常工作之前有一定的時(shí)間讓電源達(dá)到穩(wěn)定的電平。 復(fù)位邏輯的電路圖ATmega16有5個(gè)復(fù)位源：(1)上電復(fù)位。(2)外部復(fù)位。(3)看門狗復(fù)位。(4)掉電檢測復(fù)位。(5)JTAG AVR復(fù)位。 時(shí)鐘電路AVR的主要時(shí)鐘系統(tǒng)及其分布。為了降低功耗，可以通過使用不同的睡眠模式來禁止無需工作的模塊的時(shí)鐘。終止CPU時(shí)鐘將使內(nèi)核停止工作和計(jì)算。I/O時(shí)鐘還用于外部中斷模塊。此外，USI模塊的起始條件檢測在沒有I/O的情況下也是異步實(shí)現(xiàn)的，使得這個(gè)功能在任何睡眠模式下都可以正常工作。此時(shí)鐘通常與CPU時(shí)鐘同時(shí)掛起或激活。使得此定時(shí)器/計(jì)數(shù)器即使在睡眠模式下仍然可以為系統(tǒng)提供一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘。這樣可以在ADC工作的時(shí)候停止CPU和I/O時(shí)鐘以降低數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲，從而提高ADC轉(zhuǎn)換精度。時(shí)鐘輸入到AVR時(shí)鐘發(fā)生器，再分配到相應(yīng)的模塊。熔絲位CKOPT用來選擇這兩種放大器模式的其中之一。這種模式適合于噪聲環(huán)境，以及需要通過XTAL2驅(qū)動(dòng)第二個(gè)時(shí)鐘緩沖器的情況。當(dāng)保持CKOPT為未編程狀態(tài)時(shí)，振蕩器的輸出信號幅度比較小。晶體振蕩器連接圖 晶體振蕩器連接圖振蕩器工作模式振蕩器可以工作于三種不同的模式，每一種都有一個(gè)優(yōu)化的頻率范圍。CKOPTCKSEL3..1頻率范圍 (MHz)使用晶體時(shí)電容C1 和C2 的推薦范圍(pF)1101(1) –1110 12 221111 12 220101, 110, 111 12 223 直流電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)ATmega16直流電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：接口電路，LMD18200驅(qū)動(dòng)電路，串行通信接口電路，時(shí)鐘電路，系統(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計(jì)。再傳送至單片機(jī)上,由單片機(jī)發(fā)出控制脈沖,控制驅(qū)動(dòng)芯片LMD18200中PWM電路的占空比,從而控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)以及起停等動(dòng)作。 時(shí)鐘電路在ATmega16芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益方向放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。 系統(tǒng)所采用的晶體振蕩器為12MHz()足夠可以與微調(diào)電容起振,滿足系統(tǒng)所需的采樣頻率。一般來說，只要將AVR單片機(jī)的RESET引腳上加負(fù)脈沖