ATmega簡介

　　ＡＴｍｅｇａ８屬于美國ＡＴＭＥＬ公司ＡＶＲ高檔單片機成員之一，它具有ＡＶＲ高檔單片機的性能，且具有低檔單片機的價格，深受廣大單片機用戶的喜愛　尤其ＡＶＲ單片機不需購買昂貴的仿真器　編程器也可搞單片機的開發(fā)應(yīng)用，這對單片機初學(xué)者尤為重要　ＡＴｍｅｇａ８　的高性能低價格，在產(chǎn)品應(yīng)用市場上極具強大的競爭力，被很多家用電器廠商　儀器儀表行業(yè)看中，　從而使ＡＴｍｅｇａ８進入大批量的應(yīng)用領(lǐng)域。反正相當(dāng)于一個開發(fā)主板來的。

ATmega百科

　　ＡＴｍｅｇａ８屬于美國ＡＴＭＥＬ公司ＡＶＲ高檔單片機成員之一，它具有ＡＶＲ高檔單片機的性能，且具有低檔單片機的價格，深受廣大單片機用戶的喜愛　尤其ＡＶＲ單片機不需購買昂貴的仿真器　編程器也可搞單片機的開發(fā)應(yīng)用，這對單片機初學(xué)者尤為重要　ＡＴｍｅｇａ８　的高性能低價格，在產(chǎn)品應(yīng)用市場上極具強大的競爭力，被很多家用電器廠商　儀器儀表行業(yè)看中，　從而使ＡＴｍｅｇａ８進入大批量的應(yīng)用領(lǐng)域。反正相當(dāng)于一個開發(fā)主板來的。

　　Atmega16

　　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，從而可以減緩系統(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運算邏單元（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 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(fù)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。本芯片是以Atmel 高密度非易失性存儲器技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi)ISP Flash 允許程序存儲器通過ISP 串行接口，或者通用編程器進行編程，也可以通過運行于AVR 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進行編程。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存儲區(qū)（ApplicationFlash Memory）。在更新應(yīng)用Flash存儲區(qū)時引導(dǎo)Flash區(qū)（Boot Flash Memory）的程序繼續(xù)運行，實現(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。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、仿真器及評估板。

　　ATmega16產(chǎn)品特性u 高性能、低功耗的8位AVR微處理器l 先進的RISC 結(jié)構(gòu)l 131條指令l 大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期l 32個8位通用工作寄存器l 全靜態(tài)工作l 工作于16MHz時性能高達16MIPSl 只需兩個時鐘周期的硬件乘法器l 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器l 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，擦寫壽命： 10，000次l 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，真正的同時讀寫操作l 512 字節(jié)的EEPROM，擦寫壽命： 100，000次l 1K字節(jié)的片內(nèi)SRAMl 可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密l JTAG 接口（ 與IEEE 1149.1 標(biāo)準兼容）l 符合JTAG 標(biāo)準的邊界掃描功能l 支持擴展的片內(nèi)調(diào)試功能l 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u 兩個具有獨立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時器/計數(shù)器l 一個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數(shù)器l 具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器RTCl 四通道PWMl 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l 面向字節(jié)的兩線接口l 兩個可編程的串行USARTl 可工作于主機/ 從機模式的SPI 串行接口l 具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器l 片內(nèi)模擬比較器u 特殊的處理器特點l 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測l 片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的RC振蕩器l 片內(nèi)/片外中斷源l 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 　u I/O和封裝l 32個可編程的I/O口l 40引腳PDIP封裝， 44引腳TQFP封裝， 與44引腳MLF封裝

　　u 工作電壓：l ATmega16L：2.7 - 5.5Vl ATmega16：4.5 - 5.5V

　　u 速度等級l 8MHz ATmega16Ll 0-16MHz ATmega16u ATmega16L在1MHz， 3V， 25°C時的功耗l 正常模式： 1.1 mAl 空閑模式： 0.35 mAl 掉電模式： 《 1 μA

　　ATmega16 引腳功能

　　引腳名稱引腳功能說明

　　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(fù)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(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)。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(fù)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(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(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 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)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。門限時間見P36Table 15。持續(xù)時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)時鐘操作電路的輸入端。XTAL2反向振蕩放大器的輸出端。AVCCAVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時應(yīng)通過一個低通濾波器與VCC 連接。AREFA/D 的模擬基準輸入引腳。

　　ATmega16 內(nèi)核介紹

　　右邊為AVR 結(jié)構(gòu)的方框圖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(yù)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。快速訪問寄存器文件包括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(dǎo)程序區(qū)（Boot 區(qū)） 和應(yīng)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(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(fù)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。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0x20 - 0x5F。

　　AVR單片機的型號標(biāo)識解析

　　1. 型號緊跟的字母，表示電壓工作范圍。帶“L”：2.7-5.5V；若缺省，不帶“L”：4.5-5.5V。例：ATmega48-20AU，不帶“L”表示工作電壓為4.5-5.5V。2. 后綴的數(shù)字部分，表示支持的最高系統(tǒng)時鐘。 　例：ATmega48-20AU，“20”表示可支持最高為20MHZ的系統(tǒng)時鐘。3. 后綴第一（第二）個字母，表示封裝。“P”：DIP封裝，“A”：TQFP封裝，“M”：MLF封裝。 　例：ATmega48-20AU，“A”表示TQFP封裝。4. 后綴最后一個字母，表示應(yīng)用級別。“C”：商業(yè)級，“I”：工業(yè)級（有鉛）、“U”工業(yè)級（無鉛）。 　例：ATmega48-20AU，“U”表示無鉛工業(yè)級。ATmega48-20AI，“I”表示有鉛工業(yè)級。 　AVR 8-Bit MCU的最大特點與其它8-Bit MCU相比，AVR 8-Bit 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(biāo)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10mA-20mA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(fù)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(yīng)用程序。

　　AVR單片機的應(yīng)用區(qū)域

　　目前，AVR已被廣泛用于：· 空調(diào)控制板· 打印機控制板· 智能電表· 智能手電筒· LED控制屏· 醫(yī)療設(shè)備· GPS從市場角度看AVR單片機· 性價比：AVR大部分型號的性價比較高，性價比表現(xiàn)突出的型號有：atmega48、atmega8、atmega16、atmega169P· 供貨方面：通用型號的AVR供貨較為穩(wěn)定，非常規(guī)型號的AVR樣品及供貨仍存在問題。· 市場占有率：目前，AVR的市場占有率還是不如PIC與51，但，AVR的優(yōu)點使得AVR的市場占有一直在擴展，AVR的年用量也一直在上漲。