ATmega簡介

　?。粒裕恚澹纾幔笇儆诿绹粒裕停牛坦荆粒郑腋邫n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應用，這對單片機初學者尤為重要　ＡＴｍｅｇａ８　的高性能低價格，在產品應用市場上極具強大的競爭力，被很多家用電器廠商　儀器儀表行業看中，　從而使ＡＴｍｅｇａ８進入大批量的應用領域。反正相當于一個開發主板來的。

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應用，這對單片機初學者尤為重要　ＡＴｍｅｇａ８　的高性能低價格，在產品應用市場上極具強大的競爭力，被很多家用電器廠商　儀器儀表行業看中，　從而使ＡＴｍｅｇａ８進入大批量的應用領域。反正相當于一個開發主板來的。

　　Atmega16

　　ATmega16是基于增強的AVR RISC結構的低功耗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行時間，ATmega16 的數據吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以減緩系統在功耗和處理速度之間的矛盾。

　　ATmega16 AVR 內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同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結構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 倍的數據吞吐率。ATmega16 有如下特點：16K字節的系統內可編程Flash（具有同時讀寫的能力，即RWW），512 字節EEPROM，1K 字節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，支持片內調試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器/ 計數器（T/C），片內/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 轉換器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中斷系統繼續工作；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位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時器繼續運行，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； 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 轉換時的開關噪聲； 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，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工作。本芯片是以Atmel 高密度非易失性存儲器技術生產的。片內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 內核之中的引導程序進行編程。引導程序可以使用任意接口將應用程序下載到應用Flash存儲區（ApplicationFlash Memory）。在更新應用Flash存儲區時引導Flash區（Boot Flash Memory）的程序繼續運行，實現了RWW 操作。 通過將8 位RISC CPU 與系統內可編程的Flash 集成在一個芯片內， ATmega16 成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應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開發工具，包括：C 語言 編譯器、宏匯編、 程序調試器/ 軟件仿真器、仿真器及評估板。

　　ATmega16產品特性u 高性能、低功耗的8位AVR微處理器l 先進的RISC 結構l 131條指令l 大多數指令執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 非易失性程序和數據存儲器l 16K 字節的系統內可編程Flash，擦寫壽命： 10，000次l 具有獨立鎖定位的可選Boot代碼區，通過片上Boot程序實現系統內編程，真正的同時讀寫操作l 512 字節的EEPROM，擦寫壽命： 100，000次l 1K字節的片內SRAMl 可以對鎖定位進行編程以實現用戶程序的加密l JTAG 接口（ 與IEEE 1149.1 標準兼容）l 符合JTAG 標準的邊界掃描功能l 支持擴展的片內調試功能l 通過JTAG 接口實現對Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程

　　外設特點u 兩個具有獨立預分頻器和比較器功能的8位定時器/計數器l 一個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數器l 具有獨立振蕩器的實時計數器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 具有獨立片內振蕩器的可編程看門狗定時器l 片內模擬比較器u 特殊的處理器特點l 上電復位以及可編程的掉電檢測l 片內經過標定的RC振蕩器l 片內/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，具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統時鐘還未起振，端口A 處于高阻狀態。端口B（PB7..PB0）端口B 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統時鐘還未起振，端口B 處于高阻狀態。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，具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統時鐘還未起振，端口C 處于高阻狀態。如果JTAG接口使能，即使復位出現引腳 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，具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統時鐘還未起振，端口D 處于高阻狀態。端口D 也可以用做其他不同的特殊功能.RESET 復位輸入引腳。持續時間超過最小門限時間的低電平將引起系統復位。門限時間見P36Table 15。持續時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復位。XTAL1反向振蕩放大器與片內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轉換器的電源。不使用ADC時，該引腳應直接與VCC連接。使用ADC時應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 內核介紹

　　右邊為AVR 結構的方框圖為了獲得最高的性能以及并行性， AVR 采用了Harvard 結構，具有獨立的數據和程序總線。程序存儲器里的指令通過一級流水線運行。CPU 在執行一條指令的同時讀取下一條指令（ 在本文稱為預取）。這個概念實現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?？焖僭L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同時被訪問，然后執行運算，結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據空間，實現高效的地址運算。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之間的算術和邏輯運算。ALU也可以執行單寄存器操作。運算完成之后狀態寄存器的內容得到更新以反映操作結果。程序流程通過有/ 無條件的跳轉指令和調用指令來控制，從而直接尋址整個地址空間。大多數指令長度為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：引導程序區（Boot 區） 和應用程序區。這兩個區都有專門的鎖定位以實現讀和讀/ 寫保護。用于寫應用程序區的SPM 指令必須位于引導程序區。在中斷和調用子程序時返回地址的程序計數器（PC） 保存于堆棧之中。堆棧位于通用數據SRAM，因此其深度僅受限于SRAM 的大小。在復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。數據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構。AVR有一個靈活的中斷模塊?？刂萍拇嫫魑挥贗/O空間。狀態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。各個中斷的優先級與其在中斷向量表的位置有關，中斷向量地址越低，優先級越高。 　I/O 存儲器空間包含64 個可以直接尋址的地址，作為CPU 外設的控制寄存器、SPI，以及其他I/O 功能。映射到數據空間即為寄存器文件之后的地址0x20 - 0x5F。

　　AVR單片機的型號標識解析

　　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. 后綴的數字部分，表示支持的最高系統時鐘。 　例：ATmega48-20AU，“20”表示可支持最高為20MHZ的系統時鐘。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，表示應用級別。“C”：商業級，“I”：工業級（有鉛）、“U”工業級（無鉛）。 　例：ATmega48-20AU，“U”表示無鉛工業級。ATmega48-20AI，“I”表示有鉛工業級。 　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：· 哈佛結構，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象；· 快速的存取寄存器組、單周期指令系統，大大優化了目標代碼的大小、執行效率，部分型號FLASH非常大，特別適用于使用高級語言進行開發；· 作輸出時與PIC的HI/LOW相同，可輸出40mA（單一輸出），作輸入時可設置為三態高阻抗輸入或帶上拉電阻輸入，具備10mA-20mA灌電流的能力；· 片內集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動復位、看門狗、啟動延時等功能，外圍電路更加簡單，系統更加穩定可靠；· 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，方便升級或銷毀應用程序。

　　AVR單片機的應用區域

　　目前，AVR已被廣泛用于：· 空調控制板· 打印機控制板· 智能電表· 智能手電筒· LED控制屏· 醫療設備· 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供貨較為穩定，非常規型號的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。