AT-mega系列單片機(jī)原理及應(yīng)用第1章-單片機(jī)綜述課件

1、內(nèi)容提要 使用C語(yǔ)言開發(fā)嵌入式系統(tǒng)，是今后單片機(jī)發(fā)展的主要方向。本章對(duì)嵌入式系統(tǒng)從定義、特點(diǎn)、分類及其與單片機(jī)的關(guān)系等幾個(gè)方面進(jìn)行闡述。并介紹了AVR單片機(jī)的特點(diǎn)、系列產(chǎn)品和應(yīng)用特點(diǎn)。第1章單片機(jī)綜述微機(jī)系統(tǒng)的核心部件為CPU，從CPU的發(fā)展、演變過(guò)程可顯現(xiàn)微機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程。其發(fā)展歷程主要經(jīng)歷了，第一代、第二代、第三代、第四代、第五代、第六代。我國(guó)于1974年開始研制微處理器。1977年研制出DSJ050（INTEL8080）隨后我國(guó)微機(jī)的研制和發(fā)展加快。1位、4位、16、32位相繼涌現(xiàn)，目前已經(jīng)有各種型號(hào)產(chǎn)品。1.1 微機(jī)發(fā)展史簡(jiǎn)介1計(jì)算機(jī)硬件由五部分組成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備

2、、輸出設(shè)備。2微機(jī)的特點(diǎn)：（1）運(yùn)算器和控制器集成在一個(gè)芯片上，稱之為CPU芯片（2）存儲(chǔ)器由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片組成。1.2 單片機(jī)與微機(jī)（3）CPU，存儲(chǔ)器，I/O 口通過(guò)AB，DB，CB三總線交換信息（4）外設(shè)通過(guò)I/O口芯片與機(jī)器內(nèi)各部件交換信息。3單片機(jī)是集成了組成微機(jī)的CPU、存儲(chǔ)器、I/O口以及其它輔助電路的大規(guī)模集成電路芯片。1.3.1嵌入式系統(tǒng)的定義與特點(diǎn) 1、嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入式系統(tǒng)應(yīng)定義為“嵌入到對(duì)象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。嵌入性、專用性與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的3個(gè)基本要素。對(duì)象系統(tǒng)則是指嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。1.3 嵌入式系統(tǒng)2、嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)與專用性相關(guān)的特

3、點(diǎn)： 軟、硬件的裁剪性。滿足對(duì)象要求的最小軟、硬件配置等。與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相關(guān)的特點(diǎn)： 嵌入式系統(tǒng)必須是能滿足對(duì)象系統(tǒng)控制要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。與前面兩個(gè)特點(diǎn)相呼應(yīng)，這樣的計(jì)算機(jī)必須配置與對(duì)象嵌入式系統(tǒng)按形態(tài)可分為設(shè)備級(jí)（工控機(jī)）、板級(jí)（單板、模塊）和芯片級(jí)（MCU、SoC）。嵌入式應(yīng)用對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求：（1）可靠性高：防止控制失誤（2）物理空間有限：要嵌入到對(duì)方體系中；（3）強(qiáng)大的 IO管理、驅(qū)動(dòng)能力：（4）要和外圍電路、功能單元打交道；（5）足夠的應(yīng)用軟件：符合對(duì)象管理、控制要求的應(yīng)用軟件。3、嵌入式系統(tǒng)的種類與發(fā)展1.4 AVR單片機(jī)簡(jiǎn)介 ATMEL公司是世界上有名的生產(chǎn)高性能、低功耗、非易失

4、性存儲(chǔ)器和各種數(shù)字模擬IC芯片的半導(dǎo)體制造公司。在單片機(jī)做控制器方面，ATMEL公司有AT89、AT90和ARM三個(gè)系列單片機(jī)的產(chǎn)品。ATMEL公司在其單片機(jī)產(chǎn)品中，融入了先進(jìn)的E2PROM電可擦除和Flash ROM閃速存儲(chǔ)器技術(shù)，使得該公司的單片機(jī)具備了優(yōu)秀的品質(zhì)，在結(jié)構(gòu)、性能和功能等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。AVR單片機(jī)吸取了PIC及 8051單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還做了一些重大改進(jìn)，其主要的優(yōu)點(diǎn)如下：1、片內(nèi)集成可擦寫10000次以上的Flash程序存儲(chǔ)器。2、高度保密（LOCK）?？啥啻尾翆懙腇LASH具有多重密碼保護(hù)鎖死（LOCK）功能，并且Flash單元深藏于芯片內(nèi)部。 1.4.1 AVR

5、單片機(jī)的主要特點(diǎn)3、工業(yè)級(jí)（WDT）產(chǎn)品。具有大電流的特點(diǎn)，可直接驅(qū)動(dòng)SSR或繼電器。有看門狗定時(shí)器（WDT）安全保護(hù)，提高產(chǎn)品的抗干擾能力。4、超功能精簡(jiǎn)指令。具有32個(gè)通用工作寄存器，易學(xué)、易寫、易移植。5、程序?qū)懭肫骷梢圆⑿袑懭耄ㄓ镁幊唐鲗懭耄?，也可使用串行在線編程（ISP）方法下載寫入。6、除了并行I/O口輸入/輸出特性與PIC的HI/LOW輸出及三態(tài)高阻抗HI-Z輸入相同外，還設(shè)定了與8051系列內(nèi)部有上拉電阻的輸入端功能相似的功能，7、單片機(jī)內(nèi)集成了模擬比較器，I/O口可作A/D轉(zhuǎn)換用，組成廉價(jià)的A/D轉(zhuǎn)換器。8、AVR單片機(jī)可重新設(shè)置啟動(dòng)復(fù)位。9、具有休眠省電功能（POWER

6、DOWN）及閑置（IDLE）低功耗功能的工作方式。10、ATmega單片機(jī)具有內(nèi)部的RC振蕩器，提供1MHz8MHz的工作時(shí)鐘，使該類單片機(jī)無(wú)需外加晶振等時(shí)鐘電路元器件即可工作，簡(jiǎn)單方便。11、有8位和 16位的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器（C/T），可作為比較器、計(jì)數(shù)器、外部中斷和PWM (也可作D/A)，用于控制輸出。12、有串行異步通信UART硬件接口電路，采用單獨(dú)的波特率發(fā)生器，并不占用定時(shí)器。13、工作電壓范圍為2.7V6.0V，電源抗干擾性能強(qiáng)。 14、多通道的10位A/D及實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）。1.4.2 AVR單片機(jī)系列產(chǎn)品內(nèi)部資源ATtiny11LATtiny11ATtiny12VATtin

7、y12LATtiny12ATtiny15LATtiny26LATtiny26ATtiny28VATtiny28LFlash(KB)1111112222E2PROM(B)64646464128128RAM(B)快速寄存器0320320320320320321283212832032032指令條數(shù)9090909090901281289090I/O Pins66666616162020中斷數(shù)445558111155外部中斷數(shù)11（+5）1（+5）1（+5）1（+5）1（+5）1（+5）1（+8）1（+8）1（+8）1（+8）SPI1616表1-1 部分AVR系列單片機(jī)選型表（錄自ATMEL 網(wǎng)站）內(nèi)

8、部資源ATtiny11LATtiny11ATtiny12VATtiny12LATtiny12ATtiny15LATtiny26LATtiny26ATtiny28VATtiny28LFlash(KB)1111112222E2PROM(B)64646464128128RAM(B)快速寄存器0320320320320320321283212832032032指令條數(shù)9090909090901281289090I/O Pins66666616162020中斷數(shù)445558111155外部中斷數(shù)11（+5）1（+5）1（+5）1（+5）1（+5）1（+5）1（+8）1（+8）1（+8）1（+8）SPI1

9、616UART1515TWI41414硬件乘法器8位定時(shí)器111112221116位定時(shí)器PWM144看門狗定時(shí)器YYYYYYYYYY實(shí)時(shí)時(shí)鐘模擬比較器YYYYYYYYYY10位A/D通道41111片內(nèi)振蕩器YYY2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2BODYYYYYY在線編程（ISP）Y3Y3YYYYYYY3Y3自編程(SPM)VCC（最低） （最高）2.75.54.05.51.85.52.75.54.05.52.75.52.75.54.55.51.85.52.75.5系統(tǒng)時(shí)鐘（MHz）0-20-60-10-40-81-60-80-160-10-4封裝形式8-PinDIP8-PinSOIC8-Pin

10、DIP8-PinSOIC8-PinDIP8-PinSOIC8-PinDIP8-PinSOIC8-PinDIP8-PinSOIC8-PinDIP8-PinSOIC20-PinDIPSOIC32-PinMLF20-PinDIPSOIC32-PinMLF28-PinDIP32-PinTQFPMLF28-PinDIP32-PinTQFPMLF表1-2 部分AVR系列單片機(jī)選型表（錄自ATMEL 網(wǎng)站）內(nèi)部資源AT90LS1200AT90S1200AT90LS2313AT90S2313AT90LS2323AT90S2323AT90LS2343AT90S2343AT90LS4433AT90S2323Fla

11、sh(KB)1122222244E2PROM(B)6464128128128128128128256256RAM(B)快速寄存器0320321283212832128321283212832128321283212832指令條數(shù)8989120120120120120120120120I/O Pins1515151533552020中斷數(shù)33101022221414外部中斷數(shù)11122111122SPI11UART1111TWI4硬件乘法器8位定時(shí)器111111111116位定時(shí)器1111PWM1111看門狗定時(shí)器YYYYYYYYYY實(shí)時(shí)時(shí)鐘模擬比較器YYYYYY10位A/D通道66片內(nèi)振蕩器Y

12、YYYBODYY在線編程（ISP）YYYYYYYYYY自編程(SPM)VCC（最低） （最高）2.760.4.06.02.76.04.06.02.76.04.06.02.76.04.06.02.76.04.06.0系統(tǒng)時(shí)鐘（MHz）0-40-120-40-100-40-100-40-100-40-8封裝形式20-PinDIPSOICSSOP20-PinDIPSOICSSOP20-PinDIPSOIC20-PinDIPSOIC8-PinDIPSOIC8-PinDIPSOIC8-PinDIPSOIC8-PinDIPSOIC28-PinDIP32-PinTQFP28-PinDIP32-PinTQFP

13、表1-3 部分AVR系列單片機(jī)選型表（錄自ATMEL 網(wǎng)站） 內(nèi)部資源AT90LS8515AT90S8515AT90LS8535AT90S8538ATmega8LATmega8ATmega16ATmega32ATmega64ATmega128Flash(KB)888888163264128E2PROM(B)5125125125125125125121K2K4KRAM(B)快速寄存器512325123251232512321K321K321K322K324K324K32指令條數(shù)120120120120130130130130133133I/O Pins32323232232332325353中斷

14、數(shù)12121616181820203434外部中斷數(shù)12222223388SPI1111111111UART1111151515152525TWI4111111硬件乘法器YYYYY8位定時(shí)器112222222216位定時(shí)器1111111122PWM223333446+26+2看門狗定時(shí)器YYYYYYYYYY實(shí)時(shí)時(shí)鐘YYYYYYYY模擬比較器YYYYYYYYYY10位A/D通道886/86/88888片內(nèi)振蕩器Y2Y2Y2Y2Y2Y2BODYYYYYY在線編程（ISP）YYYYYYYYYY自編程(SPM)YYYYYYVCC（最低） （最高）2.760.4.06.02.76.04.06.02.75

15、.54.55.54.55.54.55.54.55.54.05.5系統(tǒng)時(shí)鐘（MHz）0-40-80-40-80-81-160-160-160-160-16說(shuō)明：該表為ATMEL網(wǎng)站2002年7月刊登。 1.高精度（5）可編程的內(nèi)部RC振蕩器。 2.兼容 I2C。 3.可編程串行USART。 4.通過(guò)USI（ Universal Serial Interface）實(shí)現(xiàn)。1.5 單片機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)1工業(yè)過(guò)程控制2智能化儀器儀表3家用電器設(shè)備4在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用5單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用1.6 用C語(yǔ)言開發(fā)單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)1、無(wú)需精通單片機(jī)指令集和具體的硬件，也能夠 編出符合硬件實(shí)際專業(yè)水平

16、的程序。2、可以大幅度加快開發(fā)進(jìn)度3、可以實(shí)現(xiàn)軟件的結(jié)構(gòu)化編程。4、省去了人工分配單片機(jī)資源（包括寄存器、 RAM等）的工作。5、C語(yǔ)言提供auto, static, flash等存儲(chǔ)類型，針 對(duì)單片機(jī)的程序存儲(chǔ)空間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間EEPROM 空間自動(dòng)為變量合理地分配空間。6、當(dāng)寫好了一個(gè)算法（在C中稱為函數(shù)）后，用C語(yǔ) 言移植性好7、對(duì)于一些復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)，可以通過(guò)移植或C編 譯器提供的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本章對(duì)嵌入式系統(tǒng)從定義、特點(diǎn)、分類及其與單片機(jī)的關(guān)系等幾個(gè)方面進(jìn)行闡述。并介紹了AVR單片機(jī)的特點(diǎn)、系列產(chǎn)品和應(yīng)用特點(diǎn)。1、嵌入式系統(tǒng)定義：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、