閱讀器開發(fā)基礎(chǔ)

1、第3章 RFID閱讀器開發(fā)基礎(chǔ)目錄 3.1 閱讀器電路組成 3.2 AVR單片機(jī)概述 3.3 AVR時(shí)鐘與熔絲位 3.4 AVR通用IO口 3.5 AVR中斷 3.6 AVR定時(shí)器 3.7 AVR USART 3.8 AVR SPI 本章目標(biāo) 掌握閱讀器電路組成了解ATmega16的主要特性了解AVR熔絲位作用掌握AVR通用IO口的配置和使用掌握AVR中斷的配置和使用掌握AVR定時(shí)器的配置和使用掌握AVR USART的配置和使用掌握AVR SPI的配置 學(xué)習(xí)導(dǎo)航 任務(wù)描述 【描述】3.D. 1使用PC7管腳交替點(diǎn)亮和熄滅一只LED。【描述】3.D. 2在PD2管腳連接一個(gè)按鍵，使用外部中斷檢測(cè)

2、該按鍵并翻轉(zhuǎn)LED狀態(tài)?！久枋觥?.D. 3使用定時(shí)器1的溢出中斷，1秒定時(shí)驅(qū)動(dòng)LED閃爍。【描述】3.D. 4配置USART波特率為115200，使用中斷法對(duì)PC機(jī)發(fā)來(lái)數(shù)據(jù)進(jìn)行回顯，并驅(qū)動(dòng)LED狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。 3.1 閱讀器電路組成 從電路上來(lái)看，閱讀器是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，一般由MCU控制器、射頻收發(fā)、通信接口、天線以及其他外圍電路組成。其組成框圖如圖3- 1所示。本章將首先講解閱讀器電路組成，然后講解作為閱讀器核心MCU的AVR單片機(jī)及其外圍電路。具體收發(fā)通道等會(huì)根據(jù)不同頻段RFID系統(tǒng)的需求在后續(xù)章節(jié)具體分析和講解。 3.1 閱讀器電路組成-MCU及外圍電路 MCU是閱讀器的核心，配合外圍電路

3、完成收發(fā)控制、向應(yīng)答器發(fā)送命令與寫數(shù)據(jù)、應(yīng)答器數(shù)據(jù)讀取與處理、與應(yīng)用系統(tǒng)的高層進(jìn)行通信等任務(wù)。MCU及外圍電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖3- 2所示。 本教材配套閱讀器的MCU為ATMEL公司出品的AVR單片機(jī)，具體型號(hào)為Atmega16A。 3.1 閱讀器電路組成-收發(fā)通道 收發(fā)通道主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的鏈路和無(wú)線鏈路，由以下兩部分組成：發(fā)送通道，包括編碼、調(diào)制和功率放大電路，用于向應(yīng)答器傳送命令和寫數(shù)據(jù)。接收通道，包括解調(diào)、解碼電路，用于接收應(yīng)答器返回的應(yīng)答信息和數(shù)據(jù)。其收發(fā)通道的電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖3- 3所示。另外需要注意的是在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中，根據(jù)應(yīng)答器的防碰撞能力的設(shè)置，還應(yīng)考慮防碰撞電路的設(shè)計(jì)。 3.

4、2 AVR單片機(jī)概述 1997年，由Atmel公司挪威設(shè)計(jì)中心的A先生和V先生，利用Atmel公司的Flash新技術(shù)，共同研發(fā)出RISC精簡(jiǎn)指令集高速8位單片機(jī)，簡(jiǎn)稱AVR。AVR的單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。 3.2 AVR單片機(jī)概述 -AVR主要功能特性 AVR單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)采取8位機(jī)與16位機(jī)的折中策略，即采用局部寄存器存堆和單體高速輸入/輸出的方案。提高了指令執(zhí)行速度，克服了瓶頸現(xiàn)象，增強(qiáng)了功能。同時(shí)又減少了對(duì)外設(shè)管理的開銷，相對(duì)簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本。因而AVR單片機(jī)在軟/硬件開銷、速度、性能和成本諸多方面取得了優(yōu)化平

5、衡。 AVR單片機(jī)其他特點(diǎn)如下：哈佛結(jié)構(gòu)，具備1MIPS / MHz的高速運(yùn)行處理能力。超功能精簡(jiǎn)指令集（RISC），具有32個(gè)通用工作寄存器。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(hào)Flash非常大，特別適用于使用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)。作輸出時(shí)可輸出40mA（單一輸出），作輸入時(shí)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。3.2 AVR單片機(jī)概述 -AVR主要功能特性 AVR單片機(jī)其他特點(diǎn)如下：片內(nèi)集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動(dòng)復(fù)位、看門狗、啟動(dòng)延時(shí)等功能，外圍電路更加簡(jiǎn)單，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。大部分AVR片上資源豐富：帶

6、EEPROM、PWM、RTC、SPI、USART、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(jí)或銷毀應(yīng)用程序。 3.2 AVR單片機(jī)概述 -AVR主要功能特性 3.2 AVR單片機(jī)概述 -ATmega16A ATmega16A是AVR系列單片機(jī)中的一個(gè)型號(hào)，因其功能豐富、性價(jià)比高，被廣泛應(yīng)用。ATmega16A常用的有兩種封裝，分別為40引腳PDIP封裝和44引腳TQFP封裝。本教材配套讀寫器的ATmega16A采用44引腳TQFP封裝。其中40引腳PDIP封裝引腳圖如圖3- 4所示。 44引腳TQFP封裝引腳圖如

7、圖3- 5所示。 3.2 AVR單片機(jī)概述 -ATmega16A ATmega16A引腳功能較多，其具體說(shuō)明如表3- 1所示。 名稱功能VCC數(shù)字電路電源GND地端口A（PA7.PA0）A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端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(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口A處于高阻狀態(tài)端口B（PB7.PB0）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(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口B處于高阻狀態(tài)端口B可以用做其他不同的特殊功能端口C（PC7.PC0）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(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口C處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接

8、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）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(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口D處于高阻狀態(tài)，端口D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(shí)間超過(guò)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XTAL1反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)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(shí)，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時(shí)應(yīng)通過(guò)一個(gè)低通濾波器與

9、VCC連接AREFA/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳3.2 AVR單片機(jī)概述 -ATmega16A 3.3 AVR時(shí)鐘與熔絲位 AVR單片機(jī)的運(yùn)行，需要有時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)，而時(shí)鐘源的選擇需要設(shè)置相關(guān)熔絲位。 3.3 AVR時(shí)鐘與熔絲位 -AVR系統(tǒng)時(shí)鐘 AVR有一套時(shí)鐘系統(tǒng)，也有多個(gè)時(shí)鐘源可作為系統(tǒng)時(shí)鐘，這些時(shí)鐘并不需要同時(shí)工作。為了降低功耗，可以通過(guò)使用不同的睡眠模式來(lái)禁止無(wú)需工作的模塊的時(shí)鐘，具體時(shí)鐘分布如圖3- 6所示。 上圖中涉及的時(shí)鐘功能如表3- 2所示。 時(shí)鐘名稱功能CPU時(shí)鐘CPU時(shí)鐘與操作AVR內(nèi)核的子系統(tǒng)相連，如通用寄存器、狀態(tài)寄存器及保存堆棧指針的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。終止CPU時(shí)鐘將使內(nèi)核停止工

10、作和計(jì)算IO時(shí)鐘I/O時(shí)鐘用于主要的I/O模塊，如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、SPI和USART。I/O時(shí)鐘還用于外部中斷模塊。要注意的是有些外部中斷由異步邏輯檢測(cè)，因此即使I/O時(shí)鐘停止了這些中斷仍然可以得到監(jiān)控Flash時(shí)鐘Flash 時(shí)鐘控制Flash接口的操作。此時(shí)鐘通常與CPU時(shí)鐘同時(shí)掛起或激活異步定時(shí)器時(shí)鐘異步定時(shí)器時(shí)鐘允許異步定時(shí)器/計(jì)數(shù)器與LCD控制器直接由外部32kHz時(shí)鐘晶體驅(qū)動(dòng)。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ADC時(shí)鐘ADC具有專門的時(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3.3 AVR

11、時(shí)鐘與熔絲位 -AVR系統(tǒng)時(shí)鐘 AVR單片機(jī)的多種時(shí)鐘源通過(guò)一個(gè)時(shí)鐘多路選擇器，用來(lái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)鐘或作為其他功能，時(shí)鐘源的選擇需要通過(guò)對(duì)熔絲位進(jìn)行配置。被選擇的時(shí)鐘輸入到AVR時(shí)鐘發(fā)生器，再分配到相應(yīng)模塊。 3.3 AVR時(shí)鐘與熔絲位 -AVR系統(tǒng)時(shí)鐘 AVR有6個(gè)時(shí)鐘源如下所示：外部晶體/陶瓷振蕩器，常用作主時(shí)鐘源，這個(gè)振蕩器可以使用石英晶體也可以使用陶瓷諧振器。XTAL1和XTAL2分別為用作片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入和輸出。外部低頻振蕩器，一般用來(lái)連接32.768kHz晶振。需要對(duì)熔絲位編程，使能XTAL1和XTAL2的內(nèi)部電容，從而除去外部電容。內(nèi)部電容的標(biāo)稱數(shù)為36pF。外部RC振蕩

12、器，對(duì)于時(shí)間不敏感的應(yīng)用可以使用外部RC振蕩器。頻率可以通過(guò)方程f=1/（3RC）進(jìn)行粗略的估算。電容至少需要22Pf。3.3 AVR時(shí)鐘與熔絲位 -AVR系統(tǒng)時(shí)鐘 AVR有6個(gè)時(shí)鐘源如下所示：標(biāo)定的內(nèi)部RC振蕩器，標(biāo)定的片內(nèi)RC振蕩器提供了固定的1.0、2.0、4.0或8.0MHz的時(shí)鐘。這個(gè)時(shí)鐘也可作為系統(tǒng)時(shí)鐘。選擇這個(gè)時(shí)鐘之后就無(wú)需外部器件了。外部時(shí)鐘，XTAL1連接外部來(lái)的時(shí)鐘信號(hào)，作為系統(tǒng)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)整個(gè)CPU運(yùn)行。XTAL2可懸空。定時(shí)器振蕩器，對(duì)于擁有定時(shí)器/振蕩器引腳（TOSC1和TOSC2）的AVR微處理器，晶體可以直接與這兩個(gè)引腳相連，無(wú)需外部電容。此振蕩器針對(duì)32.768kH

13、z的中標(biāo)晶體做了優(yōu)化。 3.3 AVR時(shí)鐘與熔絲位 -AVR系統(tǒng)時(shí)鐘 缺省時(shí)鐘源 器件出廠時(shí)，缺省設(shè)置的時(shí)鐘源是1MHz的內(nèi)部RC振蕩器，啟動(dòng)時(shí)間為最長(zhǎng)。這種設(shè)置保證用戶可以通過(guò)ISP或并行編程器得到所需的時(shí)鐘源。 3.3 AVR時(shí)鐘與熔絲位 -AVR系統(tǒng)時(shí)鐘 在AVR內(nèi)部有多組與器件配置和運(yùn)行環(huán)境相關(guān)的熔絲位，這些熔絲位非常重要，用戶可以通過(guò)設(shè)定和配置熔絲位，使AVR具備不同的特性，以更加適合實(shí)際的應(yīng)用。ATmega16A有兩個(gè)熔絲位字節(jié)，分別為熔絲位高字節(jié)和熔絲位低字節(jié)。如果熔絲位被編程則讀返回值為”0”。其中高字節(jié)每個(gè)Bit的含義如表3- 3所示。 熔絲位高字節(jié)位號(hào)描述默認(rèn)值OCDEN7

14、使能OCD1（未編程，OCD禁用）JTAGEN6使能JTAG0（編程，JTAG使能）SPIEN5使能串行程序和數(shù)據(jù)下載0（編程，SPI編程使能）CKOPT4振蕩器選項(xiàng)1（未編程）EESAVE3執(zhí)行芯片擦除時(shí)EEPROM的內(nèi)容保留1（未編程，內(nèi)容不保留）BOOTSZ12選擇Boot區(qū)大小0（編程）BOOTSZ01選擇Boot區(qū)大小0（編程）BOOTRST0選擇復(fù)位向量1（未編程）3.3 AVR時(shí)鐘與熔絲位 AVR熔絲位 熔絲位低字節(jié)每個(gè)Bit的含義如表3- 4所示。 熔絲位低字節(jié)位號(hào)描述默認(rèn)值BODLEVEL7BOD觸發(fā)電平1（未編程）BODEN6BOD使能1（未編程，BOD禁用）SUT15選擇

15、啟動(dòng)時(shí)間1（未編程）SUT04選擇啟動(dòng)時(shí)間0（編程）CKSEL33選擇時(shí)鐘源0（編程）CKSEL22選擇時(shí)鐘源0（編程）CKSEL11選擇時(shí)鐘源0（編程）CKSEL00選擇時(shí)鐘源1（未編程）3.3 AVR時(shí)鐘與熔絲位 AVR熔絲位 在熔絲位中，與系統(tǒng)時(shí)鐘有關(guān)的有CKOPT和CKSEL3:0幾位，主要用來(lái)選擇振蕩器種類和工作頻率，具體配置如表3- 5所示。 CKOPTCKSEL3:0描述默認(rèn)值100011.0MHz內(nèi)部RC振蕩器100102.0MHz100114.0MHz101008.0MHz1101x0.40.9MHz僅適用于陶瓷振蕩器1110 x0.93.0MHz1222pF1111x3.0

16、8.0MHz1222pF0101x，110 x，111x大于等于1.0MHz1222pF3.3 AVR時(shí)鐘與熔絲位 AVR熔絲位 CKOPT的數(shù)值決定了振蕩器輸出幅度大小，不同振幅決定了其適應(yīng)場(chǎng)合的不同，具體含義如下所述：在CKOPT=0時(shí)，振蕩器的輸出振幅較大，容易起振，適合在干擾大的場(chǎng)合以及使用晶體振蕩器超過(guò)8MHz的情況下使用。當(dāng)CKOPT=1時(shí)，振蕩器的輸出振幅較小，這樣可以減少對(duì)電源的消耗，對(duì)外的電磁輻射也較小。注意 熔絲位的設(shè)置需要用特殊的軟件和方法，一旦配置，不建議輕易更改。如果修改不當(dāng)，輕則造成運(yùn)行不正常，重則鎖死芯片。 3.3 AVR時(shí)鐘與熔絲位 AVR熔絲位 3.4 AVR

17、通用IO口 ATmega16A有4組通用IO端口，分別稱為PORTA、PORTB、PORTC和PORTD，簡(jiǎn)稱PA、PB、PC和PD。每組IO端口有8個(gè)IO管腳。這些管腳都是相互獨(dú)立，具有真正的讀-改-寫功能。AVR通用IO口的主要特點(diǎn)如下：雙向獨(dú)立位控的IO口。每一位都可以單獨(dú)進(jìn)行配置，互不影響。大電流驅(qū)動(dòng)，每個(gè)IO口輸出采用推挽方式，最大20mA灌電流，可直接驅(qū)動(dòng)LED。IO端口可以復(fù)用，作為USART、SPI等外設(shè)接口。 3.4 AVR通用IO口 -通用IO口結(jié)構(gòu) AVR的通用IO口的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)圖如圖3- 7所示。 每一組IO端口內(nèi)部配備3個(gè)8位寄存器，對(duì)應(yīng)著該組的8個(gè)引腳，它

18、們分別為：方向控制寄存器DDRx（x=A、B、C、D）。數(shù)據(jù)寄存器PORTx（x=A、B、C、D）。輸入引腳寄存器PINx（x=A、B、C、D）。 此外每個(gè)IO口內(nèi)部還有一個(gè)上拉電阻。方向控制寄存器DDRx，用于控制IO口的輸入輸出方向，即控制IO口的工作方式為輸入方式還是輸出方式。當(dāng)DDRx=1時(shí)，IO口處于輸出工作方式，此時(shí)數(shù)據(jù)寄存器PORTx中的數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)推挽電路輸出到外部引腳當(dāng)PORTx=1時(shí)，IO引腳呈現(xiàn)高電平，同時(shí)可以提供輸出20mA的電流而當(dāng)PORTx=0時(shí)，IO引腳呈現(xiàn)低電平，同時(shí)可以吸納20mA電流。因此，AVR的IO口在輸出方式下提供了比較大的驅(qū)動(dòng)能力，可以直接驅(qū)動(dòng)LED

19、燈小功率外圍器件。3.4 AVR通用IO口 -通用IO口結(jié)構(gòu) 當(dāng)DDRx=0時(shí)，IO口處于輸入方式。此時(shí)引腳寄存器PINx中的數(shù)據(jù)就是外部引腳的實(shí)際電平，通過(guò)讀PINx寄存器可以獲得外部引腳上的真實(shí)電平。在輸入方式下，PORTx可以控制使用或者不使用內(nèi)部的上拉電阻。此外，在寄存器SFIOR中，有一位稱作PUD，它是AVR全部IO口內(nèi)部上拉電阻的總開關(guān)。當(dāng)PUD=1時(shí)，AVR所有IO內(nèi)部上拉電阻都不起作用。當(dāng)PUD=0時(shí)，各個(gè)IO口內(nèi)部的上拉電阻取決于PORTx的設(shè)置。 3.4 AVR通用IO口 -通用IO口結(jié)構(gòu) ATmega16A的4個(gè)端口都有各自對(duì)應(yīng)的3個(gè)IO口寄存器，分別為數(shù)據(jù)寄存器POR

20、T、數(shù)據(jù)方向寄存器DDR和輸入引腳PIN。它們占用了IO空間的12個(gè)地址，以PA口寄存器為例，數(shù)據(jù)寄存器PORTA具體定義如表3- 6所示。 Bit76543210名稱PORTA7PORTA6PORTA5PORTA4PORTA3PORTA2PORTA1PORTA0讀寫R/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WR/W初始值000000003.4 AVR通用IO口 -通用IO口寄存器 數(shù)據(jù)方向寄存器DDRA具體定義如表3- 7所示。輸入引腳寄存器PINA具體定義如表3- 8所示。注意 并非所有寄存器都可讀寫，R代表只讀，W代表只寫，R/W代表可讀可寫。寄存器的初值也都并非確定的1或0，使用N/A表

21、示初始值不確定。 Bit76543210名稱DDRA7DDRA6DDRA5DDRA4DDRA3DDRA2DDRA1DDRA0讀寫R/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WR/W初始值00000000Bit76543210名稱PINA7PINA6PINA5PINA4PINA3PINA2PINA1PINA0讀寫RRRRRRRR初始值N/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/A3.4 AVR通用IO口 -通用IO口寄存器 通用IO口常用于MCU對(duì)外數(shù)據(jù)輸出和輸入，LED驅(qū)動(dòng)和按鍵檢測(cè)等。下述內(nèi)容用于實(shí)現(xiàn)任務(wù)描述3.D.1，使用PC7管腳交替點(diǎn)亮和熄滅一只LED。 3.4 AVR通用IO口 -通用

22、IO口程序設(shè)計(jì) 1. LED初始化基于模塊化和移植的考慮，可將IO口設(shè)置子程序單獨(dú)封裝成為一個(gè)子函數(shù)，例如LED相關(guān)管腳的配置，可封裝成為子函數(shù)LED_Config（），具體源碼如下所示：【描述3.D.1】 LED_Config（）/* LED初始化函數(shù) */void LED_Config（void）/PC7引腳連接一個(gè)LED，低電平點(diǎn)亮/設(shè)置PC7為輸出DDRC |= （1PC7）;/設(shè)置PC7為高電平PORTC |= （1PC7）;3.4 AVR通用IO口 -通用IO口程序設(shè)計(jì) 2. 主函數(shù)編寫主函數(shù)main（）存放在main.c文件中，除了相關(guān)初始化函數(shù)和主循環(huán)外，還需要定義一些必需的宏

23、定義和頭文件等，詳細(xì)代碼清單如下所示：【描述3.D.1】 main.c/* 宏定義 */開啟iom16.h文件中的bit模式#define ENABLE_BIT_DEFINITIONS 1/* 頭文件 */IAR中已定義的ATmega16相關(guān)寄存器名稱#include /* 子函數(shù) */LED初始化函數(shù)void LED_Config（void）;/* 主函數(shù) */void main（void）/LED初始化函數(shù)LED_Config（）; while（1）/點(diǎn)亮LEDPORTC &= （1PC7）;/熄滅LEDPORTC |= （1PC7）;3.4 AVR通用IO口 -通用IO口程序設(shè)計(jì) 單步執(zhí)

24、行如下語(yǔ)句時(shí)，會(huì)看到LED亮滅轉(zhuǎn)換。while（1）/點(diǎn)亮LEDPORTC &= （1PC7）;/熄滅LEDPORTC |= （1PC7）;3.4 AVR通用IO口 -通用IO口程序設(shè)計(jì) 3.4 AVR通用IO口 -IO端口第二功能 AVR的IO端口除了通用IO功能外，大多數(shù)端口引腳都具有第二功能，使能某些引腳的第二功能，不會(huì)影響到同一端口其他引腳作為通用IO口的功能。ATmega16A的IO端口第二功能如表3- 9所示。 端口第二功能功能說(shuō)明PA7ADC7ADC輸入通道7PA6ADC6ADC輸入通道6PA5ADC5ADC輸入通道5PA4ADC4ADC輸入通道4PA3ADC3ADC輸入通道3P

25、A2ADC2ADC輸入通道2PA1ADC1ADC輸入通道1PA0ADC0ADC輸入通道0PB7SCKSPI總線的串行時(shí)鐘PB6MISOSPI總線的主機(jī)輸入/從機(jī)輸出信號(hào)PB5MOSISPI總線的主機(jī)輸出/從機(jī)輸入信號(hào)PB4/SSSPI從機(jī)選擇引腳PB3AIN1/OC0模擬比較負(fù)輸入/T/C0輸出比較匹配輸出PB2AIN0/INT2模擬比較正輸入/外部中斷2輸入PB1T1T/C1外部計(jì)數(shù)器輸入端口第二功能功能說(shuō)明PC7TOSC2定時(shí)振蕩器引腳2PC6TOSC1定時(shí)振蕩器引腳1PC5TDIJTAG測(cè)試數(shù)據(jù)輸入PC4TDOJTAG測(cè)試數(shù)據(jù)輸出PC3TMSJTAG測(cè)試模式選擇PC2TCKJTAG測(cè)試時(shí)

26、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PD7OC2T/C2輸出比較匹配輸出PD6ICP1T/C1輸入捕捉引腳PD5OC1AT/C1輸出比較A匹配輸出PD4OC1BT/C1輸出比較B匹配輸出PD3INT1外部中斷1的輸入PD2INT0外部中斷0的輸入PD1TXDUSART輸出引腳PD0RXDUSART輸入引腳3.5 AVR中斷 AVR單片機(jī)的中斷源種類多、門類全，便于設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)、多功能、高效率的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。但同時(shí)由于其功能更為強(qiáng)大，因此比一般8位單片機(jī)的中斷使用和控制也相對(duì)復(fù)雜些。 3.5 AVR中斷 -中斷向量 AVR單片機(jī)一般擁有數(shù)十個(gè)中斷源，每個(gè)中斷源都

27、有獨(dú)立的中斷向量。默認(rèn)情況下，程序存儲(chǔ)器的最低端，即從Flash地址的0 x0000開始用于放置中斷向量，稱作中斷向量區(qū)。ATmega16A共有21個(gè)中斷源。默認(rèn)狀態(tài)下，ATmega16A的中斷向量表如表3- 10所示。 向量號(hào)程序地址中斷源中斷定義10 x000RESET外部引腳電平引發(fā)的復(fù)位，上電復(fù)位，掉電檢測(cè)復(fù)位，看門狗復(fù)位，以及JTAG AVR復(fù)位20 x002INT0外部中斷請(qǐng)求030 x004INT1外部中斷請(qǐng)求140 x006TIMER2 COMP定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2比較匹配50 x008TIMER2 OVF定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2溢出60 x00ATIMER1 CAPT定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1事件

28、捕捉70 x00CTIMER1 COMPA定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1比較匹配 A80 x00ETIMER1 COMPB定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1比較匹配B90 x010TIMER1 OVF定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1溢出100 x012TIMER0 OVF定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0溢出110 x014SPI，STCSPI串行傳輸結(jié)束向量號(hào)程序地址中斷源中斷定義120 x016USART，RXCUSART Rx 結(jié)束130 x018USART，UDREUSART數(shù)據(jù)寄存器空140 x01AUSART，TXCUSART，Tx 結(jié)束150 x01CADCADC轉(zhuǎn)換結(jié)束160 x01EEE_RDYEEPROM就緒170 x020ANA_COM

29、P模擬比較器180 x022TWI兩線串行接口190 x024INT2外部中斷請(qǐng)求2200 x026TIMER0 COMP定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0比較匹配210 x028SPM_RDY保存程序存儲(chǔ)器內(nèi)容就緒在這21個(gè)中斷中，包含1個(gè)非屏蔽中斷（RESET）、3個(gè)外部中斷（INT0、INT1、INT2）和17個(gè)內(nèi)部中斷。本節(jié)只簡(jiǎn)要介紹RESET和外部中斷。系統(tǒng)復(fù)位中斷RESET，也稱為系統(tǒng)復(fù)位源。RESET是一個(gè)特殊的中斷源，是AVR中唯一不可屏蔽的中斷。當(dāng)ATmega16A由于各種原因被復(fù)位后，程序?qū)⑻綇?fù)位向量（默認(rèn)為0 x0000）處，在該地址處通常放置一條跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到主程序繼續(xù)執(zhí)行。INT

30、0、INT1和INT2是三個(gè)外部中斷源，它們分別由芯片外部引腳PD2、PD3和PB2上的電平變化或狀態(tài)觸發(fā)。通過(guò)對(duì)控制寄存器MCUCR和控制與狀態(tài)寄存器MCUCSR的配置定義觸發(fā)方式。 3.5 AVR中斷 -中斷向量 AVR單片機(jī)的中斷，有優(yōu)先級(jí)和屏蔽等功能和控制手段，也支持中斷的嵌套?？梢造`活的進(jìn)行配置和使用。1. 中斷優(yōu)先級(jí)在AVR單片機(jī)中，一個(gè)中斷在中斷向量區(qū)的位置決定了它的優(yōu)先級(jí)，位于低地址的中斷優(yōu)先級(jí)高于位于高地址的中斷。因此，對(duì)于ATmega16A來(lái)說(shuō)，復(fù)位中斷RESET具有最高優(yōu)先級(jí)，外部中斷INT0次之，而SPM_RDY的中斷優(yōu)先級(jí)最低。3.5 AVR中斷 -中斷控制 AVR單

31、片機(jī)采用固定的硬件優(yōu)先級(jí)方式，不支持通過(guò)軟件對(duì)中斷優(yōu)先級(jí)的重新設(shè)定。因此中斷優(yōu)先級(jí)的作用僅體現(xiàn)在當(dāng)同一時(shí)刻有兩個(gè)及兩個(gè)以上中斷源向MCU申請(qǐng)中斷的情況中。在這種情況下，MCU將根據(jù)優(yōu)先級(jí)的不同，將低優(yōu)先級(jí)的中斷掛起，首先響應(yīng)其中最高優(yōu)先級(jí)的中斷，待該中斷服務(wù)程序執(zhí)行完返回后，再順序響應(yīng)優(yōu)先級(jí)較低的中斷。 3.5 AVR中斷 -中斷控制 2. 中斷標(biāo)志AVR有兩種機(jī)制不同的中斷：帶有中斷標(biāo)志的中斷。不帶中斷標(biāo)志的中斷。中斷標(biāo)志是指每個(gè)中斷源在其IO空間寄存器中具有自己的一個(gè)中斷標(biāo)志位。在AVR中，大多數(shù)的中斷都屬于帶中斷標(biāo)志的中斷。中斷標(biāo)志位一般在MCU響應(yīng)該中斷時(shí)由硬件自動(dòng)清除，或在中斷服務(wù)程

32、序中通過(guò)讀寫專門數(shù)據(jù)寄存器的方式自動(dòng)清除。 3.5 AVR中斷 -中斷控制 關(guān)于中斷標(biāo)志，還有下述規(guī)則和情況：當(dāng)中斷被禁止或MCU不能馬上響應(yīng)中斷時(shí)，則該中斷標(biāo)志將會(huì)一直保持，直到中斷允許并得到響應(yīng)為止。已建立的中斷標(biāo)志，實(shí)際就是一個(gè)中斷的請(qǐng)求信號(hào)，如果暫時(shí)不能被響應(yīng)，則該中斷標(biāo)志會(huì)一直保留（除非被用戶軟件清除掉），此時(shí)該中斷被“掛起”。如果有多個(gè)中斷被掛起，一旦中斷允許后，各個(gè)被掛起的中斷將按優(yōu)先級(jí)依次得到中斷響應(yīng)服務(wù)。3.5 AVR中斷 -中斷控制 在AVR中，還有個(gè)別的中斷不帶中斷標(biāo)志例如配置為低電平觸發(fā)的外部中斷。這類中斷只要條件滿足，就會(huì)一直向MCU發(fā)出中斷請(qǐng)求。如果由于等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)

33、而得不到響應(yīng)，則可能因中斷條件結(jié)束而失去一次中斷服務(wù)的機(jī)會(huì)。如果這個(gè)低電平維持時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)使中斷服務(wù)完成返回后再次響應(yīng)，使MCU重復(fù)響應(yīng)同一中斷的請(qǐng)求，進(jìn)行重復(fù)服務(wù)。 3.5 AVR中斷 -中斷控制 3. 中斷屏蔽與管理為了能夠靈活的管理中斷，AVR對(duì)中斷采用兩級(jí)控制方式。所謂兩級(jí)控制是指AVR有一個(gè)中斷允許的總控制位I（即AVR狀態(tài)寄存器SREG中的I標(biāo)志位）通常稱為全局中斷允許控制位。狀態(tài)寄存器SREG定義如表3- 11所示。 Bit76543210名稱ITHSVNZC讀寫R/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WR/W初始值000000003.5 AVR中斷 -中斷控制 其中，I位置位

34、時(shí)，使能全局中斷，清零時(shí)則不論單獨(dú)中斷標(biāo)志置位與否，都不會(huì)產(chǎn)生中斷。任一中斷發(fā)生后I清零，而執(zhí)行RETI（中斷返回）指令后，I位恢復(fù)置位以使能中斷。同時(shí)，AVR為每一個(gè)中斷源都設(shè)置了獨(dú)立的中斷允許位，這些中斷允許位分散在每個(gè)中斷源所屬模塊的控制寄存器中。 3.5 AVR中斷 -中斷控制 4. 中斷嵌套由于AVR在響應(yīng)一個(gè)中斷的過(guò)程中通過(guò)硬件將I標(biāo)志位自動(dòng)清0，這樣就阻止了MCU響應(yīng)其他中斷，因此通常情況下，AVR是不能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)中斷嵌套的。如果要實(shí)現(xiàn)中斷嵌套的應(yīng)用，則用戶可在中斷服務(wù)程序中使用指令使能全局中斷允許位I，通過(guò)間接的方式實(shí)現(xiàn)中斷的嵌套處理。 3.5 AVR中斷 -中斷控制 注意 除非

35、確實(shí)需要中斷嵌套，一般情況下不建議采用中斷嵌套。 3.5 AVR中斷 -中斷控制 ATmega16A有INT0、INT1和INT2這3個(gè)外部中斷源，分別由芯片外部引腳PD2、PD3和PB2上的電平變化或狀態(tài)作為中斷觸發(fā)信號(hào)。1. 外部中斷觸發(fā)方式INT0、INT1和INT2的中斷觸發(fā)方式取決于用戶程序?qū)CU控制寄存器MCUCR和MCU控制與狀態(tài)寄存器MCUCSR的設(shè)定。其中，INT0和INT1支持4種中斷觸發(fā)方式，INT2支持2種，觸發(fā)方式如表3- 12所示。 觸發(fā)方式INT0INT1INT2說(shuō)明上升沿觸發(fā)支持支持支持（異步）INT2為異步（不需要與IO時(shí)鐘同步）邊沿檢測(cè)下降沿觸發(fā)支持支持支

36、持（異步）INT2為異步（不需要與IO時(shí)鐘同步）邊沿檢測(cè)任意電平變化觸發(fā)支持支持不支持低電平觸發(fā)支持支持不支持不帶中斷標(biāo)志3.5 AVR中斷 外部中斷 2. 外部中斷寄存器在ATmega16A中，除了寄存器SREG中的全局中斷允許標(biāo)志位I外，與外部中斷有關(guān)的寄存器有4個(gè)，共有11個(gè)標(biāo)志位其作用分別是這3個(gè)外部中斷的中斷標(biāo)志位、中斷允許控制位及定義外部中斷的觸發(fā)類型。MCU控制寄存器MCUCR的低4位為INT0（ISC01、ISC00）和INT1（ISC11、ISC10）中斷觸發(fā)類型控制位，MCUCR定義如表3- 13所示。 Bit76543210名稱SM2SESM1SM0ISC11ISC10I

37、SC01ISC00讀寫R/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WR/W初始值000000003.5 AVR中斷 外部中斷 INT0和INT1的中斷觸發(fā)方式定義如表3- 14所示。 ISCn1ISCn0中斷觸發(fā)方式00INTn的低電平產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求01INTn的下降沿和上升沿都產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求10INTn的下降沿產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求11INTn的上升沿產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求3.5 AVR中斷 外部中斷 MCU控制和狀態(tài)寄存器MCUCSR中的第6位（ISC2）為INT2的中斷觸發(fā)類型控制位，MCUCSR定義如表3- 15所示。 INT2的中斷觸發(fā)方式如表3- 16所示。 Bit76543210名稱JTDI

38、SC2-JTRFWDRFBORFEXTPFPORF讀寫R/WR/WRR/WR/WR/WR/WR/W初始值0005個(gè)RESET復(fù)位標(biāo)志ISC2中斷觸發(fā)方式0INT2的下降沿產(chǎn)生一個(gè)異步中斷請(qǐng)求1INT2的上升沿產(chǎn)生一個(gè)異步中斷請(qǐng)求3.5 AVR中斷 外部中斷 通用中斷控制寄存器GICR的高3位為INT0、INT1和INT2的中斷允許控制位。各位定義如表3- 17所示。通用中斷標(biāo)志寄存器GIFR的高3位為INT0、INT1和INT2的中斷標(biāo)志位，GIFR各位定義如表3- 18所示。 Bit76543210名稱INT1INT0INT2-IVSELIVCE讀寫R/WR/WR/WRRRR/WR/W初始值

39、00000000Bit76543210名稱INTF1INTF0INTF2-讀寫R/WR/WRRRRRR初始值000000003.5 AVR中斷 外部中斷 當(dāng)INT0、INT1和INT2引腳上的有效事件滿足中斷觸發(fā)條件后，INTF0、INTF1和INTF2位會(huì)變成1。如果此時(shí)SREG寄存器中的I位為1，而且GICR寄存器中的INTn置1，則MCU將響應(yīng)中斷請(qǐng)求，跳至相應(yīng)的中斷向量處開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序，同時(shí)硬件自動(dòng)將INTFn標(biāo)志清0。 Bit76543210名稱INT1INT0INT2-IVSELIVCE讀寫R/WR/WR/WRRRR/WR/W初始值00000000Bit76543210名稱I

40、NTF1INTF0INTF2-讀寫R/WR/WRRRRRR初始值000000003.5 AVR中斷 外部中斷 外部中斷常用作檢測(cè)外部事件例如檢測(cè)按鍵的狀態(tài)下述內(nèi)容用于實(shí)現(xiàn)任務(wù)描述3.D.2，在PD2管腳連接一個(gè)按鍵，使用外部中斷檢測(cè)該按鍵并翻轉(zhuǎn)LED狀態(tài)。 3.5 AVR中斷 中斷程序設(shè)計(jì) 1. 按鍵配置出于模塊化的設(shè)計(jì)要求，可將按鍵相關(guān)管腳的配置，封裝成為子函數(shù)SW_Config（），具體源碼如下所示：【描述3.D.2】 SW_Config（）/* 按鍵初始化函數(shù) */void SW_Config（void）/PD2為外部中斷INT0引腳/PD2引腳連接一個(gè)按鍵，按下為低電平/設(shè)置PD2為輸

41、入DDRD &= （1PD2）;/啟用PD2的上拉電阻PORTD |= （1PD2）;/設(shè)置INT0為低電平觸發(fā)中斷MCUCR &=（1ISC01） | （1ISC00）;/使能INT0GICR |=（1INT0）;3.5 AVR中斷 中斷程序設(shè)計(jì) 2. 主函數(shù)編寫主函數(shù)main（）存放在main.c文件中，除了相關(guān)初始化函數(shù)和主循環(huán)外，還需要定義一些必需的宏定義和頭文件等，詳細(xì)代碼清單如下所示：【描述3.D.2】 main.c/* 宏定義 */開啟iom16.h文件中的bit模式#define ENABLE_BIT_DEFINITIONS 1/* 頭文件 */IAR中已定義的ATmega16

42、相關(guān)寄存器名稱#include /* 子函數(shù) */LED初始化函數(shù)，代碼請(qǐng)參考描述3.D.1void LED_Config（void）;/按鍵初始化函數(shù)void SW_Config（void）;/* 主函數(shù) */void main（void）/LED初始化函數(shù)LED_Config（）;/SW初始化函數(shù)SW_Config（）; /開總中斷SREG |= （1 7）; while（1）/等待中斷3.5 AVR中斷 中斷程序設(shè)計(jì) 3. 中斷服務(wù)函數(shù)中斷服務(wù)程序用于處理外部中斷的相關(guān)事務(wù)，本例中需要將LED的顯示狀態(tài)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，詳細(xì)代碼清單如下所示：【描述3.D.2】 INT0_S（）/* 中斷服務(wù)函數(shù)

43、 */INT0中斷服務(wù)函數(shù)#pragma vector = INT0_vect_interrupt void INT0_S（void）/每次按下按鍵，LED狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次if（PORTC&（1PC7）PORTC &= （1PC7）;elsePORTC |= （1PC7）;運(yùn)行上述程序后，觀察開發(fā)板，每次按下相關(guān)按鍵都會(huì)看到LED的亮滅狀態(tài)隨之翻轉(zhuǎn)。3.5 AVR中斷 中斷程序設(shè)計(jì) 3.6 AVR定時(shí)器 相對(duì)于一般的8位單片機(jī)而言，AVR不僅配備了更多的定時(shí)/計(jì)數(shù)器（簡(jiǎn)稱定時(shí)器）接口，而且還是增強(qiáng)型的。例如通過(guò)定時(shí)器與比較匹配寄存器互相配合，生成占空比可變的方波信號(hào)即脈沖寬度調(diào)制輸出PWM信號(hào)，用

44、于D/A轉(zhuǎn)換、電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速和變頻控制等。 3.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器概述 ATmega16A配置了2個(gè)8位和1個(gè)16位共3個(gè)定時(shí)器。它們是8位的定時(shí)器T/C0和T/C2和16位的T/C1。它們之間的功能比較如表3-19所示。 名稱T/C0和T/C2T/C1位寬8位計(jì)數(shù)器16位設(shè)計(jì)（即允許16位的PWM）通道單通道計(jì)數(shù)器2個(gè)獨(dú)立的輸出比較單元輸出緩沖-雙緩沖的輸出比較寄存器輸入捕捉-一個(gè)輸入捕捉單元輸入噪聲-輸入捕捉噪聲抑制器比較匹配比較匹配發(fā)生時(shí)清除定時(shí)器（自動(dòng)加載）PWM脈沖無(wú)干擾脈沖，相位正確的PWM可變PWM周期-可變的PWM周期頻率發(fā)生器頻率發(fā)生器外部事件計(jì)數(shù)器外部事件計(jì)數(shù)器預(yù)分頻器

45、10位的時(shí)鐘預(yù)分頻器中斷源溢出和比較匹配中斷源（TOV0和OCF0）4個(gè)獨(dú)立的中斷源（TOV1、OCF1A、OCF1B與ICF1）定時(shí)器原理框圖如圖3- 8所示。 3.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器概述 1. 時(shí)鐘源與預(yù)分頻器對(duì)于定時(shí)器來(lái)說(shuō)，首先需要明確的就是時(shí)鐘源，不同的時(shí)鐘源決定了其定時(shí)和計(jì)數(shù)的時(shí)間間隔以及穩(wěn)定性。1）內(nèi)部時(shí)鐘源T/C可以由內(nèi)部同步時(shí)鐘或外部異步時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。時(shí)鐘源是由時(shí)鐘選擇邏輯決定的，而時(shí)鐘選擇邏輯是由位于T/C控制寄存器TCCR0的時(shí)鐘選擇位CS02:0控制的。3.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器概述 T/C1與T/C0共用一個(gè)預(yù)分頻模塊，但它們可以有不同的分頻設(shè)置。當(dāng)CSn2:0 =

46、 1時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘直接作為T/C的時(shí)鐘源，這也是T/C最高頻率的時(shí)鐘源fCLK_I/O，與系統(tǒng)時(shí)鐘頻率相同。預(yù)分頻器可以輸出4個(gè)不同的時(shí)鐘信號(hào)fCLK_I/O/8、fCLK_I/O/64、fCLK_I/O/256或fCLK_I/O/1024。3.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器概述 2）外部時(shí)鐘源由T1/T0引腳提供的外部時(shí)鐘源可以用作T/C時(shí)鐘clkT1/clkT0。引腳同步邏輯在每個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期對(duì)引腳T1/T0進(jìn)行采樣。然后將同步（采樣）信號(hào)送到邊沿檢測(cè)器。寄存器由內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘clkI/O的上跳沿驅(qū)動(dòng)。當(dāng)內(nèi)部時(shí)鐘為高時(shí)，鎖存器可以看作時(shí)透明的。3.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器概述 2. 計(jì)數(shù)單元8位

47、T/C0的主要功能部件為可編程的雙向計(jì)數(shù)單元。原理框圖如圖3- 9所示。 根據(jù)不同的工作模式，計(jì)數(shù)器針對(duì)每一個(gè)clkT0實(shí)現(xiàn)清零、加一或減一操作。其時(shí)鐘和操作有如下特點(diǎn)：clkT0可以由內(nèi)部時(shí)鐘源或外部時(shí)鐘源產(chǎn)生，具體由時(shí)鐘選擇位CS02:0確定。3.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器概述 沒有選擇時(shí)鐘源時(shí)（CS02:0 = 0）定時(shí)器即停止。不管有沒有clkT0，CPU都可以訪問(wèn)TCNT0。CPU寫操作比計(jì)數(shù)器其他操作（如清零、加減操作）的優(yōu)先級(jí)高。計(jì)數(shù)序列由T/C控制寄存器（TCCR0）的WGM01和WGM00決定。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)行為與輸出比較OC0的波形有緊密的關(guān)系。T/C溢出中斷標(biāo)志TOV0根據(jù)WG

48、M01:0設(shè)定的工作模式來(lái)設(shè)置。TOV0可以用于產(chǎn)生CPU中斷。 3.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器概述 3. 輸出比較單元當(dāng)定時(shí)器作輸出比較時(shí)，8位比較器持續(xù)對(duì)TCNT0和輸出比較寄存器OCR0進(jìn)行比較。輸出比較單元結(jié)構(gòu)圖如圖3- 10所示。 一旦TCNT0等于OCR0，比較器就給出匹配信號(hào)。在匹配發(fā)生的下一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘周期輸出比較標(biāo)志OCF0置位。3.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器概述 3. 輸出比較單元若此時(shí)OCIE0=1且SREG的全局中斷標(biāo)志I置位，CPU將產(chǎn)生輸出比較中斷。執(zhí)行中斷服務(wù)程序時(shí)OCF0自動(dòng)清零，或者通過(guò)軟件寫“1”的方式來(lái)清零。另外，根據(jù)由WGM21:0和COM01:0設(shè)定的不同

49、的工作模式，波形發(fā)生器利用匹配信號(hào)產(chǎn)生不同的波形。同時(shí)，波形發(fā)生器還利用max和bottom信號(hào)來(lái)處理極值條件下的特殊情況。3.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器概述 AVR的定時(shí)器工作模式比較多，具體有如下幾種：普通模式。CTC（比較匹配時(shí)清零定時(shí)器）模式?？焖貾WM模式。相位修正PWM模式。相位與頻率修正PWM模式。在這幾種工作模式中，普通模式為最常用的工作模式。限于篇幅，本節(jié)只介紹普通模式，其他工作模式可參考相關(guān)資料。3.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器工作模式 以定時(shí)器0為例，在普通模式下計(jì)數(shù)器不停地累加，直至：計(jì)到最大值后（TOP = 0 xFF）數(shù)值溢出計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)單地返回到最小值0 x00重新開始。在

50、TCNT0為零的同一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘里T/C溢出標(biāo)志TOV0置位。TOV0有點(diǎn)象第17位，只是只能置位，不會(huì)清零。由于定時(shí)器中斷服務(wù)程序能夠自動(dòng)清零TOV0，因此可以通過(guò)軟件提高定時(shí)器的分辨率。在普通模式下用戶可以隨時(shí)寫入新的計(jì)數(shù)器數(shù)值。如果定時(shí)時(shí)間太長(zhǎng)，必須使用定時(shí)器溢出中斷或預(yù)分頻器來(lái)擴(kuò)展定時(shí)范圍。 3.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器工作模式 與定時(shí)器有關(guān)的寄存器，以定時(shí)器0為例，計(jì)數(shù)寄存器TCNT0各位定義如表3- 20所示。輸出比較寄存器OCR0各位的定義如表3- 21所示。Bit76543210名稱TCNT0讀寫R/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WR/W初始值00000000Bit765

51、43210名稱OCR0讀寫R/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WR/W初始值000000003.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器寄存器 8位寄存器OCR0中的數(shù)據(jù)用于與寄存器TCNT0中的計(jì)數(shù)值進(jìn)行匹配比較。在T/C0運(yùn)行期間，比較匹配單元一直將寄存器TCNT0的計(jì)數(shù)值與寄存器OCR0的內(nèi)容進(jìn)行比較一旦TCNT0的計(jì)數(shù)值與OCR0的數(shù)值匹配相等，將產(chǎn)生一個(gè)中斷申請(qǐng)或改變OC0的輸出電平。定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷屏蔽寄存器TIMSK各位定義如表3- 22所示。 Bit76543210名稱OCIE2TOIE2TICIE1OC1E1AOCIE1BTOIE1OCIE0TOIE0讀寫R/WR/WR/WR/WR/WR

52、/WR/WR/W初始值000000003.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器寄存器 涉及定時(shí)器的相關(guān)位定義如表3- 23所示。定時(shí)器中斷標(biāo)志寄存器TIFR各位定義如表3- 24所示。 涉及定時(shí)器的相關(guān)位定義如表3- 25所示。 位名稱說(shuō)明OCIE2定時(shí)器2輸出比較匹配中斷允許標(biāo)志OCIE0定時(shí)器0輸出比較匹配中斷允許標(biāo)志TOIE2定時(shí)器2溢出中斷允許標(biāo)志TOIE0定時(shí)器0溢出中斷允許標(biāo)志Bit176543210名稱OCF2TOV2ICF1OCF1AOCF1BTOV1OCF0TOV0讀寫R/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WR/W初始值00000000位名稱說(shuō)明OCF2定時(shí)器2比較匹配輸出的中斷標(biāo)志位

53、OCF0定時(shí)器0比較匹配輸出的中斷標(biāo)志位TOV2定時(shí)器2溢出中斷標(biāo)志位TOV0定時(shí)器0溢出中斷標(biāo)志位3.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器寄存器 定時(shí)器控制寄存器TCCR0各位定義如表3- 26所示。涉及定時(shí)器的相關(guān)位定義如表3- 27所示。 波形產(chǎn)生模式相關(guān)定義如表3- 28所示。 Bit76543210名稱FOC0WGM00COM01COM00WGM01CS02CS01CS00讀寫R/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WR/W初始值00000000位名稱說(shuō)明FOC0強(qiáng)制輸出比較位，非PWM模式下有效WGM01：0波形發(fā)生模式位COM01：0比較匹配輸出方式CS02：0時(shí)鐘源選擇模式WGM01WGM

54、00工作模式計(jì)數(shù)上限OCR0更新TOV0更新000普通模式0 xFF立即0 xFF101PWM相位可調(diào)0 xFF0 xFF0 x00210CTC模式OCR0立即0 xFF311快速PWM0 xFF0 xFF0 xFF3.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器寄存器 普通模式和非PWM模式（WGM=0、2）下的COM0位功能定義如表3- 29所示?？焖貾WM模式（WGM0=3）下的COM0位功能定義如表3- 30所示。 相位可調(diào)PWM模式（WGM=1）下的COM0位功能定義如表3- 31所示。 COM01COM00說(shuō)明00PB3為通用IO引腳（OC0與引腳不連接）01比較匹配時(shí)，觸發(fā)OC0（OC0為源OC0的

55、取反）10比較匹配時(shí)，清零OC011比較匹配時(shí)，置位OC0COM01COM00說(shuō)明00PB3為通用IO引腳（OC0與引腳不連接）01保留10比較匹配時(shí)，清零OC0；計(jì)數(shù)值為0 xFF時(shí)，置位OC011比較匹配時(shí)，置位OC0；計(jì)數(shù)值為0 xFF時(shí)，清零OC0COM01COM00說(shuō)明00PB3為通用IO引腳（OC0與引腳不連接）01保留10向上計(jì)數(shù)過(guò)程中比較匹配時(shí)，清零OC0向下計(jì)數(shù)過(guò)程中比較匹配時(shí)，置位OC011向上計(jì)數(shù)過(guò)程中比較匹配時(shí)，置位OC0向下計(jì)數(shù)過(guò)程中比較匹配時(shí)，清零OC03.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器寄存器 定時(shí)器控制寄存器TCCR0各位定義如表3- 26所示。涉及定時(shí)器的相關(guān)位定義如

56、表3- 27所示。 波形產(chǎn)生模式相關(guān)定義如表3- 28所示。 Bit76543210名稱FOC0WGM00COM01COM00WGM01CS02CS01CS00讀寫R/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WR/W初始值00000000位名稱說(shuō)明FOC0強(qiáng)制輸出比較位，非PWM模式下有效WGM01：0波形發(fā)生模式位COM01：0比較匹配輸出方式CS02：0時(shí)鐘源選擇模式WGM01WGM00工作模式計(jì)數(shù)上限OCR0更新TOV0更新000普通模式0 xFF立即0 xFF101PWM相位可調(diào)0 xFF0 xFF0 x00210CTC模式OCR0立即0 xFF311快速PWM0 xFF0 xFF0 xF

57、F3.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器寄存器 定時(shí)器0的時(shí)鐘源選擇如表3- 32所示。 CS02CS01CS00說(shuō)明000無(wú)時(shí)鐘源（停止定時(shí)器）001CLKtos（不經(jīng)過(guò)分頻器）010CLKtos/8（來(lái)自分頻器）011CLKtos/64（來(lái)自分頻器）100CLKtos/256（來(lái)自分頻器）101CLKtos/1024（來(lái)自分頻器）110外部T0引腳，下降沿驅(qū)動(dòng)111外部T0引腳，上升沿驅(qū)動(dòng)3.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器寄存器 1. 選擇定時(shí)器當(dāng)AVR單片機(jī)晶振為8MHz（十進(jìn)制），計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘源為內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，需要計(jì)數(shù)8000000個(gè)時(shí)鐘周期才能達(dá)到定時(shí)1秒一次溢出的功能，顯然大大超過(guò)了計(jì)數(shù)器的技術(shù)范圍

58、。實(shí)踐中采用預(yù)分頻器進(jìn)行分頻，以256分頻為例，則需要的時(shí)鐘周期為：8000000/256=31250則16位的計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)范圍為065535（0 xffff），可以達(dá)到要求。本例中可選定時(shí)器1。 3.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器程序設(shè)計(jì) 2. 計(jì)算計(jì)數(shù)值由于普通模式下定時(shí)器計(jì)數(shù)到0 xffff即產(chǎn)生中斷，并翻轉(zhuǎn)到0 x0000開始計(jì)數(shù)，則需要每次溢出后，改變定時(shí)器的計(jì)數(shù)初值，以便使其每次計(jì)數(shù)31250后，產(chǎn)生溢出中斷。更改定時(shí)器1的計(jì)數(shù)初值可使用如下語(yǔ)句：TCNT1 =0 xffff-31250;使用計(jì)算的形式可以提高程序的可讀性及避免計(jì)算錯(cuò)誤，修改起來(lái)也方便。 3.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器程

59、序設(shè)計(jì) 3. 定時(shí)器初始化出于模塊化的設(shè)計(jì)要求，定時(shí)器相關(guān)的配置可封裝成為子函數(shù)TIM_Config（），具體源碼如下所示：【描述3.D.3】 TIM_Config（）/* 定時(shí)器初始化函數(shù) */void TIM_Config（void）/配置時(shí)鐘為clkio/256TCCR1B &=(1CS11)|(1CS10); TCCR1B |=(1CS12);/配置計(jì)數(shù)初值TCNT1 =0 xffff-31250;/開啟定時(shí)器1溢出中斷TIMSK |=（1TOIE1）;3.6 AVR定時(shí)器-定時(shí)器程序設(shè)計(jì) 4. 主函數(shù)編寫主函數(shù)main（）存放在main.c文件中，除了相關(guān)初始化函數(shù)和主循環(huán)外，還需要

60、定義一些必需的宏定義和頭文件等，詳細(xì)代碼清單如下所示：【描述3.D.3】 main.c/* 宏定義 */開啟iom16.h文件中的bit模式#define ENABLE_BIT_DEFINITIONS 1/* 頭文件 */IAR中已定義的ATmega16相關(guān)寄存器名稱#include /* 子函數(shù) */LED初始化函數(shù)，代碼請(qǐng)參考描述3.D.1void LED_Config（void）;/定時(shí)器初始化函數(shù)void TIM_Config（void）;/* 主函數(shù) */void main（void）/LED初始化函數(shù)LED_Config（）;/TIM初始化函數(shù)TIM_Config（）;/開總中斷S