AVR單片機原理及應(yīng)用課件

2AVR單片機原理及應(yīng)用▲

2.1AVR單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)

▲

2.2AVR單片機時鐘和復(fù)位

▲

2.3AVR單片機存儲器組織

▲

2.4AVR單片機中斷系統(tǒng)▲2.5AVR單片機的節(jié)電方式

2AVR單片機原理及應(yīng)用▲2.1AVR單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)12AVR單片機原理及應(yīng)用▲

2.6AVR單片機定時器/計數(shù)器的使用▲

2.7AVR單片機串行接口

▲

2.8AVR單片機模擬比較器

▲

2.9AVR單片機I/O端口

▲2.10AVR單片機存儲器編程

2AVR單片機原理及應(yīng)用▲2.6AVR單片機定時器/22.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器0x1F*0xF（32×16）字節(jié)90系列單片機包括64～4K字節(jié)的EEPROM存儲器。它被組織為一個分開的數(shù)據(jù)空間，這個數(shù)據(jù)空間用單字節(jié)可被讀寫。EEPROM的使用壽命至少為100000次寫/擦循環(huán)。EEPROM的訪問由地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、控制寄存器決定。2.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器0x1F*0xF（3232.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器2.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器42.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器2.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器52.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器2.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器62.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器2.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器72.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器2.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器82.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器

CodeVisionAVRC編譯器中，可以用eeprom關(guān)鍵字將全局變量分配至EEPROM中，如：

eeprominta;也可以在定義時對變量初始化，如:eeprominta=1;CodeVisionAVRC編譯器中還可以將數(shù)組、字符串、結(jié)構(gòu)體分配至EEPROM中，如：eepromchara[4]=｛0,1,2,3｝;//數(shù)組Chareeprom*ptr_to_eeprom＝”thisisplacedinEEPROM”;//字符串Eepromstructa｛charb;intc;chare[15];｝f;在CodeVisionAVRC編譯器中可以直接訪問EEPROM中的全局變量，與訪問SRAM中的數(shù)據(jù)方式相同。2.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器CodeVis9AVR單片機原理及應(yīng)用課件102.3.4存儲器訪問和指令執(zhí)行時序

AVRCPU由系統(tǒng)時鐘Φ驅(qū)動，直接由芯片的外部時鐘晶振觸發(fā)，沒有使用內(nèi)部時鐘分頻。下圖為Harvard結(jié)構(gòu)和快速訪問寄存器堆概念觸發(fā)的并行指令存取和指令執(zhí)行時序。這種基本的流水線概念目的是為了獲得高達每1MIPS/MHz的效率。2.3.4存儲器訪問和指令執(zhí)行時序AVRCP11Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu)

馮·諾依曼結(jié)構(gòu)又稱作普林斯頓體系結(jié)構(gòu)（Princetionarchitecture）1945年，馮·諾依曼首先提出了“存儲程序”的概念和二進制原理，后來，人們把利用這種概念和原理設(shè)計的電子計算機系統(tǒng)統(tǒng)稱為“馮.諾曼型結(jié)構(gòu)”計算機。馮.諾曼結(jié)構(gòu)的處理器使用同一個存儲器，經(jīng)由同一個總線傳輸。結(jié)構(gòu)如圖所示。馮.諾曼結(jié)構(gòu)處理器具有以下幾個特點：

必須有一個存儲器；必須有一個控制器；必須有一個運算器，用于完成算術(shù)運算和邏輯運算；必須有輸入和輸出設(shè)備，用于進行人機通信。馮·諾依曼的主要貢獻就是提出并實現(xiàn)了“存儲程序”的概念。由于指令和數(shù)據(jù)都是二進制碼，指令和操作數(shù)的地址又密切相關(guān)，因此，當初選擇這種結(jié)構(gòu)是自然的。但是，這種指令和數(shù)據(jù)共享同一總線的結(jié)構(gòu)，使得信息流的傳輸成為限制計算機性能的瓶頸，影響了數(shù)據(jù)處理速度的提高。

Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu)馮·諾依曼結(jié)構(gòu)又稱作普林12馮·諾依曼結(jié)構(gòu)又稱作普林斯頓體系結(jié)構(gòu)（Princetionarchitecture）在典型情況下，完成一條指令需要3個步驟，即：取指令、指令譯碼和執(zhí)行指令。從指令流的定時關(guān)系也可看出馮·諾依曼結(jié)構(gòu)與哈佛結(jié)構(gòu)處理方式的差別。舉一個最簡單的對存儲器進行讀寫操作的指令，指令1至指令3均為存、取數(shù)指令，對馮.諾曼結(jié)構(gòu)處理器，由于取指令和存取數(shù)據(jù)要從同一個存儲空間存取，經(jīng)由同一總線傳輸，因而它們無法重疊執(zhí)行，只有一個完成后再進行下一個。

Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu)

馮·諾依曼結(jié)構(gòu)又稱作普林斯頓體系結(jié)構(gòu)（Princetiona13Harvard結(jié)構(gòu)

數(shù)字信號處理一般需要較大的運算量和較高的運算速度，為了提高數(shù)據(jù)吞吐量，在數(shù)字信號處理器中大多采用哈佛結(jié)構(gòu)，如下圖所示Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu)

與馮.諾曼結(jié)構(gòu)處理器比較，哈佛結(jié)構(gòu)處理器有兩個明顯的特點：

1、使用兩個獨立的存儲器模塊，分別存儲指令和數(shù)據(jù)，每個存儲模塊都不允許指令和數(shù)據(jù)并存；2、使用獨立的兩條總線，分別作為CPU與每個存儲器之間的專用通信路徑，而這兩條總線之間毫無關(guān)聯(lián)。Harvard結(jié)構(gòu)Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu)與馮.14Harvard結(jié)構(gòu)

后來，又提出了改進的哈佛結(jié)構(gòu)，如下圖所示Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu)

其結(jié)構(gòu)特點為：1、使用兩個獨立的存儲器模塊，分別存儲指令和數(shù)據(jù)，每個存儲模塊都不允許指令和數(shù)據(jù)并存，以便實現(xiàn)并行處理；2、具有一條獨立的地址總線和一條獨立的數(shù)據(jù)總線，利用公用地址總線訪問兩個存儲模塊（程序存儲模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊），公用數(shù)據(jù)總線則被用來完成程序存儲模塊或數(shù)據(jù)存儲模塊與CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸；3、兩條總線由程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分時共用。Harvard結(jié)構(gòu)Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)15Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu)

Harvard結(jié)構(gòu)

如果采用哈佛結(jié)構(gòu)處理以上同樣的3條存取數(shù)指令，如下圖所示，由于取指令和存取數(shù)據(jù)分別經(jīng)由不同的存儲空間和不同的總線，使得各條指令可以重疊執(zhí)行，這樣，也就克服了數(shù)據(jù)流傳輸?shù)钠款i，提高了運算速度。

Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu)Harvard結(jié)構(gòu)162.3.5I/O存儲器

在編寫源文件時一定要寫該器件的配置文件，作為源文件的文件頭，如選用AT90S8515單片機，源文件的文件頭為：

#include<90s8515.h>//文件頭就是該器件的I/O寄存器及位地址的定義文件，匯編時用到它。

在編寫源文件時可以打開器件配置文件（*.inc）查看一下，防止沒有器件配置文件頭匯編時出錯，有了器件配置文件頭，在編寫源程序時就不必重復(fù)定義I/O口及位地址等。

90系列單片機所有不同的I/O口和外圍設(shè)備均在I/O空間中已經(jīng)設(shè)置好。2.3.5I/O存儲器在編寫源文件時一定要寫該器172.3.5I/O存儲器AT90S4414/8515的I/O空間2.3.5I/O存儲器AT90S4414/8515的I/182.3.5I/O存儲器AT90S4414/8515的I/O空間2.3.5I/O存儲器AT90S4414/8515的I/192.3.5I/O存儲器不同I/O和外圍設(shè)備的控制寄存器2.3.5I/O存儲器不同I/O和外圍設(shè)備的控制寄存器202.3.5I/O存儲器不同I/O和外圍設(shè)備的控制寄存器2.3.5I/O存儲器不同I/O和外圍設(shè)備的控制寄存器212.3.5I/O存儲器不同I/O和外圍設(shè)備的控制寄存器2.3.5I/O存儲器不同I/O和外圍設(shè)備的控制寄存器222.4AVR單片機中斷系統(tǒng)2.4.1中斷處理2.4.2外部中斷2.4.3中斷應(yīng)答時間2.4.4MCU控制寄存器MCUCR2.4AVR單片機中斷系統(tǒng)2.4.1中斷處理2.4.232.4.1中斷處理

中斷源是指任何引起單片機中斷的事件。不同型號的AVR單片機，其中斷源的數(shù)量是不同的。AT90S8515有12個中斷源和1個復(fù)位中斷。所有中斷源都有獨立的中斷使能位，當相應(yīng)的使能位和全局中斷使能位都置1時，中斷才可以發(fā)生，相應(yīng)的中斷服務(wù)程序才會執(zhí)行。

初學(xué)者可能對中斷的理解有限，表中給出這些中斷的目的是以后可以便于查詢，并非要求記住每個中斷源及其名稱。

AVR單片機對于中斷的處理是通過相應(yīng)的中斷寄存器進行的。2.4.1中斷處理中斷源是指任何引起單片機中斷的242.4.1中斷處理2.4.1中斷處理252.4.1中斷處理2.4.1中斷處理262.4.1中斷處理2.4.1中斷處理272.4.1中斷處理2.4.1中斷處理282.4.1中斷處理2.4.1中斷處理292.4.1中斷處理2.4.1中斷處理302.4.2外部中斷2.4.2外部中斷312.4.3中斷應(yīng)答時間2.4.3中斷應(yīng)答時間322.4.4MCU控制寄存器MCUCR2.4.4MCU控制寄存器MCUCR332.4.4MCU控制寄存器MCUCR2.4.4MCU控制寄存器MCUCR342.5AVR單片機的節(jié)電方式2.5AVR單片機的節(jié)電方式352.5AVR單片機的節(jié)電方式2.5AVR單片機的節(jié)電方式362.5AVR單片機的節(jié)電方式2.5AVR單片機的節(jié)電方式37SLEEP語句應(yīng)用SLEEP382.6AVR單片機定時器/計數(shù)器的使用2.6AVR單片機定時器/計數(shù)器的使用392.6AVR單片機定時器/計數(shù)器的使用2.6AVR單片機定時器/計數(shù)器的使用402.6AVR單片機定時器/計數(shù)器的使用2.6AVR單片機定時器/計數(shù)器的使用412.6AVR單片機定時器/計數(shù)器的使用2.6AVR單片機定時器/計數(shù)器的使用42AVR單片機原理及應(yīng)用課件43定時器/計數(shù)器0的控制寄存器定時器/計數(shù)器0定時器/計數(shù)器0定時器/計數(shù)器044AVR單片機原理及應(yīng)用課件45AVR單片機原理及應(yīng)用課件46AVR單片機原理及應(yīng)用課件47AVR單片機原理及應(yīng)用課件48AVR單片機原理及應(yīng)用課件49AVR單片機原理及應(yīng)用課件50AVR單片機原理及應(yīng)用課件51AVR單片機原理及應(yīng)用課件52AVR單片機原理及應(yīng)用課件53AVR單片機原理及應(yīng)用課件54定時器/計數(shù)器1的2個控制寄存器定時器/計數(shù)器1定時器/計數(shù)器1的2個輸出比較寄存器定時器/計數(shù)器1定時器/計數(shù)器1定時器/計數(shù)器155AVR單片機原理及應(yīng)用課件56AVR單片機原理及應(yīng)用課件57AVR單片機原理及應(yīng)用課件58看門狗定時器設(shè)定看門狗定時器分頻選擇（溢出時間）看門狗定時器設(shè)定看門狗定時器分頻選擇（溢出時間）59下課同學(xué)們再見下課同學(xué)們再見602AVR單片機原理及應(yīng)用▲

2.1AVR單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)

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2.2AVR單片機時鐘和復(fù)位

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2.3AVR單片機存儲器組織

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2.4AVR單片機中斷系統(tǒng)▲2.5AVR單片機的節(jié)電方式

2AVR單片機原理及應(yīng)用▲2.1AVR單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)612AVR單片機原理及應(yīng)用▲

2.6AVR單片機定時器/計數(shù)器的使用▲

2.7AVR單片機串行接口

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2.8AVR單片機模擬比較器

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2.9AVR單片機I/O端口

▲2.10AVR單片機存儲器編程

2AVR單片機原理及應(yīng)用▲2.6AVR單片機定時器/622.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器0x1F*0xF（32×16）字節(jié)90系列單片機包括64～4K字節(jié)的EEPROM存儲器。它被組織為一個分開的數(shù)據(jù)空間，這個數(shù)據(jù)空間用單字節(jié)可被讀寫。EEPROM的使用壽命至少為100000次寫/擦循環(huán)。EEPROM的訪問由地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、控制寄存器決定。2.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器0x1F*0xF（32632.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器2.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器642.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器2.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器652.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器2.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器662.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器2.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器672.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器2.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器682.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器

CodeVisionAVRC編譯器中，可以用eeprom關(guān)鍵字將全局變量分配至EEPROM中，如：

eeprominta;也可以在定義時對變量初始化，如:eeprominta=1;CodeVisionAVRC編譯器中還可以將數(shù)組、字符串、結(jié)構(gòu)體分配至EEPROM中，如：eepromchara[4]=｛0,1,2,3｝;//數(shù)組Chareeprom*ptr_to_eeprom＝”thisisplacedinEEPROM”;//字符串Eepromstructa｛charb;intc;chare[15];｝f;在CodeVisionAVRC編譯器中可以直接訪問EEPROM中的全局變量，與訪問SRAM中的數(shù)據(jù)方式相同。2.3.3EEPROM數(shù)據(jù)存儲器CodeVis69AVR單片機原理及應(yīng)用課件702.3.4存儲器訪問和指令執(zhí)行時序

AVRCPU由系統(tǒng)時鐘Φ驅(qū)動，直接由芯片的外部時鐘晶振觸發(fā)，沒有使用內(nèi)部時鐘分頻。下圖為Harvard結(jié)構(gòu)和快速訪問寄存器堆概念觸發(fā)的并行指令存取和指令執(zhí)行時序。這種基本的流水線概念目的是為了獲得高達每1MIPS/MHz的效率。2.3.4存儲器訪問和指令執(zhí)行時序AVRCP71Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu)

馮·諾依曼結(jié)構(gòu)又稱作普林斯頓體系結(jié)構(gòu)（Princetionarchitecture）1945年，馮·諾依曼首先提出了“存儲程序”的概念和二進制原理，后來，人們把利用這種概念和原理設(shè)計的電子計算機系統(tǒng)統(tǒng)稱為“馮.諾曼型結(jié)構(gòu)”計算機。馮.諾曼結(jié)構(gòu)的處理器使用同一個存儲器，經(jīng)由同一個總線傳輸。結(jié)構(gòu)如圖所示。馮.諾曼結(jié)構(gòu)處理器具有以下幾個特點：

必須有一個存儲器；必須有一個控制器；必須有一個運算器，用于完成算術(shù)運算和邏輯運算；必須有輸入和輸出設(shè)備，用于進行人機通信。馮·諾依曼的主要貢獻就是提出并實現(xiàn)了“存儲程序”的概念。由于指令和數(shù)據(jù)都是二進制碼，指令和操作數(shù)的地址又密切相關(guān)，因此，當初選擇這種結(jié)構(gòu)是自然的。但是，這種指令和數(shù)據(jù)共享同一總線的結(jié)構(gòu)，使得信息流的傳輸成為限制計算機性能的瓶頸，影響了數(shù)據(jù)處理速度的提高。

Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu)馮·諾依曼結(jié)構(gòu)又稱作普林72馮·諾依曼結(jié)構(gòu)又稱作普林斯頓體系結(jié)構(gòu)（Princetionarchitecture）在典型情況下，完成一條指令需要3個步驟，即：取指令、指令譯碼和執(zhí)行指令。從指令流的定時關(guān)系也可看出馮·諾依曼結(jié)構(gòu)與哈佛結(jié)構(gòu)處理方式的差別。舉一個最簡單的對存儲器進行讀寫操作的指令，指令1至指令3均為存、取數(shù)指令，對馮.諾曼結(jié)構(gòu)處理器，由于取指令和存取數(shù)據(jù)要從同一個存儲空間存取，經(jīng)由同一總線傳輸，因而它們無法重疊執(zhí)行，只有一個完成后再進行下一個。

Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu)

馮·諾依曼結(jié)構(gòu)又稱作普林斯頓體系結(jié)構(gòu)（Princetiona73Harvard結(jié)構(gòu)

數(shù)字信號處理一般需要較大的運算量和較高的運算速度，為了提高數(shù)據(jù)吞吐量，在數(shù)字信號處理器中大多采用哈佛結(jié)構(gòu)，如下圖所示Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu)

與馮.諾曼結(jié)構(gòu)處理器比較，哈佛結(jié)構(gòu)處理器有兩個明顯的特點：

1、使用兩個獨立的存儲器模塊，分別存儲指令和數(shù)據(jù)，每個存儲模塊都不允許指令和數(shù)據(jù)并存；2、使用獨立的兩條總線，分別作為CPU與每個存儲器之間的專用通信路徑，而這兩條總線之間毫無關(guān)聯(lián)。Harvard結(jié)構(gòu)Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu)與馮.74Harvard結(jié)構(gòu)

后來，又提出了改進的哈佛結(jié)構(gòu)，如下圖所示Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu)

其結(jié)構(gòu)特點為：1、使用兩個獨立的存儲器模塊，分別存儲指令和數(shù)據(jù)，每個存儲模塊都不允許指令和數(shù)據(jù)并存，以便實現(xiàn)并行處理；2、具有一條獨立的地址總線和一條獨立的數(shù)據(jù)總線，利用公用地址總線訪問兩個存儲模塊（程序存儲模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊），公用數(shù)據(jù)總線則被用來完成程序存儲模塊或數(shù)據(jù)存儲模塊與CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸；3、兩條總線由程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分時共用。Harvard結(jié)構(gòu)Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)75Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu)

Harvard結(jié)構(gòu)

如果采用哈佛結(jié)構(gòu)處理以上同樣的3條存取數(shù)指令，如下圖所示，由于取指令和存取數(shù)據(jù)分別經(jīng)由不同的存儲空間和不同的總線，使得各條指令可以重疊執(zhí)行，這樣，也就克服了數(shù)據(jù)流傳輸?shù)钠款i，提高了運算速度。

Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu)Harvard結(jié)構(gòu)762.3.5I/O存儲器

在編寫源文件時一定要寫該器件的配置文件，作為源文件的文件頭，如選用AT90S8515單片機，源文件的文件頭為：

#include<90s8515.h>//文件頭就是該器件的I/O寄存器及位地址的定義文件，匯編時用到它。

在編寫源文件時可以打開器件配置文件（*.inc）查看一下，防止沒有器件配置文件頭匯編時出錯，有了器件配置文件頭，在編寫源程序時就不必重復(fù)定義I/O口及位地址等。

90系列單片機所有不同的I/O口和外圍設(shè)備均在I/O空間中已經(jīng)設(shè)置好。2.3.5I/O存儲器在編寫源文件時一定要寫該器772.3.5I/O存儲器AT90S4414/8515的I/O空間2.3.5I/O存儲器AT90S4414/8515的I/782.3.5I/O存儲器AT90S4414/8515的I/O空間2.3.5I/O存儲器AT90S4414/8515的I/792.3.5I/O存儲器不同I/O和外圍設(shè)備的控制寄存器2.3.5I/O存儲器不同I/O和外圍設(shè)備的控制寄存器802.3.5I/O存儲器不同I/O和外圍設(shè)備的控制寄存器2.3.5I/O存儲器不同I/O和外圍設(shè)備的控制寄存器812.3.5I/O存儲器不同I/O和外圍設(shè)備的控制寄存器2.3.5I/O存儲器不同I/O和外圍設(shè)備的控制寄存器822.4AVR單片機中斷系統(tǒng)2.4.1中斷處理2.4.2外部中斷2.4.3中斷應(yīng)答時間2.4.4MCU控制寄存器MCUCR2.4AVR單片機中斷系統(tǒng)2.4.1中斷處理2.4.832.4.1中斷處理

中斷源是指任何引起單片機中斷的事件。不同型號的AVR單片機，其中斷源的數(shù)量是不同的。AT90S8515有12個中斷源和1個復(fù)位中斷。所有中斷源都有獨立的中斷使能位，當相應(yīng)的使能位和全局中斷使能位都置1時，中斷才可以發(fā)生，相應(yīng)的中斷服務(wù)程序才會執(zhí)行。

初學(xué)者可能對中斷的理解有限，表中給出這些中斷的目的是以后可以便于查詢，并非要求記住每個中斷源及其名稱。

AVR單片機對于中斷的處理是通過相應(yīng)的中斷寄存器進行的。2.4.1中斷處理中斷源是指任何引起單片機中斷的842.4.1中斷處理2.4.1中斷處理852.4.1中斷處理2.4.1中斷處理862.4.1中斷處理2.4.1中斷處理872.4.1中斷處理2.4.1中斷處理882.4.1中