AVR 单片机教程

### AVR单片机教程知识点详解 #### AVR单片机特点 AVR单片机作为一种高性能的8位微控制器，凭借其独特的技术优势，在嵌入式系统领域占据了一席之地。以下详细介绍了AVR单片机的主要特点： 1. **哈佛架构**：AVR采用了哈佛架构，这种架构将程序存储器和数据存储器分开，从而实现了1 MIPS/MHz的高速运行处理能力。这意味着在每个时钟周期中，AVR能够执行一条指令，大大提高了运算速度。 2. **精简指令集(RISC)**：AVR拥有一个精简指令集，这使得它拥有32个通用工作寄存器，避免了像8051单片机那样只有一个累加器所带来的瓶颈问题。精简指令集不仅减少了执行时间和代码量，还提高了编程效率。 3. **快速存取寄存器组与单周期指令**：AVR具有快速的存取寄存器组和单周期指令系统，这进一步优化了代码大小和执行效率。部分型号的AVR单片机拥有非常大的Flash存储空间，非常适合使用高级语言进行开发。 4. **强大的IO能力**：作为输出时，AVR单片机可以提供高达40mA的驱动能力；作为输入时，它可以配置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，并具备10mA到20mA的拉电流能力。 5. **集成多种功能**：AVR单片机内部集成了多种资源，例如EEPROM、PWM、RTC、SPI、UART、TWI、ISP、ADC、模拟比较器和看门狗定时器等。这些丰富的片上资源使得AVR单片机能够满足各种应用需求。 6. **ISP与IAP功能**：大多数AVR单片机支持ISP(在线串行编程)功能，而部分型号还支持IAP(在线应用编程)功能，这为程序的更新或销毁提供了极大的便利。 7. **高性价比**：相较于其他类型的单片机，AVR单片机在保持高性能的同时，还保持着较高的性价比。 #### 开发AVR单片机所需的工具 为了开发AVR单片机，开发者需要选择合适的编译器和调试工具。以下是几种常用的开发工具及其特性介绍： 1. **AVRStudio**：AVRStudio是由Atmel公司提供的集成开发环境(IDE)，支持汇编语言开发，并可以通过第三方软件支持C语言等其他语言。AVRStudio集成了软硬件仿真、调试以及下载编程功能，是市面上最通用的AVR开发工具之一。 2. **GCC AVR (WinAVR)**：GCC AVR是一种基于GCC的C编译器，专为AVR单片机设计。它以其出色的代码优化能力和免费的特性受到广大开发者的欢迎。虽然使用起来相对复杂，但在国外有着广泛的用户基础。 3. **ICC AVR**：ICC AVR是一款集成编译器和烧写程序功能的C编译器，适合初学者使用。它集成了代码生成向导，虽然性能并非最优，但易于使用。此外，ICC AVR提供了45天的全功能试用期。 4. **CodeVision AVR**：CodeVision AVR同样是一款集成了烧写程序功能的C编译器，它的代码风格与Keil C51类似，易于上手。它还提供了许多常用外围器件的操作函数库，有助于简化开发过程。不过，这款编译器并不是免费的。 5. **ATman AVR**：ATman AVR支持多模块调试，这是AVR Studio所不具备的功能。它是一款C编译器，适用于需要同时调试多个模块的项目。 6. **IAR AVR**：IAR AVR是一款功能强大的C编译器，在国外较为流行。然而，由于价格较高，在中国大陆的使用并不广泛。 #### AVR单片机的仿真方式 AVR单片机支持多种仿真方式，包括但不限于： 1. **JTAG仿真方式**：适用于具有JTAG接口的AVR单片机，如Atmega16/32、Atmega64/128等。JTAG是IEEE标准规范，可用于边界扫描和故障检测。 2. **debugWIRE仿真方式**：适用于具备debugWIRE接口的AVR单片机，如Attiny13/24/2313、Atmega48/88/168等。debugWIRE是一种低成本的调试接口，只需要一根信号线即可完成调试信息的交互。 3. **采用仿真头替代AVR MCU仿真方式**：适用于不带仿真接口的AVR单片机，如Attiny26、Atmega8、Atmega8515等。这种方式通过仿真头来实现对单片机的仿真和调试。 #### AVR单片机基本硬件电路设计 在设计AVR单片机的基本硬件电路时，需要考虑以下几个方面： - **AVR复位电路设计**：与传统的51单片机不同，AVR单片机内置了复位电路，并可通过熔丝位控制复位时间。因此，在大多数情况下，无需外部上电复位电路。如果需要设置按键复位电路，则需要注意AVR单片机的具体要求。 - **AVR下载电路设计**：根据所选AVR单片机的特点，设计相应的下载电路。对于支持ISP或IAP功能的AVR单片机，可以通过特定的接口进行程序的下载和更新。 - **AVR晶振电路**：AVR单片机可以使用内部时钟源或者外部晶振电路。如果使用外部晶振，则需按照数据手册的要求进行设计。 AVR单片机以其卓越的技术特性和广泛的适用性，在嵌入式系统开发中占据了重要的位置。无论是从硬件设计还是软件开发的角度来看，AVR单片机都是值得深入学习和掌握的技术。