ATmega128单片机概述、系统结构

1、1ATmega128单片机单片机概述、系统结构概述、系统结构夏洁夏洁2009年年3月月导航、制导与控制2内容内容一、一、 ATmega128单片机概述单片机概述系统结构系统结构1、AVR单片机简介（单片机简介（主要特性、选型）主要特性、选型）2、ATmega128单片机单片机二、二、 ATmega128单片机系统结构单片机系统结构导航、制导与控制31、AVR单片机简介单片机简介nATMEL公司介绍公司介绍 l是世界上著名的高性能、低功耗、非易失性存是世界上著名的高性能、低功耗、非易失性存储器和数字集成电路的一流半导体制造公司。储器和数字集成电路的一流半导体制造公司。 n1997年，年，ATME

2、L公司出于市场需求，推出公司出于市场需求，推出了全新配置的精简指令集了全新配置的精简指令集RISC单片机高速单片机高速8位单片机，简称为位单片机，简称为AVR。n广泛应用于计算机外设、工业实时控制，广泛应用于计算机外设、工业实时控制，仪器仪表、通信设备、家用电器等各个领仪器仪表、通信设备、家用电器等各个领域。域。导航、制导与控制41.1 AVR单片机主要特性单片机主要特性n衡量单片机性能的重要指标衡量单片机性能的重要指标l高可靠性、功能强、高速度、低功耗、低价位高可靠性、功能强、高速度、低功耗、低价位1）AVR单片机废除机器周期，单片机废除机器周期，采用采用RISC，以字为指令，以字为指令长度

3、单位，取指周期短，可预取指令，实现流水作业，长度单位，取指周期短，可预取指令，实现流水作业，可可高速高速执行指令。有执行指令。有高可靠性高可靠性为后盾。为后盾。2）AVR单片机在软单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本多方硬件开销、速度、性能和成本多方面取得优化平衡，是高性价比的单片机。面取得优化平衡，是高性价比的单片机。3）内嵌高质量的）内嵌高质量的 Flash程序存储器，擦写方便，支持程序存储器，擦写方便，支持ISP和和IAP，便于产品，便于产品 的调试、开发、生产、更新。的调试、开发、生产、更新。导航、制导与控制51.1 AVR单片机主要特性单片机主要特性4）I/O端口资源灵活、功能强大

4、端口资源灵活、功能强大5）单片机内具备多种独立的时钟分频器）单片机内具备多种独立的时钟分频器6）高波特率的可靠通信）高波特率的可靠通信7）包括多种电路，可增强嵌入式系统的可靠性）包括多种电路，可增强嵌入式系统的可靠性l电路：自动上电复位、看门狗、掉电检测，电路：自动上电复位、看门狗、掉电检测，l多个复位源等多个复位源等8）具有多种省电休眠模式、宽电压运行）具有多种省电休眠模式、宽电压运行（2.75V），抗干扰能力强，可降低一般），抗干扰能力强，可降低一般8位机位机中的软件抗干扰设计的工作量和硬件的使用量。中的软件抗干扰设计的工作量和硬件的使用量。9）集成多种器件和多种功能，充分体现了单片机）集

5、成多种器件和多种功能，充分体现了单片机技术向片上系统技术向片上系统SOC的发展方向过渡。的发展方向过渡。导航、制导与控制61.2 AVR系列单片机的选型系列单片机的选型AVR单片机有单片机有3个档次：个档次：n低档低档Tiny系列单片机，系列单片机， 20脚脚lTiny 11/12/13/15/26/28lAT89C1051，AT89C1052n中档中档(标准标准) AT90S系列单片机，系列单片机，40脚脚lAT90S1200/2313/8515/8535lAT89C51n高档高档ATmega系列单片机系列单片机 64脚脚lATmega8/16/32/64/128l存储容量为存储容量为8/1

6、6/32/64/128KBlATmega8515/8535导航、制导与控制7内容内容1、AVR单片机简介单片机简介lAVR单片机主要特性单片机主要特性lAVR系列单片机的选型系列单片机的选型2、 ATmega128单片机简介单片机简介lATmega128单片机概述单片机概述lATmega128单片机引脚功能单片机引脚功能导航、制导与控制82.1 ATmega128单片机概述单片机概述n基于基于AVR低功耗低功耗CMOS 8位微控制器，近位微控制器，近1MIPS/MHz。6种省电模式种省电模式: n空闲模式空闲模式Idle：CPU 停止工作，其他子系统继续工作；停止工作，其他子系统继续工作；nA

7、DC 噪声抑制模式：噪声抑制模式：CPU 和所有的和所有的I/O 模块停止运行，模块停止运行，而异步定时器和而异步定时器和ADC 继续工作；继续工作；n省电模式省电模式Power-save：异步定时器继续运行，器件的其异步定时器继续运行，器件的其他部分则处于睡眠状态；他部分则处于睡眠状态；n掉电模式掉电模式Power-down：除了中断和硬件复位之外都停止除了中断和硬件复位之外都停止工作工作nStandby 模式：模式：振荡器工作而其他部分睡眠；振荡器工作而其他部分睡眠；n扩展扩展Standby 模式：模式：允许振荡器和异步定时器继续工作。允许振荡器和异步定时器继续工作。导航、制导与控制9AT

8、mega128单片机结构框图单片机结构框图导航、制导与控制10ATmega128产品特点产品特点 1）RICS结构结构l指令条数指令条数 133条指令条指令 大多数可以在一个时钟周期内完成大多数可以在一个时钟周期内完成l存储器存储器 32 x 8位位 通用工作寄存器通用工作寄存器 + 外设控制寄存器外设控制寄存器l工作频率工作频率 工作于工作于16 MHz 时性能高达时性能高达16 MIPSl片内乘法器片内乘法器 2个个 只需两个时钟周期的硬件乘法器只需两个时钟周期的硬件乘法器2）非易失存储器）非易失存储器l片上片上Flash 128K Bytes，104次擦写次擦写lEEPROM 4K By

9、tes，105次擦写次擦写l内部内部SRAM 4Kl可选外部存储器可选外部存储器 64Kl可编程安全锁、片内可编程可编程安全锁、片内可编程SPI接口接口3）JITAG接口接口l边界扫描特性，扩展芯片调试支持，通过其进行可编程边界扫描特性，扩展芯片调试支持，通过其进行可编程Flash、EEPROM导航、制导与控制11ATmega128产品特点产品特点 4）外设特性）外设特性l定时器定时器/计数器计数器 （2个个8位）位）l扩展定时器扩展定时器/计数器计数器 （2个个16位）位）l实时时钟计数器实时时钟计数器 （1个）个）lPWM通道通道 2个个8位，位，6个（分辨率）可编程个（分辨率）可编程21

10、6位位l输出比较调制器输出比较调制器l8通道通道10位位ADC：8个单端通道、个单端通道、7个差分通道、个差分通道、2个可调增益的差分通道个可调增益的差分通道l面向字节的双线接口面向字节的双线接口l可编程的连续串口可编程的连续串口UART 2个个l主主/从从SPI串口、可编程看门狗、片内模拟比较器串口、可编程看门狗、片内模拟比较器导航、制导与控制12ATmega128产品特点产品特点 5）特殊微控制器特性）特殊微控制器特性l复位、中断源、省电模式等复位、中断源、省电模式等6）I/O和封装和封装l53个可编程个可编程I/O口线口线l64引脚引脚TQFP与与64引脚引脚MLF封装封装7）工作电压）

11、工作电压l2.75.5V（ATmega128L）l4.55.5V（ATmega128）8）速度级别）速度级别l08MHZ（ATmega128L）l016MHZ（ATmega128）导航、制导与控制132.2 ATmega128单片机引脚功能单片机引脚功能导航、制导与控制14ATmega128单片机结构框图单片机结构框图导航、制导与控制15各引脚说明各引脚说明1：1）VCC：数字电路的电源：数字电路的电源2）GND：地：地3）RESET：复位输入引脚：复位输入引脚4）XTAL1：反向振荡放大器及片内时钟操作电路：反向振荡放大器及片内时钟操作电路的输入的输入5）XTAL2：反向振荡放大器的输出：反

12、向振荡放大器的输出6）AVCC：AVCC为端口为端口F及及ADC的电源的电源7）AREF：为：为ADC的模拟基准输入引脚的模拟基准输入引脚8）PEN：为：为SPI串行下载的使能引脚串行下载的使能引脚导航、制导与控制169）端口）端口A(PA7PA0)：l为为8位双向位双向I/O端口，并具有可编程的内部上拉端口，并具有可编程的内部上拉电阻。电阻。l输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。吸收大电流。l作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。口被外部电路拉低时将输出电流。l复位

13、发生时该端口为三态。复位发生时该端口为三态。10）端口）端口B(PB7PB0)、 C(PC7PC0)、D(PD7PD0)、 E(PE7PE0) ：与端口：与端口A具具有相同的有相同的I/O性能。性能。导航、制导与控制1711）端口）端口F(PF7PF0)：n为为ADC的模拟输入引脚的模拟输入引脚或作为作为8位双向位双向I/O端口，并具有可编程的内部上拉电阻。端口，并具有可编程的内部上拉电阻。n输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。出和吸收大电流。n作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输

14、出电流。则端口被外部电路拉低时将输出电流。n复位发生时该端口为三态。复位发生时该端口为三态。n可以作为可以作为JTAG接口接口导航、制导与控制1812）端口）端口G(PG4PG0)：l为为5位位双向双向I/O端口，并具有可编程的内部上拉端口，并具有可编程的内部上拉电阻。电阻。l输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。吸收大电流。l作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。口被外部电路拉低时将输出电流。l复位发生时该端口为三态。复位发生时该端口为三态。n13）端口）端口A、B、

15、C、D、E、F、G：都可：都可以作为第二功能引脚使用。以作为第二功能引脚使用。19二、二、ATmega128单片机的单片机的系统结构系统结构导航、制导与控制20ATmega128单片机的系统结构单片机的系统结构主要内容主要内容1、ATmega128的的CPU内核内核2、ATmega128 存储器存储器 3、系统时钟及其选项、系统时钟及其选项 4、系统控制和复位、系统控制和复位5、ATmega128 的中断向量的中断向量 6、I/O端口端口7、定时器、定时器/ 计数器（计数器（T/C） 8、模数转换器、模数转换器 A/D 导航、制导与控制211、ATmega128的的CPU内核内核1.1 AVR

16、 CPU内核的结构内核的结构1.2 状态寄存器状态寄存器1.3 通用寄存器结构通用寄存器结构1.4 X、Y、Z寄存器寄存器1.5 堆栈指针堆栈指针1.6 复位和中断处理复位和中断处理导航、制导与控制221.1 AVR CPU内核的结构图内核的结构图AVR 采用了采用了Harvard 结构，结构，具有独立的数据和程序总具有独立的数据和程序总线。线。程序存储器的指令通过一程序存储器的指令通过一级流水线运行。级流水线运行。导航、制导与控制231.2 状态寄存器状态寄存器 nAVR 中断寄存器中断寄存器 SREG Bit 7 I: 全局中断使能全局中断使能Bit 6 T: 位拷贝存储位拷贝存储Bit

17、5 H: 半进位标志半进位标志,表示算术操作发生了半进位表示算术操作发生了半进位Bit 4 S: 符号位符号位, S=N V,S 为负数标志为负数标志N与与2 的补码溢出标志的补码溢出标志V的异或的异或Bit 3 V: 2 的补码溢出标志的补码溢出标志,支持支持2 的补码运算。的补码运算。Bit 2 N: 负数标志负数标志Bit 1 Z: 零标志零标志Bit 0 C: 进位标志进位标志导航、制导与控制241.3 通用寄存器结构通用寄存器结构 AVR CPU 32个通用工作寄存器的结构图个通用工作寄存器的结构图 每个寄存器都有一每个寄存器都有一个数据内存地址，将他个数据内存地址，将他们直接映射到

18、用户数据们直接映射到用户数据空间的头空间的头32 个地址。个地址。 虽然寄存器文件的虽然寄存器文件的物理实现不是物理实现不是SRAM，这种内存组织方式在访这种内存组织方式在访问寄存器方面具有极大问寄存器方面具有极大的灵活，因为的灵活，因为X、Y、Z 寄存器可以设置为指向寄存器可以设置为指向任意寄存器的指针。任意寄存器的指针。导航、制导与控制251.4 X、Y、Z寄存器寄存器n除了用作通用寄存器外，还可以作为数据间接寻址用的地除了用作通用寄存器外，还可以作为数据间接寻址用的地址指针。址指针。n在不同的寻址模式中，这些地址寄存器可以实现固定偏移在不同的寻址模式中，这些地址寄存器可以实现固定偏移量，

19、自动加一和自动减一功能。量，自动加一和自动减一功能。 导航、制导与控制261.5 堆栈指针堆栈指针n堆栈指针主要用来保存临时数据，局部变量和中断堆栈指针主要用来保存临时数据，局部变量和中断/ 自程自程序的返回地址。堆栈指针总是指向堆栈的顶部。要注意序的返回地址。堆栈指针总是指向堆栈的顶部。要注意AVR 的堆栈是向下生长的，即新数据推入堆栈时，堆栈的堆栈是向下生长的，即新数据推入堆栈时，堆栈指针的数值将减小。指针的数值将减小。n堆栈指针指向位于堆栈指针指向位于SRAM 的函数及中断堆栈。堆栈空间的函数及中断堆栈。堆栈空间必须在调用函数或中断使能之前定义。指针必须指向高于必须在调用函数或中断使能之

20、前定义。指针必须指向高于$60 的地址。的地址。n用用PUSH 指令推数据入栈时，堆栈指针将减一；指令推数据入栈时，堆栈指针将减一；n当调用函数或中断时，指针将减二。当调用函数或中断时，指针将减二。n使用使用POP 指令时，堆栈指针将加一；指令时，堆栈指针将加一；n而用而用RET 或或RETI 返回时，指针将加二。返回时，指针将加二。导航、制导与控制271.6 复位和中断处理复位和中断处理 1.6.1 ATmega128的中断处理的中断处理 l两种类型的中断：两种类型的中断：事件触发并置位中断标志。事件触发并置位中断标志。只要中断条件满足，就会一直触发。只要中断条件满足，就会一直触发。lAVR

21、 退出中断后总是回到主程序并执行一条指令才可退出中断后总是回到主程序并执行一条指令才可以去执行其他被挂起的中断。以去执行其他被挂起的中断。l程序存储器空间的最低地址缺省定义为复位和中断向程序存储器空间的最低地址缺省定义为复位和中断向量。中断向量所在的地址越低，优先级越高。量。中断向量所在的地址越低，优先级越高。1.6.2 ATmega128的中断响应时间的中断响应时间lAVR 中断响应时间最少为中断响应时间最少为4个时钟周期。个时钟周期。 l若中断发生时若中断发生时MCU 处于睡眠模式，中断响应时间增加处于睡眠模式，中断响应时间增加到到8个时钟周期。个时钟周期。l中断返回亦需中断返回亦需4个时

22、钟。个时钟。 导航、制导与控制28内容内容1、ATmega128的的CPU内核内核2、ATmega128 存储器存储器 3、系统时钟及其选项、系统时钟及其选项 4、系统控制和复位、系统控制和复位5、ATmega128 的中断向量的中断向量 6、I/O端口端口7、定时器、定时器/ 计数器（计数器（T/C） 8、模数转换器、模数转换器 A/D 导航、制导与控制292、ATmega128 存储器存储器2.1 系统内可编程的系统内可编程的Flash 程序存储器程序存储器2.2 SRAM数据存储器数据存储器2.3 EEPROM数据存储器数据存储器2.4 I/O存储器存储器2.5 外部存储器接口外部存储器

23、接口导航、制导与控制302、ATmega128 存储器存储器nAVR 结构具有三个线性存储空间结构具有三个线性存储空间:l程序寄存器程序寄存器l数据寄存器数据寄存器lEEPROM 存储器存储器 2.1 系统内可编程的系统内可编程的Flash 程序存储器程序存储器lATmega128具有具有128K字节的在线编程字节的在线编程Flash。因为所。因为所有的有的AVR指令为指令为16位或位或32位，故位，故FLASH 组织成组织成64K x 16 的形式。的形式。l Flash 程序存储器分为：程序存储器分为：(软件安全性软件安全性)引导程序区引导程序区应用程序区应用程序区主存储器空间主存储器空间

24、导航、制导与控制312.2 SRAM数据存储器数据存储器nATmega128 还可以访问直到还可以访问直到64K的外部数据的外部数据SRAM。其起始紧跟在内部。其起始紧跟在内部SRAM之后。之后。n数据寻址模式分为数据寻址模式分为5种：直接寻址，带偏移量的种：直接寻址，带偏移量的间接寻址，间接寻址，预减的间接寻址，以及后间接寻址，间接寻址，预减的间接寻址，以及后加的间接寻址。加的间接寻址。1）直接寻址直接寻址访问整个数据空间。访问整个数据空间。2）带偏移量的间接寻址模式带偏移量的间接寻址模式寻址到寻址到Y、Z 指针给定地址指针给定地址附近的附近的63个地址。个地址。3）带预减和后加的间接寻址模

25、式带预减和后加的间接寻址模式要用到要用到X、Y、Z 指针。指针。 n32个通用寄存器，个通用寄存器，64个个I/O寄存器，寄存器，4096字节的字节的SRAM可以被所有的寻址模式所访问。可以被所有的寻址模式所访问。导航、制导与控制322.3 EEPROM数据存储器数据存储器nATmega128包含包含4K字节的字节的EEPROM。它。它是作为一个独立的数据空间而存在的，可是作为一个独立的数据空间而存在的，可以按字节读写。以按字节读写。EEPROM 的寿命至少为的寿命至少为100,000 次（擦除）。次（擦除）。nEEPROM 的访问由地址寄存器，数据寄存的访问由地址寄存器，数据寄存器和控制寄存

26、器决定。器和控制寄存器决定。导航、制导与控制332.4 I/O存储器存储器nATmega128 的所有的所有I/O 和外设都被放置在和外设都被放置在I/O 空间。在空间。在32个通用工作寄存器和个通用工作寄存器和I/O之之间传输数据。间传输数据。n其支持的外设要比预留的其支持的外设要比预留的64 个个I/O( 通过通过IN/OUT 指令访问指令访问) 所能支持的要多。所能支持的要多。n对于扩展的对于扩展的I/O 空间空间$60 - $FF，只能使用，只能使用ST/STS/STD 和和LD/LDS/LDD指令。指令。 导航、制导与控制342.5 外部存储器接口外部存储器接口n此接口非常适合于与存

27、储器器件互连，如外部此接口非常适合于与存储器器件互连，如外部SRAM和和Flash， LCD， A/D， D/A，等等。其主要特点为：，等等。其主要特点为：l四个不同的等待状态设置四个不同的等待状态设置( 包括无等待状态包括无等待状态)。l不同的外部存储器可以设置不同的等待状态。不同的外部存储器可以设置不同的等待状态。l地址高字节的位数可以有选择地确定。地址高字节的位数可以有选择地确定。l数据线具有总线保持功能以降低功耗。数据线具有总线保持功能以降低功耗。n外部存储器接口包括：外部存储器接口包括：lAD7:0：多工的地址总线和数据总线。：多工的地址总线和数据总线。lA15:8：高位地址总线：高

28、位地址总线 ( 位数可配置位数可配置)。lALE：地址锁存使能。：地址锁存使能。lRD：读锁存信号。：读锁存信号。lWR：写使能信号。：写使能信号。n外部存储器接口控制位于以下外部存储器接口控制位于以下3个寄存器：个寄存器：lMCU 控制寄存器控制寄存器MCUCRl外部存储器控制寄存器外部存储器控制寄存器A XMCRAl外部存储器控制寄存器外部存储器控制寄存器B XMCRB导航、制导与控制35内容内容1、ATmega128的的CPU内核内核2、ATmega128 存储器存储器 3、系统时钟及其选项、系统时钟及其选项 4、系统控制和复位、系统控制和复位5、ATmega128 的中断向量的中断向量

29、 6、I/O端口端口7、定时器、定时器/ 计数器（计数器（T/C） 8、模数转换器、模数转换器 A/D 导航、制导与控制36AVR的主要时钟系统及其分布图的主要时钟系统及其分布图clkCPU clkI/O clkFLASH clkADC clkASY :异步定时器时钟异步定时器时钟导航、制导与控制37内容内容1、ATmega128的的CPU内核内核2、ATmega128 存储器存储器 3、系统时钟及其选项、系统时钟及其选项 4、系统控制和复位、系统控制和复位5、ATmega128 的中断向量的中断向量 6、I/O端口端口7、定时器、定时器/ 计数器（计数器（T/C） 8、模数转换器、模数转换器

30、 A/D 导航、制导与控制384、系统控制和复位系统控制和复位 n复位时所有的复位时所有的I/O 寄存器都被设置为初始值，程序从复位寄存器都被设置为初始值，程序从复位向量处开始执行。向量处开始执行。n复位源生效时复位源生效时I/O 端口立即复位为初始值，不需要任何时端口立即复位为初始值，不需要任何时钟的辅助。钟的辅助。nATmega128 有有5个复位源：个复位源：l上电复位上电复位当电源电压低于上电复位门限当电源电压低于上电复位门限 (VPOT) 时，时， MCU 复位。复位。l外部复位外部复位当引脚当引脚 RESET 上的低电平持续时间大于最小脉冲宽度时上的低电平持续时间大于最小脉冲宽度时

31、MCU 复位。复位。l看门狗复位看门狗复位当看门狗使能并且看门狗定时器超时时复位发生。当看门狗使能并且看门狗定时器超时时复位发生。l掉电检测复位掉电检测复位当掉电检测复位功能使能，且电源电压低于掉电检测复位门当掉电检测复位功能使能，且电源电压低于掉电检测复位门限限(VBOT) 时时MCU 即复位。即复位。lJTAG AVR复位复位1.当复位寄存器为当复位寄存器为1 时时MCU即复位。即复位。导航、制导与控制39内容内容1、ATmega128的的CPU内核内核2、ATmega128 存储器存储器 3、系统时钟及其选项、系统时钟及其选项 4、系统控制和复位、系统控制和复位5、ATmega128 的

32、中断向量的中断向量 6、I/O端口端口7、定时器、定时器/ 计数器（计数器（T/C） 8、模数转换器、模数转换器 A/D 导航、制导与控制405、ATmega128 的中断向量的中断向量1向量号向量号程序地址程序地址中断源中断源中断定义中断定义1$0000RESET复位复位2$0002INT0外部中断请求外部中断请求03$0004INT1外部中断请求外部中断请求14$0006INT2外部中断请求外部中断请求25$0008INT3外部中断请求外部中断请求36$000AINT4外部中断请求外部中断请求47$000CINT5外部中断请求外部中断请求58$000EINT6外部中断请求外部中断请求69$

33、0010INT7外部中断请求外部中断请求710$0012TIMER2 COMPT/C 2 比较匹配比较匹配11$0014TIMER2 OVFT/C 2 溢出溢出导航、制导与控制41ATmega128 的中断向量的中断向量2向量号向量号程序地址程序地址中断源中断源中断定义中断定义12$0016TIMER1 CAPTT/C 1 捕捉事件捕捉事件13$0018TIMER1 COMPAT/C 1 比较匹配比较匹配 A14$001ATIMER1 COMPBT/C 1 比较匹配比较匹配B15$001CTIMER1 OVFT/C 1 溢出溢出16$001ETIMER0 COMPT/C 0 比较匹配比较匹配1

34、7$0020TIMER0 OVFT/C 0 溢出溢出18$0022SPI, STCSPI 串行传输结束串行传输结束19$0024USART0, RXUSART0, Rx 结束结束20$0026USART0, UDREUSART0 数据寄存器空数据寄存器空21$0028USART0, TXUSART0, Tx 结束结束22$002AADCADC 转换结束转换结束23$002CEE READYEEPROM 就绪就绪导航、制导与控制42ATmega128 的中断向量的中断向量3向量号向量号程序地址程序地址中断源中断源中断定义中断定义24$002EANALOG COMP模拟比较器模拟比较器25$003

35、0(3)TIMER1 COMPCT/C 1 比较匹配比较匹配C26$0032(3)TIMER3 CAPTT/C 3 捕捉事件捕捉事件27$0034(3)TIMER3 COMPAT/C 3 比较匹配比较匹配 A28$0036(3)TIMER3 COMPBT/C 3 比较匹配比较匹配B29$0038(3)TIMER3 COMPCT/C 3 比较匹配比较匹配C30$003A(3)TIMER3 OVFT/C 3 溢出溢出31$003C(3)USART1, RXUSART1, Rx 结束结束32$003E(3)USART1, UDREUSART1 数据寄存器空数据寄存器空33$0040(3)USART1

36、, TXUSART1, Tx 结束结束34$0042(3)TWI两线串行接口两线串行接口35$0044(3)SPM READY保存程序存储器内容就绪保存程序存储器内容就绪导航、制导与控制43内容内容1、ATmega128的的CPU内核内核2、ATmega128 存储器存储器 3、系统时钟及其选项、系统时钟及其选项 4、系统控制和复位、系统控制和复位5、ATmega128 的中断向量的中断向量 6、I/O端口端口7、定时器、定时器/ 计数器（计数器（T/C） 8、模数转换器、模数转换器 A/D 导航、制导与控制446、I/O端口端口n所有所有AVR I/O端口都具有真正的端口都具有真正的读读-修

37、改修改-写功能。写功能。I/O引脚等效原理图引脚等效原理图 3个个8位寄存器用于控制位寄存器用于控制I/O端口端口n端口方向控制寄存器端口方向控制寄存器DDRxn数据寄存器数据寄存器PORTxn输入引脚寄存器输入引脚寄存器PINxPORTB3 表示端口表示端口B的第的第3位位 所有的寄存器和位以通用格式表所有的寄存器和位以通用格式表示：小写的示：小写的“x” 表示端口序号，表示端口序号，小写的小写的“n” 代表位的序号。代表位的序号。 读读/写写 读读/写写 只读只读 当当DDxn 为为“1“时，时，Pxn 配置为输出。配置为输出。导航、制导与控制45I/O端口寄存器的说明端口寄存器的说明 3

38、个个8位寄存器用于控制位寄存器用于控制I/O端口端口n端口方向控制寄存器端口方向控制寄存器DDRxn数据寄存器数据寄存器PORTxn输入引脚寄存器输入引脚寄存器PINx端口端口B、C、D、E、F的类似于端口的类似于端口A 导航、制导与控制46I/O端口寄存器端口寄存器G的说明的说明 3个个8位寄存器用于控制位寄存器用于控制I/O端口端口n端口方向控制寄存器端口方向控制寄存器DDRGn数据寄存器数据寄存器PORTGn输入引脚寄存器输入引脚寄存器PING导航、制导与控制47内容内容1、ATmega128的的CPU内核内核2、ATmega128 存储器存储器 3、系统时钟及其选项、系统时钟及其选项

39、4、系统控制和复位、系统控制和复位5、ATmega128 的中断向量的中断向量 6、I/O端口端口7、定时器、定时器/ 计数器（计数器（T/C） 8、模数转换器、模数转换器 A/D 导航、制导与控制487、定时器、定时器/ 计数器（计数器（T/C） 7.1 8位位T/ C07.2 8位位T/ C27.3 16位位 T/ C1和和T/ C37.4 定时器定时器/ 计数器的预分频器计数器的预分频器 导航、制导与控制497.1 8位位T/ C0nT/C0 是一个通用的，单通道是一个通用的，单通道8 位定时器位定时器/ 计数器模块。其主要特点如下：计数器模块。其主要特点如下：l单通道计数器单通道计数器

40、l比较匹配发生时，清除定时器比较匹配发生时，清除定时器( 自动加载自动加载)l无毛刺的相位修正无毛刺的相位修正PWMl频率发生器频率发生器l10 位时钟预分频器位时钟预分频器l溢出和比较匹配中断源溢出和比较匹配中断源(TOV0 和和OCF0)1.允许外部允许外部32kHz 晶振作为时钟晶振作为时钟 双缓冲的输出比较寄存器双缓冲的输出比较寄存器OCR0一直与一直与T/C 的数值进行比较。比较结果的数值进行比较。比较结果可用来产生可用来产生PWM波，或在输出比较引脚波，或在输出比较引脚OC0上产生变化频率的输出。上产生变化频率的输出。 导航、制导与控制507.1.1 T/ C0的工作模式的工作模式

41、 （1）普通模式）普通模式l(WGM01:0= 0)为最简单的工作模式。为最简单的工作模式。l在此模式下计数器不停地累加。计到最大值后在此模式下计数器不停地累加。计到最大值后(TOP=0 xFF)，计数器简单地返回到最小值，计数器简单地返回到最小值0 x00重新开始。重新开始。（2）CTC模式（比较匹配时清除定时器）模式（比较匹配时清除定时器）l(WGM01:0 = 2) lTCNT0=OCR0时计数器清零时计数器清零 l波形发生器的频率波形发生器的频率 变量变量N代表分频因子代表分频因子(1、8、32、64、128、256 或或1024) 导航、制导与控制517.1.1 T/ C0的工作模式

42、的工作模式（3）快速）快速PWM模式模式l (WGM01:0 = 3) 可用来产生高频的可用来产生高频的PWM 波形。波形。快速快速PWM 模式与其他模式与其他PWM模式的不同之处是模式的不同之处是其三角波工作方式其三角波工作方式(其他其他PWM方式为等腰三角方式为等腰三角形方式形方式)l输出的输出的PWM 频率频率 （4）相位修正）相位修正PWM模式模式 l(WGM01:0 = 1) 为用户提供了一个获得高精度为用户提供了一个获得高精度相位修正相位修正PWM波形的方法。此模式基于双斜波形的方法。此模式基于双斜线操作。线操作。l输出的输出的PWM 频率频率变量变量N代表分频因子代表分频因子(1

43、、8、32、64、128、256 或或1024) 导航、制导与控制527.1.2 与与T/C0相关的相关的8位寄存器说明位寄存器说明n8位控制寄存器（位控制寄存器（TCCR0）l工作模式、匹配输出模式工作模式、匹配输出模式 、时钟选择、时钟选择 n8位计数寄存器（位计数寄存器（TCNT0）n8位输出比较寄存器（位输出比较寄存器（OCR0）n8位中断屏蔽寄存器（位中断屏蔽寄存器（TIMSK）lBit 1 OCIE0: T/C0 输出比较匹配中断使能输出比较匹配中断使能lBit 0 TOIE0: T/C0 溢出中断使能溢出中断使能n8位中断标志寄存器（位中断标志寄存器（TIFR）lBit 1 OC

44、F0: 输出比较标志输出比较标志0（T/C0与与OCR0的值匹的值匹配时，配时，OCF0置位）置位）lBit 0 TOV0:T/C0 溢出标志溢出标志导航、制导与控制537.2 8位位T/ C2nT/C2 是一个通用单通道是一个通用单通道8 位定时位定时/ 计数器，计数器，其主要特点如下：其主要特点如下：l单通道计数器单通道计数器l比较匹配时，清零定时器比较匹配时，清零定时器 ( 自动重载自动重载)l无干扰脉冲无干扰脉冲, 相位正确的脉宽调制器相位正确的脉宽调制器 (PWM)l频率发生器频率发生器l10 位时钟预分频器位时钟预分频器l溢出与比较匹配中断源溢出与比较匹配中断源(TOV2 与与OC

45、F2)1.外部事件计数器外部事件计数器导航、制导与控制547.2.1 T/ C2的工作模式的工作模式 （1）普通模式）普通模式l(WGM21:0= 0)为最简单的工作模式。为最简单的工作模式。l在此模式下计数器不停地累加。计到最大值后在此模式下计数器不停地累加。计到最大值后(TOP=0 xFF)，计数器简单地返回到最小值，计数器简单地返回到最小值0 x00重新开始。重新开始。（2）CTC模式（比较匹配时清除定时器）模式（比较匹配时清除定时器）l(WGM21:0 = 2) lTCNT2=OCR2时计数器清零时计数器清零 l波形发生器的频率波形发生器的频率 变量变量N代表分频因子代表分频因子(1、

46、8、64、256 或或1024) 导航、制导与控制557.2.1 T/ C2的工作模式的工作模式（3）快速）快速PWM模式模式l (WGM21:0 = 3) 可用来产生高频的可用来产生高频的PWM 波形。波形。快速快速PWM 模式与其他模式与其他PWM模式的不同之处是模式的不同之处是其三角波工作方式其三角波工作方式(其他其他PWM方式为等腰三角方式为等腰三角形方式形方式)l输出的输出的PWM 频率频率 （4）相位修正）相位修正PWM模式模式 l(WGM21:0 = 1) 为用户提供了一个获得高精度为用户提供了一个获得高精度相位修正相位修正PWM波形的方法。此模式基于双斜波形的方法。此模式基于双

47、斜线操作。线操作。l输出的输出的PWM 频率频率变量变量N代表分频因子代表分频因子(1、8、64、256 或或1024) 导航、制导与控制567.2.2 与与T/C2相关的相关的8位寄存器说明位寄存器说明n8位控制寄存器（位控制寄存器（TCCR2）l工作模式、匹配输出模式工作模式、匹配输出模式 、时钟选择、时钟选择 n8位计数寄存器（位计数寄存器（TCNT2）n8位输出比较寄存器（位输出比较寄存器（OCR2）n8位中断屏蔽寄存器（位中断屏蔽寄存器（TIMSK）lBit 7 OCIE2: T/C2 输出比较匹配中断使能输出比较匹配中断使能lBit 6 TOIE2: T/C2 溢出中断使能溢出中断

48、使能n8位中断标志寄存器（位中断标志寄存器（TIFR）lBit 7 OCF2: 输出比较标志输出比较标志0（T/C2与与OCR2的值匹的值匹配时，配时，OCF2置位）置位）lBit 6 TOV2:T/C2 溢出标志溢出标志导航、制导与控制577.3 16位位 T/ C1和和T/ C3n16位的位的T/C 可以实现精确的程序定时可以实现精确的程序定时(事件管理事件管理)、波形产生和信号测量。其主要特点如下波形产生和信号测量。其主要特点如下l真正的真正的16 位设计位设计( 即允许即允许16 位的位的PWM)l3 个独立的输出比较单元个独立的输出比较单元l双缓冲的输出比较寄存器双缓冲的输出比较寄存

49、器l一个输入比较单元一个输入比较单元l输入捕捉噪声抑制器输入捕捉噪声抑制器l比较匹配发生时清除寄存器比较匹配发生时清除寄存器( 自动重载自动重载)l无毛刺的相位修正无毛刺的相位修正PWM，可变的，可变的PWM 周期周期l频率发生器频率发生器l外部事件计数器外部事件计数器l10 个独立的中断源个独立的中断源lTOV1、OCF1A、OCF1B、OCF1C、ICF11.TOV3、OCF3A、OCF3B、OCF3C、ICF3 导航、制导与控制587.3.1 访问访问16位的定时器位的定时器 nTCNTn、OCRnA/B/C与与ICRn是是AVR CPU 通过通过8位数据位数据总线可以访问的总线可以访问

50、的16位寄存器。位寄存器。l读写读写16位寄存器需要两次操作。位寄存器需要两次操作。l每个每个16位计时器都有一个位计时器都有一个8位临时寄存器用来存放其高位临时寄存器用来存放其高8位数据。位数据。每个每个16位定时器所属的位定时器所属的16位寄存器共用相同的临时寄存器。位寄存器共用相同的临时寄存器。l访问低字节会触发访问低字节会触发16位读或写操作。当位读或写操作。当CPU 写入数据到写入数据到16 位寄位寄存器的低字节时，写入的存器的低字节时，写入的8 位数据与存放在临时寄存器中的高位数据与存放在临时寄存器中的高8位位数据组成一个数据组成一个16位数据，同步写入到位数据，同步写入到16位寄

51、存器中。当位寄存器中。当CPU读取读取16位寄存器的低字节时，高字节内容在读低字节操作的同时被放位寄存器的低字节时，高字节内容在读低字节操作的同时被放置于临时辅助寄存器中。置于临时辅助寄存器中。n并非所有的并非所有的16位访问都涉及临时寄存器。位访问都涉及临时寄存器。l对对OCRnA/B/C 寄存器的读操作就不涉及临时寄存器寄存器的读操作就不涉及临时寄存器n写写16位寄存器时，应先写入该寄存器的高位字节。位寄存器时，应先写入该寄存器的高位字节。n读读16位寄存器时，应先读取该寄存器的低位字节。位寄存器时，应先读取该寄存器的低位字节。 导航、制导与控制597.3.2 工作模式工作模式 （1）普通

52、模式）普通模式l(WGMn 1:0= 0)为最简单的工作模式。为最简单的工作模式。l在此模式下计数器不停地累加。计到最大值后在此模式下计数器不停地累加。计到最大值后(TOP=0 xFF)，计数器简单地返回到最小值，计数器简单地返回到最小值0 x00重新开始。重新开始。（2）CTC模式（比较匹配时清除定时器）模式（比较匹配时清除定时器）l(WGMn3:0 = 4 或或12)lOCRnA 或或ICRn定义了计数器的定义了计数器的TOP值值lTCNTn= TOP值时计数器清零值时计数器清零 l波形发生器的频率波形发生器的频率 变量变量N代表分频因子代表分频因子(1、8、64、256 或或1024)

53、导航、制导与控制607.3.2 工作模式工作模式（3）快速）快速PWM模式模式l (WGMn3:0 = 5、6、7、14 或或15) 可用来产生可用来产生高频的高频的PWM 波形。波形。l输出的输出的PWM 频率频率 （4）相位修正）相位修正PWM模式模式 l(WGMn3:0 = 1、2、3、10 或或11)为用户提供为用户提供了一个获得高精度相位修正了一个获得高精度相位修正PWM波形的方法。波形的方法。此模式基于双斜线操作。此模式基于双斜线操作。l输出的输出的PWM 频率频率变量变量N代表分频因子代表分频因子(1、8、64、256 或或1024) 导航、制导与控制617.3.3 与与T/C相

54、关的相关的8位寄存器说明位寄存器说明n8位控制寄存器位控制寄存器A（TCCR1A、TCCR3A）lBit 7:6 COMnA1:0_通道通道A的比较输出模式的比较输出模式lBit 5:4 COMnB1:0_通道通道B的比较输出模式的比较输出模式lBit 3:2 COMnC1:0_通道通道C的比较输出模式的比较输出模式lBit 1:0 WGMn1:0n8位控制寄存器位控制寄存器B（TCCR1B、TCCR3B）lBit 7 ICNCn: 输入捕捉噪声抑制器输入捕捉噪声抑制器lBit 6 ICESn: 输入捕捉触发沿选择输入捕捉触发沿选择lBit 4:3 WGMn3:2_与与WGMn1:0决定波形发

55、生模式决定波形发生模式lBit 2:0 CSn2:0_ 时钟选择时钟选择n8位控制寄存器位控制寄存器C（TCCR1C、TCCR3C）lBit 7 FOCnA_ 强制输出比较通道强制输出比较通道AlBit 6 FOCnB_ 强制输出比较通道强制输出比较通道BlBit 5 FOCnC_ 强制输出比较通道强制输出比较通道C导航、制导与控制627.3.3 与与T/C相关的相关的16位寄存器说明位寄存器说明n16位计数寄存器位计数寄存器lTCNT1H、TCNT1L；TCNT3H、TCNT3Ln16位输出比较寄存器位输出比较寄存器 输出比较寄存器输出比较寄存器A（OCR1AH、OCR1AL；OCR3AH、

56、OCR3AL） 输出比较寄存器输出比较寄存器B（OCR1BH、OCR1BL；OCR3BH、OCR3BL） 输出比较寄存器输出比较寄存器C（OCR1CH、OCR1CL；OCR3CH、OCR3CL）n 16位捕获寄存器：位捕获寄存器：ICR1H、ICR1L；ICR3H、ICR3L数据匹配：将产生一个输出比较中断，或改变数据匹配：将产生一个输出比较中断，或改变OCnx 的输出逻辑电平。的输出逻辑电平。可直接对可直接对T/C单元的单元的16 位计数器进行读写访问位计数器进行读写访问 与与TCNTn 中的计数值比较中的计数值比较 当外部引脚当外部引脚ICPn( 或或T/C1 的模拟比较器的模拟比较器)

57、有输入捕捉触发有输入捕捉触发信号产生时，计数器信号产生时，计数器TCNTn 中的值写入中的值写入ICR1中。中。导航、制导与控制637.3.3 与与T/C相关的相关的8位寄存器说明位寄存器说明n8位中断屏蔽寄存器（位中断屏蔽寄存器（TIMSK） lBit 5 TICIE1: T/C1 输入捕捉中断使能输入捕捉中断使能lBit 4 OCIE1A:T/C1 输出比较输出比较 A 匹配中断使能匹配中断使能lBit 3 OCIE1B:T/C1 输出比较输出比较 B 匹配中断使能匹配中断使能lBit 2 TOIE1:T/C1 溢出中断使能溢出中断使能n8位扩展中断屏蔽寄存器（位扩展中断屏蔽寄存器（ETI

58、MSK）lBit 5 TICIE3:T/C3, 输入捕捉中断使能输入捕捉中断使能lBit 4 OCIE3A:T/C3 输出比较输出比较 A 匹配中断使能匹配中断使能lBit 3 OCIE3B:T/C3 输出比较输出比较 B 匹配中断使能匹配中断使能lBit 2 TOIE3:T/C3 溢出中断使能溢出中断使能lBit 1 OCIE3C:T/C3 输出比较输出比较 C 匹配中断使能匹配中断使能lBit 0 OCIE1C:T/C1 输出比较输出比较 C 匹配中断使能匹配中断使能导航、制导与控制647.3.3 与与T/C相关的相关的8位寄存器说明位寄存器说明n8位中断标志屏蔽寄存器（位中断标志屏蔽寄存

59、器（TIFR） lBit 5 ICF1:T/C1 输入捕捉标志位输入捕捉标志位lBit 4 OCF1A:T/C1 输出比较输出比较 A 匹配标志位匹配标志位lBit 3 OCF1B:T/C1 输出比较输出比较 B 匹配标志位匹配标志位lBit 2 TOV1:T/C1 溢出标志溢出标志n8位扩展中断标志寄存器（位扩展中断标志寄存器（ETIFR）lBit 5 ICF3:T/C3 输入捕捉标志位输入捕捉标志位lBit 4 OCF3A:T/C3 输出比较输出比较 A 匹配标志位匹配标志位lBit 3 OCF3B:T/C3 输出比较输出比较 B 匹配标志位匹配标志位lBit 2 TOV3:T/C3 溢出

60、标志溢出标志lBit 1 OCF3C:T/C3 输出比较输出比较 C 匹配标志位匹配标志位lBit 0 OCF1C:T/C1 输出比较输出比较 C 匹配标志位匹配标志位导航、制导与控制657.4 定时器定时器/计数器的预分频器计数器的预分频器n预分频器的作用是对输入的时预分频器的作用是对输入的时钟进行分频，产生定时器钟进行分频，产生定时器/计数计数器的工作时钟。器的工作时钟。T/ C0的预分频器的预分频器 T/C1、T/C2和和T/C3的的预分频器的的预分频器导航、制导与控制66内容内容1、ATmega128的的CPU内核内核2、ATmega128 存储器存储器 3、系统时钟及其选项、系统时钟