AVR单片机原理及应用课件

2AVR单片机原理及应用▲

2.1AVR单片机内部结构

▲

2.2AVR单片机时钟和复位

▲

2.3AVR单片机存储器组织

▲

2.4AVR单片机中断系统▲2.5AVR单片机的节电方式

2AVR单片机原理及应用▲2.1AVR单片机内部结构12AVR单片机原理及应用▲

2.6AVR单片机定时器/计数器的使用▲

2.7AVR单片机串行接口

▲

2.8AVR单片机模拟比较器

▲

2.9AVR单片机I/O端口

▲2.10AVR单片机存储器编程

2AVR单片机原理及应用▲2.6AVR单片机定时器/22.3.3EEPROM数据存储器0x1F*0xF（32×16）字节90系列单片机包括64～4K字节的EEPROM存储器。它被组织为一个分开的数据空间，这个数据空间用单字节可被读写。EEPROM的使用寿命至少为100000次写/擦循环。EEPROM的访问由地址寄存器、数据寄存器、控制寄存器决定。2.3.3EEPROM数据存储器0x1F*0xF（3232.3.3EEPROM数据存储器2.3.3EEPROM数据存储器42.3.3EEPROM数据存储器2.3.3EEPROM数据存储器52.3.3EEPROM数据存储器2.3.3EEPROM数据存储器62.3.3EEPROM数据存储器2.3.3EEPROM数据存储器72.3.3EEPROM数据存储器2.3.3EEPROM数据存储器82.3.3EEPROM数据存储器

CodeVisionAVRC编译器中，可以用eeprom关键字将全局变量分配至EEPROM中，如：

eeprominta;也可以在定义时对变量初始化，如:eeprominta=1;CodeVisionAVRC编译器中还可以将数组、字符串、结构体分配至EEPROM中，如：eepromchara[4]=｛0,1,2,3｝;//数组Chareeprom*ptr_to_eeprom＝”thisisplacedinEEPROM”;//字符串Eepromstructa｛charb;intc;chare[15];｝f;在CodeVisionAVRC编译器中可以直接访问EEPROM中的全局变量，与访问SRAM中的数据方式相同。2.3.3EEPROM数据存储器CodeVis9AVR单片机原理及应用课件102.3.4存储器访问和指令执行时序

AVRCPU由系统时钟Φ驱动，直接由芯片的外部时钟晶振触发，没有使用内部时钟分频。下图为Harvard结构和快速访问寄存器堆概念触发的并行指令存取和指令执行时序。这种基本的流水线概念目的是为了获得高达每1MIPS/MHz的效率。2.3.4存储器访问和指令执行时序AVRCP11Harvard结构和冯.诺曼结构

冯·诺依曼结构又称作普林斯顿体系结构（Princetionarchitecture）1945年，冯·诺依曼首先提出了“存储程序”的概念和二进制原理，后来，人们把利用这种概念和原理设计的电子计算机系统统称为“冯.诺曼型结构”计算机。冯.诺曼结构的处理器使用同一个存储器，经由同一个总线传输。结构如图所示。冯.诺曼结构处理器具有以下几个特点：

必须有一个存储器；必须有一个控制器；必须有一个运算器，用于完成算术运算和逻辑运算；必须有输入和输出设备，用于进行人机通信。冯·诺依曼的主要贡献就是提出并实现了“存储程序”的概念。由于指令和数据都是二进制码，指令和操作数的地址又密切相关，因此，当初选择这种结构是自然的。但是，这种指令和数据共享同一总线的结构，使得信息流的传输成为限制计算机性能的瓶颈，影响了数据处理速度的提高。

Harvard结构和冯.诺曼结构冯·诺依曼结构又称作普林12冯·诺依曼结构又称作普林斯顿体系结构（Princetionarchitecture）在典型情况下，完成一条指令需要3个步骤，即：取指令、指令译码和执行指令。从指令流的定时关系也可看出冯·诺依曼结构与哈佛结构处理方式的差别。举一个最简单的对存储器进行读写操作的指令，指令1至指令3均为存、取数指令，对冯.诺曼结构处理器，由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取，经由同一总线传输，因而它们无法重叠执行，只有一个完成后再进行下一个。

Harvard结构和冯.诺曼结构

冯·诺依曼结构又称作普林斯顿体系结构（Princetiona13Harvard结构

数字信号处理一般需要较大的运算量和较高的运算速度，为了提高数据吞吐量，在数字信号处理器中大多采用哈佛结构，如下图所示Harvard结构和冯.诺曼结构

与冯.诺曼结构处理器比较，哈佛结构处理器有两个明显的特点：

1、使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存；2、使用独立的两条总线，分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径，而这两条总线之间毫无关联。Harvard结构Harvard结构和冯.诺曼结构与冯.14Harvard结构

后来，又提出了改进的哈佛结构，如下图所示Harvard结构和冯.诺曼结构

其结构特点为：1、使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存，以便实现并行处理；2、具有一条独立的地址总线和一条独立的数据总线，利用公用地址总线访问两个存储模块（程序存储模块和数据存储模块），公用数据总线则被用来完成程序存储模块或数据存储模块与CPU之间的数据传输；3、两条总线由程序存储器和数据存储器分时共用。Harvard结构Harvard结构和冯.诺曼结构其结构15Harvard结构和冯.诺曼结构

Harvard结构

如果采用哈佛结构处理以上同样的3条存取数指令，如下图所示，由于取指令和存取数据分别经由不同的存储空间和不同的总线，使得各条指令可以重叠执行，这样，也就克服了数据流传输的瓶颈，提高了运算速度。

Harvard结构和冯.诺曼结构Harvard结构162.3.5I/O存储器

在编写源文件时一定要写该器件的配置文件，作为源文件的文件头，如选用AT90S8515单片机，源文件的文件头为：

#include<90s8515.h>//文件头就是该器件的I/O寄存器及位地址的定义文件，汇编时用到它。

在编写源文件时可以打开器件配置文件（*.inc）查看一下，防止没有器件配置文件头汇编时出错，有了器件配置文件头，在编写源程序时就不必重复定义I/O口及位地址等。

90系列单片机所有不同的I/O口和外围设备均在I/O空间中已经设置好。2.3.5I/O存储器在编写源文件时一定要写该器172.3.5I/O存储器AT90S4414/8515的I/O空间2.3.5I/O存储器AT90S4414/8515的I/182.3.5I/O存储器AT90S4414/8515的I/O空间2.3.5I/O存储器AT90S4414/8515的I/192.3.5I/O存储器不同I/O和外围设备的控制寄存器2.3.5I/O存储器不同I/O和外围设备的控制寄存器202.3.5I/O存储器不同I/O和外围设备的控制寄存器2.3.5I/O存储器不同I/O和外围设备的控制寄存器212.3.5I/O存储器不同I/O和外围设备的控制寄存器2.3.5I/O存储器不同I/O和外围设备的控制寄存器222.4AVR单片机中断系统2.4.1中断处理2.4.2外部中断2.4.3中断应答时间2.4.4MCU控制寄存器MCUCR2.4AVR单片机中断系统2.4.1中断处理2.4.232.4.1中断处理

中断源是指任何引起单片机中断的事件。不同型号的AVR单片机，其中断源的数量是不同的。AT90S8515有12个中断源和1个复位中断。所有中断源都有独立的中断使能位，当相应的使能位和全局中断使能位都置1时，中断才可以发生，相应的中断服务程序才会执行。

初学者可能对中断的理解有限，表中给出这些中断的目的是以后可以便于查询，并非要求记住每个中断源及其名称。

AVR单片机对于中断的处理是通过相应的中断寄存器进行的。2.4.1中断处理中断源是指任何引起单片机中断的242.4.1中断处理2.4.1中断处理252.4.1中断处理2.4.1中断处理262.4.1中断处理2.4.1中断处理272.4.1中断处理2.4.1中断处理282.4.1中断处理2.4.1中断处理292.4.1中断处理2.4.1中断处理302.4.2外部中断2.4.2外部中断312.4.3中断应答时间2.4.3中断应答时间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单片机的节电方式2.5AVR单片机的节电方式352.5AVR单片机的节电方式2.5AVR单片机的节电方式362.5AVR单片机的节电方式2.5AVR单片机的节电方式37SLEEP语句应用SLEEP382.6AVR单片机定时器/计数器的使用2.6AVR单片机定时器/计数器的使用392.6AVR单片机定时器/计数器的使用2.6AVR单片机定时器/计数器的使用402.6AVR单片机定时器/计数器的使用2.6AVR单片机定时器/计数器的使用412.6AVR单片机定时器/计数器的使用2.6AVR单片机定时器/计数器的使用42AVR单片机原理及应用课件43定时器/计数器0的控制寄存器定时器/计数器0定时器/计数器0定时器/计数器044AVR单片机原理及应用课件45AVR单片机原理及应用课件46AVR单片机原理及应用课件47AVR单片机原理及应用课件48AVR单片机原理及应用课件49AVR单片机原理及应用课件50AVR单片机原理及应用课件51AVR单片机原理及应用课件52AVR单片机原理及应用课件53AVR单片机原理及应用课件54定时器/计数器1的2个控制寄存器定时器/计数器1定时器/计数器1的2个输出比较寄存器定时器/计数器1定时器/计数器1定时器/计数器155AVR单片机原理及应用课件56AVR单片机原理及应用课件57AVR单片机原理及应用课件58看门狗定时器设定看门狗定时器分频选择（溢出时间）看门狗定时器设定看门狗定时器分频选择（溢出时间）59下课同学们再见下课同学们再见602AVR单片机原理及应用▲

2.1AVR单片机内部结构

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2.2AVR单片机时钟和复位

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2.3AVR单片机存储器组织

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2.4AVR单片机中断系统▲2.5AVR单片机的节电方式

2AVR单片机原理及应用▲2.1AVR单片机内部结构612AVR单片机原理及应用▲

2.6AVR单片机定时器/计数器的使用▲

2.7AVR单片机串行接口

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2.8AVR单片机模拟比较器

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2.9AVR单片机I/O端口

▲2.10AVR单片机存储器编程

2AVR单片机原理及应用▲2.6AVR单片机定时器/622.3.3EEPROM数据存储器0x1F*0xF（32×16）字节90系列单片机包括64～4K字节的EEPROM存储器。它被组织为一个分开的数据空间，这个数据空间用单字节可被读写。EEPROM的使用寿命至少为100000次写/擦循环。EEPROM的访问由地址寄存器、数据寄存器、控制寄存器决定。2.3.3EEPROM数据存储器0x1F*0xF（32632.3.3EEPROM数据存储器2.3.3EEPROM数据存储器642.3.3EEPROM数据存储器2.3.3EEPROM数据存储器652.3.3EEPROM数据存储器2.3.3EEPROM数据存储器662.3.3EEPROM数据存储器2.3.3EEPROM数据存储器672.3.3EEPROM数据存储器2.3.3EEPROM数据存储器682.3.3EEPROM数据存储器

CodeVisionAVRC编译器中，可以用eeprom关键字将全局变量分配至EEPROM中，如：

eeprominta;也可以在定义时对变量初始化，如:eeprominta=1;CodeVisionAVRC编译器中还可以将数组、字符串、结构体分配至EEPROM中，如：eepromchara[4]=｛0,1,2,3｝;//数组Chareeprom*ptr_to_eeprom＝”thisisplacedinEEPROM”;//字符串Eepromstructa｛charb;intc;chare[15];｝f;在CodeVisionAVRC编译器中可以直接访问EEPROM中的全局变量，与访问SRAM中的数据方式相同。2.3.3EEPROM数据存储器CodeVis69AVR单片机原理及应用课件702.3.4存储器访问和指令执行时序

AVRCPU由系统时钟Φ驱动，直接由芯片的外部时钟晶振触发，没有使用内部时钟分频。下图为Harvard结构和快速访问寄存器堆概念触发的并行指令存取和指令执行时序。这种基本的流水线概念目的是为了获得高达每1MIPS/MHz的效率。2.3.4存储器访问和指令执行时序AVRCP71Harvard结构和冯.诺曼结构

冯·诺依曼结构又称作普林斯顿体系结构（Princetionarchitecture）1945年，冯·诺依曼首先提出了“存储程序”的概念和二进制原理，后来，人们把利用这种概念和原理设计的电子计算机系统统称为“冯.诺曼型结构”计算机。冯.诺曼结构的处理器使用同一个存储器，经由同一个总线传输。结构如图所示。冯.诺曼结构处理器具有以下几个特点：

必须有一个存储器；必须有一个控制器；必须有一个运算器，用于完成算术运算和逻辑运算；必须有输入和输出设备，用于进行人机通信。冯·诺依曼的主要贡献就是提出并实现了“存储程序”的概念。由于指令和数据都是二进制码，指令和操作数的地址又密切相关，因此，当初选择这种结构是自然的。但是，这种指令和数据共享同一总线的结构，使得信息流的传输成为限制计算机性能的瓶颈，影响了数据处理速度的提高。

Harvard结构和冯.诺曼结构冯·诺依曼结构又称作普林72冯·诺依曼结构又称作普林斯顿体系结构（Princetionarchitecture）在典型情况下，完成一条指令需要3个步骤，即：取指令、指令译码和执行指令。从指令流的定时关系也可看出冯·诺依曼结构与哈佛结构处理方式的差别。举一个最简单的对存储器进行读写操作的指令，指令1至指令3均为存、取数指令，对冯.诺曼结构处理器，由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取，经由同一总线传输，因而它们无法重叠执行，只有一个完成后再进行下一个。

Harvard结构和冯.诺曼结构

冯·诺依曼结构又称作普林斯顿体系结构（Princetiona73Harvard结构

数字信号处理一般需要较大的运算量和较高的运算速度，为了提高数据吞吐量，在数字信号处理器中大多采用哈佛结构，如下图所示Harvard结构和冯.诺曼结构

与冯.诺曼结构处理器比较，哈佛结构处理器有两个明显的特点：

1、使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存；2、使用独立的两条总线，分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径，而这两条总线之间毫无关联。Harvard结构Harvard结构和冯.诺曼结构与冯.74Harvard结构

后来，又提出了改进的哈佛结构，如下图所示Harvard结构和冯.诺曼结构

其结构特点为：1、使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存，以便实现并行处理；2、具有一条独立的地址总线和一条独立的数据总线，利用公用地址总线访问两个存储模块（程序存储模块和数据存储模块），公用数据总线则被用来完成程序存储模块或数据存储模块与CPU之间的数据传输；3、两条总线由程序存储器和数据存储器分时共用。Harvard结构Harvard结构和冯.诺曼结构其结构75Harvard结构和冯.诺曼结构

Harvard结构

如果采用哈佛结构处理以上同样的3条存取数指令，如下图所示，由于取指令和存取数据分别经由不同的存储空间和不同的总线，使得各条指令可以重叠执行，这样，也就克服了数据流传输的瓶颈，提高了运算速度。

Harvard结构和冯.诺曼结构Harvard结构762.3.5I/O存储器

在编写源文件时一定要写该器件的配置文件，作为源文件的文件头，如选用AT90S8515单片机，源文件的文件头为：

#include<90s8515.h>//文件头就是该器件的I/O寄存器及位地址的定义文件，汇编时用到它。

在编写源文件时可以打开器件配置文件（*.inc）查看一下，防止没有器件配置文件头汇编时出错，有了器件配置文件头，在编写源程序时就不必重复定义I/O口及位地址等。

90系列单片机所有不同的I/O口和外围设备均在I/O空间中已经设置好。2.3.5I/O存储器在编写源文件时一定要写该器772.3.5I/O存储器AT90S4414/8515的I/O空间2.3.5I/O存储器AT90S4414/8515的I/782.3.5I/O存储器AT90S4414/8515的I/O空间2.3.5I/O存储器AT90S4414/8515的I/792.3.5I/O存储器不同I/O和外围设备的控制寄存器2.3.5I/O存储器不同I/O和外围设备的控制寄存器802.3.5I/O存储器不同I/O和外围设备的控制寄存器2.3.5I/O存储器不同I/O和外围设备的控制寄存器812.3.5I/O存储器不同I/O和外围设备的控制寄存器2.3.5I/O存储器不同I/O和外围设备的控制寄存器822.4AVR单片机中断系统2.4.1中断处理2.4.2外部中断2.4.3中断应答时间2.4.4MCU控制寄存器MCUCR2.4AVR单片机中断系统2.4.1中断处理2.4.832.4.1中断处理

中断源是指任何引起单片机中断的事件。不同型号的AVR单片机，其中断源的数量是不同的。AT90S8515有12个中断源和1个复位中断。所有中断源都有独立的中断使能位，当相应的使能位和全局中断使能位都置1时，中断才可以发生，相应的中断服务程序才会执行。

初学者可能对中断的理解有限，表中给出这些中断的目的是以后可以便于查询，并非要求记住每个中断源及其名称。

AVR单片机对于中断的处理是通过相应的中断寄存器进行的。2.4.1中断处理中断源是指任何引起单片机中断的842.4.1中断处理2.4.1中断处理852.4.1中断处理2.4.1中断处理862.4.1中断处理2.4.1中断处理872.4.1中断处理2.4.1中断处理882.4.1中