2019年11月14日 | AVR单片机一些学习笔记

下面是自己在学习AVR单片机时的学习经验，分享出来给大家，一起学习。


1、AVR单片机采用RISC架构，8051单片机采用CISC架构。 前者速度为后者的2~4倍，为流水线操作指令。


2、 AVR单片机有32个通用寄存器(地址在RAM区从$0000开始到$001F)，其中有6个(最后6个)合并为3个16位的X,Y,Z寄存器，用来存放地址指针，Z寄存器还可以寻址程序存储器。


3、 哈佛结构，131条机器指令。


4、 延迟开机功能。


5、 内部自带RC振荡器，可提供1/2/4/8MHZ的工作时钟。


6、 FLASH+EEPROM+SRAM+SPI+USART+TWI+PWM+RTC+10位ADC+模拟比较器+JTAG。


7、 堆栈指针向下增长，51单片机向上增长。


8、 程序存储器按字来访问,擦除和写入以页为单位。


9、 复位时，所有的I/O口处于没有上拉电阻的输入状态(高阻)。


10、 没有中断优先级控制寄存器，由中断向量表的地址决定优先级(地址越低，优先级越高)。


11、 PORTB |= (1<<2)D2置1，PORTB&= ~(1<<6)D6清零。


12、 FLASH分两段：引导程序段(BootProgram Section)+应用程序段(Application Program Section)。BPS中可以使用SPM指令实现IAP功能。


13、 中断向量表位于FLASH程序存储器的最前面。


14、 I/O空间为连续的64个I/O寄存器空间，在数据存储器空间的映射地址为$0020~$005F。访问I/O寄存器的两种方式：IN,OUT指令+对SRAM访问指令。


15、 单独的AVcc用于给PORTA的ADC做AREF。


16、 13位的程序计数器PC，正好满足16KB的寻址。


17、 AVR对片内SRAM的访问需要2个时钟周期。


19、 状态寄存器SREG：


I：全局中断使能位。置1，CPU可以响应中断;清0，CPU禁止响应中断。清0时，单独的中断触发控制的值保持不变。并且中断响应后，I由硬件清0(手动置1实现中断嵌套)，由RETI置1再响应其他中断。

T：位复制存储。BLD,BST。可以将通用寄存器组中的任何一位复制到T中，反过来也可以。

H：半进位标志位。用于BCD的运算。

S：符号标志位。S=N⊕V。不管溢出与否(溢出后N的表示就不正确了!)，但S总是能正确的表示计算结果的符号。

V：2的补码溢出标志位。溢出时，N取反才是真正的结果符号。

N：负数标志位。直接取自运算结果的最高位。

Z：零值标志位。运算结果为0，置1。

C：进/借位标志。


20、 MCUCSR可以查看复位原因。


21、 掉电检测(BOD)复位，2.7V阈值，具有迟滞效应(间隙特性??)


22、 在FLASH的$0000H存放的是一条JMP或者RJMP指令，用来跳转到正式代码入口。$0002H~0028H(针对中断向量为一个字的，如果中断向量为两个字$0002H~0050H)存放的是中断向量表,20个中断口<算上第一个复位中断为21个>，主程序开始在$002AH。


23、 硬件开发工具：软件模拟仿真器，实时在板仿真器(ICE)，实时在片仿真器(JTAG)。


24、 每组I/O口配置三个寄存器用来表征他们的状态：方向控制寄存器DDRx(Data Direction Register)，数据寄存器PORTn，输入引脚寄存器PINx。


25、 DDRx=1，I/O口处于推挽输出工作方式，PORTn为1输出20mA电流，为0吸纳20mA电流。DDRx = 0，I/O口处于输入工作方式，将PINx中的电平读入到DB上(PORTn用来设置是否使用内部上拉电阻，1为使用，0为不使用)在SFIOR中有一位PUD，PUD=1全部I/O上拉电阻无效，PUD =0，上拉取决于PORTn的设置。


26、 使用I/O口时，一定要先配置I/O口。首先配置DDRx，确定I/O口是输入还是输出。根据实际情况，输入时需要配置是上拉还是下拉(上拉就是默认输入是高电平，下拉就是默认输入是低电平)。


27、 I/O口输入方式时，应该读取的是PINx的值。


28、 输出口操作：


PORTA |= (1 <

PORTA &= ~(1<< PORTAx) // 位置低

PORTA ^= (1 <

输入口操作：

PINA & (1<< PORTAx) // 位读取


29、 有三个外部中断(INT0,INT1,INT2)，其中INT2只支持边缘触发


30、 满足中断条件，AVR硬件自动将相应的中断标志位置1，并且由硬件自动清除(仅对于部分中断有此功能，当然也可以手动软件清除，清除的方法是写1)，硬件也同时自动清除I标志位(缺省不能进行中断嵌套，SEI将I置1，使能中断嵌套功能)。


31、 退出中断后，AVR至少要再执行一条指令后才能去响应其他被挂起的中断。


32、 中断响应至少需要4个CK才能开始运行中断向量表中的跳转指令(清I，清中断标志位，压栈PC，中断向量送入PC)，至于要真正开始运行用户的代码，至少需要6~7个CK。中断返回RETI也需要4个CK(弹出PC，置SREG中的I为1)。


33、 在使能中断允许位之前，最好先将对应中断源的中断标志位清除，为了防止在使能时，会立马产生一次“多余”的中断。


34、 INT0,INT1支持四种形式的中断触发：上升沿，下降沿，任意电平变化，低电平(不带中断标志位，低电平并不影响INTF0和INTF1的值(保持为0))。INT2只支持异步的上升沿和下降沿触发(常用作唤醒MCU功能)。


35、 中断初始化步骤：配置中断触发类型(MCUCR,MCUCSR)，使能对应的中断(GICR)，清除对应的中断标志位(GIFR)，使能全局中断(asm(“SEI”))。AVR STUDIO6中的中断写法：SIGNAL(xx){｝(x为中断向量号)或者ISR(xx){｝。


36、 T/C0和T/C2可产生PWM，频率发生器，外部事件计数器(仅T/C0)，10位时钟预分频器，溢出和比较匹配中断源，允许用32.768kHz晶体作为独立的计数时钟源(仅T/C2)。


37、 时钟源和51单片机差不多：(CS[2:0]共八种选择)，停止计数，上升沿或下降沿，10位预分频器(1/1,1/8,1/64,1/256,1/1024)。


38、 TCNT0(8位)寄存器用来存放计数数值，如果在计数器运行期间写入数值，那么在下一个定时时钟周期中会阻塞比较匹配(丢失一次TCNT0和OCR0的匹配操作)。

39、 OCR0中的数据会一直和TCNT0中的数值进行比较，如果匹配，将产生一个比较匹配的中断申请或者改变OC0的输出逻辑电平。


40、 TIMSK中的OCIE0(OutputCompare Interrupt Enable)，TOIE(Timer Overflow Interrupt Enable)分别为比较匹配中断允许标志位和溢出中断允许位，当I被置位时，满足条件即可触发对应的中断。


41、 TIFR中的OCF0(OutputCompare Flag)和TOV0(Timer Overflow)分别为比较匹配标志位和定时器溢出标志位。


42、 TCCR中的WGM[1:0]决定T/C0的四种工作方式：普通模式，比较匹配时定时器清0，两种PWM模式。COM[1:0]比较匹配输出方式的作用取决于T/C0的工作方式。普通模式(WGM[1:0]=0)：计数到0xFF会产生溢出中断，TOV0置1。比较匹配清0计数器CTC模式(WGM[1:0]=2)：f=f(IO)/(2N(1+OCR0)),TCNT0和OCR0匹配，匹配后TCNT0清0重新计数，同时置OCF0为1，便于产生中断。


在中断中改变OCR0的值，在OC0中可以输出可变的高低电平信号。快速PWM模式(WGM[1:0]=3)：f=f(IO)/(256N),TCNT0从0计数到0xFF，然后重新开始计数，如果匹配OCR0则根据COM[1:0]中的设置值分别置位或者清0OC0，以此来输出PWM波形。相位可调PWM模式(WGM[1:0]=1)：双向计数器，所以最高PWM频率比快速PWM模式慢了一半。


43、 T2定时器的分频系数与T0不同，注意区别。


44、 T1定时器在读取数据时，先读低八位，再读高八位。在写入数据时，先写高八位，再写低八位。就像对高位压栈一样。


45、 由于T1可以修改计数器的上限值(TOP)，所以可以产生频率可变的PWM波形，而T0/T2定时器无法做到这一点。


46、 T1的工作模式由WGM1[3:0]决定，由此可以看出T1有16种工作模式。普通模式(WGM1[3:0]=0)。CTC模式(GWM1[3:0]=4或12)。快速PWM模式(GWM1[3:0]=5,6,7,14,15)有两路同时输出，OC1A,OC1B。


47、 T1输入捕捉功能：触发信号由ICP1输入或者又模拟比较器AC0输入。触发时，TCNT1的值被写入到ICR1中置位ICF1。此外，ICNC(Input Capture NoiseCanceler)为噪声抑制功能，实现原理就是延迟4个CK检测电平变化，如果连续4个CK不变，则认为是真正的触发。ICES(Input Capture Edge Select)为触发边缘的选择,0为下降沿，1为上升沿。


48、 模拟比较器(正极AIN0和负极AIN1)，SFIOR(Special Funciton IO Register)中的ACME(Analog Comparator Multiplexer Enable)模拟比较多路使能，置1并且ADC失能，比较器负极接到ADC的多路开关。置0，比较器负极接到AIN1。


ACSR(AnalogComparator Control and Status Register)模拟比较器控制和状态寄存器。ACD(AnalogControl Disable)置1时，切断模拟比较器的开关。在改变设置时，应先失能ACIE，禁止产生模拟器比较中断。ACO(Analog Comparator Output)模拟比较器输出。ACIS[1:0](AnalogComparator Interrupt Select)模拟比较器中断模式选择。


49、 AVCC为ADC模块的独立电源。参考电源可选择片内2.56V,AVCC或者外部参考电源。


50、 ADMUX(ADC多路复用选择寄存器)，ADLAR(ADC LeftAdjust Result)结果左对齐。ADCSRA(ADC控制和状态寄存器A),ADEN，ADC使能位。ADSC(ADC Start Conversion)开始转换位。ADATE(ADC Auto Trigger Enable)自动触发开始转换，信号源由SFIOR的ADTS位决定。ADPS[2:0]预分频选择位。


51、 如果AVREF接到外部电源，那么就不能使用内部参考电源。


52、 ADC模块在使能ADATE(自动触发转换)后，利用T0的溢出中断来触发开始转换，一定要开启T0的中断允许位(TOIE0)，否则无法触发转换。


53、 一次正常的ADC转换过程需要13个采样时钟，假定ADC采样时钟频率为200kHZ，那么最高的采样频。率为200kHZ/13=15.384kHZ，所以由香农定理，被测信号的最高频率为7.7kHZ。


54、 通用同步/异步串行接收/发送器(Universal Synchronous and Asynchronous Serial Recevier andTransimitter)支持四种工作模式：普通异步模式、双倍速异步模式、主机同步模式和从机同步模式。UCSRC中的UMSEL(U Mode Select)位用于选择同步或异步模式。UCSRA中的U2X用于控制是否使用倍速模式。


55、 波特率计算公式：BAUD=fosc/(16(UBRR+1))。


56、 UCSRA中的UDRE(U Data Register Empty)置1时(数据寄存器为空)，UDR才能够被写入，一旦被写入，硬件自动将其中的内容送到TXD上串行移出。RXD和TXD均可以产生相应的中断，并在进入中断后标志自动清0。


57、 由于UBRRH (U Baud Rate Register)和UCSRC的物理地址相同，只是在最高位URSEL的不同，而写操作和读操作的对象不同。当URSEL为0时，对象为UBRRH;当URSEL为1时，对象为UCSRC。(读UCSRC时，需要连续读两次才能得到结果，第一次读的是UBRRH的值)。


58、 USART的初始化包括：设置波特率，使能接收和发送器，设置帧格式。


数据发送：while(!(UCSRA& (1 << UDRE))); UDR = data;UDRE在UDR被写入值后被硬件自动清0，如果在UDR空中断没有对UDR赋值，那么UDRE没有清0，退出中断后会再次触发中断。但是TXC中断可以硬件自动清0TXC标志


数据接收：while(!(UCSRA & (1 << RXC)));data = UDR;RXC在UDR数据被读出后被硬件自动清0，所以在RXC中断时必须读取UDR，以清0RXC。或者手动清0RXC


TXD和RXD功能由TXEN和RXEN的设置来开启和关闭


59、 如果UCSRA中的FE，PE，DOR在RXC中断中需要读出进行错误检测，那么一定要先读UCSRA再读UDR


60、 串行外设接口(Serial Peripheral Interface,SPI.飞思卡尔公司提出)，两线串行接口(Two-wireSerial Interface,TWI)。SPI一般有四根信号线：MOSI,MISO,SCLK,/SS.可以想象一下主机和从机从MOSI到MISO收尾相连形成环(本质就是串行移位呗~)，当数据全部交换完毕后，主机拉高/SS，停止SPI传输。这就是为什么SPI比TWI(I2C)快的原因：因为数据是全双工，并且数据走不同的通道。


61、 SPI有四种工作模式，取决于同步时钟的极性(Clock Polariy)和同步时钟的相位(Clock Phase)2个参数。


62、 SPI的主机方式最高速率为(CK/2),从机方式最高速率为(CKI/4)

63、 数据寄存器SPDR。在读SPDR时，读取的是缓冲寄存器内容;写SPDR时，写到移位寄存器中。一旦将数据写入SPDR，硬件自动传输一次SPI通信，如果中断允许，则进入SPI中断。


64、 SPI速率一般为1MHZ,最高可达10MHZ


65、 TWI工作在被控模式时，CPU频率fcpuclock必须大于TWI时钟线SCL频率的16倍。SCL的频率： (在主机模式下，TWBR应大于10.另外特别需要注意的一点： 指的不是4的TWPS次方，应该是按照分频表格，将表格中的1，4，16，64替换 整体)


66、 TWINT中断标志位，当其被置位时，时钟线SCL被拉低，并且执行中断向量时，标志不会清0，只能靠手动软件清0。


67、 如果TWINT被置位，表示正在传送数据，此时如果写入TWDR，那么TWWC(写冲突)会被置位。也就是说当TWINT被置位时，TWDR应该保持稳定，这和I2C的协议是一致的。


68、 TWAR(地址寄存器)的高7位用于存储自己的地址，最后一位TWGCE(TWI General Call Recognition Enable)为地址匹配成功使能位。如果地址匹配成功，将会产生一次TWI中断


69、 在I2C的TWI寄存器设置中，不能使用|赋值，必须整体赋值


70、 CKOPT当系统频率较高时或者要求抗干扰能力强，设置为1。如果系统频率低，设置为0，这样可以减少电流的损耗。


71、 片内EEPROM，执行读操作时，CPU停止运行4个时钟周期。而在执行写操作时，CPU停止运行2个时钟周期。