2020年04月04日 | AVR单片机的主要特性及应用解析

AVR单片机是ATMEL公司研发的增强型内置Flash的RISC精简指令集高速8位单片机，设计时吸取了8051及PIC单片机的优点，具备单时钟周期执行一条指令的能力，运行速度高达1Mips/MHz。AVR单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。

AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆（32个寄存器文件）和单体高速输入/输出的方案（即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑），提高了指令执行速度，克服了瓶颈现象，增强了功能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。AVR单片机在软/硬件开销；速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是一种高性价比的单片机。

其主要特性如下：

1.内嵌高质重的Flash程序存储器，可反复擦写，支持ISP和IAP，便于产品的调试、开发、生产、更新。内取长寿命的EEPROM，可长期保存关键数据，避免断电丢失。片内具有大容量的RAM，有效支持使用高级语言开发系统程序。

2.高速度、低功耗，具有SLEEP（省电休眠）功能。每一指令执行速度可达50ns（20MHz），而耗电则在l~2.5mA之间（典型功耗，WDT关闭时为lOOnA），AVR运用Harvard结构概念（具有预取指令功能），即对程序存储和数据带有不同的存储器和总线当执行某一指令时，下一指令被预先从程序存储器中取出，这使得指令可以在每一个时钟周期内被执行。AVR单片机可宽电压运行（2.7~5V），抗干扰能力强，可降低一般8位机中的软件抗干扰设计工作量和硬件的使用量。

3.AVR单片机的I/0线全部带可设置的上拉电阻，并行I/0口输入输出特性与PIC的HI/LOW输出及三态高阻抗H1-Z输入类似外，也可设定类同8051系列内部拉高电阻作输入端的功能，可单独设定为输入/输出、可设定（初始）高阻输入。使得I/0口资源灵活、功能强大、利用充分。AVR的I/0口是真正的I/0口，能正确反映I/0口的输入/输出真实情况。

4.AVR单片机片内具备多种独立的时钟分频器，分别供URAT、IIC、SPI使用。其中与8/16位定时器配合的具有多达10位的预分频器，可遗过软件设定分频系数提供多种档次的定时时间。AVR单片机中的定时器/计数器（单）可双向计数形成三角波，再与输出比较匹配寄存器配合，生成占空比可变、频率可变、相位可变方波的脉宽调制输出PWM。

5.工业级产品，具有大电流（灌电流）lO~20mA或40mA（单一输出），可直接驱动SSR或继电器。内置的看门狗定时器（WDT）用于防止程序跑飞，提高产品的抗干扰能力。

已超功能精简指令。具有32个通用工作寄存器（相当于8051单片机中的32个累加器），克服了单一累加器在数据处理时造成的瓶颈现象。

7.AVR单片机内有模拟比较器，I/0口可作A/D转换用，可组成廉价的A/D转换器。

8.像8051一样，AVR有多个固定中断向量入口地址，因此可快速响应中断，而不会像PIC一样所有中断都在同一向量地址，需要以程序判别后才可响应。

9.AVR单片机有自动上电复位电路、独立的看门狗电路、低电压检测电路BOD，多个复位源（自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、BOD复位），可设置的启动后延时运行程序，增强了系统的可靠性。

10.有串行异步通讯UART，不占用定时器和SPI传输功能，因其高速，故可以工作在一般标准整数频率，而波特率可达576Ko11.有多通道10位AID转换器及实时时钟RTC。

AVR单片机技术体现了单片机集多种器件（包括FLASH程序存储器、看门狗、EEPROM、同/异步串行口、TWI、SPI、AID模数转换器、定时器/计数器等）和多种功能（增强可靠性的复位系统、降低功耗抗干扰的休眠模式、品种多门类全的中断系统、具输入捕获和比较匹配输出等多样化功能的定时器/计数器、具替换功能的I/0端口……）于一身，充分体现了现代单片机技术向“片上系统SoC”过渡的发展方向。

入门学习AVR用到的实验工具及器材

学习一种新的单片机技术，实验与实践是必不可少的，否则只能是纸上谈兵。学习AV只用到的实验工具及器材如下：

1.ImageCraft公司的IC-CAVR6.31AC语言编译器；2.At-mel公司的AVRStudio集成开发环境；3.PonyProg2000下载软件；4.AVR单片机综合试验板；5.AVR单片机JTAG仿真器；6.并口下载器；7.5V高稳定专用稳压电源；8.TOP2004多功能USB编程器（可选购）；9.一台奔腾级以上的家用电脑（PC机）。

ICCAVR6.31AC语言编译器

ICCAVR6.31A是ImageCraft公司开发的用于AVR单片机的C语言编译器，是一个综合了编辑器和工程管理器的纯32位集成开发环境（IDE）。

由于ICCAVR功能强大，使用简单方便，具有良好的技术支持且价格合适，故得到了广泛的应用。下图为ICCAVR的工作界面。

AVRStudio集成开发环境

AVRStudio是一个Atmel公司开发的集项目管理、程序汇编、程序调试、程序下载、JTAG仿真等功能干一体的集成开发环境。但AVRStu-dio不支持C语言编译，因此，当我们用C语言开发AVR单片机时，需先用ICCAVR编写C语言并进行编译，然后使用AVRStudio打开编译生成的*.cof文件，进行程序的仿真调试。下图为SVRAStudio的工作界面。

PonyProg2000软件主要用于AVR单片机及PIC单片机的程序下载，能在Windows95/98/ME/NT/20001XP等操作系统上使用。对英语不好的读者，还可以使用PonyProg2000的汉化程序。下图为PonyProg2000的工作界面。

AVR单片机综合试验板

AVR单片机综合试验板为多功能实验板，对入门实习特别有效，其主要功能有：

1. 可做AVR单片机的输入/输出实验；

2. 可做音响实验；

3. 可做A/D实验；

4. 可做 PWM （D/A）实验；

5. 八位数码管动态扫描输出及驱动；

6. 八位LED输出指示；

7. 可做IIC及SPI 总线实验；

8.DSl8B2O温度控制实验；

9.红外遥控实验；

10.16*2液晶驱动实验；

11.128*64液晶驱动实验；

12. 与 PC机连接做 RS232通信实验。

下面三图为AVR单片机综合试验板外型。

AVR单片机JTAG仿真器为经典的AVR仿真器，支持的芯片为：ATmega128、ATmega128L、ATmega16、ATmega162、ATmega162V、ATmega165、ATmega165V、ATmega169、ATmega169V、ATega16L、ATmega32、ATmega323、ATmega323L、ATmega32L、ATmega64、ATmega64L。右图为AVR单片机JTAG仿真器外型。

并口下载器低价、可靠、实用，支持AVR单片机及AT89S51/52单片机。是下载程序时必用的工具。

左图为并口下载器外型

TOP2004多功能USB编程器为USB接口，支持AT89、AT87F、AT90、ATINY、AT-MEGA、SST89、SM、MSU、GSM97、i87C/LC、P87、W77（78）E/LE、IS89C/LV、PIC12/16/17/18、EM78P系列单片机，27/28/29/39/49/24C/93C系列存储器。l6V8、20V8、22VlO支持74、4000/4500SRAM数字电路测试。支持芯片超过2000种，适合学习、开发、手机维修、电脑BIOS烧写。