第2章 avr体系结构

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1、西南大学电子信息工程学院1第二章AVR单片机的基本结构23单片机的基本体系结构内部中断内部总汇振荡器和时序电路操作管理寄存器程序存储器数据存储器定时器计数器CPU中断控制总线扩展控制器并行I/O接口串行I/O接口图2-1典型单片机的基本组成结构外部时钟元外部时间计数4单片机基本单元与作用MCU(CPU、时钟系统、复位、总线控制逻辑等电路)SRAM程序存储器IO口操作管理寄存器MCUMCU单元部分包括了CPU、时钟系统、复位、总线控制逻辑等电路。CPU是按照面向测控对象、嵌入式应用的要求设计的，其功能有进行算术、逻辑、比较等运算和操作，并将结果

2、和状态信息与存储器以及状态寄存器进行交换（读/写）。时钟和复位电路实现上电复位、信号控制复位，产生片内各种时钟及功耗管理等。总线控制电路则产生各类控制逻辑信号，满足MCU对内部和外部总线的控制。其中，内部总线用以实现片内各单元电路的协调操作和数据传输，而外部总线控制用于单片机外围扩展的操作管理。5片内存储器单片机的存储器一般分成程序存储器和数据存储器，它们往往构成相互独立的两个存储空间，分别寻址，互不干扰。在这一点上，与通用计算机系统的结构是不同的。通用计算机系统通常采用“Von-Neumann”结构，在这种结构体系中采用了单一的数据总线用于

3、指令和数据的存取，因此数据和指令是存放在同一个存储空间中的，CPU使用同一条数据总线与数据和程序进行交换。而单片机的内部结构通常使用“Harvard”体系结构，在这种体系中采用分开的指令和数据总线，以及分开的指令和数据地址空间。单片机采用Harvard双（多）总线结构的优点是，指令和数据空间完全分开，分别通过专用的总线同CPU交换，可以实现对程序和数据的同时访问，提高了CPU的执行速度和数据的吞吐率。6程序存储器程序存储器用于存放嵌入式系统的应用程序。由于单片机嵌入式系统的应用程序在开发调试完成后不需要经常改变，因此单片机的程序存储器多采用只

4、读型ROM存储器，用于永久性的存储系统的应用程序。为适应不同产品、用户和不同场合的需要。7程序存储器ROMLessEPROMMaskROMOTPROMFLASHROM8数据存储器随机存储器用来存储系统程序在运行期间的工作变量和临时数据的电可擦除存储器这类数据存储器用于存放一些永久或比较固定的系统参数，如放大倍率、电话号码、时间常数等。EEPROM的寿命大于10万次，具有掉电后不丢失数据的特点，并且通过系统程序可以随时修改，这些特性都给用户设计开发产品带来极大的方便和想象空间。9输入/输出（I/O）端口并行总线输入/输出端口（并型I/O口）通用

5、数字I/O端口。片内功能单元的输入/输出端口。串行I/O通信口其它专用接口10操作管理寄存器操作管理寄存器也是单片机芯片中的重要组成部分之一。它的功能是管理、协调、控制和操作单片机芯片中的各功能单元的使用和运行。这类寄存器的种类有：状态寄存器、控制寄存器、方式寄存器、数据寄存器等等。1112AVR单片机内核AVRATmega16特点先进RISC结构的AVR内核片内含有较大容量的非易失性的程序和数据存储器片内含JTAG接口外围接口其他特点宽电压、高速度、低功耗1314AVRATmega16特点先进RISC结构的AVR内核131条机器指令，且大多

6、数指令的执行时间为单个系统时钟周期；32个8位通用工作寄存器；工作在16MHz时具有16MIPS的性能。配备只需要2个时钟周期的硬件乘法器15AVRATmega16特点片内含有较大容量的非易失性的程序和数据存储器16K字节在线可编程（ISP）Flash程序存储器（擦除次数>1万次），采用BootLoad技术支持IAP功能；1K字节的片内SRAM数据存储器，可实现3级锁定的程序加密；512个字节片内在线可编程EEPROM数据存储器（寿命>10万次）；16AVRATmega16特点片内含JTAG接口支持符合JTAG标准的边界扫描功能用于芯片检测；

7、支持扩展的片内在线调试功能可通过JTAG口对片内的Flash、EEPROM、配置熔丝位和锁定加密位实施下载编程；17AVRATmega16特点外围接口2个带有分别独立、可设置预分频器的8位定时器/计数器；1个带有可设置预分频器、具有比较、捕捉功能的16位定时器/计数器；片内含独立振荡器的实时时钟RTC；4路PWM通道；8路10位ADC面向字节的两线接口TWI（兼容I2C硬件接口）；1个可编程的增强型全双工的，支持同步/异步通信的串行接口USART；1个可工作于主机/从机模式的SPI串行接口（支持ISP程序下载）；片内模拟比较器；内含可编程的，

8、具有独立片内振荡器的看门狗定时器WDT；18AVRATmega16特点其它的特点片内含上电复位电路以及可编程的掉电检测复位电路BOD；片内含有1M/2M/4M/8M