AVR單片機的主要特性

AVR單片機是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強型內置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精簡(jiǎn)指令集高速8位單片機。AVR的單片機可以廣泛應用于計算機外部設備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。

AVR的主要特性

高可靠性、功能強、高速度、低功耗和低價(jià)位 , 一直是衡量單片機性能的重要指標,也是單片機占領(lǐng)市場(chǎng)、賴(lài)以生存的必要條件。

早期單片機主要由于工藝及設計水平不高、功耗高和抗干擾性能差等原因,所以采取穩妥方案：即采用較高的分頻系數對時(shí)鐘分頻,使得指令周期長(cháng),執行速度慢。以后的 CMOS單片機雖然采用提高時(shí)鐘頻率和縮小分頻系數等措施,但這種狀態(tài)并未被徹底改觀(guān)(51以及51兼容)。此間雖有某些精簡(jiǎn)指令集單片機(RISC)問(wèn)世,但依然沿襲對時(shí)鐘分頻的作法。

AVR單片機的推出,徹底打破這種舊設計格局,廢除了機器周期,拋棄復雜指令計算機(CISC)追求指令完備的做法;采用精簡(jiǎn)指令集,以字作為指令長(cháng)度單位,將內容豐富的操作數與操作碼安排在一字之中(指令集中占大多數的單周期指令都是如此),取指周期短,又可預取指令,實(shí)現流水作業(yè),故可高速執行指令。當然這種速度上的升躍,是以高可靠性為其后盾的。

AVR單片機硬件結構采取8位機與16位機的折中策略,即采用局部寄存器存堆(32個(gè)寄存器文件)和單體高速輸入/輸出的方案(即輸入捕獲寄存器、輸出比較匹配寄存器及相應控制邏輯)。提高了指令執行速度(1Mips/MHz),克服了瓶頸現象,增強了功能;同時(shí)又減少了對外設管理的開(kāi)銷(xiāo),相對簡(jiǎn)化了硬件結構,降低了成本。故AVR單片機在軟/硬件開(kāi)銷(xiāo)、速度、性能和成本諸多方面取得了優(yōu)化平衡,是高性?xún)r(jià)比的單片機。

AVR單片機內嵌高質(zhì)量的Flash程序存儲器,擦寫(xiě)方便,支持ISP和IAP,便于產(chǎn)品的調試、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、更新。內嵌長(cháng)壽命的EEProm可長(cháng)期保存關(guān)鍵數據,避免斷電丟失。片內大容量的RAM不僅能滿(mǎn)足一般場(chǎng)合的使用,同時(shí)也更有效的支持使用高級語(yǔ)言開(kāi)發(fā)系統程序,并可像MCS-51單片機那樣擴展外部 RAM。

AVR單片機的I/O線(xiàn)全部帶可設置的上拉電阻、可單獨設定為輸入/輸出、可設定(初始)高阻輸入、驅動(dòng)能力強(可省去功率驅動(dòng)器件)等特性,使的得I/O口資源靈活、功能強大、可充分利用。

AVR單片機片內具備多種獨立的時(shí)鐘分頻器,分別供URAT、I2C、SPI使用。其中與8/16位定時(shí)器配合的具有多達10 位的預分頻器,可通過(guò)軟件設定分頻系數提供多種檔次的定時(shí)時(shí)間。AVR單片機獨有的“以定時(shí)器/計數器(單)雙向計數形成三角波,再與輸出比較匹配寄存器配合,生成占空比可變、頻率可變、相位可變方波的設計方法(即脈寬調制輸出PWM)”更是令人耳目一新。

增強性的高速同/異步串口,具有硬件產(chǎn)生校驗碼、硬件檢測和校驗偵錯、兩級接收緩沖、波特率自動(dòng)調整定位(接收時(shí))、屏蔽數據幀等功能,提高了通信的可靠性,方便程序編寫(xiě),更便于組成分布式網(wǎng)絡(luò )和實(shí)現多機通信系統的復雜應用,串口功能大大超過(guò)MCS-51/96單片機的串口,加之AVR單片機高速,中斷服務(wù)時(shí)間短,故可實(shí)現高波特率通訊。

面向字節的高速硬件串行接口TWI、SPI。TWI與I2C接口兼容,具備ACK信號硬件發(fā)送與識別、地址識別、總線(xiàn)仲裁等功能,能實(shí)現主/從機的收/發(fā)全部4種組合的多機通信。SPI支持主/從機等4種組合的多機通信。

AVR單片機有自動(dòng)上電復位電路、獨立的看門(mén)狗電路、低電壓檢測電路BOD,多個(gè)復位源(自動(dòng)上下電復位、外部復位、看門(mén)狗復位、BOD復位),可設置的啟動(dòng)后延時(shí)運行程序,增強了嵌入式系統的可靠性。

AVR單片機具有多種省電休眠模式,且可寬電壓運行(5-2.7V),抗干擾能力強,可降低一般8位機中的軟件抗干擾設計工作量和硬件的使用量。

AVR單片機技術(shù)體現了單片機集多種器件(包括FLASH程序存儲器、看門(mén)狗、EEPROM、同/異步串行口、TWI、SPI、A/D模數轉換器、定時(shí)器/計數器等)和多種功能(增強可靠性的復位系統、降低功耗抗干擾的休眠模式、品種多門(mén)類(lèi)全的中斷系統、具輸入捕獲和比較匹配輸出等多樣化功能的定時(shí)器/計數器、具替換功能的I/O端口…… )于一身,充分體現了單片機技術(shù)的從“片自為戰”向“片上系統SoC”過(guò)渡的發(fā)展方向。 綜上所述,AVR單片機博采眾長(cháng),又具獨特技術(shù),不愧為8位機中的佼佼者。

AVR系列單片機的選型

AVR單片機系列齊全,可適用于各種不同場(chǎng)合的要求。AVR單片機有3個(gè)檔次:

低檔Tiny系列AVR單片機: 主要有Tiny11/12/13/15/26/28等;

中檔AT90S系列AVR 單片機: 主要有AT90S1200/2313/8515/8535等; (正在淘汰或轉型到Mega中)

高檔ATmega系列AVR單片機: 主要有ATmega8/16/32/64/128( 存儲容量為8/16/32/64/128 KB)以及ATmega8515/8535等。

AVR器件引腳從8腳到64腳, 還有各種不同封裝供選擇。