自学AVR单片机一(AVR单片机家族概述)

AVR单片机家族概述

1.1  AVR单片机家族单片机概述     
         AVR单片机系列齐全,可适用于各种不同场合的要求。AVR单片机主要包括ATTINY、AT90、ATMEGA这三大系列。
      低档Tiny系列AVR单片机: 主要有Tiny11/12/13/15/26/28等；ATTINY系列最简单、功能最弱。适用于比较低档的玩具、仪器仪表和简单的控制系统。
      中档AT90S系列AVR 单片机: 主要有AT90S1200/2313/8515/8535等； 目前AT90系列正在停产或转型到Mega系列。
      高档ATmega系列AVR单片机: 主要有两个系列：ATmega8/16/32/64/128系列（ 存储容量为8/16/32/64/128 KB）、ATmega48/88/168系列。ATmega系列使用了更加先进、可靠的制造工艺，高中低档齐全，正在逐步取代AT90系列的产品。

    AVR单片机还根据不同的应用推出了各具特色的单片机：如汽车类AVR、CAN总线AVR、智能电池AVR、LCD（液晶显示）AVR、USB总线AVR、灯光专用AVR、Z-Link AVR、微型AVR等9大类型，这些单片机几乎涵盖了8位单片机的所有应用领域。

1.2  AVR单片机的型号与编号
     AVR单片机型号众多，基本上每种型号都有不同用途，每个系列AVR单片机芯片上都有不同的编号；如何根据芯片上的编号来识别呢？我们以下面这个编号为例来进行说明：
    ATmega8L-8PI
   1.AT表示该单片机是ATMEL公司的产品；
  2.mega表示该单片机为ATmega系列的单片机；
  3.数字8表示mega系列型号为8的单片机，同时指名了该型号单片机内部flash容量位8KB（8K字节）。
  4.字母L表示该单片机为低功耗类型的单片机，同理如果没有L，则表示该单片机为普通类型的单片机；
  5.“-”后面的数字8表示该芯片允许的最大时钟频率为8MHz，如果是16则表示允许最大时钟频率为16MHz；
  6.字母P表示该单片机的封装形式，P是DIP封装（双列直插），A表示有引脚扁平封装（即贴片封装），M表示无引脚扁平封装（对于个人学习，很少使用这种封装）。
  7.字母I表示该芯片的等级是工业级。芯片的使用等级一般分为：商用级、工业级、军用级三个级别，这三个级别对芯片的使用环境要求各不相同，其中商用级要求最低，军用级要求最高。

1.3 AVR单片机型号标准
    AVR单片机都是以AT开头，表明是AEMEL公司的产品，接下来的一串字母数字表示该单片机的型号等参数。
    根据上面的对于ATmega8L-8PI型号的说明，我们已经大致了解了AVR单片机编号的含义，那么为什么ATmega8的型号为8，而片内程序存储区Flash的容量恰好也为8KB？是巧合还是刻意为之？
   ATMEL公司在确定芯片型号时，为了方便用户记忆，尽量使型号编号与芯片内部的程序存储器Flash的容量保持一致；但是需要注意的一点是：并不是所有的型号编号都表示Flash的容量，例如ATmega644,644是型号编号，但其内部Flash容量是64K，而不是644K，最后一个数字4表示的是64系列的派生类型，该派生类型编号为4，对于这一点我们要有足够的认识。
   当然对于ATmega128来说，128表示的是其内部Flash的容量是128KB，因此，我们选择AVR单片机的型号的时候，对于特殊类型的应用，最好是参考ATMEL公司发布的AVR单片机选型手册，从而选择出最适合自己应用的单片机。

   1.4 等级标准和封装形式
     等级标准：AVR单片机的等级一般为商用级和工业级；关于等级标准的最主要和最直接区别是环境温度。工业级的使用环境温度为-40~+85度，而商用级的工作环境温度为0~70度。在野外或者工作场合比较恶劣的情况下，应当选择工业级的芯片。
     目前电子产品的无铅化已经成为潮流，ATMEL公司也顺应这种潮流，在最新推出的AVR系列产品中，型号编号后面多加了一个字母“J”表示无铅产品。例如ATmega128L-8AJ,这个编号表示AEMEL公司的无铅、TQFP封装、mega系列、128型低功耗、片内Flash容量位128K、最高允许频率为8MHz的单片机。
    封装形式：AVR器件引脚从8脚到64脚, 还有各种不同封装供选择。AVR系列单片机主要有三种封装形式：双列直插式封装（DIP），代号为P；有引脚扁平封装(TQFP)，代号为A；无引脚扁平封装(MLF)，代号为M。
   关于AVR单片机的封装样式如下图所示：
  
   
    1.5 AVR单片机的主要特性
    AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。AVR的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。
    高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位 , 一直是衡量单片机性能的重要指标，也是单片机占领市场、赖以生存的必要条件。
　　早期单片机主要由于工艺及设计水平不高、功耗高和抗干扰性能差等原因，所以采取稳妥方案：即采用较高的分频系数对时钟分频，使得指令周期长，执行速度慢。以后的 CMOS单片机虽然采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施，但这种状态并未被彻底改观(51以及51兼容)。此间虽有某些精简指令集单片机(RISC)问世,但依然沿袭对时钟分频的作法。
　　AVR单片机的推出，彻底打破这种旧设计格局，废除了机器周期，抛弃复杂指令计算机(CISC)追求指令完备的做法；采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中(指令集中占大多数的单周期指令都是如此)，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。当然这种速度上的升跃，是以高可靠性为其后盾的。
　　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(1Mips/MHz)，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。故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，是高性价比的单片机。

　　AVR单片机内嵌高质量的Flash程序存储器，擦写方便，支持ISP和IAP，便于产品的调试、开发、生产、更新。内嵌长寿命的EEProm可长期保存关键数据，避免断电丢失。片内大容量的RAM不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效的支持使用高级语言开发系统程序,并可像MCS-51单片机那样扩展外部 RAM。
　　AVR单片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定（初始）高阻输入、驱动能力强（可省去功率驱动器件）等特性，使的得I/O口资源灵活、功能强大、可充分利用。
　　AVR单片机片内具备多种独立的时钟分频器，分别供URAT、I2C、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，可通过软件设定分频系数提供多种档次的定时时间。AVR单片机独有的“以定时器/计数器（单）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、相位可变方波的设计方法(即脉宽调制输出PWM)”更是令人耳目一新。
　　增强性的高速同/异步串口，具有硬件产生校验码、硬件检测和校验侦错、两级接收缓冲、波特率自动调整定位（接收时）、屏蔽数据帧等功能，提高了通信的可靠性，方便程序编写，更便于组成分布式网络和实现多机通信系统的复杂应用，串口功能大大超过MCS-51/96单片机的串口，加之AVR单片机高速，中断服务时间短，故可实现高波特率通讯。
　　面向字节的高速硬件串行接口TWI、SPI。TWI与I2C接口兼容，具备ACK信号硬件发送与识别、地址识别、总线仲裁等功能，能实现主/从机的收/发全部4种组合的多机通信。SPI支持主/从机等4种组合的多机通信。
　　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，增强了嵌入式系统的可靠性。

　　AVR单片机具有多种省电休眠模式，且可宽电压运行（5-2.7V），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。
　　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、A/D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/O端口…… )于一身，充分体现了单片机技术的从“片自为战”向“片上系统SoC”过渡的发展方向。
　　综上所述，AVR单片机博采众长，又具独特技术，不愧为8位机中的佼佼者。