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　電子技術基礎知識：AVR單片機分析

AVR單片機是1997年由ATMEL公司研發出的增強型內置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精簡指令集高速8位單片機。AVR的單片機可以廣泛應用於計算機外部設備、工業實時控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個領域。

　avr單片機的特點及優點

高可靠性、功能強、高速度、低功耗和低價位 , 一直是衡量單片機性能的重要指標，也是單片機佔領市場、賴以生存的必要條件。

早期單片機主要由於工藝及設計水平不高、功耗高和抗干擾性能差等原因，所以採取穩妥方案：即採用較高的分頻係數對時鐘分頻，使得指令週期長，執行速度慢。以後的 CMOS單片機雖然採用提高時鐘頻率和縮小分頻係數等措施，但這種狀態並未被徹底改觀(51以及51兼容)。此間雖有某些精簡指令集單片機(RISC)問世,但依然沿襲對時鐘分頻的作法。

AVR單片機的推出，徹底打破這種舊設計格局，廢除了機器週期，拋棄複雜指令計算機(CISC)追求指令完備的做法;採用精簡指令集，以字作為指令長度單位，將內容豐富的操作數與操作碼安排在一字之中(指令集中佔大多數的單週期指令都是如此)，取指週期短，又可預取指令，實現流水作業，故可高速執行指令。當然這種速度上的升躍，是以高可靠性為其後盾的。

AVR單片機硬件結構採取8位機與16位機的折中策略，即採用局部寄存器存堆(32個寄存器文件)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;同時又減少了對外設管理的開銷，相對簡化了硬件結構，降低了成本。故AVR單片機在軟/硬件開銷、速度、性能和成本諸多方面取得了優化平衡，是高性價比的單片機。

AVR單片機內嵌高質量的Flash程序存儲器，擦寫方便，支持ISP和IAP，便於產品的調試、開發、生產、更新。內嵌長壽命的EEProm可長期保存關鍵數據，避免斷電丟失。片內大容量的RAM不僅能滿足一般場合的使用，同時也更有效的支持使用高級語言開發系統程序,並可像MCS-51單片機那樣擴展外部 RAM。

AVR單片機的I/O線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、驅動能力強(可省去功率驅動器件)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鐘分頻器，分別供URAT、I2C、SPI使用。其中與8/16位定時器配合的具有多達10 位的預分頻器，可通過軟件設定分頻係數提供多種檔次的`定時時間。AVR單片機獨有的“以定時器/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，生成佔空比可變、頻率可變、相位可變方波的設計方法(即脈寬調製輸出PWM)”更是令人耳目一新。

增強性的高速同/異步串口，具有硬件產生校驗碼、硬件檢測和校驗偵錯、兩級接收緩衝、波特率自動調整定位(接收時)、屏蔽數據幀等功能，提高了通信的可靠性，方便程序編寫，更便於組成分佈式網絡和實現多機通信系統的複雜應用，串口功能大大超過MCS-51/96單片機的串口，加之AVR單片機高速，中斷服務時間短，故可實現高波特率通訊。

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信號硬件發送與識別、地址識別、總線仲裁等功能，能實現主/從機的收/發全部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單片機有自動上電覆位電路、獨立的看門狗電路、低電壓檢測電路BOD，多個復位源(自動上下電覆位、外部復位、看門狗復位、BOD復位)，可設置的啟動後延時運行程序，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單片機技術體現了單片機集多種器件(包括FLASH程序存儲器、看門狗、EEPROM、同/異步串行口、TWI、SPI、A/D模數轉換器、定時器/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、品種多門類全的中斷系統、具輸入捕獲和比較匹配輸出等多樣化功能的定時器/計數器、具替換功能的I/O端口…… )於一身，充分體現了單片機技術的從“片自為戰”向“片上系統SoC”過渡的發展方向。

綜上所述，AVR單片機博採眾長，又具獨特技術，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,可適用於各種不同場合的要求。AVR單片機有3個檔次:

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。詳細的選型信息可以參考本網站的AVR單片機全系列性能參數表。