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。