AVR单片机原理及其在机电系统控制电路中的应用

2019/8/1机电系统控制电路设计12AVR单片机原理与应用2.1单片机电路开发过程2.2AVR单片机概述2.3Atmega128硬件体系结构2.4基于Atmega128的电路系统设计2019/8/1机电系统控制电路设计22.1单片机电路开发过程明确系统设计硬件电路编写程序调试和仿真下载程序软硬件联调功能优化程序优化2019/8/1机电系统控制电路设计3明确系统系统要求：利用AVR单片机来控制一个红色LED和绿色LED。电路加电后，两个LED均点亮，1s后熄灭，然后点亮绿色的LED，1s以后，绿色的LED熄灭，然后红色的LED点亮1s。最后红色的LED和绿色的LED以1Hz左右的频率闪烁。需要考虑的元器件：AVR单片机一片、DC/DC转换模块、发光二极管若干、电容若干、电阻若干、晶振一个、按钮一个等。2.1单片机电路开发过程2019/8/1机电系统控制电路设计4设计硬件电路VCC_5V10KR6D0IN414810uPC11234Oscillator-1VCC_5VGNDPEN1PE0(RXD0/PDI)2PE1(TXD0/PDO)3PE2(XCK0/AIN0)4PE3(OC3A/AIN1)5PE4(OC3B/INT4)6PE5(OC3C/INT5)7PE6(T3/INT6)8PE7(IC3/INT7)9PB0(SS)10PB1(SCK)11PB2(MOSI)12PB3(MISO)13PB4(OC0)14PB5(OC1A)15PB6(OC1B)16PB7(OC2/OC1C)17TOSC2/PG318TOSC1/1PG419RESET20VCC21GND22XTAL223XTAL124PD0(SCL/INT0)25PD1(SDA/INT1)26PD2(RXD1/INT2)27PD3(TXD1/INT3)28PD4(IC1)29PD5(XCK1)30PD6(T1)31PD7(T2)32PG0(WR)33PG1(RD)34PC0(A8)35PC1(A9)36PC2(A10)37PC3(A11)38PC4(A12)39PC5(A13)40PC6(A14)41PC7(A15)42PG2(ALE)43PA7(AD7)44PA6(AD6)45PA5(AD5)46PA4(AD4)47PA3(AD3)48PA2(AD2)49PA1(AD1)50PA0(AD0)51VCC52GND53PF7(ADC7/TDI)54PF6(ADC6/TDO)55PF5(ADC5/TMS)56PF4(ADC4/TCK)57PF3(ADC3)58PF2(ADC2)59PF1(ADC1)60PF0(ADC0)61AREF62GND63AVCC64U1ATmega128L-8ACMISOMOSISCKRXDTXDVCC_5VRSTCtrl_out2MOSIRSTSCKMISO123456SPIVCC_5VXOR_in1ASCLSDA1KR1D1GNDVCC_5V50KR81KR2D2GNDRST2.1单片机电路开发过程2019/8/1机电系统控制电路设计5编写程序2.1单片机电路开发过程2019/8/1机电系统控制电路设计6调试和仿真编译项目2.1单片机电路开发过程2019/8/1机电系统控制电路设计7程序下载下载程序2.1单片机电路开发过程2019/8/1机电系统控制电路设计82.2AVR单片机概述ATMEL公司是世界上高级半导体产品设计、制造和行销的领先者，产品包括了微处理器、可编程逻辑器件、非易失性存储器、安全芯片、混合信号及RF射频集成电路。1997年,由ATMEL公司挪威设计中心的A先生与V先生利用ATMEL公司的Flash新技术,共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机，简称AVR。相对于出现较早也较为成熟的51系列单片机，AVR系列单片机片内资源更为丰富，接口也更为强大，同时由于其价格低等优势，在很多场合可以替代51系列单片机。2019/8/1机电系统控制电路设计92.2AVR单片机概述AVR单片机特点---速度快AVR微处理器以更快的速度运行程序-MIPS/MHzAVRRISC–速度优先5个并行数据总线32个累加器单时钟周期8,16,24,32和64-bit算术操作增强的RISC指令集线性地址映射为速度而设计2时钟周期的硬件乘法器嵌入式高速存储器MIPS即MillionInstructionPerSecond的简写－－计算机每秒种执行的百万指令数。是衡量计算机速度的指标。2019/8/1机电系统控制电路设计102.2AVR单片机概述AVR单片机特点---片上资源丰富AVR微处理器减小PCB尺寸AVR–ALLINSIDE高集成度Flash程序存储器EEPROM数据存储器CPU外部存储器接口PWMSRAM数据存储器TWI8-bit定时器硬件乘法器SPI16-bit定时器中断处理U(S)ART实时时钟上电复位10-bitADC输入捕捉看门狗定时器掉电检测输出比较片内振荡器模拟比较器上拉电阻2019/8/1机电系统控制电路设计112.2AVR单片机概述AVR单片机特点---代码更少AVR微处理器减小你的程序代码AVRRISC–为最小代码而设计5个并行数据总线32个累加器4个数据/堆栈指针8,16,24,32和64-bit算术操作增强的RISC指令集线性地址影射适应ANSIC和汇编相比付出代价极小指令集由编译专家建构和调整2019/8/1机电系统控制电路设计12适合于ANSIC速度传统CISC传统RISC代码效率速度2.2AVR单片机概述AVR单片机特点---代码更少2019/8/1机电系统控制电路设计13AVR微处理器降低系统功耗每一个电子都被考虑在内：单时钟周期执行5个并行数据总线6种MCU睡眠模式最小幅度振荡器0泄漏输入1.8–6.0V工作电压2.2AVR单片机概述AVR单片机特点---功耗更低2019/8/1机电系统控制电路设计142.2AVR单片机概述AVR单片机特点---可选择型号种类多MEGAAVRATmegaxxx(16KB-128KB)针对需要大程序容量的复杂应用ClassicAVRAT90Sxxxx(1KB-8KB)针对需要大吞吐量，低功耗和中等程序容量的应用TinyAVRATtinyxx(1KB-2KB)针对需要低价格的低端8位MCU市场2019/8/1机电系统控制电路设计152.2AVR单片机概述AVR单片机特点---可选择型号种类多存储器大小性能(1KB-2KB)(1KB-8KB)(16KB-128KB)2019/8/1机电系统控制电路设计16低功耗mega8新产品已淘汰主流产品未来产品90S231390S2323/43tiny2890S8535mega161tiny1590S4433mega128mega890S8515tiny26mega32mega8515mega8535tiny13mega169mega162mega64tiny2313mega256mega1690S1200tiny11/12mega329CANAVRmega1032.2AVR单片机概述AVR单片机产品更新换代2019/8/1机电系统控制电路设计17AVR的中低档Tiny与AT90S系列产品2.2AVR单片机概述tiny11tiny12tiny13tiny15tiny26tiny2890S120090S232390S234390S2313Flash1KB1KB1KB1KB2KB2KB1KB2KB2KB2KBSRAM--64B-128B--128B128B128BEEPROM-64B64B64B128B-64B128B128B128BISP在线编程12VYesYesYesYes-YesYesYesYesADC通道--4411-----PWM141低电压@1.8V-YesYes--Yes----仿真器ICE200ICE200dbWIREICE10ICE40ICE10ICE200ICE10ICE10ICE200封装PDIPSOICPDIPSOICPDIPSOICPDIPSOICPDIPSOICMLFPDIPTQFPMLFPDIPSOICSSOPPDIPSOICPDIPSOICPDIPSOIC2019/8/1机电系统控制电路设计18AVR的中高档Mega系列产品2.2AVR单片机概述mega8mega8515mega8535mega162mega16mega169mega32mega64mega128Flash8KB8KB8KB16KB16KB16KB32KB64KB128KBSRAM1KB512B512B1KB1KB1KB2KB4KB4KBEEPROM512B512B512B512B512B512B1KB2KB4KBISP/SPMSSSSSSSSSADC通道8-8-88888PWMs32444446+86+8低电压@1.8VYesin3Q03--Yes-Yes---LCD-----Yes---仿真器ICE40ICE50ICE50JTAGJTAGJTAGJTAGJTAGJTAG封装PDIPTQFPMLFPDIPPLCCTQFPMLFPDIPPLCCTQFPMLFPDIPTQFPMLFPDIPTQFPMLFTQFPMLFPDIPTQFPMLFTQFPMLFTQFPMLF2019/8/1机电系统控制电路设计19ATtiny10/11/12特点2.2AVR单片机概述2019/8/1机电系统控制电路设计20ATtiny10/11/12特点2.2AVR单片机概述2019/8/1机电系统控制电路设计21ATtiny10/11/12特点2.2AVR单片机概述2019/8/1机电系统控制电路设计22ATtiny10/11/12特点2.2AVR单片机概述2019/8/1机电系统控制电路设计23AT90S1200单片机特点2.2AVR单片机概述2019/8/1机电系统控制电路设计24AT90S1200单片机特点2.2AVR单片机概述2019/8/1机电系统控制电路设计25AT90S8515单片机特点2019/8/1机电系统控制电路设计26AT90S8515单片机特点2.2AVR单片机概述2019/8/1机电系统控制电路设计27AT90S8515单片机特点2.2AVR单片机概述2019/8/1机电系统控制电路设计28ATmega8单片机特点2.2AVR单片机概述2019/8/1机电系统控制电路设计292.2AVR单片机概述ATmega8单片机特点2019/8/1机电系统控制电路设计302.2AVR单片机概述ATmega8单片机特点2019/8/1机电系统控制电路设计312.2AVR单片机概述ATmega8单片机特点2019/8/1机电系统控制电路设计322.3Atmega128硬件体系结构Atmega128芯片特性Atmega128引脚配置及说明Atmega128的存储器组织Atmega128的重要寄存器介绍Atmega128基本配置电路2019/8/1机电系统控制电路设计33Atmega128的I/O端口2.3Atmega128硬件体系结构Atmega128的中断处理Atmega128的定时/计数器Atmega128的USARTAtmega128的TWI（I2C）2019/8/1机电系统控制电路设计342.3Atmega128硬件体系结构Atmega128芯片特性高性能、低功耗的AVR8位微处理器先进的RISC结构–133条指令–大多数可以在一个时钟周期内完成–32x8通用工作寄存器+外设控制寄存器–全静态工作–工作于16MHz时性能高达16MIPS–只需两个时钟周期的硬件乘法器2019/8/1机电系统控制电路设计352.3Atmega128硬件体系结构Atmega128芯片特性非易失性的程序和数据存储器–128K字节的系统内可编程Flash寿命:10,000次写/擦除周期–4K字节的EEPROM寿命:100,000次写/擦除周期–4K字节的内部SRAM–多达64K字节的优化的外