42AVR單片機的主要內(nèi)部資源與應用

1、4.2 AVR單片機的SPI接口一、SPI接口:串行外設接口SPI 允許ATmega16 和外設或其他AVR 器件進行高速的同步數(shù)據(jù)傳輸。1、ATmega16 SPI 的特點如下：全雙工，3 線同步數(shù)據(jù)傳輸，SS#,SCK,MISO,MOSI;主機或從機操作 LSB 首先發(fā)送或MSB 首先發(fā)送7 種可編程的比特率傳輸結(jié)束中斷標志寫碰撞標志檢測可以從閑置模式喚醒2、SPI工作作過程主機和從從機之間間的SPI連連接如下下圖所所示。系系統(tǒng)包包括兩個個移位寄寄存器和和一個主主機時鐘鐘發(fā)生器器。通過過將需要要的從機機的SS#引引腳拉拉低，主主機啟動動一次通通訊過程程。主機機和從機機將需要要發(fā)送的的數(shù)據(jù)放

2、放入相應應的移位位寄存器器。主機機在SCK引引腳上產(chǎn)產(chǎn)生時鐘鐘脈沖以以交換數(shù)數(shù)據(jù)。主主機的數(shù)數(shù)據(jù)從主主機的MOSI 移出出，從從從機的MOSI 移入入；從機機的數(shù)據(jù)據(jù)從從機機的MISO移移出，從主機機的MISO移移入。主機通通過將從從機的SS#拉拉高實實現(xiàn)與從從機的同同步。配置為SPI主主機時時，SPI接接口不不自動控控制SS#引引腳，必須由由用戶軟軟件來處處理。對對SPI數(shù)數(shù)據(jù)寄寄存器寫寫入數(shù)據(jù)據(jù)即啟動動SPI 時鐘鐘，將8 比特特的數(shù)據(jù)據(jù)移入從從機。傳傳輸結(jié)束束后SPI時時鐘停止止，傳輸輸結(jié)束標標志SPIF置置位。如果此此時SPCR寄寄存器器的SPI中中斷使能能位SPIE置置位，中斷就就會

3、發(fā)生生。主機機可以繼繼續(xù)往SPDR 寫入入數(shù)據(jù)以以移位到到從機中中去，或或者是將將從機的的SS# 拉高高以說明明數(shù)據(jù)包包發(fā)送完完成。最最后進來來的數(shù)據(jù)據(jù)將一直直保存于于緩沖寄寄存器里里。配置為從從機時，只要SS#為為高，SPI接接口將將一直保保持睡眠眠狀態(tài)，并保持持MISO為為三態(tài)。在這個個狀態(tài)下下軟件可可以更新新SPI 數(shù)據(jù)據(jù)寄存器器SPDR的的內(nèi)容。即使此此時SCK引引腳有輸輸入時鐘鐘，SPDR的的數(shù)據(jù)據(jù)也不會會移出，直至SS被被拉低。一個字字節(jié)完全全移出之之后，傳傳輸結(jié)束束標志SPIF置位。如果此此時SPCR寄寄存器的的SPI中斷使使能位SPIE置位，就會產(chǎn)產(chǎn)生中斷斷請求。在讀取取移入的

4、的數(shù)據(jù)之之前從機機可以繼繼續(xù)往SPDR 寫入入數(shù)據(jù)。最后進進來的數(shù)數(shù)據(jù)將一一直保存存于緩沖沖寄存器器里。SPI系系統(tǒng)的的發(fā)送方方向只有有一個緩緩沖器，而在接接收方向向有兩個個緩沖器器。也就就是說，在發(fā)送送時一定定要等到到移位過過程全部部結(jié)束后后才能對對SPI 數(shù)據(jù)據(jù)寄存器器執(zhí)行寫寫操作。而在接接收數(shù)據(jù)據(jù)時，需需要在下下一個字字符移位位過程結(jié)結(jié)束之前前通過訪訪問SPI數(shù)數(shù)據(jù)寄存存器讀取取當前接接收到的的字符。否則第第一個字字節(jié)將丟丟失。工作于SPI從從機模模式時，控制邏邏輯對SCK引引腳的的輸入信信號進行行采樣。為了保保證對時時鐘信號號的正確確采樣， SPI時時鐘不能能超過fosc/4。SPI使

5、使能后后，MOSI、MISO、SCK和和SS#引腳腳的數(shù)據(jù)據(jù)方向?qū)凑障孪卤硭咀詣觿舆M行配配置。3、SPI控控制寄存存器SPCR（1）SPIE:使能SPI中斷。置置位后，只要SPI狀狀態(tài)寄寄存器SPSR 的SPIF位和狀狀態(tài)寄存存器SREG的的全局局中斷使使能位I置位，就會引引發(fā)SPI中中斷。(2)SPE:使使能SPI。SPE置置位將使使能SPI。進進行任何何SPI 操作作之前必必須置位位SPE。(3)DORD:數(shù)數(shù)據(jù)次次序。DORD 置位位時數(shù)據(jù)據(jù)的LSB首首先發(fā)送送；否則則數(shù)據(jù)的的MSB 首先先發(fā)送。(4)MSTR:主主/從從選擇擇。MSTR置置位時選選擇主機機模式，否則為為從機。如

6、果MSTR為為“1”，SS#配置置為輸入入，但被被拉低，則MSTR被被清零零，SPSR的的SPIF置置位。用戶必必須重新新設置MSTR 進入入主機模模式。所所以，主主機模式式下，常常用主機機的SS#控制制從機的的SS#.CPOL:時鐘極性性。CPOL=0，起始沿：上升沿沿，結(jié)束束沿:下下降沿;CPOL=1，起始沿：下升沿沿，結(jié)束束沿:上上降沿;CPHA:時鐘相位位。SPR1,SPR0:SPI時鐘速率率選擇。確定主機機的SCK速速率，對對從機機沒有影影響。4、SPI狀狀態(tài)寄存存器SPSRSPIF:SPI中斷標志志。串行行發(fā)送結(jié)結(jié)束后，SPIF置置位。進入中中斷服務務程序后后SPIF自動動清零。或

7、者可可以通過過先讀SPSR，緊接接著訪問問SPDR來對對SPIF清零零。WCOL:寫寫碰撞標標志。在在發(fā)送當當中對SPI數(shù)數(shù)據(jù)寄寄存器SPDR寫數(shù)據(jù)據(jù)將置位位WCOL。WCOL可以通通過先讀讀SPSR，緊緊接著訪訪問SPDR來來清零零。SPI2X:SPI 倍速速。置位位后SPI的的速度加加倍。若若為主機機則SCK頻頻率可達達CPU 頻率率的一半半。若為為從機，最高只只能保證證fosc/4。數(shù)據(jù)寄存存器SPDR（八八位）：讀/寫寫寄存器器，用來來在寄存存器文件件和SPI移位位寄存器器之間傳傳輸數(shù)據(jù)據(jù)。寫寄寄存器將將啟動數(shù)數(shù)據(jù)傳輸輸，讀寄寄存器將將讀取寄寄存器的的接收緩緩沖器。數(shù)據(jù)模式式：相對對于

8、串行行數(shù)據(jù)， SCK的的相位CPHA和極性性CPOL有4 種組組合。每每一位數(shù)數(shù)據(jù)的移移出和移移入發(fā)生生于SCK不同同的信號號跳變沿沿，以保保證有足足夠的時時間使數(shù)數(shù)據(jù)穩(wěn)定定。設置設置設置SPI主主機模式式下的寫寫、讀數(shù)數(shù)據(jù)程序序：.$00$20main:ldir16,high(ramend)outsph,r16ldir16,low(ramend)outspl,r16clisbiddrb,4;ss#_pb4sbiddrb,5;mosi_pb5sbiddrb,7;sck_pb7cbiddrb,6;miso_pb6cbiportb,

9、4sbiportb,6ldir16,0outspsr,r16;SPI速速度不倍倍增ldir16,0b01010001;0 x51,or$51outspcr,r16ldir16,0b10101010;0 x55or$55,SPI要發(fā)送送的數(shù)據(jù)據(jù)outspdr,r16loop:inr16,spsr;讀取發(fā)發(fā)送狀態(tài)態(tài)sbrsr16,7;判斷發(fā)發(fā)送是否否完成rjmploopinr16,spdrloop1:sbrsr16,7;判判斷接收收是否完完成rjmploop1inr16,spdr;讀取數(shù)數(shù)據(jù)wait:rjmpwait二、16位定時時/計數(shù)器1（定時時(事事件管理理)、波波形產(chǎn)生生和信號號測量）1特

10、點：真正的16位設計(即允許16位的PWM)2 個獨獨立的輸輸出比較較單元雙緩沖的的輸出比比較寄存存器一個輸入入捕捉單單元輸入捕捉捉噪聲抑抑制器比較匹配配發(fā)生時時清除寄寄存器(自動重載載)無干擾脈脈沖，相相位正確確的PWM可變的PWM周期頻率發(fā)生生器外部事件件計數(shù)器器4個獨立的的中斷源源(TOV1、OCF1A、OCF1B與ICF1)2、C/T主要要功能介介紹（1）T/C時時鐘源源：可以來自自內(nèi)部，也可來來自外部部，由位位于T/C控制制寄存器器B(TCCR1B) 的時時鐘選擇擇位(CS12:0) 決定定。（2）計計數(shù)器單單元：16位位T/C 的主主要部分分是可編編程的16位位雙向計計數(shù)器單單元。

11、（3）輸輸入捕捉捉單元：可用來捕捕獲外部部事件，并為其其賦予時時間標記記以說明明此時間間的發(fā)生生時刻。外部事事件發(fā)生生的觸發(fā)發(fā)信號由由引腳ICP1 輸入入，也可可通過模模擬比較較器單元元來實現(xiàn)現(xiàn)。時間間標記可可用來計計算頻率率、占空空比及信信號的其其它特征征，以及及為事件件創(chuàng)建日日志。（4）輸入入捕捉觸觸發(fā)源：輸入捕捉捉單元的的主要觸觸發(fā)源是是ICP1。T/C1 還可可用模擬擬比較輸輸出作為為輸入捕捕捉單元元的觸發(fā)發(fā)源。用用戶必須須通過設設置模擬擬比較控控制與狀狀態(tài)寄存存器ACSR的的模擬擬比較輸輸入捕捉捉位ACIC來來做到到這一點點。要注注意的是是，改變變觸發(fā)源源有可能能造成一一次輸入入捕捉

12、。因此在在改變觸觸發(fā)源后后必須對對輸入捕捕捉標志志執(zhí)行一一次清零零操作以以避免出出現(xiàn)錯誤誤的結(jié)果果。（5）噪噪聲抑制制器：通過一個個簡單的的數(shù)字濾濾波方案案提高系系統(tǒng)抗噪噪性。它它對輸入入觸發(fā)信信號進行行4次次采樣。只有當當4次次采樣值值相等時時其輸出出才會送送入邊沿沿檢測器器。（6）輸輸出比較較單元：16位比比較器持持續(xù)比較較TCNT1與與OCR1x的的內(nèi)容，一旦發(fā)發(fā)現(xiàn)它們們相等，比較器器立即產(chǎn)產(chǎn)生一個個匹配信信號。然然后OCF1x 在下下一個定定時器時時鐘置位位。如果果此時OCIE1x=1，OCF1x置置位將引引發(fā)輸出出比較中中斷。中中斷執(zhí)行行時OCF1x 標志志自動清清零，或或者通過過軟

13、件在在其相應應的I/O位置置寫入邏邏輯1”也也可以清清零。根根據(jù)WGM13:0與與COM1x1:0 的不不同設置置，波形形發(fā)生器器用匹配配信號生生成不同同的波形形。波形形發(fā)生器器利用TOP和和BOTTOM信信號處理理在某些些模式下下對極值值的操作作。輸出比較較單元A 的一一個特質(zhì)質(zhì)是定義義T/C 的TOP值值(即即計數(shù)數(shù)器的分分辨率)。此外外，TOP值值還用用來定義義通過波波形發(fā)生生器產(chǎn)生生的波形形的周期期。（7）強強制輸出出比較：工作于非非PWM 模式式時，可可以通過過對強制制輸出比比較位FOC1x寫寫”1” 的方方式來產(chǎn)產(chǎn)生比較較匹配。強制比比較匹配配不會置置位OCF1x標標志，也也不會重

14、重載/清清零定定時器，但是OC1x 引腳腳將被更更新，好好象真的的發(fā)生了了比較匹匹配一樣樣(COMx1:0決決定OC1x 是置置位、清清零，還還是交替替變化)。（8）寫寫TCNT1操操作阻阻止比較較匹配：CPU對對TCNT1寄寄存器的的寫操作作會阻止止比較匹匹配的發(fā)發(fā)生。這這個特性性可以用用來將OCR1x初始始化為與與TCNT1相相同的的數(shù)值而而不觸發(fā)發(fā)中斷。（9）比比較匹配配輸出單單元：比較匹配配模式控控制位COM1x1:0具具有雙重重功能。波形發(fā)發(fā)生器利利用COM1x1:0 來確確定下一一次比較較匹配發(fā)發(fā)生時的的輸出比比較OC1x狀狀態(tài)； COM1x1:0 還控控制OC1x引引腳輸輸出的來

15、來源。（10）比較輸輸出模式式和波形形產(chǎn)生：波形發(fā)生生器利用用COM1x1:0的的方法法在普通通模式、CTC 模式式和PWM模模式下有有所區(qū)別別。對于于所有的的模式，設置COM1x1:0= 0表表明比比較匹配配發(fā)生時時波形發(fā)發(fā)生器不不會操作作OC1x寄寄存器。（11）工作模模式工作作模式：- T/C和和輸出比比較引腳腳的行為為-由由波形發(fā)發(fā)生模式式(WGM13:0) 及比比較輸出出模式(COM1x1:0) 的控控制位決決定。比比較輸出出模式對對計數(shù)序序列沒有有影響，而波形形產(chǎn)生模模式對計計數(shù)序列列則有影影響。COM1x1:0控控制PWM輸輸出是否否為反極極性。非非PWM 模式式時COM1x1:

16、0控制輸輸出是否否應該在在比較匹匹配發(fā)生生時置位位、清零零，或是是電平取取反。（12）普通模模式：為最簡單單的工作作模式。在此模模式下計計數(shù)器不不停地累累加。計計到最大大值后(TOP =0 xFFFF)由由于數(shù)值值溢出計計數(shù)器簡簡單地返返回到最最小值0 x0000重重新開開始。在在TCNT1為為零的同同一個定定時器時時鐘里T/C溢溢出標志志TOV1置位位。此時時TOV1有點點象第17位，只是只只能置位位，不會會清零。但由于于定時器器中斷服服務程序序能夠自自動清零零TOV1，因因此可以以通過軟軟件提高高定時器器的分辨辨率。在在普通模模式下沒沒有什么么需要特特殊考慮慮的，用用戶可以以隨時寫寫入新的

17、的計數(shù)器器數(shù)值。（13）CTC(比比較匹配配時清零零定時器器)模式式：在CTC 模式式里OCR1A 或ICR1 寄存存器用于于調(diào)節(jié)計計數(shù)器的的分辨率率。當計計數(shù)器的的數(shù)值TCNT1等等于OCR1A(WGM13:0=4)或或等于ICR1 (WGM13:0 =12) 時計計數(shù)器清清零。OCR1A或或ICR1定定義了計計數(shù)器的的TOP 值，亦即計計數(shù)器的的分辨率率。這個個模式使使得用戶戶可以很很容易地地控制比比較匹配配輸出的的頻率，也簡化化了外部部事件計計數(shù)的操操作。（14）快快速PWM模模式：可用來產(chǎn)產(chǎn)生高頻頻的PWM波波形。快快速PWM模式式與其他他PWM模式的的不同之之處是其其單邊斜斜坡工作作

18、方式。計數(shù)器器從BOTTOM計到到TOP，然后后立即回回到BOTTOM重重新開始始。對于于普通的的比較輸輸出模式式，輸出出比較引引腳OC1x在在TCNT1與與OCR1x 匹配配時置位位，在TOP時時清零零；對于于反向比比較輸出出模式，OCR1x的的動作作正好相相反。由由于使用用了單邊邊斜坡模模式，快快速PWM模模式的工工作頻率率比使用用雙斜坡坡的相位位修正PWM模模式高高一倍。此高頻頻操作特特性使得得快速PWM模模式十十分適合合于功率率調(diào)節(jié)，整流和和DAC應用。高頻可可以減小小外部元元器件( 電感感，電容容)的的物理尺尺寸，從從而降低低系統(tǒng)成成本。（15）輸出的的PWM 頻率率可以通通過如下下

19、公式計計算得到到：變量N代代表分分頻因子子 (1、8、64、256或或1024)。3.定時時器/計計數(shù)器器1寄存存器的說說明（1）控控制寄存存器ATCCR1ABit7:6 COM1A1:0:通道A的比較輸輸出模式式Bit5:4 COM1B1:0:通道B的比較輸輸出模式式COM1A1:0與COM1B1:0分別別控制OC1A 與OC1B狀態(tài)。如果COM1A1:0(COM1B1:0)的的一位或或兩位被被寫入1”，OC1A(OC1B)輸輸出功能能將取代代I/O 端口口功能。此時OC1A(OC1B)相應的的輸出引引腳數(shù)據(jù)據(jù)方向控控制必須須置位以以使能輸輸出驅(qū)動動器。OC1A(OC1B) 與物物理引腳腳相

20、連時時，COM1x1:0 的功功能由WGM13:0 的設設置決定定。Bit3 FOC1A:通道A強制輸出出比較Bit2 FOC1B:通道B強制輸出出比較FOC1A/FOC1B只有有當WGM13:0指指定為非非PWM模式時時被激活活。為與與未來器器件兼容容，工作作在PWM模模式下對對TCCR1A 寫入入時，這這兩位必必須清零零。當FOC1A/FOC1B位位置1，立即即強制波波形產(chǎn)生生單元進進行比較較匹配。COM1x1:0的的設置置改變OC1A/OC1B 的輸輸出。注注意FOC1A/FOC1B位位作為選選通信號號。COM1x1:0 位的的值決定定強制比比較的效效果。在在CTC 模式式下使用用OCR

21、1A作作為TOP值值，F(xiàn)OC1A/FOC1B選選通即即不會產(chǎn)產(chǎn)生中斷斷也不好好清除定定時器。FOC1A/FOC1B位位總是是讀為0。Bit1:0 WGM11:0:波形發(fā)生生模式這兩位與與位于TCCR1B寄寄存器器的WGM13:2相相結(jié)合合，用于于控制計計數(shù)器的的計數(shù)序序列計數(shù)器計數(shù)數(shù)的上限限值和確確定波形形發(fā)生器器的工作作模式( 見Table47)。T/C 支持持的工作作模式有有：普通通模式( 計數(shù)數(shù)器)，比較匹匹配時清清零定時時器(CTC) 模式式，及三三種脈寬寬調(diào)制(PWM)模模式。控制寄存存器TCCR1B：Bit7 ICNC1:入入捕捉噪噪聲抑制制器。置位將使使能輸入入捕捉噪噪聲抑制制功

22、能。此時外外部引腳腳ICP1的的輸入被被濾波。其作用用是從ICP1 引腳腳連續(xù)進進行4次次采樣樣。如果果4個個采樣值值都相等等，那么么信號送送入邊沿沿檢測器器。因此此使能該該功能使使得輸入入捕捉被被延遲了了4個個時鐘周周期。Bit6 ICES1:輸輸入捕捉捉觸發(fā)沿沿選擇。該位選擇擇使用ICP1 上的的哪個邊邊沿觸發(fā)發(fā)捕獲事事件。ICES 為0”選選擇的的是下降降沿觸發(fā)發(fā)輸入捕捕捉；ICES1為為1”選選擇的是是邏輯電電平的上上升沿觸觸發(fā)輸入入捕捉。按照ICES1的的設置捕捕獲到一一個事件件后，計計數(shù)器的的數(shù)值被被復制到到ICR1寄寄存器。捕獲事事件還會會置為ICF1。如果果此時中中斷使能能，輸

23、入入捕捉事事件即被被觸發(fā)。當ICR1用用作TOP值值(見見TCCR1A 與TCCR1B寄寄存器器中WGM13:0位位的描描述)時時，ICP1與輸入入捕捉功功能脫開開，從而而輸入捕捕捉功能能被禁用用。Bit5 保留留位。為保證與與將來器器件的兼兼容性，寫TCCR1B時時，該位位必須寫寫入0”。Bit4:3 WGM13:2:波波形發(fā)發(fā)生模式式。Bit2:0 CS12:0:T/C的的時鐘鐘源選擇擇。TCNT1H與與TCNT1L：TCNT1H與與TCNT1L組成了了T/C1的數(shù)數(shù)據(jù)寄存存器TCNT1。通過過它們可可以直接接對定時時器/計計數(shù)器單單元的16位位計數(shù)器器進行讀讀寫訪問問。輸出比較較寄存器器

24、1AOCR1AH與與 OCR1AL輸出比較較寄存器器1BOCR1BH與與OCR1BL該寄存器器中的16位位數(shù)據(jù)與與TCNT1寄寄存器器中的計計數(shù)值進進行連續(xù)續(xù)的比較較，一旦旦數(shù)據(jù)匹匹配，將將產(chǎn)生一一個輸出出比較中中斷，或或改變OC1x 的輸輸出邏輯輯電平。輸入捕捉捉寄存器器1 ICR1H 與ICR1L：當外部引引腳ICP1(或T/C1的的模擬比比較器)有輸入入捕捉觸觸發(fā)信號號產(chǎn)生時時，計數(shù)數(shù)器TCNT1中的值值寫入ICR1 中。ICR1的的設定值值可作為為計數(shù)器器的TOP值值。注意：TCNT1、OCR1A/B與ICR1是AVR CPU通通過8位位數(shù)據(jù)總總線可以以訪問的的16位位寄存器器。讀寫寫

25、16位位寄存器器需要兩兩次操作作。寫16位位寄存存器時，應先寫寫入該寄寄存器的的高位字字節(jié)；而而讀16 位寄寄存器時時應先讀讀取該寄寄存器的的低位字字節(jié)。中斷屏蔽蔽寄存器器TIMSK：Bit5 TICIE1:T/C1輸輸入捕捉捉中斷使使能。當該位被被設為1”，且狀態(tài)態(tài)寄存器器中的I 位被被設為1”時時，T/C1的的輸入捕捕捉中斷斷使能。一旦TIFR 的ICF1 置位位，CPU即即開始執(zhí)執(zhí)行T/C1輸輸入捕捕捉中斷斷服務程程序。Bit4 OCIE1A:輸輸出比比較A 匹配配中斷使使能。當該位被被設為1”，且狀態(tài)態(tài)寄存器器中的I 位被被設為1”時時，T/C1的的輸出比比較A匹匹配中中斷使能能。一旦旦TIFR上上的OCF1A 置位位，CPU即即開始執(zhí)執(zhí)行T/C1輸輸出比比較A匹匹配中中斷服務務程序。Bit3 OCIE1B:T/C1輸輸出比較較 B匹匹配中中斷使能能。當該位被被設為1”，且狀態(tài)態(tài)寄存器器中的I 位被被設為1”時時，使使能T/C1的的輸出出比較B 匹配配中斷使使