單片機(jī)學(xué)習(xí)資料2

本文格式為Word版，下載可任意編輯——單片機(jī)學(xué)習(xí)資料2二Atmega8單片機(jī)結(jié)構(gòu)分析

通過(guò)第一章內(nèi)容的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道，單片機(jī)就是在一塊芯片上集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)所必需的幾個(gè)組成部分：CPU、存儲(chǔ)器、I/0接口。

單片機(jī)主要是針對(duì)各種控制而設(shè)計(jì)的，因此，單片機(jī)除了具有一般微型計(jì)算機(jī)的組成部分外，一般還集成了定時(shí)/計(jì)數(shù)器、看門(mén)狗電路和中斷系統(tǒng)，有的單片機(jī)還集成了A/D轉(zhuǎn)換功能部件。

單片機(jī)的這些組成部件在結(jié)構(gòu)上有什么特點(diǎn)？又是怎樣工作的呢？這些都是本章要解決的問(wèn)題。

§2．1Atmega8單片機(jī)結(jié)構(gòu)

為了提高運(yùn)行效率，Atmega8單片機(jī)采用了哈佛（Harvar）結(jié)構(gòu)，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用不同的存儲(chǔ)空間。Atmega8單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2—1：

RESETPC0-PC6PB0-PB7B端口驅(qū)動(dòng)8位數(shù)據(jù)總線ADCPORTB數(shù)字接口TWI定時(shí)/計(jì)數(shù)器內(nèi)部振蕩器看門(mén)狗定時(shí)器MCU控制器MCU控制器VCCC端口驅(qū)動(dòng)PORTC數(shù)字接口模擬輸入選擇GNDAGNDAREF程序計(jì)數(shù)器程序Flash指令寄放器指令譯碼器控制線CPU編程規(guī)律+-模擬比較器堆棧指針SRAM通用寄放器ALU狀態(tài)寄放器SPI模擬比較器接口振蕩器振蕩器中斷單元E2PROMUSARTPORTD數(shù)字接口D端口驅(qū)動(dòng)PD0-PD7圖2—1Atmega8結(jié)構(gòu)框圖

§2．2Atmega8引腳功能

Atmega8單片機(jī)有PDIP、TQFP和MLF三種不同形式的封裝，這里我們主要介紹它的PDIP封裝，見(jiàn)圖2—2所示。

(RESET)PC6(RXD)PD0(TXD)PD1(INT0)PD2(INT1)PD3(XCK/T0)PD4VCCGND(XTAL1/TOSC1)PB6(XTAL2/TOSC2)PB7(T1)PD5(AIN0)PD6(AIN1)PD7(ICP)PB01234567891011121314282726252423PC5(ADC5/SCL)PC4(ADC4/SDA)PC3(ADC3)PC2(ADC2)PC1(ADC1)PC0(ADC0)GNDAREFAVCCPB5(SCK)PB4(MISO)PB3(MOSI/OC2)PB2(SS/OC1B)PB1(OC1A)ATmega82221202318171615

圖2—2ATmega8引腳配置圖

由上圖可以看出，Atmega8單片機(jī)各引出腳的功能分括號(hào)外功能（第一功能）和括號(hào)內(nèi)功能（其次功能）。下面我們先介紹Atmega8單片機(jī)引腳的第一功能，引腳其次功能，我們將在以后相關(guān)章節(jié)中陳述。

1．VCC（7腳）——（數(shù)字）電源；2．GND（8、22腳）——地；

3．AVCC（20腳）——ADC轉(zhuǎn)換模塊電源供電端，即當(dāng)PC0—PC3用于ADC時(shí)，AVCC引腳應(yīng)通過(guò)低通濾波器連接到VCC上；當(dāng)PC0—PC3不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接連接到VCC上。注意：PC4、PC5端口的電源是由VCC提供的；

4．AREF（21腳）——ADC轉(zhuǎn)換模塊參考電源輸入端；5．PB7(10腳)、PB6（9腳）、PB5（19腳）、PB4（18腳）、PB3（17腳）、PB2（16腳）、PB1（15腳）和PB0（14腳）——組成B端口的8個(gè)位。B端口是一個(gè)8位的雙向I/O口，每個(gè)引腳都有內(nèi)部上拉電阻，而且輸出緩沖器具有雙向（輸入和輸出）大電流的驅(qū)動(dòng)能力，可以直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光。

6．PC6（1腳）、PC5（28腳）、PC4（27腳）、PC3（26腳）、PC2（25腳）、PC1（24腳）和PC0（23腳）——組成C端口的7個(gè)位。C端口是一個(gè)7位的雙向I/O口，每個(gè)引腳都有內(nèi)部上拉電阻，而且輸出緩沖器具有雙向（輸入和輸出）大電流的驅(qū)動(dòng)能力，可以直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光。

注意：PC6的電氣特性與端口C其他引腳的電氣特性不同。當(dāng)未對(duì)RSTDISBL熔絲編程時(shí)，PC6只作為復(fù)位輸入引腳，不能當(dāng)作I/O端口使用。要想使PC6作為I/O端口，就必需對(duì)RSTDISBL熔絲進(jìn)行編程。如何對(duì)RSTDISBL熔絲編程，我們將在后面相關(guān)內(nèi)容中介紹。

7．PD7（13腳）、PD6（12腳）、PD5（11腳）、PD4（6腳）、PD3（5腳）、PD2（4腳）、PD1（3腳）和PD0（2腳）——組成D端口的8個(gè)位。D端口是一個(gè)8位的雙向I/O口，每個(gè)引腳都有內(nèi)部上拉電阻，而且輸出緩沖器具有雙向（輸入和輸出）大電流的驅(qū)動(dòng)能力，可以直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光。

Atmega8的B、C、D端口都是雙向I/O口，如何定義它們是輸入還是輸出，或內(nèi)部上拉電阻是否有效，這些相關(guān)內(nèi)容我們將在下一節(jié)《ATmega8的I/O端口》中陳述。

§2．3ATmega8的I/O端口

由上節(jié)內(nèi)容我們知道：Atmega8的I/O端口具有第一和其次兩種功能，下面我們具體介紹這些內(nèi)容。

一、端口的第一功能——通用的數(shù)字I/O口

Atmega8的I/O端口用做通用數(shù)字I/O口時(shí)，具有真正的讀—修改—寫(xiě)功能，意思是某端口引腳方向改變（輸入還是輸出），不會(huì)影響其他引腳方向的改變。同樣，某端口引腳輸出值的改變（輸出高電平還是輸出低電平）以及用做輸入時(shí)其上拉電阻的通、斷，也不會(huì)影響其他引腳。

Atmega8每個(gè)I/O引腳內(nèi)部都有獨(dú)立的上拉電阻，如圖2—3。

+5V開(kāi)關(guān)Ｋ控制信號(hào)：為１時(shí)，Ｋ合上；為０時(shí)，Ｋ斷開(kāi)．K上拉電阻Ｉ／Ｏ口引腳（如ＰＢ０）ＡＴｍｅｇａ８2—3I/O口引腳內(nèi)部上拉電阻

如何用C語(yǔ)言定義開(kāi)啟某I/0（如PB0）口的上拉電阻呢？其格式如下：

DDRB=0B00000000；//先定義PB0為輸入口

PORTB=0B00000001；//再將要開(kāi)啟上拉電阻的位置1。

上述定義中DDRB、PORTB是什么呢？其實(shí)在Atmega8中每個(gè)I/O端口都有3個(gè)寄放器，它們分別是：數(shù)據(jù)方向寄放器（DDRx）、數(shù)據(jù)寄放器（PORTx）和數(shù)據(jù)輸入引腳寄放器（PINx）（x：是B或C或D）。下面我們以B端口為例，介紹這三種寄放器及其應(yīng)用。

1．B端口方向寄放器——DDRB

位7DDB7R/W復(fù)位值R/W065432DDB2R/W01DDB1R/W00DDB0R/W0DDRBDDB6DDB5R/W0R/W0DDB4DDB3R/W0R/W0

方向寄放器主要用來(lái)定義I/O口引腳是輸入還是輸出，當(dāng)I/O口的某位置“1〞時(shí)，那么相應(yīng)的引腳為輸出，否則，該引腳為輸入。例如：DDRB=0B00000010，即DDB=1，說(shuō)明B口的PB1為輸出，其他引腳為輸入。

2．B端口數(shù)據(jù)寄放器——PORTB

位76543210PORTB7PORTB6PORTB5PORTB4PORTB3PORTB2PORTB1PORTB0PORTBR/W復(fù)位值R/W0R/W0R/W0R/W0R/W0R/W0R/W0R/W0

數(shù)據(jù)寄放器或用來(lái)定義引腳輸出電平的高低，或用來(lái)定義是否開(kāi)啟引腳內(nèi)部的上拉電阻。定義了I/O口某個(gè)引腳為輸出后，當(dāng)數(shù)據(jù)寄放器相應(yīng)位置“1〞時(shí)，說(shuō)明該引腳輸出高電平；置“0〞時(shí)，輸出低電平，如：

DDRB=0B00000110；//定義PB1、PB2為輸出。

PORTB=0B00000010；//PB1輸出高電平，PB2輸出低電平。

定義了I/O口某個(gè)引腳為輸入后，當(dāng)數(shù)據(jù)寄放器相應(yīng)位置“1〞時(shí)，說(shuō)明開(kāi)啟該引腳的內(nèi)部上拉電阻；置“0〞時(shí)，該引腳內(nèi)部的上拉電阻是關(guān)斷的，如：DDRB=0B00000000；//定義PB0—PB7為輸入。

PORTB=0B00000010；//開(kāi)啟PB1內(nèi)部上拉電阻。3．B端口輸入引腳寄放器——PINB

位76543210PORTB7PORTB6PORTB5PORTB4PORTB3PORTB2PORTB1PORTB0PINBR/WRN/ARN/ARN/ARN/ARN/ARN/ARN/ARN/A

輸入引腳寄放器主要用來(lái)讀取I/O口引腳電平的高低。

注意：“0B00000010〞，這種書(shū)寫(xiě)格式與B端口的PB0—PB7之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2—4所示。

PB7PB6PB5PB4PB3PB2PB1PB00B圖2—4

Atmega8C、D斷口的方向寄放器、數(shù)據(jù)寄放器、輸入引腳寄放器與B口相類(lèi)似，這里不在表達(dá)。二、端口的其次功能

大家可能注意到了，有些單片機(jī)引腳的功能不止一個(gè)，是什么原因呢？由于

工藝及標(biāo)準(zhǔn)化等原因，單片機(jī)引腳數(shù)目總是有限的。Atmega8單片機(jī)引腳數(shù)目為28個(gè)，但單片機(jī)為實(shí)現(xiàn)功能所需要的信號(hào)數(shù)目卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這個(gè)數(shù)。如何解決這個(gè)供需矛盾呢？正如有的人為了增加收入，要做一些兼職工作。單片機(jī)也同樣如此，當(dāng)引腳數(shù)量有限時(shí)，“兼職〞是唯一可行的方法，即給其中一些引腳賦以雙重功能。下面介紹Atmega8單片機(jī)引腳的其次功能。1．B端口引腳其次功能：見(jiàn)表2—1

表2—1B端口引腳其次功能引腳PB7PB6PB5PB4PB3PB2PB1PB0第二功能XTAL2（系統(tǒng)時(shí)鐘晶振引腳2）TOSC2（實(shí)時(shí)時(shí)鐘晶振引腳2）XTAL1（系統(tǒng)時(shí)鐘晶振引腳1或外部系統(tǒng)時(shí)鐘輸入口）TOSC1（實(shí)時(shí)時(shí)鐘晶振引腳1）SCK（SPI總線時(shí)鐘）MISO（SPI總線主輸入口/從輸出口）MOSI（SPI總線主輸出口/從輸入口）OC2（T/C2輸出比較匹配輸出口）SS（SPI總線主從選擇）OC1B（T/C1輸出比較B匹配輸出口）OC1A（T/C1輸出比較A匹配輸出口）ICP（T/C1輸入捕獲輸入口）①PB7——XTAL2/TOSC2XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘晶振引腳2。當(dāng)系統(tǒng)使用外部晶振時(shí)，該引腳連接晶振的一個(gè)腳，此時(shí)，該引腳不能作為I/O引腳使用。當(dāng)系統(tǒng)使用內(nèi)部可校準(zhǔn)的RC振蕩器或外部時(shí)鐘源時(shí)，該引腳可作為一般I/O口使用。

TOSC2：實(shí)時(shí)時(shí)鐘晶振引腳2。只有選中擇內(nèi)部可校準(zhǔn)的RC振蕩器作為系統(tǒng)時(shí)鐘源時(shí)，而且設(shè)置寄放器ASSR中的AS2位，允許使用異步時(shí)鐘定時(shí)器時(shí)，PB7才可用作TOSC2。當(dāng)ASSR寄放器的AS2位置“1〞，使能定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的異步時(shí)鐘功能時(shí)，PB7與端口引腳脫離，作為振蕩放大器的反向輸出端。在這種模式下，時(shí)鐘晶體連接到該引腳，且不能作為I/O引腳。

假使PB7被用作晶振，寄放器DDB7、PORTB7和PINB7讀出都為“0〞。②PB6——XTAL1/TOSC1

XTAL1：系統(tǒng)時(shí)鐘晶振引腳1。當(dāng)系統(tǒng)使用外部晶振時(shí)，該引腳連接晶振的一個(gè)腳，此時(shí)，該引腳不能作為I/O引腳使用。當(dāng)系統(tǒng)使用內(nèi)部可校準(zhǔn)的RC振蕩器或外部時(shí)鐘源時(shí)，該引腳可作為一般I/O口使用。

TOSC1：實(shí)時(shí)時(shí)鐘晶振引腳2。只有選中擇內(nèi)部可校準(zhǔn)的RC振蕩器作為系統(tǒng)時(shí)鐘源時(shí)，而且設(shè)置寄放器ASSR中的AS2位，允許使用異步時(shí)鐘定時(shí)器時(shí)，PB6才可用作TOSC1。當(dāng)ASSR寄放器的AS2位置“1〞，使能定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的異步時(shí)鐘功能時(shí)，PB6與端口引腳脫離，作為振蕩放大器的反向輸入端。在這種模式下，時(shí)鐘晶體連接到該引腳，且不能作為I/O引腳。

假使PB6被用作晶振，寄放器DDB6、PORTB6和PINB6讀出都為“0〞。③PB5——SCK

SCK：SPI串行總線接口時(shí)鐘線。當(dāng)系統(tǒng)作為主機(jī)時(shí)，SCK為SPI總線的時(shí)鐘輸出端；當(dāng)系統(tǒng)作為從機(jī)時(shí)，SCK為SPI總線的時(shí)鐘輸入端。當(dāng)使能SPI為從機(jī)模式時(shí)，無(wú)論DDB5是何設(shè)置，該引腳被強(qiáng)置為輸入。盡管SCK引腳被SPI

強(qiáng)置為輸入，且其內(nèi)部上拉電阻仍由PORTB5控制。當(dāng)使能SPI為主機(jī)時(shí)，PB5的數(shù)據(jù)方向由DDB5來(lái)控制。

④PB4——MISO

MISO：SPI串行總線接口的主機(jī)數(shù)據(jù)輸入/從機(jī)數(shù)據(jù)輸出端。當(dāng)使能SPI為主機(jī)模式時(shí)，無(wú)論DDB4，PB4都被設(shè)置為輸入，但其內(nèi)部上拉電阻仍由PORTB4控制。；當(dāng)使能SPI為從機(jī)模式時(shí)，PB4的數(shù)據(jù)方向由DDB4來(lái)控制。

⑤PB3——MOSI/OC2

MOSI：SPI串行總線接口的主機(jī)數(shù)據(jù)輸出/從機(jī)數(shù)據(jù)輸入端。當(dāng)使能SPI為從機(jī)模式時(shí)，無(wú)論DDB3，PB3都被設(shè)置為輸入，且其內(nèi)部上拉電阻仍由PORTB3控制。當(dāng)使能SPI為主機(jī)模式時(shí)，PB3的數(shù)據(jù)方向由DDB3來(lái)控制。

OC2：比較匹配輸出端。PB3引腳還可以作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2比較匹配的外部輸出口，此時(shí)，PB3引腳必需設(shè)置為輸出（DDB3=1）。在PWM應(yīng)用中，OC2引腳還可作為PWM定時(shí)器模塊的輸出引腳。

⑥PB2——SS/OC1B

SS：SPI總線從機(jī)選擇輸入。當(dāng)使能SPI為從機(jī)模式時(shí)，無(wú)論DDB2，PB2都被設(shè)置為輸入，且其內(nèi)部上拉電阻仍由PORTB2控制。當(dāng)使能SPI為主機(jī)模式時(shí)，PB2的數(shù)據(jù)方向由DDB2來(lái)控制。

OC1B：T/C1比較匹配B輸出端。PB2引腳還可以作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器1比較匹配B的外部輸出口，此時(shí)，PB2引腳必需設(shè)置為輸出（DDB2=1）。在PWM應(yīng)用中，OC1B引腳還可作為PWM定時(shí)器模塊的輸出引腳。

⑦PB1——OC1A

OC1A：T/C1比較匹配A輸出端。PB1引腳還可以作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器1比較匹配A的外部輸出口，此時(shí)，PB1引腳必需設(shè)置為輸出（DDB1=1）。在PWM應(yīng)用中，OC1A引腳還可作為PWM定時(shí)器模塊的輸出引腳。

⑧PB0——ICPICP：輸入捕獲的輸入引腳。PB0引腳能作為T(mén)/C1輸入捕獲功能的輸入引腳。2．C端口引腳其次功能：見(jiàn)表2—2

表2—2C端口引腳其次功能

引腳PC6PC5PC4PC3PC2PC1PC0第二功能RESET（系統(tǒng)復(fù)位引腳）ADC5（ADC輸入通道5）SCL（2線串行總線接口時(shí)鐘線）ADC4（ADC輸入通道4）SDA（2線串行總線接口數(shù)據(jù)輸入/輸出線）ADC3（ADC輸入通道3）ADC2（ADC輸入通道2）ADC1（ADC輸入通道1）ADC0（ADC輸入通道0）①PC6——RESETRESET：系統(tǒng)復(fù)位引腳。當(dāng)RSTDISBL熔絲位被置位時(shí)，PC6作為一般I/O引腳應(yīng)用，此時(shí)，芯片內(nèi)部的上電復(fù)位（POWER—UP）和掉電檢測(cè)復(fù)位（BROWN—OUT）作為系統(tǒng)的復(fù)位源。當(dāng)RSTDISBL熔絲位沒(méi)有被置位時(shí)，內(nèi)部復(fù)位電路將連接到PC6引腳，此時(shí)PC6不作為I/O口使用，當(dāng)被外部拉成低電平日，產(chǎn)生復(fù)位動(dòng)作，使系統(tǒng)復(fù)位。

②PC5——SCL/ADC5/

SCL：2線串行總線時(shí)鐘線。當(dāng)TWCR寄放器中的TWEN位被置“1〞時(shí)，使能TWI接口，，PC5將與I/O端口脫離，成為T(mén)WI總線接口的串行時(shí)鐘線。PC5工作在TWI模式下時(shí)，有一個(gè)尖峰濾波器連接到該引腳，能夠抑制輸入信號(hào)中小于50ns的毛刺，同時(shí)引腳將由具有緩沖率限制的開(kāi)漏驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。

ADC5：PC5也可以作為ADC輸入的通道5。注意：ADC輸入通道5由數(shù)字電源端Vcc供電。

③PC4——SDA/ADC4

SDA：2線串行總線時(shí)鐘線。當(dāng)TWCR寄放器中的TWEN位被置“1〞時(shí)，使能TWI接口，，PC4將與I/O端口脫離，成為T(mén)WI總線接口的串行時(shí)鐘線。PC4工作在TWI模式下時(shí)，有一個(gè)尖峰濾波器連接到該引腳，能夠抑制輸入信號(hào)中小于50ns的毛刺，同時(shí)引腳將由具有緩沖率限制的開(kāi)漏驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。

ADC4：PC4也可以作為ADC輸入的通道4。注意：ADC輸入通道4由數(shù)字電源端Vcc供電。

④PC3——ADC3

ADC3：PC3也可以作為ADC輸入的通道3。注意：ADC輸入通道3由模擬電源端AVcc供電

⑤PC2——ADC2

ADC2：PC2也可以作為ADC輸入的通道2。注意：ADC輸入通道2由模擬電源端AVcc供電。

⑥PC1——ADC1

ADC1：PC1也可以作為ADC輸入的通道1。注意：ADC輸入通道1由模擬電源端AVcc供電。

⑦PC0——ADC0

ADC0：PC0也可以作為ADC輸入的通道0。注意：ADC輸入通道0由模擬電源端AVcc供電。

⑧PD0——RXD

RXD：USART總線的數(shù)據(jù)輸入口。當(dāng)使用USART的數(shù)據(jù)接收功能時(shí)，無(wú)論DDD0為如何設(shè)置，PD0均為輸入，此時(shí)PD0內(nèi)部上拉電阻依舊由PORTD0控制。

3．D端口引腳其次功能：見(jiàn)表2—3

表2—3D端口引腳其次功能引腳PD7PD6PD5PD4PD3PD2PD1PD0第二功能AIN1（模擬比較器負(fù)輸入）AIN0（模擬比較器正輸入）T1（T/C1外部計(jì)數(shù)脈沖輸入口）XCK（USART外部時(shí)鐘輸入/輸出口）T0（T/C0外部計(jì)數(shù)脈沖輸入口）INT1（外部中斷1輸入）INT0（外部中斷0輸入）TXD（USART輸出口）RXD（USART輸入口）①PD7——AIN1AIN1：模擬比較器反相輸入。在使用模擬比較器功能時(shí)，應(yīng)將PD7設(shè)置為

輸入，且關(guān)斷內(nèi)部上拉電阻，防止數(shù)字口功能影響模擬比較器的性能。

②PD6——AIN0

AIN0：模擬比較器正相輸入。在使用模擬比較器功能時(shí)，應(yīng)將PD6設(shè)置為輸入，且關(guān)斷內(nèi)部上拉電阻，防止數(shù)字口功能影響模擬比較器的性能。

③PD5——T1

T1：T/C1外部計(jì)數(shù)脈沖輸入口④PD4——XCK/T0

XCK：USART串行總線外部時(shí)鐘輸入/輸出口T0：T/C0外部計(jì)數(shù)脈沖輸入口⑤PD3——INT1

INT1：外部中斷源1。PD3可作為一個(gè)外部中斷源的輸入口⑥PD2——INT0

INT0：外部中斷源0。PD2可作為一個(gè)外部中斷源的輸入口⑦PD1——TXD

TXD：USART總線的數(shù)據(jù)輸出口。當(dāng)使用USART的數(shù)據(jù)輸出功能時(shí)，無(wú)論DDD1如何設(shè)置，PD1均為輸出。

⑧PD0——RXD

RXD：USART總線的數(shù)據(jù)輸入口。當(dāng)使用USART的數(shù)據(jù)接收功能時(shí)，無(wú)論DDD0為如何設(shè)置，PD0均為輸入，此時(shí)PD0內(nèi)部上拉電阻依舊由PORTD0控制。

以上是Atmega8單片機(jī)各端口引腳的其次功能，有的引腳的其次功能比它的第一功能還有用，有時(shí)可以不利用它的第一功能，但是不能沒(méi)有它的其次功能。缺少了它的其次功能，單片機(jī)甚至不能工作。盡管單片機(jī)引腳的地二功能如此有用，但初學(xué)者對(duì)它們的用法感到迷惑不解，總以為其次功能和第一功能之間要有一個(gè)切換過(guò)程，或者說(shuō)要用某條指令來(lái)完成第一功能和其次功能的切換。實(shí)際上，單片機(jī)各引腳的其次功能完全是自動(dòng)的，不需要用指令來(lái)切換。

§2．4Atmega8存儲(chǔ)器

單片機(jī)開(kāi)始處理問(wèn)題之前，必需事先把編寫(xiě)好的各種程序和所需的一些常數(shù)送到單片機(jī)中存放起來(lái)。我們把能夠存放程序或數(shù)據(jù)的器件稱(chēng)為存儲(chǔ)器。下面我們看看單片機(jī)的存儲(chǔ)器畢竟是什么樣子的。

一、程序存儲(chǔ)器

程序指的是控制單片機(jī)動(dòng)作的一系列命令。單片機(jī)只認(rèn)識(shí)由“0〞和“1〞代碼構(gòu)成的機(jī)器指令，因此必需將我們用C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序轉(zhuǎn)換成它能認(rèn)識(shí)的指令碼。也就是說(shuō)在單片機(jī)處理問(wèn)題之前必需將將編好的程序、常數(shù)等編譯成機(jī)器代碼后存入單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，這種用與存放程序指令、常數(shù)的存儲(chǔ)器稱(chēng)為程序存儲(chǔ)器。

程序存儲(chǔ)器具有“非易失〞和“只讀〞屬性。所謂“非易失性〞指的是在掉電狀況下，儲(chǔ)存在程序存儲(chǔ)器中的程序代碼不會(huì)丟失?！爸蛔x性〞指的是單片機(jī)在正常工作時(shí)，不能往程序存儲(chǔ)器中寫(xiě)入數(shù)據(jù)，而只能從程序存儲(chǔ)器中將數(shù)據(jù)讀出，所以這種存儲(chǔ)器又稱(chēng)為ROM（ReadOnlyMemory）。要想往程序存儲(chǔ)器中寫(xiě)入數(shù)據(jù)，必需在特別條件下、用特定的設(shè)備進(jìn)行寫(xiě)操作。

Atmega8單片機(jī)所采用的程序存儲(chǔ)器就是一種可電擦除的只讀存儲(chǔ)器，稱(chēng)為FlashROM。由于所有的AVR指令都是16位或32位，因此Atmega8單片機(jī)Flash程序存儲(chǔ)器具有4K×16位的結(jié)構(gòu)。圖2—5為Atmega8單片機(jī)Flash程序存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)圖。另外，為了提高程序的安全性性，設(shè)計(jì)時(shí)已將Atmega8單片機(jī)的Flash程序存儲(chǔ)器分為引導(dǎo)程序區(qū)（BootProgramSection）和應(yīng)用程序區(qū)（ApplicationProgramSection）兩部分。我們可以通過(guò)對(duì)相應(yīng)熔絲位的編程設(shè)定，選擇是否需要使用引導(dǎo)程序區(qū)以及該區(qū)空間的大小。

16Bits$000應(yīng)用程序區(qū)引導(dǎo)程序區(qū)$FFF

圖2—5Flash程序存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

二、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

單片機(jī)中僅有程序存儲(chǔ)器是不夠的，由于它在作各種運(yùn)算時(shí)與人工計(jì)算類(lèi)似，為了得到最終結(jié)果，往往要經(jīng)過(guò)大量步的中間過(guò)程，得到大量中間結(jié)果。這些中間結(jié)果在運(yùn)算過(guò)程中也要有個(gè)地方存放才行。程序終止了，這些中間結(jié)果可能就不需要了。把它們放哪呢？當(dāng)然放在存儲(chǔ)器中。放在前面提到的程序存儲(chǔ)器中可以嗎？顯然不行，由于這些中間結(jié)果是隨時(shí)可能變化的，單片機(jī)要將它們寫(xiě)進(jìn)程序存儲(chǔ)器中，而在正常工作時(shí)程序存儲(chǔ)器又是不可以寫(xiě)的。所以，在單片機(jī)中還必需有一個(gè)存放中間結(jié)果的區(qū)域，稱(chēng)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器具有隨機(jī)可讀、可寫(xiě)的性能，稱(chēng)為RAM（RandomAccessMemory）。

Atmega8單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器包括SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和512B的E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的空間組織結(jié)構(gòu)如圖2—6。

通用工作寄放器組R0R1R2?R29R30R31I/O存儲(chǔ)器空間$00$01$02?$3D$3E$3F64個(gè)32個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間$0000$0001$0002?$001D$001E$001F$0020$0021$0022?$005D$005E$005F內(nèi)部SRAM$0060$00611024個(gè)?$045E

圖2—6SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的空間結(jié)構(gòu)

$045F可能有同學(xué)問(wèn)：在一般的計(jì)算機(jī)中，并沒(méi)有程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的說(shuō)法。其實(shí)，這正是單片機(jī)和一般計(jì)算機(jī)的不同之處之一。單片機(jī)在存儲(chǔ)空間上將程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)，這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)為哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)。而一般計(jì)算機(jī)中程序和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)空間。

單片機(jī)的存儲(chǔ)器為什么要采用這種哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)呢？這是由單片機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)所決定的。單片機(jī)往往是針對(duì)某個(gè)特定的對(duì)象和任務(wù)設(shè)計(jì)的，其程序設(shè)計(jì)成功后，一般不會(huì)再變化。因此程序（包括程序中的一些常數(shù)）可以而且也應(yīng)當(dāng)一次性的永久地存放到單片機(jī)中，這樣不僅省去了每次開(kāi)機(jī)時(shí)重新裝載程序，還可以有效地防止由于掉電和其他干擾而引起的程序丟失和錯(cuò)誤。三、I/O寄放器

Atmega8所有的I/O口及外圍設(shè)備的控制寄放器、數(shù)據(jù)寄放器都被設(shè)置在I/O寄放器空間中。表2—4列出了Atmega8單片機(jī)的I/O寄放器的地址空間分派、名稱(chēng)和功能。

表2—4Atmega8單片機(jī)I/O寄放器地址空間分派表十六進(jìn)制地址$00($0020)$01($0021)$02($0022)$03($0023)$04($0024)$05($0025)$06($0026)$07($0027)$08($0028)$09($0029)$0A($002A)$0B($002B)$0C($002C)$0D($002D)$0E($002E)$0F($002F)名稱(chēng)TWBRTWSRTWARTWDRADCLADCHADCSRADMUXACSRUBRRLUCSRBUCSRAUDRSPCRSPSRSPDR功能I2C波特率寄放器I2C狀態(tài)寄放器I2C從機(jī)寄放器I2C數(shù)據(jù)寄放器ADC數(shù)據(jù)寄放器低字節(jié)ADC數(shù)據(jù)寄放器高字節(jié)ADC控制和狀態(tài)寄放器ADC多路選擇器模擬比較控制和狀態(tài)寄放器USART波特率寄放器低8位USART控制狀態(tài)寄放器BUSART控制狀態(tài)寄放器AUSARTI/O數(shù)據(jù)寄放器SPI控制寄放器SPI狀態(tài)寄放器SPII/O數(shù)據(jù)寄放器

$10($0030)$11($0031)$12($0032)$13($0033)$14($0034)$15($0035)$16($0036)$17($0037)$18($0038)$19($0039)$1A($003A)$1B($003B)$1C($003C)$1D($003D)$1E($003E)$1F($003F)$20($0040)$21($0041)$22($0042)$23($0043)$24($0044)$25($0045)$26($0046)$27($0047)$28($0048)$29($0049)$2A($004A)$2B($004B)$2C($004C)$2D($004D)$2E($004E)$2F($004F)$30($0050)$31($0051)$32($0052)$33($0053)$34($0054)$35($0055)$36($0056)$37($0057)$38($0058)$39($0059)PINDDDRDPORTDPINCDDRCPORTCPINBDDRBPORTB(Reserved)(Reserved)(Reserved)EECREEDREEARLEEARHUCSRCUBRRHWDTCRASSROCR2TCNT2TCCR2ICR1LICR1HOCR1BLOCR1BHOCR1ALOCR1AHTCNT1LTCNT1HTCCR1BTCCR1ASFIOROSCCALTCNT0TCCR0MCUCSRMCUCRTWCRSPMCRTIFRTIMSKD端口輸入腳D端口數(shù)據(jù)方向寄放器D端口數(shù)據(jù)寄放器C端口輸入腳C端口數(shù)據(jù)方向寄放器C端口數(shù)據(jù)寄放器B端口輸入腳B端口數(shù)據(jù)方向寄放器B端口數(shù)據(jù)寄放器保存保存保存E2PROM控制寄放器E2PROM數(shù)據(jù)寄放器E2PROM地址寄放器低8位E2PROM地址寄放器高8位USART控制狀態(tài)寄放器CUSART波特率寄放器高4位看門(mén)狗定時(shí)器控制寄放器異步模式狀態(tài)寄放器T/C2輸出比較寄放器T/C2計(jì)數(shù)器T/C2控制寄放器T/C1輸入捕獲寄放器低8位T/C1輸入捕獲寄放器高8位T/C1輸出比較寄放器B低8位T/C1輸出比較寄放器B高8位T/C1輸出比較寄放器A低8位T/C1輸出比較寄放器A高8位T/C1計(jì)數(shù)器低8位T/C1計(jì)數(shù)器高8位T/C1控制寄放器BT/C1控制寄放器A特別功能I/O寄放器內(nèi)部RC振蕩器校準(zhǔn)值寄放器T/C0計(jì)數(shù)器T/C0控制寄放器MCU控制和狀態(tài)寄放器MCU控制寄放器I2C總線控制寄放器寫(xiě)程序存儲(chǔ)器控制寄放器T/C中斷標(biāo)志寄放器T/C中斷屏蔽寄放器$3A($005A)$3B($005B)$3C($005C)$3D($005D)$3E($005E)$3F($005F)GIFRGICR(Reserved)SPLSPHSREG通用中斷控制寄放器通用中斷控制寄放器保存堆棧指針寄放器低8位堆棧指針寄放器高8位狀態(tài)寄放器§2．5時(shí)鐘電路和復(fù)位電路

一、時(shí)鐘源

單片機(jī)在執(zhí)行指令時(shí)，尋常將一條指令分解為若干基本的微操作，這些微操作對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)在時(shí)間上的先后次序，稱(chēng)為單片機(jī)的時(shí)序。

為了保證同步工作，單片機(jī)內(nèi)部電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下，嚴(yán)格地依照時(shí)序進(jìn)行工作。

Atmega8共有5種源，如圖2—7所示。

外部晶振CPU時(shí)鐘clkCPU外部RC振蕩器外部低頻晶振外部時(shí)鐘內(nèi)部RC晶振時(shí)鐘源選擇器I/O時(shí)鐘clkI/O主時(shí)鐘時(shí)鐘控制器Flash時(shí)鐘clkFLASHADC時(shí)鐘clkADC異步定時(shí)器時(shí)鐘clkASY

圖2—7Atmega8時(shí)鐘系統(tǒng)

具體的Atmega8應(yīng)用系統(tǒng)采用哪種時(shí)鐘源，可以通過(guò)利用廣州雙龍MCU下載程序V1.3.4對(duì)Atmega8內(nèi)部的熔絲位CKSEL進(jìn)行編程設(shè)置，如表2—6。

表2—5Atmega8時(shí)鐘源選擇可選擇的時(shí)鐘源外部晶振外部RC振蕩器外部低頻晶振外部時(shí)鐘內(nèi)部RC振蕩熔絲位CKSEL3，2，1，01111—10101000—0101100100000100—0001例如：采用8.000MHz內(nèi)部RC振蕩器，我們可以利用V1.3.4進(jìn)行如圖2—8所示設(shè)置。

圖2—8

注意：在圖2—8中，打“√〞表示相應(yīng)的CKSEL被編程，且為“0〞。1．外部晶振

Atmega8的XTAL1和XTAL2分別為片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入、輸出端，可在外部連接石英晶體（對(duì)頻率要求不高時(shí)可接陶瓷晶體），構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，產(chǎn)生一個(gè)與石英晶體固有頻率相等的時(shí)鐘信號(hào)，如圖2—9。

C2XTAL2C1XTAL1GNDATmega8

圖2—9外部晶振連接圖

圖中晶振頻率可以在0.4—16MHz之間選擇。C1、C2尋常選則容量為12~22pF的NPO電容，且使兩者的容量相等。另外，為了保證振蕩器的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，晶體、電容盡可能靠近芯片，以減少分布電容的影響。

使用外部晶振，可以通過(guò)熔絲位CKOPT選擇兩種不同的工作方式：當(dāng)熔絲位CKOPT被編程時(shí)，外部晶振振蕩器輸出一個(gè)滿幅的振蕩信號(hào)，使系統(tǒng)適合在高噪聲環(huán)境下工作，或需要把從XTAL2的時(shí)鐘信號(hào)作為時(shí)鐘信號(hào)輸出；當(dāng)熔絲位CKOPT未4被編程時(shí)，外部晶振振蕩器輸出一個(gè)小擺幅的振蕩信號(hào)，此時(shí)相應(yīng)減少了功率消耗。但此方式的工作頻率范圍受限，而且振蕩器的輸出不能作為外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)使用。

外部晶振振蕩器的每種工作方式又有不同的三種模式，可以通過(guò)熔絲位

CKSEL（3、2、1）不同的編程組合來(lái)選擇，具體狀況參見(jiàn)表2—6。

表2—6外部晶振振蕩器不同工作模式工作方式1熔絲位工作頻率范C1、C2（使用石圍（MHz）英晶體，pF）CKOPTCKSEL（3、2、1）僅使用于陶瓷振蕩器11010.4~0.911100.9~3.012~2211113.0~8.012~2200101、110、111≤1.012~222．外部時(shí)鐘源在由多個(gè)單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了保證各單片機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)的同步，應(yīng)當(dāng)引入唯一的公用外部脈沖作為各單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖。

Atmega8采用外部時(shí)鐘源時(shí)，連接方法如圖2—10，而且要將熔絲位CKSEL編程為“0000〞。另外，通過(guò)對(duì)熔絲位CKOPT編程，可以使芯片內(nèi)部XTAL1與地之間的36pF有效。

NCXTAL2外部時(shí)鐘信號(hào)XTAL1GNDATmega8

圖2—10外部時(shí)鐘源接法

3．可校準(zhǔn)的內(nèi)部RC振蕩器

Atmega8中集成了可校準(zhǔn)的內(nèi)部RC振蕩電路，它可以提供固定的1.0、2.0、4.0或8.0MHz時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)頻率要求不高時(shí)，可以作為系統(tǒng)時(shí)鐘源，從而使得系統(tǒng)硬件配置變得簡(jiǎn)單。我們可以通過(guò)對(duì)熔絲位CKSEL編程來(lái)選用內(nèi)部RC振蕩器作為系統(tǒng)時(shí)鐘（熔絲位CKOPT應(yīng)處于未編程狀態(tài)），見(jiàn)表2—7。

表2—7使用內(nèi)部RC振蕩器的不同工作模式熔絲位CKSEL（3、2、1、0）0001001000110100工作頻率（MHz）1.02.04.08.0注意：Atmega8芯片出廠時(shí)設(shè)置為0001由Atmega8構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)除了可以選擇以上三種時(shí)鐘源外，還可以采用外部RC振蕩器或外部低頻晶振作為系統(tǒng)時(shí)鐘源，具體使用方法參照相關(guān)的技術(shù)文件。

二、單片機(jī)的復(fù)位電路

復(fù)位功能類(lèi)似預(yù)備鈴的作用，預(yù)備鈴一響，大家就自動(dòng)進(jìn)入教室，在這段時(shí)間里，老師還沒(méi)有開(kāi)始上課。對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，復(fù)位的時(shí)候，CPU也沒(méi)有開(kāi)始執(zhí)行程序，只是做準(zhǔn)備工作。

Atmega8單片機(jī)有4個(gè)復(fù)位源：上電復(fù)位、外部復(fù)位、看門(mén)狗復(fù)位和電源電壓檢測(cè)BOD復(fù)位。下面我們?cè)敿?xì)介紹Atmega8的上電復(fù)位功能。

上電復(fù)位脈沖（POR）由Atmega8芯片內(nèi)部的電源檢測(cè)電路產(chǎn)生，檢測(cè)電平門(mén)限見(jiàn)表2—8。當(dāng)系統(tǒng)電源電壓VCC低于上電復(fù)位門(mén)限電平VPOT，產(chǎn)生內(nèi)部復(fù)位脈沖，使MCU復(fù)位。

表2—8Atmega8復(fù)位特性

符號(hào)參數(shù)上電復(fù)位門(mén)限電壓（上升沿）條件最小值典型值最大值單位VPOT1.42.3V上電復(fù)位門(mén)限電壓（下降沿）1.32.3VVRST復(fù)位引腳門(mén)限電壓0.10.9V復(fù)位引腳需要的最小脈寬tRST50nsBODLEVEL=1VBOT掉電復(fù)位門(mén)限電壓2.52.73.2VBODLEVEL=03.74.04.5VTBOD掉電檢測(cè)的低電壓最小寬度BODLEVEL=12usBODLEVEL=02usVHYST掉電檢測(cè)遲滯電壓130mV當(dāng)系統(tǒng)上電電壓達(dá)到上電復(fù)位門(mén)限電平VPOT時(shí)，啟動(dòng)Atmega8芯片內(nèi)部一個(gè)延時(shí)計(jì)數(shù)器，由它決定Atmega8上電后保持復(fù)位狀態(tài)的時(shí)間，如圖2—11。

VPOT系統(tǒng)電源電壓VccVRST復(fù)位引腳電平t延時(shí)延遲時(shí)間內(nèi)部復(fù)位脈沖

圖2—11MCU上電復(fù)位（復(fù)位引腳接到系統(tǒng)電源VCC）

由上面的介紹可知，由于Atmega8特有的上電復(fù)位功能，在它構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)中，我們可以不用外設(shè)復(fù)位電路，只要將其復(fù)位引腳直接接到電源端即可，從而簡(jiǎn)化了硬件電路，這也是單片機(jī)發(fā)展的方向。

Atmega8其它三種復(fù)位源，請(qǐng)大家參考相關(guān)的技術(shù)資料。

§2．6中斷系統(tǒng)

中斷系統(tǒng)是單片機(jī)的重要組成部分，實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)傳送、故障自動(dòng)處理等往往都采用中斷系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)的應(yīng)用使單片機(jī)的功能更強(qiáng)、效率更高、使用更加靈活便利。本章主要介紹中斷的概念以及Atmega8單片機(jī)的中斷系統(tǒng)。一、中斷的概念：

㈠什么是中斷

所謂中斷指的是由于某中原因，使當(dāng)前正在進(jìn)行的工作暫時(shí)中止，改為去執(zhí)行另一項(xiàng)工作，待這項(xiàng)工作處理完后，回到原來(lái)的地方繼續(xù)以前的工作。

其實(shí)，在我們?nèi)粘Ｉ钪幸步?jīng)常發(fā)生中斷現(xiàn)象。例如：小王正在家中看書(shū)，突然響起急促的電話鈴。小王放下手中的所看的書(shū)，去聽(tīng)電話。電話是他同學(xué)打來(lái)的，因兩人很久沒(méi)有聯(lián)系，自然少不了一番問(wèn)候。之后，小王掛斷電話，又繼續(xù)看書(shū)。

㈡、中斷的基本術(shù)語(yǔ)1．主程序

主程序就是單片機(jī)中斷前所執(zhí)行的程序。上例中小王看書(shū)的過(guò)程可以理解為主程序。

2．中斷源

中斷源即引起中斷的原因或事件。上例中小王的同學(xué)是引起小王中斷看書(shū)的根本原因，因此，小王的同學(xué)是產(chǎn)生這次中斷的中斷源。

3．中斷請(qǐng)求信號(hào)

中斷請(qǐng)求信號(hào)指的是中斷源通過(guò)什么方式請(qǐng)求中斷。上例中小王的同學(xué)是通過(guò)電話鈴聲請(qǐng)求中斷的，因此，電話鈴聲是產(chǎn)生這次中斷的中斷請(qǐng)求信號(hào)。

4．中斷服務(wù)程序

中斷服務(wù)程序即發(fā)生中斷后所執(zhí)行的程序。上例中小王暫?？磿?shū)后所做的事是接他同學(xué)的電話，因此，小王接聽(tīng)電話是中斷服務(wù)程序。

5．?dāng)帱c(diǎn)

斷點(diǎn)就是主程序被斷開(kāi)的位置。在上例中，假設(shè)小王剛好看到第98頁(yè)時(shí)，電話鈴聲響了，小王暫停看書(shū)去接聽(tīng)電話，那么第98頁(yè)就是斷點(diǎn)。

6．中斷的優(yōu)先級(jí)在同一時(shí)刻，使單片機(jī)暫停當(dāng)前正在執(zhí)行程序的中斷源有可能不止一個(gè)，而每個(gè)中斷源都有自己的“份量〞，有的請(qǐng)求比較迫切，單片機(jī)必需盡快響應(yīng)，而有的則可以等會(huì)后才響應(yīng)，這就是中斷的優(yōu)先級(jí)。二、Atmega8單片機(jī)的中斷系統(tǒng)

不同型號(hào)的單片機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)和軟件指令有所不同，中斷系統(tǒng)也有所不同。下面我們就來(lái)看看Atmega8單片機(jī)的的中斷系統(tǒng)。

㈠中斷源

Atmega8單片機(jī)提供了18個(gè)中斷源和一個(gè)復(fù)位向量。每個(gè)中斷源在程序空間都有一個(gè)獨(dú)立的中斷向量號(hào)（地址），如表2—9所示。

表2—9Atmega8中斷源和中斷向量中斷向量號(hào)12345678910111213141516171819中斷源RESETINT0INT1TIMER2COMPTIMER2OVFTIMER1CAPTTIMER1COMPATIMER1COMPBTIMER1OVFTIMER0OVFSPI，STCUSART，RCXUSART，UDREUSART，TXCADCEE_RDYANA_COMPTWISPM_RDY中斷定義上電、外部、BOD、看門(mén)狗復(fù)位外部中斷0外部中斷1定時(shí)/計(jì)數(shù)器2比較匹配定時(shí)/計(jì)數(shù)器2溢出中斷定時(shí)/計(jì)數(shù)器1捕獲事件定時(shí)/計(jì)數(shù)器1比較匹配A定時(shí)/計(jì)數(shù)器1比較匹配B定時(shí)/計(jì)數(shù)器1溢出中斷定時(shí)/計(jì)數(shù)器0溢出中斷SPI串行傳輸完成USART，Rx完成USART，寄放器空USART，Tx完成ADC轉(zhuǎn)換完成E2PROM準(zhǔn)備好模擬比較器兩線串行接口（I2C）寫(xiě)程序存儲(chǔ)器準(zhǔn)備好在這19個(gè)中斷向量中，中斷向量號(hào)越小的，其中斷優(yōu)先級(jí)別越高。

㈡與外部中斷有關(guān)寄放器

在Atmega8單片機(jī)18個(gè)中斷源中，每個(gè)中斷源都有獨(dú)立的中斷使能位，在這里我們先介紹與外部中斷有關(guān)使能位，其它（如定時(shí)/計(jì)數(shù)器溢出中斷）在相應(yīng)章節(jié)中介紹。Atmega8與外部中斷有關(guān)的寄放器有MCUCR、GICR、GIFR。這三個(gè)寄放器是如何為外部中斷系統(tǒng)服務(wù)呢？具體地說(shuō)，Atmega8兩個(gè)外部中斷源的中斷方式鎖存在MCUCR中。這兩個(gè)外部中斷源的中斷請(qǐng)求，能否得到響應(yīng)，還受通用中斷控制寄放器GICR中各位的控制和狀態(tài)寄放器I位控制（I位置1，允許全局中斷，在C語(yǔ)言中定義為SEI（））。響應(yīng)中斷后的中斷標(biāo)志寄放在通用中斷標(biāo)志寄放器GIFR中。

1．MCU控制積存器——MCUCR

MCUCR寄放器中包含外部中斷方式控制位和一般的MCU功能控制位，每一位定義如下。

位7SER/W復(fù)位值R/W06SM2R/W05SM1R/W043210MCUCRSM0ISC11ISC10ISC01ISC00R/W0R/W0R/W0R/W0R/W0

⑴位3、2：外部中斷1的中斷方式控制位

假使?fàn)顟B(tài)寄放器中的I位和中斷控制寄放器GICR中相應(yīng)的中斷屏蔽位被置“1〞，外部中斷1會(huì)由引腳INT1（PD3）上電平的變化而觸發(fā)。外部中斷1的中斷方式定義如表2—10。

表2—10INT1中斷方式

位30011位20101中斷方式INT1的低電平產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求INT1的下降沿和上升沿都產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求INT1的下降沿產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求INT1的上升沿產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求我們用C語(yǔ)言編寫(xiě)了這樣一條語(yǔ)句：MCUCR=0x08；其意思是外部中斷1采用INT1引腳上脈沖下降沿觸發(fā)。

⑵位1、0：外部中斷0的中斷方式控制位

假使?fàn)顟B(tài)寄放器中的I位和中斷控制寄放器GICR中相應(yīng)的中斷屏蔽位被置“1〞，外部中斷0會(huì)由引腳INT0（PD2）上電平的變化而觸發(fā)。外部中斷0的中斷方式定義如表2—11。

表2—11INT0中斷方式位1位0中斷方式00INT0的低電平產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求01INT0的下降沿和上升沿都產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求10INT0的下降沿產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求11INT0的上升沿產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求我們用C語(yǔ)言編寫(xiě)了這樣一條語(yǔ)句：MCUCR=0x02；其意思是外部中斷0采用INT0引腳上脈沖下降沿觸發(fā)。

2．通用中斷控制寄放器—GICR

我們用GICR寄放器的控制位定義相應(yīng)外部中斷使能，每一控制位的定義如下。

位7INT1R/W復(fù)位值R/W06INT0R/W05-R04-R03-R02-R010GICRIVSELIVCER/W0R/W0

⑴位7：外部中斷1使能當(dāng)位7置“1〞，同時(shí)狀態(tài)寄放器SREG的I位被置“1〞時(shí)（即開(kāi)啟全局中斷），外部中斷1被使能（開(kāi)放）。即使INT1引腳（即PD3）被定義為輸出方式，其上的有效電平變化仍會(huì)觸發(fā)中斷。

⑵位6：外部中斷0使能當(dāng)位6置“1〞，同時(shí)狀態(tài)寄放器SREG的I位被置“1〞時(shí)（即開(kāi)啟全局中斷），外部中斷0被使能（開(kāi)放）。即使INT0引腳（即PD2）被定義為輸出方式，其上的有效電平變化仍會(huì)觸發(fā)中斷。

3．通用中斷標(biāo)志寄放器—GIFR

位765-R04-R03-R02-R01-R00-R0GIFRINTF1INTF0R/W復(fù)位值R/W0R/W0

⑴當(dāng)INT1引腳（即PD3）上的有效電平觸發(fā)一個(gè)中斷請(qǐng)求后，GIFR寄放

器的位7會(huì)變成“1〞。假使SREG寄放器中的I位和GICR的位7被置“1〞，MCU將跳至相應(yīng)的中斷處開(kāi)始執(zhí)行中斷服務(wù)程序，同時(shí)硬件自動(dòng)將GIFR的位7清零。假使將規(guī)律“1〞寫(xiě)到GIFR的位7，該位將被清零。

⑵當(dāng)INT0引腳（即PD2）上的有效電平觸發(fā)一個(gè)中斷請(qǐng)求后，GIFR寄放器的位6會(huì)變成“1〞。假使SREG寄放器中的I位和GICR的位6被置“1〞，MCU將跳至相應(yīng)的中斷處開(kāi)始執(zhí)行中斷服務(wù)程序，同時(shí)硬件自動(dòng)將GIFR的位6清零。假使將規(guī)律“1〞寫(xiě)到GIFR的位6，該位將被清零。三、單片機(jī)中斷處理過(guò)程

㈠中斷響應(yīng)的條件單片機(jī)在運(yùn)行時(shí)，將對(duì)所有中斷源按優(yōu)先級(jí)順序檢測(cè)，單片機(jī)響應(yīng)中斷的條件是：

1．中斷源有中斷請(qǐng)求；

2．MCU開(kāi)放全局中斷，即狀態(tài)寄放器SREG的I位置“1〞（用C語(yǔ)言編程時(shí)定義為“SEI（）；〞）；

3．通用中斷控制寄放器GICR的相應(yīng)位置“1〞。滿足以上條件，MCU一般會(huì)響應(yīng)中斷。㈡中斷處理過(guò)程

中斷處理過(guò)程可以分為中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回3個(gè)階段。1．中斷響應(yīng)

中斷響應(yīng)包括保護(hù)斷點(diǎn)和將程序轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序的向量入口。當(dāng)有中斷源申請(qǐng)中斷時(shí)，先將這些中斷的標(biāo)志位置“1〞，以便MCU采樣每一個(gè)中斷標(biāo)志。MCU根據(jù)具體狀況決定是否響應(yīng)中斷。假使MCU沒(méi)有更急、更重要的任務(wù)，則在執(zhí)行完當(dāng)前指令后響應(yīng)中斷申請(qǐng)。

2．中斷處理

中斷處理就是執(zhí)行中斷服務(wù)程序。3．中斷返回

中斷返回就是完成中斷服務(wù)程序后，程序返回到斷點(diǎn)的位置，繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的程序。

四、C語(yǔ)言編制中斷源程序

對(duì)中斷實(shí)現(xiàn)控制，實(shí)質(zhì)上就是對(duì)上面所講的幾個(gè)與中斷有關(guān)的寄放器進(jìn)行管理和控制。只要將這些寄放器的相應(yīng)位依照我們的要求進(jìn)行狀態(tài)預(yù)置，MCU就會(huì)依照我們的意圖對(duì)中斷源進(jìn)行管理和控制。

C語(yǔ)言編制中斷程序的要點(diǎn)如下：

1．程序中必需有“#include〞調(diào)用中斷頭文件的偽指令。2．MCU要開(kāi)放全局中斷，即程序中要么對(duì)狀態(tài)寄放器SREG的I位置“1〞，要么在中斷程序中包含有“SEI()；〞語(yǔ)句。一般編程時(shí)采用其次種方式。

3．相應(yīng)中斷控制寄放器（如GICR）相應(yīng)位置“1〞。

4．對(duì)于外部中斷源，還必需用MCUCR寄放器定義中斷方式，是低電平觸發(fā)中斷，還是下降沿，或上升沿觸發(fā)中斷。

5．聲明中斷源入口的中斷向量，書(shū)寫(xiě)格式為：

#pragmainterrupt_handler中斷服務(wù)程序名_isr：中斷向量6．編制中斷服務(wù)程序，書(shū)寫(xiě)格式如下：

#pragmainterrupt_handler中斷服務(wù)程序名_isr：中斷向量void中斷服務(wù)程序名_isr：中斷向量{

中斷服務(wù)程序內(nèi)容}

假使多個(gè)中斷源使用同一個(gè)中斷服務(wù)程序，可以用不同的中斷向量聲明屢屢，如INT0和INT1使用同一個(gè)中斷服務(wù)程序：#pragmainterrupt_handlerint0_isr：2#pragmainterrupt_handlerint0_isr：3voidint0_isr(void){

中斷服務(wù)程序內(nèi)容}

§2．7定時(shí)/計(jì)數(shù)器

在自動(dòng)控制中，往往需要實(shí)時(shí)時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)或延時(shí)，也往往要對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。下面分析定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理和Atmega8單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。一、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理

1．定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理圖：圖2—12

振蕩器分頻器Ｋ１Ｋ２加１計(jì)數(shù)器溢出標(biāo)記寄放器溢出中斷請(qǐng)求信號(hào)Ｔ０或Ｔ１圖2—12

定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理

2．振蕩器

振蕩器由單片機(jī)內(nèi)部元件或內(nèi)部元件與相應(yīng)引腳所接的外部元件構(gòu)成，產(chǎn)生一定頻率（如8MHz）的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)clkI/O。

3．分頻器

Atmega8中由一個(gè)10位預(yù)定比例分頻器構(gòu)成，它將振蕩器所產(chǎn)生的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)按一定比例（如8或64）進(jìn)行分頻，形成符合計(jì)數(shù)器使用的計(jì)數(shù)時(shí)鐘clkT。

4．T0或T1

T0或T1是來(lái)自單片機(jī)外部引腳T0或T1的時(shí)鐘信號(hào)。5．K1、K2

K1、K2是兩個(gè)由定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄放器TCCR控制的模擬開(kāi)關(guān)。其中，K1控制加1計(jì)數(shù)器是對(duì)內(nèi)部計(jì)數(shù)時(shí)鐘計(jì)數(shù)（或計(jì)時(shí)）還是對(duì)外部時(shí)鐘計(jì)數(shù)（或計(jì)時(shí)）；K2控制加1計(jì)數(shù)器是否開(kāi)始計(jì)數(shù)（或計(jì)時(shí)）。

6．加1計(jì)數(shù)器

加1計(jì)數(shù)器是定時(shí)/計(jì)數(shù)器的核心，它的基本功能就是對(duì)輸入給它的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。下面談?wù)勁c加1計(jì)數(shù)器的有關(guān)的幾個(gè)基本概念。

⑴計(jì)數(shù)器的容量

無(wú)論是計(jì)數(shù)還是定時(shí)，都不能無(wú)限地進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)有一個(gè)計(jì)數(shù)次數(shù)、定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短的限制，否則單片機(jī)怎么知道計(jì)數(shù)已滿、定時(shí)時(shí)間已到呢？那么單片機(jī)中的計(jì)數(shù)器有多大容量？對(duì)于8位計(jì)數(shù)器，它的最大計(jì)數(shù)容量是28=256；對(duì)于16位計(jì)數(shù)器，它的最大計(jì)數(shù)容量是216=65536。

⑵初值

計(jì)數(shù)器存在一個(gè)最大的計(jì)數(shù)范圍、最長(zhǎng)的定時(shí)時(shí)間。但在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，往往不需要計(jì)數(shù)這么屢屢或定時(shí)這么長(zhǎng)的時(shí)間。這里就涉及到計(jì)數(shù)器初值的問(wèn)題。

譬如一個(gè)空杯最多能裝1000滴水，對(duì)了就溢出。但假使我想讓它滴800滴水就溢出，怎么辦呢？“烏鴉喝水〞給我們很好的啟示，只要在開(kāi)始滴水之前就先往杯里放入200滴水。

對(duì)于計(jì)數(shù)器，其實(shí)也如此。譬如說(shuō)一個(gè)8位的計(jì)數(shù)器，最多能計(jì)256個(gè)脈沖。假使我想讓它計(jì)156個(gè)脈沖就溢出，只要在計(jì)數(shù)開(kāi)始之前在計(jì)數(shù)器中放入100個(gè)脈沖數(shù)就達(dá)到目的了。這個(gè)100就是計(jì)數(shù)器的初值。

⑶溢出

既然計(jì)數(shù)器和我們?nèi)粘Ｊ褂玫乃粯?，有一個(gè)最大容量的問(wèn)題。因此，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)已滿時(shí)，假使還繼續(xù)往里面輸入計(jì)數(shù)脈沖，那么它就會(huì)象一個(gè)水杯裝滿水后，假使繼續(xù)往里面滴水，多余的水就會(huì)從水杯中流到地，這就是定時(shí)器的溢出。

日常生活中水杯的溢出和單片機(jī)中計(jì)數(shù)器的溢出，有一致的地方，也有不同之處。兩者不同之處表現(xiàn)在：當(dāng)水杯發(fā)生溢出現(xiàn)象時(shí)，只是使多余的水流到杯外，整個(gè)杯中裝滿了水，而計(jì)數(shù)器發(fā)生溢出時(shí)，不僅把多余的脈沖“流〞到計(jì)數(shù)器外，而且會(huì)將計(jì)數(shù)器原來(lái)所計(jì)有的脈沖數(shù)全部清空；另外，水杯發(fā)生溢出后，不會(huì)自動(dòng)再往杯中滴水，而計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出后，它會(huì)自動(dòng)從0開(kāi)始計(jì)數(shù)。假使不想讓它從0開(kāi)始，那么可以對(duì)它重新賦初值，從所賦的初值開(kāi)始計(jì)數(shù)。二、Atmega8單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器

Atmega8單片機(jī)有3個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器：8位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器0（T/C0）、16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器1（T/C1）、8位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器2（T/C2）。這些定時(shí)/計(jì)數(shù)器除了能夠?qū)崿F(xiàn)尋常的定時(shí)和計(jì)數(shù)功能外，還具有捕獲、比較、脈寬調(diào)制輸出和實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)等功能。這里我們主要介紹它們的定時(shí)/計(jì)數(shù)功能。

㈠8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器0——T/C0

定時(shí)/計(jì)數(shù)器0是一個(gè)單通道計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)和對(duì)外部事件計(jì)數(shù)，它帶有一個(gè)10位的預(yù)定比例分頻器。下面我們看看與定時(shí)和計(jì)數(shù)有關(guān)的寄放器。

1．T/C0控制寄放器——TCCR0

位765432CS02R/W01CS01R/W00CS00R/W0TCCR0_R/WR復(fù)位值0_R0_R0_R0_R0

TCCR0主要通過(guò)不同的控制位來(lái)實(shí)現(xiàn)：①計(jì)數(shù)器的開(kāi)始或中止；②對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘計(jì)數(shù)（或定時(shí)），還是對(duì)外部時(shí)鐘計(jì)數(shù)（或定時(shí)）；③假使是對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘計(jì)數(shù)（或定時(shí)），那么采用的預(yù)定分頻比例是多少。具體定義如表2—12。

表2—12T/C0時(shí)鐘源選擇位2位1位0說(shuō)明000無(wú)計(jì)數(shù)時(shí)鐘源（定時(shí)/計(jì)數(shù)器中止）001采用系統(tǒng)時(shí)鐘作為計(jì)數(shù)時(shí)鐘源010采用系統(tǒng)時(shí)鐘的8分頻作為計(jì)數(shù)時(shí)鐘源011采用系統(tǒng)時(shí)鐘的64分頻作為計(jì)數(shù)時(shí)鐘源100采用系統(tǒng)時(shí)鐘的256分頻作為計(jì)數(shù)時(shí)鐘源101采用系統(tǒng)時(shí)鐘的1024分頻作為計(jì)數(shù)時(shí)鐘源110采用T0引腳輸入的外部時(shí)鐘（下降沿驅(qū)動(dòng)）111采用T0引腳輸入的外部時(shí)鐘（上升沿驅(qū)動(dòng)）2．T/C0中斷屏蔽寄放器——TIMSK位76543210TOIE0TIMSKR/W0OCIE2TOIE2TICIE1OCIE1AOCIE1BTOIE1R/WR/WR/W0R/W0R/W0R/W0R/W0復(fù)位值0_R/W0

TIMSK主要功能之一就是控制T/C0溢出中斷是開(kāi)放還是屏蔽。當(dāng)該寄放器的位0置“1〞，且狀態(tài)寄放器（SREG）的I位置“1〞時(shí)，開(kāi)放T/C0的溢出中斷，否則，屏蔽T/C0的溢出中斷。用C語(yǔ)言定義T/C0開(kāi)放溢出中斷的語(yǔ)句如下：

TIMSK=0X01；//T/C0溢出中斷使能SEI（）；//全局中斷使能

3．T/C0溢出標(biāo)志寄放器——TIFR

位7OCF26TOV2R/W05ICF1R/W04OCF1AR/W03OCF1BR/W02TOV1R/W010TOV0R/W0TIFR_R/W0R/WR/W復(fù)位值0

當(dāng)T/C0產(chǎn)生溢出時(shí)，TIFR的位0變?yōu)椤?〞，向MCU提出溢出中斷請(qǐng)求，

這是假使TIMSK的位0也置“1〞（T/C0溢出中斷使能），SREG的I位置“1〞（全局中斷使能），那么MCU轉(zhuǎn)入T/C0溢出中斷向量，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，同時(shí)TIFR的位0自動(dòng)清0，為下一次產(chǎn)生溢出中斷作準(zhǔn)備。寫(xiě)入一個(gè)規(guī)律“1〞到TIFR的位0（如：TIFR=0X01），也可以將該位清0。

4．T/C0計(jì)數(shù)寄放器——TCNT0

TCNT0是一個(gè)8位寄放器，主要用于鎖存T/C0計(jì)數(shù)器所記錄的脈沖數(shù)。在用C編程時(shí)，主要利用TCNT0給計(jì)數(shù)器賦初值，如：TCNT0=0XB1；//給TCNT0賦初值B1。

㈡16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器1——T/C1

定時(shí)/計(jì)數(shù)器1是一個(gè)真正的16位計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)和對(duì)外部事件計(jì)數(shù)及捕獲、比較、脈寬調(diào)制輸出的功能，它帶有一個(gè)與T/C0一致的預(yù)定比例分頻器。下面我們介紹它與定時(shí)和計(jì)數(shù)有關(guān)的寄放器。

1．T/C1控制寄放器A——TCCR1A

TCCRA是一個(gè)8位寄放器，其相應(yīng)的位主要用于控制Atmega8比較輸出引腳PB1、PB2的輸出行為及波形發(fā)生器的工作模式等，有關(guān)這些內(nèi)容我們?cè)谄渌鹿?jié)中介紹。

2．T/C1控制寄放器B——TCCR1B

位7654321CS11R/W00CS10TCCR1BR/W0ICNC1ICES1R/WR/WR/W0復(fù)位值0_R0WGM13WGM12CS12R/W0R/W0R/W0

TCCR0的位2、位1、位0的不同組合主要用來(lái)控制：①計(jì)數(shù)器的開(kāi)始或中止；②對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘計(jì)數(shù)（或定時(shí)），還是對(duì)外部時(shí)鐘計(jì)數(shù)（或定時(shí)）；③假使是對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘計(jì)數(shù)（或定時(shí)），那么采用的預(yù)定分頻比例是多少。具體定義如表2—13。

表2—13T/C1時(shí)鐘源選擇

位2位1位0說(shuō)明000無(wú)計(jì)數(shù)時(shí)鐘源（定時(shí)/計(jì)數(shù)器中止）001采用系統(tǒng)時(shí)鐘作為計(jì)數(shù)時(shí)鐘源010采用系統(tǒng)時(shí)鐘的8分頻作為計(jì)數(shù)時(shí)鐘源011采用系統(tǒng)時(shí)鐘的64分頻作為計(jì)數(shù)時(shí)鐘源100采用系統(tǒng)時(shí)鐘的256分頻作為計(jì)數(shù)時(shí)鐘源101采用系統(tǒng)時(shí)鐘的1024分頻作為計(jì)數(shù)時(shí)鐘源110采用T1引腳輸入的外部時(shí)鐘（下降沿驅(qū)動(dòng)）111采用T1引腳輸入的外部時(shí)鐘（上升沿驅(qū)動(dòng)）2．T/C1中斷屏蔽寄放器——TIMSK位76543210TOIE0TIMSKR/W0OCIE2TOIE2TICIE1OCIE1AOCIE1BTOIE1R/WR/WR/W0R/W0R/W0R/W0R/W0復(fù)位值0_R/W0

TIMSK主要功能之一就是控制T/C1溢出中斷是開(kāi)放還是屏蔽。當(dāng)該寄放器的位0置“1〞，且狀態(tài)寄放器（SREG）的I位置“1〞時(shí)，開(kāi)放T/C1的溢出中斷，否則，屏蔽T/C1的溢出中斷。用C語(yǔ)言定義T/C1開(kāi)放溢出中斷的語(yǔ)句如下：

TIMSK=0X01；//T/C1溢出中斷使能SEI（）；//全局中斷使能

3．T/C1溢出標(biāo)志寄放器——TIFR

位7OCF2R/WR/W復(fù)位值06TOV2R/W05ICF1R/W04OCF1AR/W03OCF1BR/W02TOV1R/W010TOV0R/W0TIFR_R/W0

當(dāng)T/C1產(chǎn)生溢出時(shí)，TIFR的位0變?yōu)椤?〞，向MCU提出溢出中斷請(qǐng)求，

這是假使TIMSK的位0也置“1〞（T/C1溢出中斷使能），SREG的I位置“1〞（全局中斷使能），那么MCU轉(zhuǎn)入T/C1溢出中斷向量，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，同時(shí)TIFR的位0自動(dòng)清0，為下一次產(chǎn)生溢出中斷作準(zhǔn)備。寫(xiě)入一個(gè)規(guī)律“1〞到TIFR的位0（如：TIFR=0X01），也可以將該位清0。

4．T/C1計(jì)數(shù)寄放器——TCNT1H和TCNT1L

TCNT0是一個(gè)16位寄放器，分為高8位計(jì)數(shù)寄放器TCNT1H和低8位計(jì)數(shù)寄放器TCNT1L，主要用于鎖存T/C1計(jì)數(shù)器所記錄的脈沖數(shù)。在用C編程時(shí)，主要利用它來(lái)給計(jì)數(shù)器賦初值，其中高8位賦給TCNT1H，低8位賦給TCNT1L如：

TCNT1H=0XFF；//給TCNT1H賦初值FFTCNT1L=0X62；//給TCNT1L賦初值62㈢8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器2——T/C2

定時(shí)/計(jì)數(shù)器2是一個(gè)單通道計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘定時(shí)和計(jì)數(shù)，而不能對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，它帶有一個(gè)與T/C0和T/C1不同的預(yù)定比例分頻器。下面我們介紹與定時(shí)和計(jì)數(shù)有關(guān)的寄放器。

1．T/C2控制寄放器——TCCR2

位7F