AVR單片機(jī)原理及應(yīng)用5-6.ppt

1、2 AVR單片機(jī)原理及應(yīng)用, 2.1 AVR單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2.2 AVR單片機(jī)時(shí)鐘和復(fù)位 2.3 AVR單片機(jī)存儲(chǔ)器組織 2.4 AVR單片機(jī)中斷系統(tǒng) 2.5 AVR單片機(jī)的節(jié)電方式,2 AVR單片機(jī)原理及應(yīng)用, 2.6 AVR單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的使用 2.7 AVR單片機(jī)串行接口 2.8 AVR單片機(jī)模擬比較器 2.9 AVR單片機(jī)I/O端口 2.10 AVR單片機(jī)存儲(chǔ)器編程,2.3.3 EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,0 x1F*0 xF（3216）字節(jié),90系列單片機(jī)包括644K字節(jié)的EEPROM存儲(chǔ)器。它被組織為一個(gè)分開(kāi)的數(shù)據(jù)空間，這個(gè)數(shù)據(jù)空間用單字節(jié)可被讀寫(xiě)。EEPROM的使用壽命至少為

2、100000次寫(xiě)/擦循環(huán)。EEPROM的訪問(wèn)由地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、控制寄存器決定。,2.3.3 EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,2.3.3 EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,2.3.3 EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,2.3.3 EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,2.3.3 EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,2.3.3 EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,CodeVisionAVR C編譯器中，可以用eeprom關(guān)鍵字將全局變量分配至EEPROM中，如： eeprom int a; 也可以在定義時(shí)對(duì)變量初始化，如: eeprom int a=1; CodeVisionAVR C編譯器中還可以將數(shù)組、字符串、結(jié)構(gòu)體分配至EEPROM中，如： eep

3、rom char a4=0,1,2,3;/數(shù)組 Char eeprom *ptr_to_eeprom”this is placed in EEPROM”;/字符串 Eeprom struct a char b; int c;char e15; f; 在CodeVisionAVR C編譯器中可以直接訪問(wèn)EEPROM中的全局變量，與訪問(wèn)SRAM中的數(shù)據(jù)方式相同。,2.3.4 存儲(chǔ)器訪問(wèn)和指令執(zhí)行時(shí)序,AVR CPU 由系統(tǒng)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，直接由芯片的外部時(shí)鐘晶振觸發(fā)，沒(méi)有使用內(nèi)部時(shí)鐘分頻。下圖為Harvard結(jié)構(gòu)和快速訪問(wèn)寄存器堆概念觸發(fā)的并行指令存取和指令執(zhí)行時(shí)序。這種基本的流水線概念目的是為了獲得高

4、達(dá)每1 MIPS/MHz的效率。,Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu),馮諾依曼結(jié)構(gòu)又稱(chēng)作普林斯頓體系結(jié)構(gòu)（Princetionarchitecture） 1945年，馮諾依曼首先提出了“存儲(chǔ)程序”的概念和二進(jìn)制原理，后來(lái)，人們把利用這種概念和原理設(shè)計(jì)的電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)稱(chēng)為“馮.諾曼型結(jié)構(gòu)”計(jì)算機(jī)。馮.諾曼結(jié)構(gòu)的處理器使用同一個(gè)存儲(chǔ)器，經(jīng)由同一個(gè)總線傳輸。結(jié)構(gòu)如圖所示。 馮.諾曼結(jié)構(gòu)處理器具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 必須有一個(gè)存儲(chǔ)器； 必須有一個(gè)控制器； 必須有一個(gè)運(yùn)算器，用于完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算； 必須有輸入和輸出設(shè)備，用于進(jìn)行人機(jī)通信。 馮諾依曼的主要貢獻(xiàn)就是提出并實(shí)現(xiàn)了“存儲(chǔ)程序”的概念。由于指令

5、和數(shù)據(jù)都是二進(jìn)制碼，指令和操作數(shù)的地址又密切相關(guān)，因此，當(dāng)初選擇這種結(jié)構(gòu)是自然的。但是，這種指令和數(shù)據(jù)共享同一總線的結(jié)構(gòu)，使得信息流的傳輸成為限制計(jì)算機(jī)性能的瓶頸，影響了數(shù)據(jù)處理速度的提高。,馮諾依曼結(jié)構(gòu)又稱(chēng)作普林斯頓體系結(jié)構(gòu)（Princetionarchitecture） 在典型情況下，完成一條指令需要3個(gè)步驟，即：取指令、指令譯碼和執(zhí)行指令。從指令流的定時(shí)關(guān)系也可看出馮諾依曼結(jié)構(gòu)與哈佛結(jié)構(gòu)處理方式的差別。舉一個(gè)最簡(jiǎn)單的對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)操作的指令，指令1至指令3均為存、取數(shù)指令，對(duì)馮.諾曼結(jié)構(gòu)處理器，由于取指令和存取數(shù)據(jù)要從同一個(gè)存儲(chǔ)空間存取，經(jīng)由同一總線傳輸，因而它們無(wú)法重疊執(zhí)行，只有一個(gè)

6、完成后再進(jìn)行下一個(gè)。,Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu),Harvard結(jié)構(gòu) 數(shù)字信號(hào)處理一般需要較大的運(yùn)算量和較高的運(yùn)算速度，為了提高數(shù)據(jù)吞吐量，在數(shù)字信號(hào)處理器中大多采用哈佛結(jié)構(gòu)，如下圖所示,Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu),與馮.諾曼結(jié)構(gòu)處理器比較，哈佛結(jié)構(gòu)處理器有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)： 1、使用兩個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器模塊，分別存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)，每個(gè)存儲(chǔ)模塊都不允許指令和數(shù)據(jù)并存； 2、使用獨(dú)立的兩條總線，分別作為CPU與每個(gè)存儲(chǔ)器之間的專(zhuān)用通信路徑，而這兩條總線之間毫無(wú)關(guān)聯(lián)。,Harvard結(jié)構(gòu) 后來(lái)，又提出了改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，如下圖所示,Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為： 1、使用兩個(gè)獨(dú)

7、立的存儲(chǔ)器模塊，分別存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)，每個(gè)存儲(chǔ)模塊都不允許指令和數(shù)據(jù)并存，以便實(shí)現(xiàn)并行處理； 2、具有一條獨(dú)立的地址總線和一條獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線，利用公用地址總線訪問(wèn)兩個(gè)存儲(chǔ)模塊（程序存儲(chǔ)模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊），公用數(shù)據(jù)總線則被用來(lái)完成程序存儲(chǔ)模塊或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸； 3、兩條總線由程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分時(shí)共用。,Harvard結(jié)構(gòu)和馮.諾曼結(jié)構(gòu),Harvard結(jié)構(gòu) 如果采用哈佛結(jié)構(gòu)處理以上同樣的3條存取數(shù)指令，如下圖所示，由于取指令和存取數(shù)據(jù)分別經(jīng)由不同的存儲(chǔ)空間和不同的總線，使得各條指令可以重疊執(zhí)行，這樣，也就克服了數(shù)據(jù)流傳輸?shù)钠款i，提高了運(yùn)算速度。,2.3.5 I/O存儲(chǔ)器,

8、在編寫(xiě)源文件時(shí)一定要寫(xiě)該器件的配置文件，作為源文件的文件頭，如選用AT90S8515單片機(jī)，源文件的文件頭為： #include /文件頭就是該器件的I/O寄存器及位地址的定義文件，匯編時(shí)用到它。,在編寫(xiě)源文件時(shí)可以打開(kāi)器件配置文件（*.inc）查看一下，防止沒(méi)有器件配置文件頭匯編時(shí)出錯(cuò)，有了器件配置文件頭，在編寫(xiě)源程序時(shí)就不必重復(fù)定義I/O口及位地址等。 90系列單片機(jī)所有不同的I/O口和外圍設(shè)備均在I/O空間中已經(jīng)設(shè)置好。,2.3.5 I/O存儲(chǔ)器,AT90S4414/8515的I/O空間,2.3.5 I/O存儲(chǔ)器,AT90S4414/8515的I/O空間,2.3.5 I/O存儲(chǔ)器,不同I

9、/O和外圍設(shè)備的控制寄存器,2.3.5 I/O存儲(chǔ)器,不同I/O和外圍設(shè)備的控制寄存器,2.3.5 I/O存儲(chǔ)器,不同I/O和外圍設(shè)備的控制寄存器,2.4 AVR單片機(jī)中斷系統(tǒng),2.4.1 中斷處理,2.4.2 外部中斷,2.4.3 中斷應(yīng)答時(shí)間,2.4.4 MCU控制寄存器MCUCR,2.4.1 中斷處理,中斷源是指任何引起單片機(jī)中斷的事件。不同型號(hào)的AVR單片機(jī)，其中斷源的數(shù)量是不同的。AT90S8515有12個(gè)中斷源和1個(gè)復(fù)位中斷。所有中斷源都有獨(dú)立的中斷使能位，當(dāng)相應(yīng)的使能位和全局中斷使能位都置1時(shí)，中斷才可以發(fā)生，相應(yīng)的中斷服務(wù)程序才會(huì)執(zhí)行。,初學(xué)者可能對(duì)中斷的理解有限，表中給出這些中斷的目的是以后可以便于查詢，并非要求記住每個(gè)中斷源及其名稱(chēng)。 AVR單片機(jī)對(duì)于中斷的處理是通過(guò)相應(yīng)的中斷寄存器進(jìn)行的。,2.4.1 中斷處理,2.4.1 中斷處理,2.4.1 中斷處理,2.4.1 中斷處理,2.4.1 中斷處理,2.4.1 中斷處理,2.4.2 外部中斷,2.4.3 中斷應(yīng)答時(shí)間,2.4.4 MCU控制寄存器MCUCR,2.4.4 MCU控制寄存器MCUCR,2.5 AVR單片機(jī)的節(jié)電方式,2.5 AVR單片機(jī)的節(jié)電方式,2.5 AVR單片機(jī)的節(jié)電方式,SLEEP 語(yǔ)句應(yīng)用,2.6 AVR單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的使用,2.6 AVR單片機(jī)定時(shí)器