AT-mega系列单片机原理及应用第1章-单片机综述课件.ppt

1、内容提要内容提要 使用使用C C语言开发嵌入式系统，是今后单片机发展的语言开发嵌入式系统，是今后单片机发展的主要方向。本章对嵌入式系统从定义、特点、分类主要方向。本章对嵌入式系统从定义、特点、分类及其与单片机的关系等几个方面进行阐述。并介绍及其与单片机的关系等几个方面进行阐述。并介绍了了AVRAVR单片机的特点、系列产品和应用特点。单片机的特点、系列产品和应用特点。第第1 1章单片机综述章单片机综述微机系统的核心部件为微机系统的核心部件为CPUCPU，从，从CPUCPU的发展、演的发展、演变过程可显现微机系统的发展过程。其发展历程变过程可显现微机系统的发展过程。其发展历程主要经历了，第一代、第

2、二代、第三代、第四代、主要经历了，第一代、第二代、第三代、第四代、第五代、第六代。第五代、第六代。我国于我国于19741974年开始研制微处理器。年开始研制微处理器。19771977年研制年研制出出DSJDSJ050050（INTEL8080INTEL8080）随后我国微机的研制）随后我国微机的研制和发展加快。和发展加快。1 1位、位、4 4位、位、1616、3232位相继涌现，目位相继涌现，目前已经有各种型号产品。前已经有各种型号产品。1.1 1.1 微机发展史简介微机发展史简介1 1计算机硬件由五部分组成：运算器、控制器、存计算机硬件由五部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备

3、。储器、输入设备、输出设备。2 2微机的特点：微机的特点：（1 1）运算器和控制器集成在一个芯片上，称之为）运算器和控制器集成在一个芯片上，称之为CPUCPU芯片芯片（2 2）存储器由半导体存储器芯片组成。）存储器由半导体存储器芯片组成。1.2 1.2 单片机与微机单片机与微机（3 3）CPUCPU，存储器，存储器，I/O I/O 口通过口通过ABAB，DBDB，CBCB三总线三总线交换信息交换信息（4 4）外设通过）外设通过I/OI/O口芯片与机器内各部件交换信息。口芯片与机器内各部件交换信息。3 3单片机是集成了组成微机的单片机是集成了组成微机的CPUCPU、存储器、存储器、I/OI/O口

4、口以及其它辅助电路的大规模集成电路芯片。以及其它辅助电路的大规模集成电路芯片。1.3.11.3.1嵌入式系统的定义与特点嵌入式系统的定义与特点 1 1、嵌入式系统的定义、嵌入式系统的定义嵌入式系统应定义为嵌入式系统应定义为“嵌入到对象体系中的专用嵌入到对象体系中的专用计算机系统计算机系统”。嵌入性、专用性与计算机系统是。嵌入性、专用性与计算机系统是嵌入式系统的嵌入式系统的3 3个基本要素。对象系统则是指嵌个基本要素。对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。入式系统所嵌入的宿主系统。1.3 1.3 嵌入式系统嵌入式系统2 2、嵌入式系统的特点、嵌入式系统的特点与专用性相关的特点：与专用性相关的

5、特点：软、硬件的裁剪性。软、硬件的裁剪性。满足对象要求的最小软、硬件配置等。满足对象要求的最小软、硬件配置等。与计算机系统相关的特点：与计算机系统相关的特点：嵌入式系统必须嵌入式系统必须是能满足对象系统控制要求的计算机系统。与是能满足对象系统控制要求的计算机系统。与前面两个特点相呼应，这样的计算机必须配置前面两个特点相呼应，这样的计算机必须配置与对象与对象嵌入式系统按形态可分为设备级（工控机）、板级嵌入式系统按形态可分为设备级（工控机）、板级（单板、模块）和芯片级（单板、模块）和芯片级（MCUMCU、SoCSoC）。）。嵌入式应用对计算机系统的要求：（嵌入式应用对计算机系统的要求：（1 1）可

6、靠性高：）可靠性高：防止控制失误（防止控制失误（2 2）物理空间有限：要嵌入到对方）物理空间有限：要嵌入到对方体系中；（体系中；（3 3）强大的）强大的 I IO O管理、驱动能力：（管理、驱动能力：（4 4）要和外围电路、功能单元打交道；（要和外围电路、功能单元打交道；（5 5）足够的应）足够的应用软件：符合对象管理、控制要求的应用软件。用软件：符合对象管理、控制要求的应用软件。3 3、嵌入式系统的种类与发展、嵌入式系统的种类与发展1.4 AVR1.4 AVR单片机简介单片机简介 ATMELATMEL公司是世界上有名的生产高性能、低功耗、非公司是世界上有名的生产高性能、低功耗、非易失性存储器

7、和各种数字模拟易失性存储器和各种数字模拟ICIC芯片的半导体制造芯片的半导体制造公司。在单片机做控制器方面，公司。在单片机做控制器方面，ATMELATMEL公司有公司有AT89AT89、AT90AT90和和ARMARM三个系列单片机的产品。三个系列单片机的产品。ATMELATMEL公司在其公司在其单片机产品中，融入了先进的单片机产品中，融入了先进的E2PROME2PROM电可擦除和电可擦除和Flash ROMFlash ROM闪速存储器技术，使得该公司的单片机具闪速存储器技术，使得该公司的单片机具备了优秀的品质，在结构、性能和功能等方面都有备了优秀的品质，在结构、性能和功能等方面都有明显的优势

8、。明显的优势。AVRAVR单片机吸取了单片机吸取了PICPIC及及 80518051单片机的优点，同时还单片机的优点，同时还做了一些重大改进，其主要的优点如下：做了一些重大改进，其主要的优点如下：1 1、片内集成可擦写、片内集成可擦写1000010000次以上的次以上的FlashFlash程序存储器。程序存储器。2 2、高度保密（、高度保密（LOCKLOCK）。可多次擦写的）。可多次擦写的FLASHFLASH具有多重具有多重密码保护锁死（密码保护锁死（LOCKLOCK）功能，并且）功能，并且FlashFlash单元深藏于单元深藏于芯片内部。芯片内部。1.4.1 AVR1.4.1 AVR单片机的

9、主要特点单片机的主要特点3 3、工业级（、工业级（WDTWDT）产品。具有大电流的特点，可直）产品。具有大电流的特点，可直接驱动接驱动SSRSSR或继电器。有看门狗定时器（或继电器。有看门狗定时器（WDTWDT）安全）安全保护，提高产品的抗干扰能力。保护，提高产品的抗干扰能力。4 4、超功能精简指令。具有、超功能精简指令。具有3232个通用工作寄存器，易个通用工作寄存器，易学、易写、易移植。学、易写、易移植。5 5、程序写入器件可以并行写入（用编程器写入），、程序写入器件可以并行写入（用编程器写入），也可使用串行在线编程（也可使用串行在线编程（ISPISP）方法下载写入。）方法下载写入。6 6

10、、除了并行、除了并行I/OI/O口输入口输入/输出特性与输出特性与PICPIC的的HI/LOWHI/LOW输输出及三态高阻抗出及三态高阻抗HI-ZHI-Z输入相同外，还设定了与输入相同外，还设定了与80518051系列内部有上拉电阻的输入端功能相似的功能，系列内部有上拉电阻的输入端功能相似的功能，7 7、单片机内集成了模拟比较器，、单片机内集成了模拟比较器，I/OI/O口可作口可作A/DA/D转换转换用，组成廉价的用，组成廉价的A/DA/D转换器。转换器。8 8、AVRAVR单片机可重新设置启动复位。单片机可重新设置启动复位。9 9、具有休眠省电功能（、具有休眠省电功能（POWER DOWNP

11、OWER DOWN）及闲置（）及闲置（IDLEIDLE）低功耗功能的工作方式。低功耗功能的工作方式。1010、ATmegaATmega单片机具有内部的单片机具有内部的RCRC振荡器，提供振荡器，提供1MHz1MHz8MHz8MHz的工作时钟，使该类单片机无需外加晶的工作时钟，使该类单片机无需外加晶振等时钟电路元器件即可工作，简单方便。振等时钟电路元器件即可工作，简单方便。1111、有、有8 8位和位和 1616位的计数器位的计数器/定时器（定时器（C/TC/T），可作），可作为比较器、计数器、外部中断和为比较器、计数器、外部中断和PWM(PWM(也可作也可作D/A)D/A)，用于控制输出。用于

12、控制输出。1212、有串行异步通信、有串行异步通信UARTUART硬件接口电路，采用单独硬件接口电路，采用单独的波特率发生器，并不占用定时器。的波特率发生器，并不占用定时器。1313、工作电压范围为、工作电压范围为2.7V2.7V6.0V6.0V，电源抗干扰性能，电源抗干扰性能强。强。1414、多通道的、多通道的1010位位A/DA/D及实时时钟（及实时时钟（RTCRTC）。）。1.4.2 AVR1.4.2 AVR单片机系列产单片机系列产品品内部资源ATtiny11LATtiny11ATtiny12VATtiny12LATtiny12ATtiny15LATtiny26LATtiny26ATti

13、ny28VATtiny28LFlash(KB)1111112222E2PROM(B)64646464128128RAM(B)快速寄存器0320320320320320321283212832032032指令条数9090909090901281289090I/O Pins66666616162020中断数445558111155外部中断数11（+5）1（+5）1（+5）1（+5）1（+5）1（+5）1（+8）1（+8）1（+8）1（+8）SPI1616表表1-1 1-1 部分部分AVRAVR系列单片机选型表（录自系列单片机选型表（录自ATMEL ATMEL 网站）网站）内部资源ATtiny11L

14、ATtiny11ATtiny12VATtiny12LATtiny12ATtiny15LATtiny26LATtiny26ATtiny28VATtiny28LFlash(KB)1111112222E2PROM(B)64646464128128RAM(B)快速寄存器0320320320320320321283212832032032指令条数9090909090901281289090I/O Pins66666616162020中断数445558111155外部中断数11（+5）1（+5）1（+5）1（+5）1（+5）1（+5）1（+8）1（+8）1（+8）1（+8）SPI1616UART1515T

15、WI41414硬件乘法器8位定时器111112221116位定时器PWM144看门狗定时器YYYYYYYYYY实时时钟模拟比较器YYYYYYYYYY10位A/D通道41111片内振荡器YYY2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2BODYYYYYY在线编程（ISP）Y3Y3YYYYYYY3Y3自编程(SPM)VCC（最低）（最高）2.75.54.05.51.85.52.75.54.05.52.75.52.75.54.55.51.85.52.75.5系统时钟（MHz）0-20-60-10-40-81-60-80-160-10-4封装形式8-PinDIP8-PinSOIC8-PinDIP8-PinSOIC8

16、-PinDIP8-PinSOIC8-PinDIP8-PinSOIC8-PinDIP8-PinSOIC8-PinDIP8-PinSOIC20-PinDIPSOIC32-PinMLF20-PinDIPSOIC32-PinMLF28-PinDIP32-PinTQFPMLF28-PinDIP32-PinTQFPMLF表表1-2 1-2 部分部分AVRAVR系列单片机选型表（录自系列单片机选型表（录自ATMEL ATMEL 网站）网站）内部资源AT90LS1200AT90S1200AT90LS2313AT90S2313AT90LS2323AT90S2323AT90LS2343AT90S2343AT90L

17、S4433AT90S2323Flash(KB)1122222244E2PROM(B)6464128128128128128128256256RAM(B)快速寄存器0320321283212832128321283212832128321283212832指令条数8989120120120120120120120120I/O Pins1515151533552020中断数33101022221414外部中断数11122111122SPI11UART1111TWI4硬件乘法器8位定时器111111111116位定时器1111PWM1111看门狗定时器YYYYYYYYYY实时时钟模拟比较器YYYYY

18、Y10位A/D通道66片内振荡器YYYYBODYY在线编程（ISP）YYYYYYYYYY自编程(SPM)VCC（最低）（最高）2.760.4.06.02.76.04.06.02.76.04.06.02.76.04.06.02.76.04.06.0系统时钟（MHz）0-40-120-40-100-40-100-40-100-40-8封装形式20-PinDIPSOICSSOP20-PinDIPSOICSSOP20-PinDIPSOIC20-PinDIPSOIC8-PinDIPSOIC8-PinDIPSOIC8-PinDIPSOIC8-PinDIPSOIC28-PinDIP32-PinTQFP28-

19、PinDIP32-PinTQFP表表1-3 1-3 部分部分AVRAVR系列单片机选型表（录自系列单片机选型表（录自ATMEL ATMEL 网站）网站）内部资源AT90LS8515AT90S8515AT90LS8535AT90S8538ATmega8LATmega8ATmega16ATmega32ATmega64ATmega128Flash(KB)888888163264128E2PROM(B)5125125125125125125121K2K4KRAM(B)快速寄存器512325123251232512321K321K321K322K324K324K32指令条数120120120120130

20、130130130133133I/O Pins32323232232332325353中断数12121616181820203434外部中断数12222223388SPI1111111111UART1111151515152525TWI4111111硬件乘法器YYYYY8位定时器112222222216位定时器1111111122PWM223333446+26+2看门狗定时器YYYYYYYYYY实时时钟YYYYYYYY模拟比较器YYYYYYYYYY10位A/D通道886/86/88888片内振荡器Y2Y2Y2Y2Y2Y2BODYYYYYY在线编程（ISP）YYYYYYYYYY自编程(SPM)Y

21、YYYYYVCC（最低）（最高）2.760.4.06.02.76.04.06.02.75.54.55.54.55.54.55.54.55.54.05.5系统时钟（MHz）0-40-80-40-80-81-160-160-160-160-16说明：该表为说明：该表为ATMELATMEL网站网站20022002年年7 7月刊登。月刊登。1.1.高精度（高精度（5 5）可编程的内部）可编程的内部RCRC振荡器。振荡器。2.2.兼容兼容 I2CI2C。3.3.可编程串行可编程串行USARTUSART。4.4.通过通过USIUSI（Universal Serial InterfaceUniversal

22、Serial Interface）实现实现。1.5 1.5 单片机的应用特点单片机的应用特点1 1工业过程控制工业过程控制2 2智能化仪器仪表智能化仪器仪表3 3家用电器设备家用电器设备4 4在计算机网络和通信领域中的应用在计算机网络和通信领域中的应用5 5单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备领域中的应用1.6 1.6 用用C C语言开发单片机的优势语言开发单片机的优势1 1、无需精通单片机指令集和具体的硬件，也能够、无需精通单片机指令集和具体的硬件，也能够 编出符合硬件实际专业水平的程序。编出符合硬件实际专业水平的程序。2 2、可以大幅度加快开发进度、可以大幅度加快开发进度3 3、可

23、以实现软件的结构化编程。、可以实现软件的结构化编程。4 4、省去了人工分配单片机资源（包括寄存器、省去了人工分配单片机资源（包括寄存器、RAMRAM等）的工作。等）的工作。5 5、C C语言提供语言提供auto,static,flashauto,static,flash等存储类型，针等存储类型，针 对单片机的程序存储空间、数据存储空间对单片机的程序存储空间、数据存储空间EEPROM EEPROM 空间自动为变量合理地分配空间。空间自动为变量合理地分配空间。6 6、当写好了一个算法（在、当写好了一个算法（在C C中称为函数）后，用中称为函数）后，用C C语语 言移植性好言移植性好7 7、对于一些

24、复杂系统的开发，可以通过移植或、对于一些复杂系统的开发，可以通过移植或C C编编 译器提供的实时操作系统来实现。译器提供的实时操作系统来实现。本章对嵌入式系统从定义、特点、分类及其与单片本章对嵌入式系统从定义、特点、分类及其与单片机的关系等几个方面进行阐述。并介绍了机的关系等几个方面进行阐述。并介绍了AVRAVR单片机单片机的特点、系列产品和应用特点。的特点、系列产品和应用特点。1 1、嵌入式系统定义：以应用为中心、以计算机技术、嵌入式系统定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的

25、专用计算机系统。靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。特点是：嵌入性、专用性、计算机系统。嵌入式特点是：嵌入性、专用性、计算机系统。嵌入式本本 章章 小小 结结2 2、单片机，就是把中央处理器、单片机，就是把中央处理器 CPUCPU、存储器、定、存储器、定时器、时器、I IO O 接口电路等一些计算机的主要功能部件接口电路等一些计算机的主要功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。3 3、ATMELATMEL公司于公司于19971997年研发并推出了采用精简指令年研发并推出了采用精简指令集集RISCRISC结构的新型单片机，简称结构的新型单片机，简称 AVRAVR单片机。并列举单片机。并列举了了ATmegaATmega单片机与其它单片机比较，在性能上有许多单片机与其它单片机比较，在性能上有许多优越之处。优越之处。4 4、AVRAVR单片机已形成一个系列。为满足不同的需求单片机已形成一个系列。为满足不同的需求和应用，本章配有部分和应用，本章配有部分AVRAVR系列单片机的选型表，供系列单片机的选型表，供读者参考和查用。读者参考和查用。