AVR单片机优缺点分析

AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC（Reduced InstrucTIon Set CPU） 精简指令集高速8位单片机。AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。

　　高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位 ， 一直是衡量单片机性能的重要指标，也是单片机占领市场、赖以生存的必要条件。

　　早期单片机主要由于工艺及设计水平不高、功耗高和抗干扰性能差等原因，所以采取稳妥方案：即采用较高的分频系数对时钟分频，使得指令周期长，执行速度慢。以后的 CMOS单片机虽然采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施，但这种状态并未被彻底改观（51以及51兼容）。此间虽有某些精简指令集单片机（RISC）问世，但依然沿袭对时钟分频的作法。

　　AVR单片机的推出，彻底打破这种旧设计格局，废除了机器周期，抛弃复杂指令计算机（CISC）追求指令完备的做法；采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中（指令集中占大多数的单周期指令都是如此），取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。当然这种速度上的升跃，是以高可靠性为其后盾的。

　　AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆（32个寄存器文件）和单体高速输入/输出的方案（即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑）。提高了指令执行速度（1Mips/MHz），克服了瓶颈现象，增强了功能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。故AVR单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。

　　AVR单片机内嵌高质量的Flash程序存储器，擦写方便，支持ISP和IAP，便于产品的调试、开发、生产、更新。内嵌长寿命的EEProm可长期保存关键数据，避免断电丢失。片内大容量的RAM不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效的支持使用高级语言开发系统程序，并可像MCS-51单片机那样扩展外部 RAM。

　　AVR单片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定（初始）高阻输入、驱动能力强（可省去功率驱动器件）等特性，使的得I/O口资源灵活、功能强大、可充分利用。

　　AVR单片机片内具备多种独立的时钟分频器，分别供URAT、I2C、SPI使用。其中与8/16位定时器配合的具有多达10 位的预分频器，可通过软件设定分频系数提供多种档次的定时时间。AVR单片机独有的“以定时器/计数器（单）双向计数形成三角波，再与输出比较匹配寄存器配合，生成占空比可变、频率可变、相位可变方波的设计方法（即脉宽调制输出PWM）”更是令人耳目一新。

　　增强性的高速同/异步串口，具有硬件产生校验码、硬件检测和校验侦错、两级接收缓冲、波特率自动调整定位（接收时）、屏蔽数据帧等功能，提高了通信的可靠性，方便程序编写，更便于组成分布式网络和实现多机通信系统的复杂应用，串口功能大大超过MCS-51/96单片机的串口，加之AVR单片机高速，中断服务时间短，故可实现高波特率通讯。

　　面向字节的高速硬件串行接口TWI、SPI。TWI与I2C接口兼容，具备ACK信号硬件发送与识别、地址识别、总线仲裁等功能，能实现主/从机的收/发全部4种组合的多机通信。SPI支持主/从机等4种组合的多机通信。

　　AVR单片机有自动上电复位电路、独立的看门狗电路、低电压检测电路BOD，多个复位源（自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、BOD复位），可设置的启动后延时运行程序，增强了嵌入式系统的可靠性。

　　AVR单片机具有多种省电休眠模式，且可宽电压运行（5-2.7V），抗干扰能力强，可降低一般8位机中的软件抗干扰设计工作量和硬件的使用量。

　　AVR单片机技术体现了单片机集多种器件（包括FLASH程序存储器、看门狗、EEPROM、同/异步串行口、TWI、SPI、A/D模数转换器、定时器/计数器等）和多种功能（增强可靠性的复位 系统、降低功耗抗干扰的休眠模式、品种多门类全的中断系统、具输入捕获和比较匹配输出等多样化功能的定时器/计数器、具替换功能的I/O端口…… ）于一身，充分体现了单片机技术的从“片自为战”向“片上系统SoC”过渡的发展方向。

小5带你飞(8)—AVR(ATmega 328P)单片机片内ADC的原理和使用(1)

ATmega328p内部集成了一个10位的逐次逼近的A/D转换器。该转换器与一个8通道的模拟多路复用器连接。它能够对来自端口A的8路单端输入电压进行采样。

ADC转换模块的原理图

看一下它的基本特性：

10位分辨率

0.5 LSB积分非线性

±2 LSB绝对精度

13 -~260µs转换时间

最高采样速率76.9 kSPS/s

6路可选的单端输入通道

2路额外多路复用单端输入通道(TQFP 、QFN/MLF)

温度传感器输入通道

ADC读取的结果可设置为左端对其

0~Vcc ADC输入电压范围

可选择1.1v ADC参考电压

自由连续转换模式和单次转换模式

在ADC转换完成时中断

睡眠模式噪音消除

ADC的供电和参考电压：

ADC由独立的专用的模拟电压引脚AVCC供电，AVCC和VCC的电压差别不能大于±0.3V。

ADC的参考电源可以是芯片内部的1.1v的参考电源，也可以是AVCC，也可以采用外部参考电源，使用外部参考电源的时候，外部参考电源可由引脚AREF接入，使用内部参考电压源的时候，可以通过在AREF引脚外部并接一个电容来提高ADC的抗噪性能。这个电容一般可为0.1uF

与ADC有关的寄存器：

ADMUX:多路复用选择寄存器

bit6、bit7 ：ADC参考电压选择。如果在转换过程中改变了设置，则只有等待当前转换结束后才起作用。如果在 AREF引脚上施加了外部参考电压，则内部参考电压将不能被选择。这个参考电压的选择见下图：

还是解释一下：

00 ：AREF，内部基准源关闭

01 ：AVCC，AREF外接滤波电容

10 ： 保留

11 ：1.1v内部基准电压源，AREF外接滤波电容

bit5：转换结果对齐位。置位左对齐，清位右对齐

bit4：一个保留位

bit3~bit0：模拟通道选择位

就是选择连接到哪个通道上，这个没啥说的。看表就好了，如下：

2. ADCSRA：ADC控制和状态寄存器A

bit7：ADC使能位。置位则启动ADC功能，清位ADC功能关闭

bit6：ADC开始转换。

在单次转换模式下，该位置位将启动一次ADC转换，在连续转换模式下，该位置位，将启动首次转换

bit5：ADC自动触发使能位。

该位置位，则启动ADC自动触发功能。

bit4：ADC中断标志位

ADC转换结束且数据寄存器被更新后该位置位，如果ADIE及SREG寄存器中的全局中断使能位I被置位，

则ADC转换结束中断服务程序被执行，同时该位被硬件清零，也可以通过软件写1清零。

bit3：ADC中断使能位。如果该位及SREG寄存器中的全局中断使能位I被置位，则ADC转换结束中断将被使能。

bit2~bit0：ADC预分频器的选择。这三位决定ADC输入时钟与CPU时钟之间的分频系数，如下表：

3. ADCL 、 ADCH ：ADC数据寄存器

分别是左对齐的和右对齐的数据

ADC转换结束后，转换结果将存在这两个寄存器当中。首先ADMUX寄存器当中的ADLAR和MUXn影响转换结果在寄存器中的存放形式。当ADCL被读取时，ADC数据寄存器在读取ADCH之前不会更新，如果转换结果为左对齐且只需要8位的精度，那么仅需要读取ADCH就可以了，否则需先读取ADCL然后读取ADCH。

4.ADCSRB ：ADC控制和状态寄存器B

bit2~bit0：ADC自动触发源的选择

说明一下吧：

000：连续转换模式

001：模拟比较器

010：外部中断请求0

011：定时器/计数器0比较匹配A

100：定时器/计数器0溢出

101: 定时器/计数器0比较匹配B

110：定时器DIDR0数器1溢出

111：定时器/计数器1捕捉事件

5. DIDR0：数字输入禁用寄存器0

说明一下：

bit5~bit0 ：当这些位置位，相应的ADC引脚的数字输入缓存区被禁止，相应的PIN寄存器读取的时候都为0，

模拟信号运用于ADC5~ADC0,是不需要这么做的，ADC6和ADC7是没有缓存区的。

下面来看看ADC的基本使用步骤：

ADC输入端口初始化

基准电压的设置，数据对齐方式的设置，通道的选择。（ADMUX寄存器的配置）

AD使能，启动装换，中断的设置（ADCSRA寄存器的设置）

触发源的选择（ADCSRB寄存器的设置）

选择中断号，编写中断服务程序，读取ADC的数据（ADCL 、 ADCH ）

好的，关于ADC的寄存器就写这么多了，下一篇我们来写ADC的驱动程序。

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