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1、2.AVR 单片机的基本结构采用 RISC 指令指令的 8 位高速单片机；采用了程序存储器和数据存储器使用不同存储空间和存取总线的 Harvard 结构结构；存储器存储器：16KB 在线可编程（ISP）Flash 程序存储器，1KB 片内 SRAM 数据存储器，512 字节内在线可编程 EEPROM 数据存储器。外围接口外围接口：2 个 8 位定时/计数器，1 个 16 位定时/计数器，4 路 PWM 通道，8 路 10 位ADC。为什么不能外扩程存？为什么不能外扩程存？ATmega16 的程序存储器为 13 位，正好满足了对片内 8K 字的 Flash程序存储器空间直接寻址的需要，因此就不支
2、持在外部扩展更多的程序存储器。通用工作寄存器组通用工作寄存器组：32 个 8 位通用工作寄存器构成一个通用工作寄存器组，方便读取数据。系统时钟：系统时钟：片内含有四种频率（1/2/4/8MHz）的 RC 振荡源，可直接作为系统时钟使用；ATmega16 最高工作频率为 16MHz（16MIPS） 。三种提供系统时钟源方式三种提供系统时钟源方式：直接使用片内的 1/2/4/8MHz 的 RC 振荡源；在引脚上外接由石英晶体和电容组成的振荡回路，配合片内 OSC 振荡电路构成的振荡源；直接使用外部的时钟源输出的脉冲信号。缺省配置设定为缺省配置设定为：使用内部 1MHz 的 RC 振荡源作为系统的时
3、钟源。存储器：存储器：SRAM 数据存储器是以 8 位（字节）为一个存储单元，编址方式采用与工作寄存器组、I/O 存储器和 SRAM 统一寻址的方式。I/O 端口：端口：ATmega16 有 4 个 8 位的双向 I/O 端口 PA、PB、PC、PD，在 5V 工作电压下，输出高电平时，每个引脚可输出达 20mA 的驱动电流，输出低电平时，每个引脚可吸收最大为 40mA 的电流，可直接驱动发光二级管 LED（驱动电流为 10mA）和小型继电器。 （发光二级管 LED 负极连 I/O 端口的原因）存储器结构：存储器结构：$0000-$001F:32 个通用寄存器，$0020-$005F:64 个
4、 I/O 寄存器，$0060-$045F:内部 SRAM 数据存储器（1024*8） ，不支持外部 SRAM 扩展。状态寄存器状态寄存器 SREG：位 7I：全局中断使能位。该标志位为 AVR 中断总控制开关，当 I 位被置位时，表示 CPU 可以响应中断请求，而当 I 位被清 0 时，则所有的中断被禁止，CPU 不响应任何的中断请求。堆栈指针寄存器堆栈指针寄存器SP：由于 AVR 的堆栈是向下增长的，即新数据进入堆栈时栈顶指针的数据将减小，所以尽管原则上堆栈可以在 SRAM 的任何区域中，但通常初始化时将 SP 的指针设在 SRAM 的最高处。 单片机的最小系统：单片机的最小系统：一片单片机
5、芯片，两个电阻，一个石英晶体，两个电容组成。P44。五个复位源五个复位源：上电复位、外部复位、掉电检测（BOD）复位、看门狗复位、JTAG AVR 复位。熔丝位：熔丝位：通过设定和配置熔丝位，使 AVR 具备不同的特性，以更加适合实际的应用。支持支持 ISP 编程的最小系统设计：编程的最小系统设计：最小系统多串三个隔离电阻。P54。6.通用 I/O 接口基本结构与输出应用每组 I/O 口配备三个三个 8 位寄存器位寄存器，它们分别是方向控制寄存器 DDRx，数据寄存器 PORTx，和输入引脚寄存器 PINx（x=ABCD） 。方向控制寄存器方向控制寄存器 DDRx 用于控制 I/O 口的输入输
6、出方向；数据寄存器数据寄存器 PORTx 中的数据通过一个推挽电路输出到外部引脚；引脚寄存器引脚寄存器 PINx 中的数据就是外部引脚的实际电平，通过读 I/O 指令可将物理引脚的真实数据读入 MCU。通用数字通用数字 I/O 口的设置（设定各个口的设置（设定各个 I/O 口的工作方式）：口的工作方式）：输入或输出工作方式，既先正确设置 DDRx 方向寄存器，再进行 I/O 口的读写操作。如将 I/O 口定义为数字输入口时，还应注意是否需要将该口内部的上拉电阻设置为有效。多位多位 LED 数码管显示电路按驱动方式数码管显示电路按驱动方式可分为静态显示和动态显示两种方法。7.中断系统与基本应用中
7、断概念：中断概念：中断是指计算机（MCU）自动响应一个“中断请求”信号，暂时停止（中断）了当前程序的执行，转而执行为外部设备服务的程序（中断服务程序） ，并在执行完服务程序后自动返回原程序执行的过程。中断源：中断源：一般分为内部中断源和外部中断源。从对中断源的控制角度控制角度讲，中断源还可分成 3 类：非屏蔽中断、可屏蔽中断、软件中断。内部中断源：内部中断源：在单片机内部集成的许多功能模块，如定时器、串行通讯口、模/数转换器等，这一类的中断源位于单片机内部。外部中断源外部中断源：系统中的外部设备也可以用作中断源，这时要求它们能够产生一个中断信号（通常是高（低）电平或者电平跳变的上升（下降）沿）
8、 ，送到单片机的外部中断请求引脚供 CPU 检测。这些中断源位于单片机外部。中断信号：中断信号：中断信号是指内部或外部中断源产生的中断申请信号。中断向量：中断向量：中断源发出的请求信号被 CPU 检测到之后，如果单片机的中断控制系统允许响应中断，CPU 会自动转移，执行一个固定的程序空间地址中的指令。这个固定的地址称作中断入口地址，也叫做中断向量。中断入口地址往往是由单片机内部硬件决定的。 中断优先级：中断优先级：为了避免 MCU 同时响应多个中断请求带来的混乱，在单片机中为每一个中断源赋予一个特定的中断优先级。一旦有多个中断请求信号，MCU 先响应中断优先级高的中断请求，然后再逐次响应优先级
9、次一级的中断。中断优先级的确定中断优先级的确定：通常是由单片机的硬件结构规定的。确定规则方式为两种： 某中断对应的中断向量地址越小，其中断优先级越高（硬件确定方式） ；通过软件对中断控制寄存器的设定，改变中断的优先级（用户软件可设置方式） （注意：AVR 不支持用户改变）AVR 单片机硬件系统不支持自动实现中断嵌套的处理不支持自动实现中断嵌套的处理。MCU 响应一个可屏蔽中断源（假定为响应一个可屏蔽中断源（假定为 A 中断）的中断请求的条件中断）的中断请求的条件是：响应 A 中断=全局中断允许标志 AND 中断 A 允许标志 AND 中断 A 标志。ATmega16 共有 21 个中断源个中断
10、源，包含 1 个非屏蔽中断（RESET） 、3 个外部中断（INT0、INT1、INT2）和 17 个内部中断。中断标志位中断标志位一般在 MCU 响应该中断时，由硬件自动清除，或在中断服务程序中通过读/写专门数据寄存器的方式自动清除。中断标志位除了由硬件自动清除外也可以使用软件指令清除（注意：如用软件方法清除，清除的方法是对其写“1” ）中断嵌套中断嵌套：为什么为什么 AVR 不能自动实现中断嵌套：不能自动实现中断嵌套：由于 AVR 在响应一个中断的过程中通过硬件将 I 标志位自动清零，这样就阻止了 MCU 响应其它中断。用户可在中断服务程序中使用指令将全局中断允许位开放，通过间接的方式实现
11、中断的嵌套处理。 使能全局中断使能全局中断：#asm(“sei“)，禁止全局中断：禁止全局中断：#asm(“cli“)8.定时计数器的结构与应用ATmega16 一共配置了 2 个 8 位和 1 个 16 位共 3 个定时计数器，8 位的定时计数器T/C0、T/C2 和 16 位的定时计数器 T/C1。计数器的事件：计数器的事件：计数器的事件指计数器处于某种状态时的输出信号，该信号通常可以向MCU 申请中断。溢出和比较匹配中断源溢出和比较匹配中断源（TOV0、OCF0 和 TOV2、OCF2）8 位位 T/C0 的工作模式的工作模式：（1）普通模式（普通模式（WGM01:0=0）：）：最简单和
12、基本的一种工作方式。T/C0 工作在普通模式下时，计数器为单向加 1 计数器，一旦寄存器 TCNT0 的值到达 0xFF（上限值） ，在下一个计数脉冲到来时便恢复为 0x00， 并继续单向加 1 计数。 当 TCNT0 由 0xFF 转变为0x00 的同时，溢出标志位 TOV0 置位为“1” ，用于申请 T/C0 溢出中断。一旦 MCU 响应T/C0 的溢出中断，硬件则将自动把 TOV0 清零。（2）比较匹配清零计数器比较匹配清零计数器 CTC 模式（模式（WGM21:0=2）：）：T/C0 工作在 CTC 模式下时，计数器为单向加 1 计数器，一旦寄存器 TCNT0 的值与 OCR0 的设定
13、值相等，就将计数器 TCNT0清零为 0x00，然后继续向上加 1 计数。通过设置 OCR0 的值，可以方便地控制比较匹配输出的频率，也方便了外部事件计数的应用。（3）快速快速 PWM 模式（模式（WGM01:0=3）：）：单程向上的加 1 计数器。在 TCNT0 的计数值到达 0xFF 时，溢出标志位 TOV0 置 1 。标志位 TOV0 可以用于申请中断。一旦 MCU 响应TOV0 中断，用户可以在中断服务程序中修改 OCR0 的值。（4）相位可调相位可调 PWM 模式（模式（WGM01:0=1）：）：计数器为双程计数器：从 0x00 一直加到0xFF，在下一个计数脉冲到达时，改变计数方向
14、，从 0xFF 开始减 1 计数到 0x00。由于相位可调 PWM 模式采用双程计数方式，所以相位可调 PWM 波的频率比快速 PWM 低。计算 TCNT0：255-N+1;（0x00=512 分频）该 PWM 波通过一个积分器后（低通滤波器）后，其输出的平均电压输出的平均电压：V=VCC*T1/T9.键盘输入接口与状态机编程P281 不提倡使用不提倡使用 K3 的连接方式的连接方式，因当 K3 按下闭合时，PC7 口直接与 Vcc 接通了，有可能会造成大的短路电流流过 PC7 引脚，从而把端口烧毁。为什么会产生抖动：为什么会产生抖动：由于机械触点的弹性作用，加上人们按键时的力度、方向的不同，
15、按键开关从按下到接触稳定要经过数毫秒的弹跳抖动，既在按下的几十毫秒时间里会连续产生多个脉冲。释放按键时，电路也不会一下断开，同样会产生抖动。软件方式消抖的基本原理软件方式消抖的基本原理是在软件中对按键进行两次测试确认，既在第一次检测到按键按下后，间隔 10ms 左右再次检测该按键是否按下，只有在两次都测到按键按下时才最终确认有键按下，从而消除了抖动的影响。 简单按键状态机的状态转换图：简单按键状态机的状态转换图：具有连发功能按键状态机的状态转换图具有连发功能按键状态机的状态转换图 当按键按下后在 1 秒内释放了，此时秒计时加 1，而当按键按下后在 1 秒内没有释放，那么以后每隔 0.5 秒，秒
16、计时就会自动加上 10，直到按键释放为止。这样的按键系统就具备了一种“连发”功能，其中时间也成为系统的一个输入参数了。矩阵键盘的工作原理和扫描确认方式矩阵键盘的工作原理和扫描确认方式：采用行扫描法对矩阵键盘进行判别的思路。图 9-7 中，PD0、PD1、PD2 为 3 根列线，作为键盘的输入口（工作于输入方式） 。PD3、PD4、PD5、PD6 为 4 根行线，工作于输出方式，由 MCU（扫描）控制其输出的电平值。行扫描法也称为逐行扫描查询法，其按键识别的过程如下:1.将全部行线 PD3PD6 置低电平输出， 然后读 PD0PD2 三根输入列线中有无低电平出现。只要有低电平出现，则说明有键按下（实际编程时，还要考虑按键的消抖） 。如读到的都是高电平，则表示无键按下。 2.在确认有键按下后，需要进入确定具体哪一个键闭合的过程。其思路是：依次将行线置为低电平，并检测列线的输入（扫描） ，进而确认是具体的按键位置。如当 PD5 输出低电平时（PD3=1、PD4=1、PD5=0、PD6=1） ，测到 PD1 的输入为低电平（PD0=1、PD1=
