AVR单片机课件—第二章1.pptVIP

第2章 AVR单片机的基本结构 第2章 AVR单片机的基本结构 以ATmega16为主线，介绍和讲述AVR单片机内核的基本结构、引脚功能、工作方式等。 2.1 单片机的基本组成 单片机嵌入式系统的核心部件是单片机，其结构特征是将组成计算机的基本部件集成在一块晶体芯片上，构成一片具有特定功能的单芯片计算机—单片机。 冯诺伊曼（Von Neumann）结构? 冯诺伊曼（Von Neumann）结构 采用单存储空间，程序存储和数据存储公用一个存储空间； 使用单一的地址和数据总线，取址和取操作数是通过一条总线分时进行的； 当进行高速运算时会造成数据传输通道的瓶颈现象，也叫做单总线结构。 哈佛(Harvard)结构 哈佛(Harvard)结构 该结构采用双存储空间，程序存储器和数据存储器分开； 有个自独立的程序总线和数据总线，可独立编址和独立访问； 可对程序和数据进行独立传输，大大提高了数据处理的能力和指令执行的速度，非常适合于实时的数字信号处理。 单片机基本单元与作用 1．MCU单元(Microcontroller Unit) MCU单元部分包括了CPU、时钟系统、复位、总线控制逻辑等电路。 2. 片内存储器 单片机的存储器一般分成程序存储器和数据存储器，它们往往构成相互独立的两个存储空间，分别寻址，互不干扰。 3．程序存储器 程序存储器用于存放嵌入式系统的应用程序。包括以下几种： （1）EPROM（2）MaskROM （3）OTPROM（4）FlashROM （4）数据存储器 单片机在片内集成的数据存储器一般有两类：随机存储器RAM和电可擦除存储器EEPROM。 随机存储器RAM是用来存储系统程序在运行期间的工作变量和临时数据的。 电可擦除存储器EEPROM用于存放一些永久或比较固定的系统参数，如放大倍率、电话号码、时间常数等。EEPROM的寿命大于10万次，具有掉电后不丢失数据的特点。 （5） 输入/输出（I/O）端口 ①并行总线输入/输出端口（并型I/O口）。 ②通用数字I/O端口。用于外部电路逻辑信号的输入和输出控制。 ③片内功能单元的输入/输出端口。如：外部中断源信号的输入等。 ④串行I/O通信口。 ⑤其它专用接口。 （6） 操作管理寄存器。 功能是管理、协调、控制和操作单片机芯片中的各功能单元的使用和运行。这类寄存器的种类有：状态寄存器、控制寄存器、方式寄存器、数据寄存器等等。 2.2 ATmega16单片机的组成 AVR 单片机的内核由运算逻辑单元ALU、程序计数器PC、指令寄存器、指令译码器等部件组成。 1. 运算逻辑单元ALU 运算逻辑单元ALU的功能是进行算术运算和逻辑运算。例如：加、减、自动加1、自动减1、比较等算术运算和与、或、异或、求补、循环移位等逻辑操作。 ALU还包含一个布尔处理器，用来处理位操作。它可执行置位、清零、取反等操作。 ATmega16的ALU还能实现无符号数、有符号数以及浮点数的硬件乘法操作。一次硬件乘法操作的时间为2个时钟周期。 2. 程序计数器PC、指令寄存器和指令译码器 程序计数器PC用来存放下一条需要执行指令在程序存储器空间的地址（指向Flash空间）。取出的指令存放在指令寄存器中，然后送入指令译码器产生各种控制信号，控制CPU的运行（执行指令）。 AVR一条指令的长度大多数为16位，还有少部分为32位，因此AVR的程序存储器结构实际上是以字（16位）为一个存储单元的。 ATmega16的PC为13位，正好满足了对片内8K字（即手册上的16K字节）的Flash程序存储器空间直接寻址的需要。 算术逻辑单元（ALU）使用单级流水线操作方式对程序存储器进行访问，执行一条指令需要一个时钟周期。 AVR采用一级流水线技术，在当前指令执行的时候，就取出下一条将要执行的指令，加上大多数AVR指令的长度是一个字，就使得AVR CPU实现了一个时钟周期执行一条指令。 在其它的CISC以及类似的RISC结构的单片机中，外部振荡器的时钟被分频降低到传统的内部指令执行周期，这种分频最大达12倍（例如，标准8031结构的单片机）。 通用工作寄存器组 AVR单片机有32个通用寄存器。 在AVR指令集中，所有的通用寄存器操作指