AVR微控制器指南[PDF]

一、简介
AVR微控制器是Atmel于1997年推出的RISC微控制器。RISC并不是简单地减少指令的数量，而是通过使计算机的结构更简单、更合理来提高计算速度。
1997年，ATMEL挪威设计中心的A先生和V先生利用ATMEL的新Flash技术开发了一种具有RISC精简指令集（简称AVR）的高速8位微控制器。

二、特点
RISC优先考虑频繁使用的简单指令，避免使用复杂指令。它还固定了指令宽度，减少了指令格式和寻址方法的多样性，从而缩短了指令周期，提高了操作速度。由于AVR采用了RISC的这种结构，所有AVR系列微控制器都具有1MIPS/MHz（每秒百万指令/兆赫）的高速处理能力。
高可靠性、高功能性、高速度、低功耗、低价格是衡量微控制器性能的重要指标，也是微控制器占领市场、生存的必要条件。

三、背景
主要由于工艺和设计水平、功耗和抗干扰性能，早期的微控制器采取了保守的程序：即在时钟分频上使用更高的分频因子，使指令周期长，执行速度慢。尽管后来的CMOS微控制器使用诸如增加时钟频率和降低交叉系数之类的措施，但这种状态尚未完全改变（51以及51兼容）。同时，尽管有一些精简指令集微控制器（RISC），但它们仍然遵循时钟分频的做法。
AVR单片机的引入，彻底打破了这种旧的设计模式，放弃了复杂指令计算机（CISC）。它采用了精简的指令集，使用一个字作为指令长度单位，并将内容丰富的操作数和操作码排列在一个字中（指令集中的大多数单循环指令都是这样的）。短的获取周期和预获取指令的能力使指令能够高速执行。当然，这种速度上的飞跃是有高可靠性支持的。

四、优势
（1） AVR微控制器硬件结构采用8位和16位机器之间的折衷策略，即本地寄存器存储堆（32个寄存器堆）和单个高速输入/输出方案，即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器和相应的控制逻辑。它提高了指令执行速度（1Mips/MHz）并增强了功能。同时，减少了外围管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。因此，AVR微控制器是一款具有成本效益的微控制器，在软件/硬件开销、速度、性能和成本之间实现了优化平衡。

AVR微控制器开发板

（2） 增强型高速异步/同步串行端口，具有奇偶校验码的硬件生成、硬件检测和奇偶错误检测、两级接收缓冲区、波特率自动调整定位（接收时）、屏蔽数据帧等功能。它提高了通信的可靠性，方便了程序编写，更容易形成分布式网络，实现了多机通信系统的复杂应用。串行端口功能大大超过MCS-51/96微控制器，再加上AVR微控制器的高速和短中断服务时间，可以实现高波特率通信。

（3） 嵌入式高质量闪存程序存储器，易于擦除和写入，支持ISP和IAP。嵌入式长寿命EEProm可以长时间保存关键数据，避免电源损耗。片上大容量RAM不仅满足了一般场合的使用，而且更有效地支持使用高级语言开发系统程序，并且可以像MCS-51微控制器一样使用外部RAM进行扩展。
（4） 面向字节的高速硬件串行接口TWI、SPI。TWI兼容I2C接口，具有ACK信号硬件传输和识别、地址识别、总线仲裁等功能。它可以实现主/从发送/接收所有四种组合的多机通信。SPI支持主/从以及其他四种组合的多机通信。
（5） 自动上电复位电路、独立看门狗电路、低压检测电路BOD、多个复位源（自动上电/断电复位、外部复位、看门狗复位、BOD复位）、可设置的启动后延迟运行程序，增强了嵌入式系统的可靠性。
（6） I/O线均具有可设置的上拉电阻，可单独设置为输入/输出，可设置（初始）高电阻输入，强大的驱动能力（可消除电源驱动器部件），以及其他功能，使I/O端口资源灵活、强大，并可充分利用。
（7） 芯片上有各种独立的时钟分频器，分别用于UCAT、I2C、SPI。其中，具有高达10位预分频器的8/16位定时器，可以通过软件设置，以提供宽范围的定时时间。
（8） 独特的“定时器/计数器（单个）双向计数，形成三角波形。它与“输出比较寄存器”一起产生脉宽调制输出PWM设计方法，即可变空气比、可变频率和可变相位方波。
（9） 它具有多种省电睡眠模式，可以在宽电压（5-2.7V）下工作。它具有强大的抗干扰能力，可以减少一般8位机器的软件抗干扰设计工作量和硬件使用。

五、零件号标识
1.型号后面的字母表示电压工作范围。带“V”：1.8-5.5V；如果默认，不带“V”：2.7-5.5V。
示例：ATmega48-20AU，不带“V”表示工作电压为2.7-5.5V
2.后缀的数字部分表示它支持非常高的系统时钟。
示例：ATmega48-20AU，“20”表示它可以支持20MHZ的非常高的系统时钟。
3.后缀的第一个（第二个）字母，表示包装。“P”：DIP封装，“A”：TQFP封装，“M”：MLF封装。
示例：ATmega48-20AU，“A”表示TQFP封装。
4.后缀后的最后一个字母表示应用级别。“C”：商用级，“I”：工业级（含铅），“U”工业级（无铅）。
示例：ATmega48-20AU，“U”表示无铅工业级，ATmega48/20AI，“I”表示含铅工业级。

六AVR单片机选型
AVR微控制器系列齐全，可应用于各种不同场合的要求。
AVR微控制器有三个等级。
低档Tiny系列：主要为Tiny11/12/15/26/28等；
中端AT90S系列：主要有AT90S1200/2313/8515/8535等。；（正在逐步淘汰或转变为Mega）
高级ATmega：主要是ATmega8/16/32/64/128（存储容量8/16/32/128KB）和ATmega8515/8535等。
AVR器件引脚从8引脚到64引脚，以及各种不同的封装可供选择。