單片機設計經驗技巧精華集錦（三）

　　1 簡介

　　AVR單片機是1997年由ATMEL公司研發出的增強型內置Flash的RISC（Reduced Instruction Set CPU） 精簡指令集高速8位單片機。高可靠性、功能強、高速度、低功耗和低價位一直是衡量單片機性能的重要指標，而AVR單片機是典型高性能單片機。

　　早期單片機，比如51單片機為了提高可靠性（防止數據誤讀或跑飛）采用較高的分頻系數對時鐘分頻，使得指令周期長，執行速度慢。例如51單片機需要12個晶振周期才能組成1個機器周期，而且很多指令需要2個機器周期才能執行。AVR單片機的推出，徹底打破這種舊設計格局，廢除了機器周期，采用精簡指令集，取指周期短，又可預取指令，實現流水作業，故可高速執行指令。AVR單片機在12個晶振周期中能執行12條指令，從這個角度看，如果晶振頻率相同，AVR的速度是51的12倍到24倍。

　　AVR有32個通用寄存器，在進行大量復雜運算時，AVR的32個寄存器可相當于51的32個累加器，克服了51系列單片機只有單一累加器數據處理造成的瓶頸現象，在復雜運算時速度比51快5倍以上。由此可看出，51與AVR相比是多么慢，AVR是多么快。

　　AVR系列單片機多內部集成了多路AD轉換器、電壓比較器、ISP、I2C、JTAG總線電路、UART串口、大功率IO口、看門狗等實用電路，并且很多AVR單片機型號有EEPROM、FLASH、SRAM三種存儲器，可以實現實時修改程序存儲器中的內容，即AVR單片機可以自己修改自己的程序。同時AVR一般能工作在寬電壓范圍（2.7～6.0V），有的居然可以在1.8V電壓下工作。以上這些性能只是AVR眾多性能中的一部分，然而已經讓51系列單片機望塵莫及了。

　　如此高性能的單片機價格居然和51單片機差不多，比如ATmega8價格為8元左右，ATmega16在13元左右，這是AVR有極高性價比的真實寫照。

　　2 性能

　　AVR家族人丁興旺，包括ATinyAVR（微小型）、低功耗類、ATmegaAVR高中低檔5類單片機。它們都基于同一核心技術，但在內部集成的電路多少上有不同。不論你要做電子手表還是視頻處理，都有一款合適的AVR單片機能滿足你的需要。

　　本文只列出ATmega16中檔單片機的性能：

　　16KB的FLASH程序存儲器；512B的EEPROM；1KB的SRAM；32個快速寄存器；32個大功率IO口；20個中斷；2個外部中斷口；有SPI、SUART、I2C總線接口；2個8位定時器；1個16位定時器；3個PWM通道；有實時時鐘RTC；8個10位AD通道；電壓比較器；看門狗；內置時鐘振蕩器；JTAG接口；ISP在線編程；電壓范圍為2.7V-5.5V；外部時鐘晶振0-16MHz；有PID和多種貼片封裝。

　　AVR的IO口能輸出20mA和吸收40mA的電流，不僅可直接驅動LED，甚至可直接驅動微型直流減速電機。而且AVR的IO口可編程設置成輸入、輸出、高阻態狀態，是真正的3態IO口。和51相比使用AVR開發產品你會發現前所未有的方便和自由。

　　AVR單片機可上操作系統，比如UCOS2、Linux等，自主編程實現操作系統功能也很容易。

　　根據任務具體需要選擇最合適的單片機，使單片機資源充分利用，使系統性價比達到最高，同時兼顧未來擴展需要，不要一味選用高性能單片機，這就是選單片機的原則。

　　用ARM+操作系統做超聲波測距儀——殺雞用了牛刀。用AVR中檔單片機做機器視覺——有些吃不消。如果把它們調換一下，一切就恰到好處了。

　　3 使用方法

　　學AVR單片機的好書是《AVR單片機嵌入式系統原理與應用實踐》，封面見下圖。

　　AVR一般采用CVAVR編程軟件編程，也可用GUN GCC AVR、AVR Studio軟件編程。可采用匯編或C語言編程。燒程序前先輸出HEX文件，然后用SLISP（雙龍ISP）軟件加載，再通過ISP編程線或者25針并口連接線燒入AVR單片機，支持在線編程。

　　由于AVR單片機最小系統很簡單，就是電源+晶振（可不用）+LED+ISP接口（通電就運行，斷電就停止，不用復位電路），因此任何初學者都可以用面包板搭出AVR最小系統，并且編程實踐。

　　4 實踐經驗

　　使用AVR單片機時注意要正確設置熔絲位，SLISP軟件就可設置，熔絲位可決定單片機是采用外部晶振還是采用內部時鐘振蕩器，如果熔絲位設置為采用外部晶振，而電路中沒有接入晶振，則AVR程序不能運行。很多初學者忽視了這一點，他們的AVR系統不能運行卻找不到原因。再有就是AVR的IO口在使用前需先編程設置其狀態，否則你將發現程序在運行，但IO口沒信號。

　　4 應用舉例

　　五 高級機器人控制器 ARM

　　1 簡介

　　ARM是一個公司名，他們基于同一內核設計了很多高性能處理器，這些處理器都叫ARM。該技術被很多公司購買后生產出了集成很多功能電路的ARM芯片，使得ARM成為高性能單片機。ARM一般為32位單片機，適于處理大量復雜數據，很多ARM裝上了UCOS2、Windows CE、Linux操作系統，能夠同時運行多個程序。ARM廣泛應用于手機、MP3、GPS導航儀、吸塵機器人等產品上。