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AVR單片機(jī)基礎(chǔ)知識

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AVR單片機(jī)特點(diǎn)

每種MCU都有自身的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，與其它8-bit MCU相比，AVR 8-bit MCU最大的特點(diǎn)是：
● 哈佛結(jié)構(gòu)，具備1MIPS / MHz的高速運(yùn)行處理能力；
● 超功能精簡指令集（RISC），具有32個通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用單一ACC進(jìn)行處理造成的瓶頸現(xiàn)象；
● 快速的存取寄存器組、單周期指令系統(tǒng)，大大優(yōu)化了目標(biāo)代碼的大小、執(zhí)行效率，部分型號FLASH非常大，特別適用于使用高級語言進(jìn)行開發(fā)；
● 作輸出時與PIC的HI/LOW相同，可輸出40mA（單一輸出），作輸入時可設(shè)置為三態(tài)高阻抗輸入或帶上拉電阻輸入，具備10mA-20mA灌電流的能力；
● 片內(nèi)集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動復(fù)位、看門狗、啟動延時等功能，外圍電路更加簡單，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠；
● 大部分AVR片上資源豐富：帶E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等；
● 大部分AVR除了有ISP功能外，還有IAP功能，方便升級或銷毀應(yīng)用程序。
● 性價比高。

開發(fā)AVR單片機(jī)，需要哪些編譯器、調(diào)試器？

AVR的仿真方式
一般來說，AVR有三種仿真方式：
（1）JTAG仿真方式，適用于具備JTAG仿真接口的AVR。如：Atmega16/32，Atmega64/128等。

JTAG是IEEE的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，通過這個標(biāo)準(zhǔn)，可對具有JTAG接口的芯片的硬件電路進(jìn)行邊界掃描和故障檢測。部分AVR型號帶JTAG仿真調(diào)試接口，可使用JTAG仿真方式。

（2）debugWIRE仿真方式，適用于具備debugWIRE仿真接口的AVR。如：Attiny13/24/2313，Atmega48/88/168等。

debugWIRE 是用以降低成本和調(diào)試引腳的開銷，ATMEL在AVR器件上使用的新的調(diào)試接口：debugWIRE，與JTAG相比其主要區(qū)別在于僅使用一根信號線（RESET），即可完成調(diào)試信息的交互，達(dá)到控制程序流向，執(zhí)行指令以及編程熔絲位的功能。它的總的連接圖如下：

這里的 RESET 信號被用于傳遞調(diào)試信息。
（3）采用仿真頭替代AVR MCU仿真方式，適用于不帶仿真接口的AVR。如Attiny26，Atmega8，Atmega8515等。

AVR的燒寫方式

一般來說，AVR的編程方式有：
（1）串行編程（即ISP編程）

ISP是In System Program的縮寫，意思是在系統(tǒng)編程。目前的AVR芯片基本上都具備ISP接口，可通過ISP接口進(jìn)行編程。它一共使用了兩條電源線：VCC、GND，三條信號線：SCK、MOSI、MISO，以及復(fù)位線：RESET。由于僅僅使用了幾條數(shù)據(jù)線，所以我們亦常將其稱為串行編程。值得注意的是，雖然下載器端使用的信號線名為SCK、MOSI、MISO，但AVR MCU的信號端不一定是名為SCK、MOSI、MISO。

AVR的串行編程方式有很多種，如：
（1）STK200/STK300：并口下載器多采用該燒寫方式，最早期的一種燒寫方式，支持型號少，燒寫速度低，不支持AVR Studio。
（2）STK500：ATMEL最推薦的編程方式，由于采用ATMEL官方的STK500固件，使得它可燒寫全系列AVR（若對固件進(jìn)行升級亦可支持未來的AVR型號），燒寫速度非�？�，支持AVR Studio。
（3）AVRISP（準(zhǔn)STK500）：由于采用ATMEL官方的STK500固件，使得它可燒寫大部分AVR（若對固件進(jìn)行升級亦可支持未來的AVR型號），燒寫速度非�？�，支持AVR Studio。
（4）AVRISPmkII：由于采用ATMEL官方的AVRISPmkII固件，使得它可燒寫大部分AVR（若對固件進(jìn)行升級亦可支持未來的AVR型號），燒寫速度非�？�，支持AVR Studio。
（5）當(dāng)然還有其它的ISP方式，但已經(jīng)那些均不是最為常見的串行編程方式，在此不在作一一介紹。

（2）高壓/并行編程
AVR的高壓編程/并行編程，實(shí)際上是更早出現(xiàn)的編程方法，它功能強(qiáng)大，但需要：

1）連接較多的引腳（故稱“并行編程”）
2）使用12V電壓（故稱“高壓編程”）

聯(lián)合起來一般叫高壓/并行編程。實(shí)際上，有些編程是高壓/串行編程，如Attiny13。（Attiny13端口非常少）高壓/并行編程（理論上）能修復(fù)任何熔絲位，例如：
1）Attiny13/24/2313、Atmega8/48/88/168等AVR的RESET端口與IO端口是共用的，由于這類AVR的引腳一般較少，（如Attiny13僅有6個IO口），經(jīng)常出現(xiàn)IO不夠用的情況，需要將RESET端口設(shè)置為IO端口使用，然而，一旦將RESET設(shè)置為IO，便無法再進(jìn)行ISP編程了，更無法使用ISP恢復(fù)RESET功能，因?yàn)镮SP編程需要RESET功能。然而，這種情況下，使用高壓/并行編程，可以恢復(fù)RESET功能，（注意：RESET端口與　　IO端口是共用的AVR，具備debugWIRE功能，“dW”熔絲位必須為啟動狀態(tài)）因?yàn)楦邏?并行編程不需要RESET功能。
2）當(dāng)設(shè)置錯了熔絲位導(dǎo)致芯片鎖死，這種情況下，使用高壓/并行編程，可恢復(fù)熔絲位。

（3）JTAG編程

JTAG燒寫方式僅適用于帶JTAG

接口的AVR，另外，JTAG對比ISP燒寫方式主要有個缺點(diǎn)：必須占用JTAG對應(yīng)的IO端口。例如，ATMEGA16必須占用PC2-PC5這幾個端口。然而，有時候，缺點(diǎn)也是優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)閷τ贗O夠用的AVR來說，在產(chǎn)品開發(fā)過程，可以用JTAG接口來仿真調(diào)試，產(chǎn)品量產(chǎn)后，產(chǎn)品板預(yù)留的JTAG接口還可以用來燒寫程序。

（4）IAP編程

AVR MCU的ISP功能和debugWIRE功能是互斥的，也就是說，使能了AVR MCU的 debugWIRE 功能后ISP功能就無法使用，使能了ISP功能后debugWIRE功能就無法使用。
那么，怎樣確定AVR的RESET引腳為ISP功能使用還是debugWIRE功能使用呢？
在具備debugWIRE 的AVR 器件中，有一個可編程的熔絲位DWEN，如果該熔絲被編程（且lockbits未被編程），則debugWIRE 功能被啟用，AVR的RESET 引腳將被作為debugWIRE 功能使用，可與調(diào)試器進(jìn)行debugWIRE仿真通信（此時，ISP 功能被禁用）。AVR芯片出廠時，DWEN熔絲位是未編程的，也即是說ISP 功能是使能的，debugWIRE 被禁用。使用ISP 功能時，通過調(diào)試器對debugWIRE熔絲進(jìn)行編程使能，可啟用debugWIRE功能；使用debugWIRE功能時，對通過調(diào)試器對 debugWIRE熔絲禁止，可使能ISP 功能。

編程語言建議使用C而不是匯編開發(fā)AVR

首先說說C的優(yōu)點(diǎn)。
1、直觀，可讀性強(qiáng)：這點(diǎn)很重要。對于一個產(chǎn)品，周期是很長的，即使出第一臺產(chǎn)品之后，還有很長的維護(hù)時間。這中間維護(hù)人員可能經(jīng)常變動，如果可讀性強(qiáng)，將給維護(hù)工作省下很大的成本。即使是在開發(fā)，可讀性強(qiáng)的程序也便于查錯。
2、模塊化可以做的很好：這點(diǎn)也是很重要的。模塊化做得好，當(dāng)然程序得重用性就高。對于公司來說，這一點(diǎn)是關(guān)系到公司長遠(yuǎn)發(fā)展的。程序可以重用，說明下一次開發(fā)的投入就可以減少，時間也可以加快，多好的事呀。
還有很多有點(diǎn)，當(dāng)然也就是高級語言相對于匯編語言的優(yōu)點(diǎn)，這里就不一一列舉了。
再來看看匯編的優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)該來說，匯編語言操作硬件直觀，對于硬件非常熟悉的人來說，直接操作很方便。另外可能就是很多人說的效率要高了。
針對以上兩點(diǎn)我來說說，首先“匯編語言操作硬件直觀”，這是在代碼編寫階段，對于整個產(chǎn)品周期來說，應(yīng)該是要避免使用匯編語言的，這個在C語言的優(yōu)點(diǎn)中已經(jīng)說明。對于第二點(diǎn)，效率問題，目前C語言的編譯器優(yōu)化也做的很好，對于一個匯編不是很熟練的來說，C編出來的程序應(yīng)該不會效率比匯編低。當(dāng)然這樣就對開發(fā)人員的要求降低了很多，人員的限制也就沒有那么嚴(yán)格。另外是否真的是效率問題呢。我覺得應(yīng)該是一個整體效率和局部效率的均衡問題。需要提高的是整體的效率。一個好的軟件架構(gòu)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比一個好的函數(shù)效率要高的多。因此主要的精力應(yīng)該放在軟件的架構(gòu)上。另外現(xiàn)在CPU的速度不停的往上提，CPU越來越快，這點(diǎn)應(yīng)該也可以彌補(bǔ)程序的效率吧。
當(dāng)然，我的意思不是不學(xué)習(xí)匯編。匯編對于熟悉硬件有很大的好處，應(yīng)此匯編語言在學(xué)習(xí)初期一定是要學(xué)習(xí)的。在基本的硬件熟悉之后，就可以轉(zhuǎn)向C了。

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