AVR單片機(jī)一些學(xué)習(xí)筆記
下面是自己在學(xué)習(xí)AVR單片機(jī)時的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，分享出來給大家，一起學(xué)習(xí)。
1、 AVR單片機(jī)采用RISC架構(gòu)，8051單片機(jī)采用CISC架構(gòu)。前者速度為后者的2~4倍，為流水線操作指令。
2、 AVR單片機(jī)有32個通用寄存器(地址在RAM區(qū)從$0000開始到$001F)，其中有6個(最后6個)合并為3個16位的X,Y,Z寄存器，用來存放地址指針，Z寄存器還可以尋址程序存儲器。
3、 哈佛結(jié)構(gòu)，131條機(jī)器指令。
4、 延遲開機(jī)功能。
5、 內(nèi)部自帶RC振蕩器，可提供1/2/4/8MHZ的工作時鐘。
6、 FLASH+EEPROM+SRAM+SPI+USART+TWI+PWM+RTC+10位ADC+模擬比較器+JTAG。
7、 堆棧指針向下增長，51單片機(jī)向上增長。
8、 程序存儲器按字來訪問,擦除和寫入以頁為單位。
9、 復(fù)位時，所有的I/O口處于沒有上拉電阻的輸入狀態(tài)(高阻)。
10、 沒有中斷優(yōu)先級控制寄存器，由中斷向量表的地址決定優(yōu)先級(地址越低，優(yōu)先級越高)。
11、 PORTB |= (1<<2)D2置1，PORTB&= ~(1<<6)D6清零。
12、 FLASH分兩段：引導(dǎo)程序段(BootProgram Section)+應(yīng)用程序段(Application Program Section)。BPS中可以使用SPM指令實(shí)現(xiàn)IAP功能。
13、 中斷向量表位于FLASH程序存儲器的最前面。
14、 I/O空間為連續(xù)的64個I/O寄存器空間，在數(shù)據(jù)存儲器空間的映射地址為$0020~$005F。訪問I/O寄存器的兩種方式：IN,OUT指令+對SRAM訪問指令。
15、 單獨(dú)的AVcc用于給PORTA的ADC做AREF。
16、 13位的程序計(jì)數(shù)器PC，正好滿足16KB的尋址。
17、 AVR對片內(nèi)SRAM的訪問需要2個時鐘周期。
19、 狀態(tài)寄存器SREG：
I：全局中斷使能位。置1，CPU可以響應(yīng)中斷;清0，CPU禁止響應(yīng)中斷。清0時，單獨(dú)的中斷觸發(fā)控制的值保持不變。并且中斷響應(yīng)后，I由硬件清0(手動置1實(shí)現(xiàn)中斷嵌套)，由RETI置1再響應(yīng)其他中斷。
T：位復(fù)制存儲。BLD,BST?？梢詫⑼ㄓ眉拇嫫鹘M中的任何一位復(fù)制到T中，反過來也可以。
H：半進(jìn)位標(biāo)志位。用于BCD的運(yùn)算。
S：符號標(biāo)志位。S=N⊕V。不管溢出與否(溢出后N的表示就不正確了!)，但S總是能正確的表示計(jì)算結(jié)果的符號。
V：2的補(bǔ)碼溢出標(biāo)志位。溢出時，N取反才是真正的結(jié)果符號。
N：負(fù)數(shù)標(biāo)志位。直接取自運(yùn)算結(jié)果的最高位。
Z：零值標(biāo)志位。運(yùn)算結(jié)果為0，置1。
C：進(jìn)/借位標(biāo)志。
20、 MCUCSR可以查看復(fù)位原因。
21、 掉電檢測(BOD)復(fù)位
22、 在FLASH的$0000H存放的是一條JMP或者RJMP指令，用來跳轉(zhuǎn)到正式代碼入口。$0002H~0028H(針對中斷向量為一個字的，如果中斷向量為兩個字$0002H~0050H)存放的是中斷向量表,20個中斷口<算上第一個復(fù)位中斷為21個>，主程序開始在$002AH。
23、 硬件開發(fā)工具：軟件模擬仿真器，實(shí)時在板仿真器(ICE)，實(shí)時在片仿真器(JTAG)。
24、 每組I/O口配置三個寄存器用來表征他們的狀態(tài)：方向控制寄存器DDRx(Data Direction Register)，數(shù)據(jù)寄存器PORTn，輸入引腳寄存器PINx。
25、 DDRx=1，I/O口處于推挽輸出工作方式，PORTn為1輸出20mA電流，為0吸納20mA電流。DDRx = 0，I/O口處于輸入工作方式，將PINx中的電平讀入到DB上(PORTn用來設(shè)置是否使用內(nèi)部上拉電阻，1為使用，0為不使用)在SFIOR中有一位PUD，PUD=1全部I/O上拉電阻無效，PUD =0，上拉取決于PORTn的設(shè)置。
26、 使用I/O口時，一定要先配置I/O口。首先配置DDRx，確定I/O口是輸入還是輸出。根據(jù)實(shí)際情況，輸入時需要配置是上拉還是下拉(上拉就是默認(rèn)輸入是高電平，下拉就是默認(rèn)輸入是低電平)。
27、 I/O口輸入方式時，應(yīng)該讀取的是PINx的值。
28、 輸出口操作：
PORTA |= (1 <
PORTA &= ~(1<< PORTAx) // 位置低
PORTA ^= (1 <
輸入口操作：
PINA & (1<< PORTAx) // 位讀取
29、 有三個外部中斷(INT0,INT1,INT2)，其中INT2只支持邊緣觸發(fā)
30、 滿足中斷條件，AVR硬件自動將相應(yīng)的中斷標(biāo)志位置1，并且由硬件自動清除(僅對于部分中斷有此功能，當(dāng)然也可以手動軟件清除，清除的方法是寫1)，硬件也同時自動清除I標(biāo)志位(缺省不能進(jìn)行中斷嵌套，SEI將I置1，使能中斷嵌套功能)。
31、 退出中斷后，AVR至少要再執(zhí)行一條指令后才能去響應(yīng)其他被掛起的中斷。
32、 中斷響應(yīng)至少需要4個CK才能開始運(yùn)行中斷向量表中的跳轉(zhuǎn)指令(清I，清中斷標(biāo)志位，壓棧PC，中斷向量送入PC)，至于要真正開始運(yùn)行用戶的代碼，至少需要6~7個CK。中斷返回RETI也需要4個CK(彈出PC，置SREG中的I為1)。
33、 在使能中斷允許位之前，最好先將對應(yīng)中斷源的中斷標(biāo)志位清除，為了防止在使能時，會立馬產(chǎn)生一次“多余”的中斷。
34、 INT0,INT1支持四種形式的中斷觸發(fā)：上升沿，下降沿，任意電平變化，低電平(不帶中斷標(biāo)志位，低電平并不影響INTF0和INTF1的值(保持為0))。INT2只支持異步的上升沿和下降沿觸發(fā)(常用作喚醒MCU功能)。
35、 中斷初始化步驟：配置中斷觸發(fā)類型(MCUCR,MCUCSR)，使能對應(yīng)的中斷(GICR)，清除對應(yīng)的中斷標(biāo)志位(GIFR)，使能全局中斷(asm(“SEI”))。AVR STUDIO6中的中斷寫法：SIGNAL(xx){｝(x為中斷向量號)或者ISR(xx){｝。
36、 T/C0和T/C2可產(chǎn)生PWM，頻率發(fā)生器，外部事件計(jì)數(shù)器(僅T/C0)，10位時鐘預(yù)分頻器，溢出和比較匹配中斷源，允許用32.768kHz晶體作為獨(dú)立的計(jì)數(shù)時鐘源(僅T/C2)。
37、 時鐘源和51單片機(jī)差不多：(CS[2:0]共八種選擇)，停止計(jì)數(shù)，上升沿或下降沿，10位預(yù)分頻器(1/1,1/8,1/64,1/256,1/1024)。
38、 TCNT0(8位)寄存器用來存放計(jì)數(shù)數(shù)值，如果在計(jì)數(shù)器運(yùn)行期間寫入數(shù)值，那么在下一個定時時鐘周期中會阻塞比較匹配(丟失一次TCNT0和OCR0的匹配操作)。
39、 OCR0中的數(shù)據(jù)會一直和TCNT0中的數(shù)值進(jìn)行比較，如果匹配，將產(chǎn)生一個比較匹配的中斷申請或者改變OC0的輸出邏輯電平。
40、 TIMSK中的OCIE0(OutputCompare Interrupt Enable)，TOIE(Timer Overflow Interrupt Enable)分別為比較匹配中斷允許標(biāo)志位和溢出中斷允許位，當(dāng)I被置位時，滿足條件即可觸發(fā)對應(yīng)的中斷。
41、 TIFR中的OCF0(OutputCompare Flag)和TOV0(Timer Overflow)分別為比較匹配標(biāo)志位和定時器溢出標(biāo)志位。
42、 TCCR中的WGM[1:0]決定T/C0的四種工作方式：普通模式，比較匹配時定時器清0，兩種PWM模式。COM[1:0]比較匹配輸出方式的作用取決于T/C0的工作方式。普通模式(WGM[1:0]=0)：計(jì)數(shù)到0xFF會產(chǎn)生溢出中斷，TOV0置1。比較匹配清0計(jì)數(shù)器CTC模式(WGM[1:0]=2)：f=f(IO)/(2N(1+OCR0)),TCNT0和OCR0匹配，匹配后TCNT0清0重新計(jì)數(shù)，同時置OCF0為1，便于產(chǎn)生中斷。在中斷中改變OCR0的值，在OC0中可以輸出可變的高低電平信號?？焖貾WM模式(WGM[1:0]=3)：f=f(IO)/(256N),TCNT0從0計(jì)數(shù)到0xFF，然后重新開始計(jì)數(shù)，如果匹配OCR0則根據(jù)COM[1:0]中的設(shè)置值分別置位或者清0OC0，以此來輸出PWM波形。相位可調(diào)PWM模式(WGM[1:0]=1)：雙向計(jì)數(shù)器，所以最高PWM頻率比快速PWM模式慢了一半。
43、 T2定時器的分頻系數(shù)與T0不同，注意區(qū)別。
44、 T1定時器在讀取數(shù)據(jù)時，先讀低八位，再讀高八位。在寫入數(shù)據(jù)時，先寫高八位，再寫低八位。就像對高位壓棧一樣。
45、 由于T1可以修改計(jì)數(shù)器的上限值(TOP)，所以可以產(chǎn)生頻率可變的PWM波形，而T0/T2定時器無法做到這一點(diǎn)。
46、 T1的工作模式由WGM1[3:0]決定，由此可以看出T1有16種工作模式。普通模式(WGM1[3:0]=0)。CTC模式(GWM1[3:0]=4或12)?？焖貾WM模式(GWM1[3:0]=5,6,7,14,15)有兩路同時輸出，OC1A,OC1B。
47、 T1輸入捕捉功能：觸發(fā)信號由ICP1輸入或者又模擬比較器AC0輸入。觸發(fā)時，TCNT1的值被寫入到ICR1中置位ICF1。此外，ICNC(Input Capture NoiseCanceler)為噪聲抑制功能，實(shí)現(xiàn)原理就是延遲4個CK檢測電平變化，如果連續(xù)4個CK不變，則認(rèn)為是真正的觸發(fā)。ICES(Input Capture Edge Select)為觸發(fā)邊緣的選擇,0為下降沿，1為上升沿。
48、 模擬比較器(正極AIN0和負(fù)極AIN1)，SFIOR(Special Funciton IO Register)中的ACME(Analog Comparator Multiplexer Enable)模擬比較多路使能，置1并且ADC失能，比較器負(fù)極接到ADC的多路開關(guān)。置0，比較器負(fù)極接到AIN1。ACSR(AnalogComparator Control and Status Register)模擬比較器控制和狀態(tài)寄存器。ACD(AnalogControl Disable)置1時，切斷模擬比較器的開關(guān)。在改變設(shè)置時，應(yīng)先失能ACIE，禁止產(chǎn)生模擬器比較中斷。ACO(Analog Comparator Output)模擬比較器輸出。ACIS[1:0](AnalogComparator Interrupt Select)模擬比較器中斷模式選擇。
49、 AVCC為ADC模塊的獨(dú)立電源。參考電源可選擇片內(nèi)2.56V,AVCC或者外部參考電源。
50、 ADMUX(ADC多路復(fù)用選擇寄存器)，ADLAR(ADC LeftAdjust Result)結(jié)果左對齊。ADCSRA(ADC控制和狀態(tài)寄存器A),ADEN，ADC使能位。ADSC(ADC Start Conversion)開始轉(zhuǎn)換位。ADATE(ADC Auto Trigger Enable)自動觸發(fā)開始轉(zhuǎn)換，信號源由SFIOR的ADTS位決定。ADPS[2:0]預(yù)分頻選擇位。
51、 如果AVREF接到外部電源，那么就不能使用內(nèi)部參考電源。
52、 ADC模塊在使能ADATE(自動觸發(fā)轉(zhuǎn)換)后，利用T0的溢出中斷來觸發(fā)開始轉(zhuǎn)換，一定要開啟T0的中斷允許位(TOIE0)，否則無法觸發(fā)轉(zhuǎn)換。
53、 一次正常的ADC轉(zhuǎn)換過程需要13個采樣時鐘，假定ADC采樣時鐘頻率為200kHZ，那么最高的采樣頻。率為200kHZ/13=15.384kHZ，所以由香農(nóng)定理，被測信號的最高頻率為7.7kHZ。
54、 通用同步/異步串行接收/發(fā)送器(Universal Synchronous and Asynchronous Serial Recevier andTransimitter)支持四種工作模式：普通異步模式、雙倍速異步模式、主機(jī)同步模式和從機(jī)同步模式。UCSRC中的UMSEL(U Mode Select)位用于選擇同步或異步模式。UCSRA中的U2X用于控制是否使用倍速模式。
55、 波特率計(jì)算公式：BAUD=fosc/(16(UBRR+1))。
56、 UCSRA中的UDRE(U Data Register Empty)置1時(數(shù)據(jù)寄存器為空)，UDR才能夠被寫入，一旦被寫入，硬件自動將其中的內(nèi)容送到TXD上串行移出。RXD和TXD均可以產(chǎn)生相應(yīng)的中斷，并在進(jìn)入中斷后標(biāo)志自動清0。
57、 由于UBRRH (U Baud Rate Register)和UCSRC的物理地址相同，只是在最高位URSEL的不同，而寫操作和讀操作的對象不同。當(dāng)URSEL為0時，對象為UBRRH;當(dāng)URSEL為1時，對象為UCSRC。(讀UCSRC時，需要連續(xù)讀兩次才能得到結(jié)果，第一次讀的是UBRRH的值)。
58、 USART的初始化包括：設(shè)置波特率，使能接收和發(fā)送器，設(shè)置幀格式。
數(shù)據(jù)發(fā)送：while(!(UCSRA& (1 << UDRE))); UDR = data;UDRE在UDR被寫入值后被硬件自動清0，如果在UDR空中斷沒有對UDR賦值，那么UDRE沒有清0，退出中斷后會再次觸發(fā)中斷。但是TXC中斷可以硬件自動清0TXC標(biāo)志
數(shù)據(jù)接收：while(!(UCSRA & (1 << RXC)));data = UDR;RXC在UDR數(shù)據(jù)被讀出后被硬件自動清0，所以在RXC中斷時必須讀取UDR，以清0RXC。或者手動清0RXC
TXD和RXD功能由TXEN和RXEN的設(shè)置來開啟和關(guān)閉
59、 如果UCSRA中的FE，PE，DOR在RXC中斷中需要讀出進(jìn)行錯誤檢測，那么一定要先讀UCSRA再讀UDR
60、 串行外設(shè)接口(Serial Peripheral Interface,SPI.飛思卡爾公司提出)，兩線串行接口(Two-wireSerial Interface,TWI)。SPI一般有四根信號線：MOSI,MISO,SCLK,/SS.可以想象一下主機(jī)和從機(jī)從MOSI到MISO收尾相連形成環(huán)(本質(zhì)就是串行移位唄~)，當(dāng)數(shù)據(jù)全部交換完畢后，主機(jī)拉高/SS，停止SPI傳輸。這就是為什么SPI比TWI(I2C)快的原因：因?yàn)閿?shù)據(jù)是全雙工，并且數(shù)據(jù)走不同的通道。
61、 SPI有四種工作模式，取決于同步時鐘的極性(Clock Polariy)和同步時鐘的相位(Clock Phase)2個參數(shù)。
62、 SPI的主機(jī)方式最高速率為(CK/2),從機(jī)方式最高速率為(CKI/4)
63、 數(shù)據(jù)寄存器SPDR。在讀SPDR時，讀取的是緩沖寄存器內(nèi)容;寫SPDR時，寫到移位寄存器中。一旦將數(shù)據(jù)寫入SPDR，硬件自動傳輸一次SPI通信，如果中斷允許，則進(jìn)入SPI中斷。
64、 SPI速率一般為1MHZ,最高可達(dá)10MHZ
65、 TWI工作在被控模式時，CPU頻率fcpuclock必須大于TWI時鐘線SCL頻率的16倍。SCL的頻率： (在主機(jī)模式下，TWBR應(yīng)大于10.另外特別需要注意的一點(diǎn)： 指的不是4的TWPS次方，應(yīng)該是按照分頻表格，將表格中的1，4，16，64替換 整體)
66、 TWINT中斷標(biāo)志位，當(dāng)其被置位時，時鐘線SCL被拉低，并且執(zhí)行中斷向量時，標(biāo)志不會清0，只能靠手動軟件清0。
67、 如果TWINT被置位，表示正在傳送數(shù)據(jù)，此時如果寫入TWDR，那么TWWC(寫沖突)會被置位。也就是說當(dāng)TWINT被置位時，TWDR應(yīng)該保持穩(wěn)定，這和I2C的協(xié)議是一致的。
68、 TWAR(地址寄存器)的高7位用于存儲自己的地址，最后一位TWGCE(TWI General Call Recognition Enable)為地址匹配成功使能位。如果地址匹配成功，將會產(chǎn)生一次TWI中斷
69、 在I2C的TWI寄存器設(shè)置中，不能使用|賦值，必須整體賦值
70、 CKOPT當(dāng)系統(tǒng)頻率較高時或者要求抗干擾能力強(qiáng)，設(shè)置為1。如果系統(tǒng)頻率低，設(shè)置為0，這樣可以減少電流的損耗。
71、 片內(nèi)EEPROM，執(zhí)行讀操作時，CPU停止運(yùn)行4個時鐘周期。而在執(zhí)行寫操作時，CPU停止運(yùn)行2個時鐘周期。
擴(kuò)展閱讀：單片機(jī)I/O口推挽輸出與開漏輸出的區(qū)別
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