AVR教程系列一(1)：AVR单片机介绍

AVR单片机介绍

AVR，它来源于：1997年，由ATMEL公司挪威设计中心的A先生与V先生利用ATMEL公司的Flash新技术，共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机，简称AVR。

AVR单片机特点

每种MCU都有自身的优点与缺点，与其它8-bit MCU相比，AVR 8-bit MCU最大的特点是： ● 哈佛结构，具备1MIPS / MHz的高速运行处理能力；

● 超功能精简指令集（RISC），具有32个通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用单一ACC进行处理造成的瓶颈现象；

● 快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小、执行效率，部分型号FLASH非常大，特别适用于使用高级语言进行开发；

● 作输出时与PIC的HI/LOW相同，可输出40mA（单一输出），作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具备10mA-20mA灌电流的能力；

● 片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠；

● 大部分AVR片上资源丰富：带E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等；

● 大部分AVR除了有ISP功能外，还有IAP功能，方便升级或销毁应用程序。 ● 性价比高。

开发AVR单片机，需要哪些编译器、调试器？

软件名称

AVR Studio

类型 简介

ATMEL AVR Studio集成开发环境(IDE)，可使用

官方网址

www.atmel.com

IDE、汇编编汇编语言进行开发（使用其它语言需第三方软件协

译器

助），集软硬件仿真、调试、下载编程于一体。ATMEL官方及市面上通用的AVR开发工具都支持AVRStudio。 GCC是Linux的唯一开发语言。GCC的编译器优化程度可以说是目前世界上民用软件中做的最好的，另

GCCAVR (WinAVR) C编译器 外，它有一个非常大优点是，免费！在国外，使用它

的人几乎是最多的。但，相对而言，它的缺点是，使用操作较为麻烦。

C编译器

ICC AVR

（集烧写程序功能）

市面上(大陆)的教科书使用它作为例程的较多，集成代码生成向导，虽然它的各方面性能均不是特别但，它有Demo版本，在45天内是完全版。

sourceforge.net

www.imagecraft.com

突出，但使用较为方便。虽然ICCAVR软件不是免费的，

C编译器 与KeilC51的代码风格最为相似，集成较多常用

CodeVision AVR （集烧写程外围器件的操作函数，集成代码生成向导，有软件模www.hpinfotech.ro

序功能） 块，不是免费软件，Demo版为限2KB版。

ATman AVR IAR AVR C编译器 支持多个模块调试（AVRStudio不支持多个模块调试）。 www.atmanecl.com IAR实际上在国外比较多人使用，但它的价格较C编译器 为昂贵，所以，中国大陆内，使用它的开发人员较少，只有习惯用IAR的工程师才会去使用它。 www.iar.com AVR的仿真方式

一般来说，AVR有三种仿真方式：

（1）JTAG仿真方式，适用于具备JTAG仿真接口的AVR。如：Atmega16/32，Atmega64/128等。

JTAG是IEEE的标准规范， 通过这个标准，可对具有JTAG接口的芯片的硬件电路进行边界扫描和故障检测。部分AVR型号带JTAG仿真调试接口，可使用JTAG仿真方式。

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

debugWIRE 是用以降低成本和调试引脚的开销，ATMEL在AVR器件上使用的新的调试接口：debugWIRE，与JTAG相比其主要区别在于仅使用一根信号线（RESET），即可完成调试信息的交互，达到控制程序流向，执行指令以及编程熔丝位的功能。它的总的连接图如下：

这里的 RESET 信号被用于传递调试信息。

（3）采用仿真头替代AVR MCU仿真方式，适用于不带仿真接口的AVR。如Attiny26，Atmega8，Atmega8515等。

AVR的烧写方式

一般来说，AVR的编程方式有： （1）串行编程（即ISP编程）

ISP是In System Program的缩写，意思是在系统编程。目前的AVR芯片基本上都具备ISP接口，可通过ISP接口进行编程。它一共使用了两条电源线：VCC、GND，三条信号线：SCK、MOSI、MISO，以及复位线：RESET。由于仅仅使用了几条数据线，所以我们亦常将其称为串行编程。值得注意的是，虽然下载器端使用的信号线名为SCK、MOSI、MISO，但AVR MCU的信号端不一定是名为SCK、MOSI、MISO。

AVR的串行编程方式有很多种，如：

（1）STK200/STK300：并口下载器多采用该烧写方式，最早期的一种烧写方式，支持型号少，烧写速度低，不支持AVR Studio。

（2）STK500：ATMEL最推荐的编程方式，由于采用ATMEL官方的STK500固

件，使得它可烧写全系列AVR（若对固件进行升级亦可支持未来的AVR型号），烧写速度非常快，支持AVR Studio。

（3）AVRISP（准STK500）：由于采用ATMEL官方的STK500固件，使得它可烧写大部分AVR（若对固件进行升级亦可支持未来的AVR型号），烧写速度非常快，支持AVR Studio。

（4）AVRISPmkII：由于采用ATMEL官方的AVRISPmkII固件，使得它可烧写大部分AVR（若对固件进行升级亦可支持未来的AVR型号），烧写速度非常快，支持AVR Studio。

（5）当然还有其它的ISP方式，但已经那些均不是最为常见的串行编程方式，在此不在作一一介绍。 （2）高压/并行编程

AVR的高压编程/并行编程，实际上是更早出现的编程方法，它功能强大，但需要：

1）连接较多的引脚（故称“并行编程”） 2）使用12V电压（故称“高压编程”）

联合起来一般叫高压/并行编程。实际上，有些编程是高压/串行编程，如Attiny13。（Attiny13端口非常少）高压/并行编程（理论上）能修复任何熔丝位，例如：

1）Attiny13/24/2313、Atmega8/48/88/168等AVR的RESET端口与IO端口是共用的，由于这类AVR的引脚一般较少，（如Attiny13仅有6个IO口），经常出现IO不够用的情况，需要将RESET端口设置为IO端口使用，然而，一旦将RESET设置为IO，便无法再进行ISP编程了，更无法使用ISP恢复RESET功能，因为ISP编程需要RESET功能。然而，这种情况下，使用高压/并行编程，可以恢复RESET功能，（注意：RESET端口与IO端口是共用的AVR，具备debugWIRE功能，“dW”熔丝位必须为启动状态）因为高压/并行编程不需要RESET功能。

2）当设置错了熔丝位导致芯片锁死，这种情况下，使用高压/并行编程，可恢复熔丝位。

（3）JTAG编程

JTAG烧写方式仅适用于带JTAG接口的AVR，另外，JTAG对比ISP烧写方式主要有个缺点：必须占用JTAG对应的IO端口。例如，ATMEGA16必须占用PC2-PC5这几个端口。然而，有时候，缺点也是优点，因为对于IO够用的AVR来说，在产品开发过程，可以用JTAG接口来仿真调试，产品量产后，产品板预留的JTAG接口还可以用来烧写程序。

（4）IAP编程

AVR MCU的ISP功能和debugWIRE功能是互斥的，也就是说，使能了AVR MCU的 debugWIRE 功能后ISP功能就无法使用，使能了ISP功能后debugWIRE功能就无法使用。

那么，怎样确定AVR的RESET引脚 为ISP功能使用还是debugWIRE功能使用呢？

在具备debugWIRE 的AVR 器件中，有一个可编程的熔丝位DWEN，如果该熔丝被编程（且lockbits未被编程），则debugWIRE 功能被启用，AVR的RESET 引脚将被作为debugWIRE 功能使用，可与调试器进行debugWIRE仿真通信（此时，

ISP 功能被禁用）。AVR芯片出厂时，DWEN熔丝位是未编程的，也即是说ISP 功能是使能的，debugWIRE 被禁用。使用ISP 功能时，通过调试器对debugWIRE熔丝进行编程使能，可启用debugWIRE功能；使用debugWIRE功能时，对通过调试器对debugWIRE熔丝禁止，可使能ISP 功能。

编程语言建议使用C而不是汇编开发AVR

首先说说C的优点。

1、直观，可读性强：这点很重要。对于一个产品，周期是很长的，即使出第一台产品之后，还有很长的维护时间。这中间维护人员可能经常变动，如果可读性强，将给维护工作省下很大的成本。即使是在开发，可读性强的程序也便于查错。 2、模块化可以做的很好：这点也是很重要的。模块化做得好，当然程序得重用性就高。对于公司来说，这一点是关系到公司长远发展的。程序可以重用，说明下一次开发的投入就可以减少，时间也可以加快，多好的事呀。

还有很多有点，当然也就是高级语言相对于汇编语言的优点，这里就不一一列举了。

再来看看汇编的优点：应该来说，汇编语言操作硬件直观，对于硬件非常熟悉的人来说，直接操作很方便。另外可能就是很多人说的效率要高了。

针对以上两点我来说说，首先“汇编语言操作硬件直观”，这是在代码编写阶段，对于整个产品周期来说，应该是要避免使用汇编语言的，这个在C语言的优点中已经说明。对于第二点，效率问题，目前C语言的编译器优化也做的很好，对于一个汇编不是很熟练的来说，C编出来的程序应该不会效率比汇编低。当然这样就对开发人员的要求降低了很多，人员的限制也就没有那么严格。另外是否真的是效率问题呢。我觉得应该是一个整体效率和局部效率的均衡问题。需要提高的是整体的效率。一个好的软件架构，远远比一个好的函数效率要高的多。因此主要的精力应该放在软件的架构上。另外现在CPU的速度不停的往上提，CPU越来越快，这点应该也可以弥补程序的效率吧。

当然，我的意思不是不学习汇编。汇编对于熟悉硬件有很大的好处，应此汇编语言在学习初期一定是要学习的。在基本的硬件熟悉之后，就可以转向C了。