单片机设计经验技巧精华集锦（三）

　　1 简介

　　AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC（Reduced Instruction Set CPU） 精简指令集高速8位单片机。高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位一直是衡量单片机性能的重要指标，而AVR单片机是典型高性能单片机。

　　早期单片机，比如51单片机为了提高可靠性（防止数据误读或跑飞）采用较高的分频系数对时钟分频，使得指令周期长，执行速度慢。例如51单片机需要12个晶振周期才能组成1个机器周期，而且很多指令需要2个机器周期才能执行。AVR单片机的推出，彻底打破这种旧设计格局，废除了机器周期，采用精简指令集，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。AVR单片机在12个晶振周期中能执行12条指令，从这个角度看，如果晶振频率相同，AVR的速度是51的12倍到24倍。

　　AVR有32个通用寄存器，在进行大量复杂运算时，AVR的32个寄存器可相当于51的32个累加器，克服了51系列单片机只有单一累加器数据处理造成的瓶颈现象，在复杂运算时速度比51快5倍以上。由此可看出，51与AVR相比是多么慢，AVR是多么快。

　　AVR系列单片机多内部集成了多路AD转换器、电压比较器、ISP、I2C、JTAG总线电路、UART串口、大功率IO口、看门狗等实用电路，并且很多AVR单片机型号有EEPROM、FLASH、SRAM三种存储器，可以实现实时修改程序存储器中的内容，即AVR单片机可以自己修改自己的程序。同时AVR一般能工作在宽电压范围（2.7～6.0V），有的居然可以在1.8V电压下工作。以上这些性能只是AVR众多性能中的一部分，然而已经让51系列单片机望尘莫及了。

　　如此高性能的单片机价格居然和51单片机差不多，比如ATmega8价格为8元左右，ATmega16在13元左右，这是AVR有极高性价比的真实写照。

　　2 性能

　　AVR家族人丁兴旺，包括ATinyAVR（微小型）、低功耗类、ATmegaAVR高中低档5类单片机。它们都基于同一核心技术，但在内部集成的电路多少上有不同。不论你要做电子手表还是视频处理，都有一款合适的AVR单片机能满足你的需要。

　　本文只列出ATmega16中档单片机的性能：

　　16KB的FLASH程序存储器；512B的EEPROM；1KB的SRAM；32个快速寄存器；32个大功率IO口；20个中断；2个外部中断口；有SPI、SUART、I2C总线接口；2个8位定时器；1个16位定时器；3个PWM通道；有实时时钟RTC；8个10位AD通道；电压比较器；看门狗；内置时钟振荡器；JTAG接口；ISP在线编程；电压范围为2.7V-5.5V；外部时钟晶振0-16MHz；有PID和多种贴片封装。

　　AVR的IO口能输出20mA和吸收40mA的电流，不仅可直接驱动LED，甚至可直接驱动微型直流减速电机。而且AVR的IO口可编程设置成输入、输出、高阻态状态，是真正的3态IO口。和51相比使用AVR开发产品你会发现前所未有的方便和自由。

　　AVR单片机可上操作系统，比如UCOS2、Linux等，自主编程实现操作系统功能也很容易。

　　根据任务具体需要选择最合适的单片机，使单片机资源充分利用，使系统性价比达到最高，同时兼顾未来扩展需要，不要一味选用高性能单片机，这就是选单片机的原则。

　　用ARM+操作系统做超声波测距仪——杀鸡用了牛刀。用AVR中档单片机做机器视觉——有些吃不消。如果把它们调换一下，一切就恰到好处了。

　　3 使用方法

　　学AVR单片机的好书是《AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践》，封面见下图。

　　AVR一般采用CVAVR编程软件编程，也可用GUN GCC AVR、AVR Studio软件编程。可采用汇编或C语言编程。烧程序前先输出HEX文件，然后用SLISP（双龙ISP）软件加载，再通过ISP编程线或者25针并口连接线烧入AVR单片机，支持在线编程。

　　由于AVR单片机最小系统很简单，就是电源+晶振（可不用）+LED+ISP接口（通电就运行，断电就停止，不用复位电路），因此任何初学者都可以用面包板搭出AVR最小系统，并且编程实践。

　　4 实践经验

　　使用AVR单片机时注意要正确设置熔丝位，SLISP软件就可设置，熔丝位可决定单片机是采用外部晶振还是采用内部时钟振荡器，如果熔丝位设置为采用外部晶振，而电路中没有接入晶振，则AVR程序不能运行。很多初学者忽视了这一点，他们的AVR系统不能运行却找不到原因。再有就是AVR的IO口在使用前需先编程设置其状态，否则你将发现程序在运行，但IO口没信号。

　　4 应用举例

　　五 高级机器人控制器 ARM

　　1 简介

　　ARM是一个公司名，他们基于同一内核设计了很多高性能处理器，这些处理器都叫ARM。该技术被很多公司购买后生产出了集成很多功能电路的ARM芯片，使得ARM成为高性能单片机。ARM一般为32位单片机，适于处理大量复杂数据，很多ARM装上了UCOS2、Windows CE、Linux操作系统，能够同时运行多个程序。ARM广泛应用于手机、MP3、GPS导航仪、吸尘机器人等产品上。