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高可靠性、功能強(qiáng)、高速度、低功耗和低價(jià)位 , 一直是衡量單片機(jī)性能的重要指標(biāo),也是單片機(jī)占領(lǐng)市場(chǎng)、賴以生存的必要條件。
早期單片機(jī)主要由于工藝及設(shè)計(jì)水平不高、功耗高和抗干擾性能差等原因,所以采取穩(wěn)妥方案：即采用較高的分頻系數(shù)對(duì)時(shí)鐘分頻,使得指令周期長,執(zhí)行速度慢。以后的 CMOS單片機(jī)雖然采用提高時(shí)鐘頻率和縮小分頻系數(shù)等措施,但這種狀態(tài)并未被徹底改觀(51以及51兼容)。此間雖有某些精簡指令集單片機(jī)(RISC)問世,但依然沿襲對(duì)時(shí)鐘分頻的作法。
AVR單片機(jī)的推出,徹底打破這種舊設(shè)計(jì)格局,廢除了機(jī)器周期,拋棄復(fù)雜指令計(jì)算機(jī)(CISC)追求指令完備的做法;采用精簡指令集,以字作為指令長度單位,將內(nèi)容豐富的操作數(shù)與操作碼安排在一字之中(指令集中占大多數(shù)的單周期指令都是如此),取指周期短,又可預(yù)取指令,實(shí)現(xiàn)流水作業(yè),故可高速執(zhí)行指令。當(dāng)然這種速度上的升躍,是以高可靠性為其后盾的。
AVR單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)采取8位機(jī)與16位機(jī)的折中策略,即采用局部寄存器存堆(32個(gè)寄存器文件)和單體高速輸入/輸出的方案(即輸入捕獲寄存器、輸出比較匹配寄存器及相應(yīng)控制邏輯)。提高了指令執(zhí)行速度(1Mips/MHz),克服了瓶頸現(xiàn)象,增強(qiáng)了功能;同時(shí)又減少了對(duì)外設(shè)管理的開銷,相對(duì)簡化了硬件結(jié)構(gòu),降低了成本。故AVR單片機(jī)在軟/硬件開銷、速度、性能和成本諸多方面取得了優(yōu)化平衡,是高性價(jià)比的單片機(jī)。
AVR單片機(jī)內(nèi)嵌高質(zhì)量的Flash程序存儲(chǔ)器,擦寫方便,支持ISP和IAP,便于產(chǎn)品的調(diào)試、開發(fā)、生產(chǎn)、更新。內(nèi)嵌長壽命的EEProm可長期保存關(guān)鍵數(shù)據(jù),避免斷電丟失。片內(nèi)大容量的RAM不僅能滿足一般場(chǎng)合的使用,同時(shí)也更有效的支持使用高級(jí)語言開發(fā)系統(tǒng)程序,并可像MCS-51單片機(jī)那樣擴(kuò)展外部 RAM。
AVR單片機(jī)的I/O線全部帶可設(shè)置的上拉電阻、可單獨(dú)設(shè)定為輸入/輸出、可設(shè)定（初始）高阻輸入、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)（可省去功率驅(qū)動(dòng)器件）等特性,使的得I/O口資源靈活、功能強(qiáng)大、可充分利用。
AVR單片機(jī)片內(nèi)具備多種獨(dú)立的時(shí)鐘分頻器,分別供URAT、I2C、SPI使用。其中與8/16位定時(shí)器配合的具有多達(dá)10 位的預(yù)分頻器,可通過軟件設(shè)定分頻系數(shù)提供多種檔次的定時(shí)時(shí)間。AVR單片機(jī)獨(dú)有的“以定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（單）雙向計(jì)數(shù)形成三角波,再與輸出比較匹配寄存器配合,生成占空比可變、頻率可變、相位可變方波的設(shè)計(jì)方法(即脈寬調(diào)制輸出PWM)”更是令人耳目一新。
增強(qiáng)性的高速同/異步串口,具有硬件產(chǎn)生校驗(yàn)碼、硬件檢測(cè)和校驗(yàn)偵錯(cuò)、兩級(jí)接收緩沖、波特率自動(dòng)調(diào)整定位（接收時(shí)）、屏蔽數(shù)據(jù)幀等功能,提高了通信的可靠性,方便程序編寫,更便于組成分布式網(wǎng)絡(luò)和實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信系統(tǒng)的復(fù)雜應(yīng)用,串口功能大大超過MCS-51/96單片機(jī)的串口,加之AVR單片機(jī)高速,中斷服務(wù)時(shí)間短,故可實(shí)現(xiàn)高波特率通訊。
面向字節(jié)的高速硬件串行接口TWI、SPI。TWI與I2C接口兼容,具備ACK信號(hào)硬件發(fā)送與識(shí)別、地址識(shí)別、總線仲裁等功能,能實(shí)現(xiàn)主/從機(jī)的收/發(fā)全部4種組合的多機(jī)通信。SPI支持主/從機(jī)等4種組合的多機(jī)通信。
AVR單片機(jī)有自動(dòng)上電復(fù)位電路、獨(dú)立的看門狗電路、低電壓檢測(cè)電路BOD,多個(gè)復(fù)位源(自動(dòng)上下電復(fù)位、外部復(fù)位、看門狗復(fù)位、BOD復(fù)位),可設(shè)置的啟動(dòng)后延時(shí)運(yùn)行程序,增強(qiáng)了嵌入式系統(tǒng)的可靠性。
AVR單片機(jī)具有多種省電休眠模式,且可寬電壓運(yùn)行（5-2.7V）,抗干擾能力強(qiáng),可降低一般8位機(jī)中的軟件抗干擾設(shè)計(jì)工作量和硬件的使用量。
AVR單片機(jī)技術(shù)體現(xiàn)了單片機(jī)集多種器件(包括FLASH程序存儲(chǔ)器、看門狗、EEPROM、同/異步串行口、TWI、SPI、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等)和多種功能(增強(qiáng)可靠性的復(fù)位系統(tǒng)、降低功耗抗干擾的休眠模式、品種多門類全的中斷系統(tǒng)、具輸入捕獲和比較匹配輸出等多樣化功能的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、具替換功能的I/O端口…… )于一身,充分體現(xiàn)了單片機(jī)技術(shù)的從“片自為戰(zhàn)”向“片上系統(tǒng)SoC”過渡的發(fā)展方向。
綜上所述,AVR單片機(jī)博采眾長,又具獨(dú)特技術(shù),不愧為8位機(jī)中的佼佼者。 |
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