arduino笔记3：AVR微控制器 + 产生背景 + 内部架构 + 存储器

偏执的太偏执、 2023-07-18 06:38 17阅读 0赞

因为基于AVR的Arduino其实只是一个AVR微控制器的物理平台（例如分接板），所以Arduino的电气特征本质上就是PCB（ Printed Circuit Board）上AVR设备的问题。

当然这里只需要简单了解即可，我们用arduino做一些小项目并不需要了解这么深入，因为这些东邪前人都已经给我们封装好了，直接就可以使用。

那既然都封装好了，直接就可以用了，那是不是就不用了解了呢？

个人认为最好是了解一下，因为随着学习的深入，可能会发现这些也是很重要的一部分。

**目录**

（一）AVR微控制器产生背景

（二）内部架构

RISC架构

板载内存

工作电压

（三）内部存储器

--------------------

通过在arduino上面编写程序，再连接上必要的模块就可以让arduino动起来。在了解arduino语言操作之前有必要了解一下arduino的组成特点，在了解整体开发板结构之前，先来看看**核心处理器**的基本结构。

这里将简单介绍主要功能，包括AVR CPU、所谓的**“外围设备”**功能，比如定时器、计数器、串行接口逻辑、模数转换器（A/D）、模拟比较器、离散数字I/O端口。

AVR微控制器广泛适用于各种配置与封装类型，但是各种类型的8位AVR设备使用通用的CPU以及模块化的内部架构，各个组成部件都围绕着内部数据总线进行搭建。这种模块化的架构方式允许设计者把不同的组合包含到设计中，并把大量功能模块加到AVR的内部电路，以迎合特定的设计需求，生产出能够满足不同应用场景的产品。

# （一）AVR微控制器产生背景 #

AVR微控制器诞生于20世纪90年代早期，起初只是挪威理工学院的一个学生项目。之后几经辗转卖给了Atmel公司。

AVR微控制器是**高度可配置**的，并且具有非常好的**通用性**，它们拥有几种独特的特性，使其不同于其他8位微控制器，比如8051或68HC05组件。AVR是一种经过改良的哈佛架构的8位RISC（精简指令集）微控制器。在哈佛架构的只读程序中，代码与可修改数据（变量）分别存储在不同的内存空间中。

AVR系列设备也是首个使用板载flash内存存储程序的设备之一，它摒弃了其他微控制器中常见的一次性可编程ROM（只读内存）、EPROM（可擦可编程序只读存储器）或EEPROM（带电可擦写可编程只读存储器）。这使得对AVR微控制器进行重新变得简单，只需要将新的程序代码装入设备内部闪存即可。大部分AVR部件都带有少量EEPROM，用于存储操作参数等，它们在闪存发生改变时必须一直存在。

# （二）内部架构 #

从内部结构看，AVR ATmega微控制器由AVR CPU、各种输入/输出、时序、模数转换、计数器/定时器、串口功能以及其他各种部件功能组成，Atmel将其称为“外围功能”（peripheral function）。除了I/O功能之外，不同AVR微控制器的主要差别在于板载闪存（flash memory）与I/O功能的数量。所有8位部件基本都是用相同的AVR CPU核心。下main是AVR微控制器的一些基本特性：

## **RISC架构** ##

*  131条指令
 *  32个8位通用寄存器
 *  最大时钟频率为20MHz（20个MIPS操作）

## **板载内存** ##

*  快速程序存储器（多达256kB）
 *  板载EEROM（多达4kB）
 *  内部SRAM（**S**tatic **R**andom-**A**ccess **M**emory）（多达32kB）

## **工作电压** ##

*  VCC = 1.8V ~ 1.5V DC

以下是AVR CPU核心的简单框图，AVR CPU核心常用在8位AVR设备中。虽然这是AVR设备的通用高级框图，但请注意，它并不代表任何特定AVR设备，描述的只是通用的AVR设备。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTc1NTk2Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

外围功能由CPU通过内部高速数据总线进行控制。控制寄存器（独立于CPU寄存器）用于配置外围设置的操作。所有外围共享端口引脚，分别带有独立的数字I/O功能。

以下是通用AVR微控制器框图：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTc1NTk2Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

AVR制造了许多不同类型的AVR微控制器，硬件设计师可以灵活选用，以便更好地满足自己的特定需求，并减少未用引脚的数量以及印刷电路板上的空间浪费。一些器件，比如tinyAVR，采用小型表面贴装封装，只带有6个引脚。每个引脚都有一个或多个独立的数字I/O端口，通过编程可以执行多种功能。

例如，ATTINY13-20SQ采用8引脚DIP（双列直插式封装）或SOIC（小外形集成电路）表面贴装封装。设备的6个引脚连接到一个8位的内部I/O端口（端口B），其余两个引脚是VCC（电源）与地。6个端口B引脚能够被配置为模拟输入、振荡器输出、中断输入、SPI信号或独立的数字输入输出。

AVR系列为用户提供了很多种选择，arduino设备选用的器件并不是唯一可用的AVR器件。还有很多可用的AVR可以选用，至于说为什么arduino不采用其他的控制器，还需要我们深入了解才能给出解释。

# （三）内部存储器 #

所有AVR设备都包含不同数量的存储器，这些存储器大致可以分为3种类型：

*  闪存（flash）：存储程序代码
 *  SRAM（静态随机存取存储器）：存储临时数据（例如程序变量、栈）
 *  EEPROM：存储软件变更与开关机过程中需要持续保留的数据

闪存与EEPROM能从外部加载数据，并且当AVR断电时，它们仍然能够保留其中的数据。而SRAM是易挥发的，当AVR断电时，其中保存的内容就会丢失。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTc1NTk2Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230528/7bf96d0568114cb991f554ed78dc458e.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTc1NTk2Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20230528/da0cd87a75a64da490e4234f77df6579.png