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单片机原理与接口技术 ATmega128单片机的系统结构 1、ATmega128的CPU内核 2、ATmega128 存储器 3、系统时钟及其选项 4、系统控制和复位 5、ATmega128 的中断向量 6、I/O端口 7、定时器/ 计数器（T/C） 8、模数转换器 A/D 1、ATmega128的CPU内核 1.1 AVR CPU内核的结构 1.2 状态寄存器 1.3 通用寄存器结构 1.4 X、Y、Z寄存器 1.5 堆栈指针 1.6 复位和中断处理 1.1 AVR CPU内核的结构图 1.2 状态寄存器 1.3 通用寄存器结构 AVR CPU 32个通用工作寄存器的结构图 1.4 X、Y、Z寄存器 除了用作通用寄存器外，还可以作为数据间接寻址用的地址指针。 在不同的寻址模式中，这些地址寄存器可以实现固定偏移量，自动加一和自动减一功能。 1.5 堆栈指针 堆栈指针主要用来保存临时数据，局部变量和中断/ 子程序的返回地址。堆栈指针总是指向堆栈的顶部。要注意AVR 的堆栈是向下生长的，即新数据推入堆栈时，堆栈指针的数值将减小。 堆栈指针指向位于SRAM 的函数及中断堆栈。堆栈空间必须在调用函数或中断使能之前定义。指针必须指向高于$60 的地址。 1.5 堆栈指针 用PUSH 指令推数据入栈时，堆栈指针将减一； 当调用函数或中断时，指针将减二。 使用POP 指令时，堆栈指针将加一； 而用RET 或RETI 返回时，指针将加二。 1.6 复位和中断处理 1.6.1 ATmega128的中断处理 两种类型的中断： 事件触发并置位中断标志。 只要中断条件满足，就会一直触发。 AVR 退出中断后总是回到主程序并执行一条指令才可以去执行其他被挂起的中断。 程序存储器空间的最低地址缺省定义为复位和中断向量。中断向量所在的地址越低，优先级越高。 1.6 复位和中断处理 1.6.2 ATmega128的中断响应时间 AVR 中断响应时间最少为4个时钟周期。 若中断发生时MCU 处于睡眠模式，中断响应时间增加到8个时钟周期。 中断返回亦需4个时钟。 内容 1、ATmega128的CPU内核 2、ATmega128 存储器 3、系统时钟及其选项 4、系统控制和复位 5、ATmega128 的中断向量 6、I/O端口 7、定时器/ 计数器（T/C） 8、模数转换器 A/D 2、ATmega128 存储器 2.1 系统内可编程的Flash 程序存储器 2.2 SRAM数据存储器 2.3 EEPROM数据存储器 2.4 I/O存储器 2.5 外部存储器接口 2、ATmega128 存储器 AVR 结构具有三个线性存储空间: 程序寄存器 数据寄存器 EEPROM 存储器 2.1 系统内可编程的Flash 程序存储器 ATmega128具有128K字节的在线编程Flash。因为所有的AVR指令为16位或32位，故FLASH 组织成64K x 16 的形式。 Flash 程序存储器分为：(软件安全性) 引导程序区 应用程序区 2.2 SRAM数据存储器 2.3 EEPROM数据存储器 ATmega128包含4K字节的EEPROM。它是作为一个独立的数据空间而存在的，可以按字节读写。EEPROM 的寿命至少为100,000 次（擦除）。 EEPROM 的访问由地址寄存器，数据寄存器和控制寄存器决定。 一般用在掉电后需要保存的数据 。 2.4 I/O寄存器器 ATmega128 的所有I/O 和外设寄存器都被放置在I/O 空间。在32个通用工作寄存器和I/O之间传输数据。 其支持的外设要比预留的64 个I/O所能支持的要多，地址： $20 - $5F 。 扩展的I/O 空间$60 - $FF 2.5 外部存储器接口 此接口非常适合于与存储器器件互连，如外部SRAM和Flash， LCD， A/D， D/A，等等。其主要特点为： 四个不同的等待状态设置( 包括无等待状态)。 不同的外部存储器可以设置不同的等待状态。 地址高字节的位数可以有选择地确定。 数据线具有总线保持功能以降低功耗。 2.5 外部存储器接口 外部存储器接口包括： AD7:0：多工的地址总线和数据总线。 A15:8：高位地址总线 ( 位数可配置)。 ALE：地址锁存使能。 RD：读锁存信号。 WR：写使能信号。 外部存储器接口控制位于以下3个寄存器： MCU 控制寄存器–MCUCR 外部存储器控制寄存器A – XMCRA 外部存储器控制寄存器B – XMCRB 2.5 外部存储器接口 内容 1、ATmega128的CPU内核 2、ATmega128 存储器 3、系统时钟及其选项 4、系统控制和复位 5、ATmega128