Atmel ATtiny87/ATtiny167：8位AVR微控制器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，選擇一款合適的微控制器對(duì)于項(xiàng)目的成功至關(guān)重要。Atmel的ATtiny87/ATtiny167 8位AVR微控制器憑借其高性能、低功耗以及豐富的功能特性，成為眾多嵌入式控制應(yīng)用的理想選擇。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款微控制器。

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一、特性概覽

高性能低功耗架構(gòu)

ATtiny87/ATtiny167采用Atmel AVR? 8位微控制器的先進(jìn)RISC架構(gòu)，擁有123條強(qiáng)大指令，多數(shù)指令可在單時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行。32 x 8通用工作寄存器以及全靜態(tài)操作，確保了高效的數(shù)據(jù)處理能力。

非易失性存儲(chǔ)器

• 閃存（Flash）：ATtiny87具備8K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程（ISP）程序存儲(chǔ)器，ATtiny167則擁有16K字節(jié)，閃存的耐久性可達(dá)10,000次寫/擦除循環(huán)。
• EEPROM：512字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程EEPROM，耐久性高達(dá)100,000次寫/擦除循環(huán)。
• SRAM：512字節(jié)的內(nèi)部SRAM，為數(shù)據(jù)處理提供了快速存儲(chǔ)的空間。

外設(shè)功能豐富

• LIN/UART控制器：支持LIN 2.1和1.3協(xié)議，或作為8位UART使用（LIN 2.1認(rèn)證）。
• 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：8位異步定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0，具有10位時(shí)鐘預(yù)分頻器和1個(gè)輸出比較或8位PWM通道；16位同步定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1，具有10位時(shí)鐘預(yù)分頻器、外部事件計(jì)數(shù)器和2個(gè)輸出比較單元或16位PWM通道，可驅(qū)動(dòng)多達(dá)4個(gè)輸出引腳。
• 串行接口：主/從SPI串行接口和通用串行接口（USI），帶有起始條件檢測(cè)器（主/從SPI、TWI）。
• ADC：10位ADC，擁有11個(gè)單端通道和8個(gè)差分ADC通道對(duì)，可編程增益為8x或20x。
• 模擬比較器：片上模擬比較器，具有可選的電壓參考和100μA ±10%電流源（用于LIN節(jié)點(diǎn)識(shí)別）。
• 溫度傳感器：片上溫度傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度變化。
• 看門狗定時(shí)器：可編程看門狗定時(shí)器，帶有獨(dú)立的片上振蕩器。

特殊微控制器特性

• 動(dòng)態(tài)時(shí)鐘切換：支持外部/內(nèi)部RC/看門狗時(shí)鐘的動(dòng)態(tài)切換，用于電源控制和降低電磁兼容性（EMC）。
• 調(diào)試功能：Debug WIRE片上調(diào)試（OCD）系統(tǒng)，方便開發(fā)和調(diào)試。
• 硬件系統(tǒng)內(nèi)編程：通過(guò)SPI端口實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)內(nèi)可編程（ISP）。
• 中斷和喚醒功能：外部和內(nèi)部中斷源，支持引腳變化中斷和喚醒。
• 低功耗模式：具備低功耗空閑、ADC噪聲降低和掉電模式，有效降低功耗。
• 復(fù)位和檢測(cè)電路：增強(qiáng)的上電復(fù)位電路和可編程欠壓檢測(cè)電路，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
• 振蕩器：內(nèi)部校準(zhǔn)的8MHz RC振蕩器，以及4 - 16MHz和32KHz晶體/陶瓷諧振器振蕩器。

I/O和封裝

• I/O引腳：16個(gè)可編程I/O線，提供了豐富的接口資源。
• 封裝形式：提供20引腳SOIC、32引腳QFN和20引腳TSSOP三種封裝形式，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

工作電壓和速度等級(jí)

• 工作電壓：ATtiny87/167的工作電壓范圍為2.7 - 5.5V。
• 速度等級(jí)：在2.7 - 5.5V電壓下，速度范圍為0 - 8MHz（汽車溫度范圍：–40°C至 +125°C）；在4.5 - 5.5V電壓下，速度范圍為0 - 16MHz（汽車溫度范圍：–40°C至 +125°C）。

二、ATtiny87和ATtiny167的比較

ATtiny87和ATtiny167在硬件和軟件上兼容，主要區(qū)別在于內(nèi)存大小。ATtiny167的閃存為16K字節(jié)，而ATtiny87為8K字節(jié)，EEPROM和SRAM均為512字節(jié)，中斷向量大小均為2指令字/向量。

三、AVR CPU核心

架構(gòu)概述

AVR采用哈佛架構(gòu)，具有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及總線，通過(guò)單級(jí)流水線執(zhí)行程序指令，實(shí)現(xiàn)每時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令?？焖僭L問(wèn)的寄存器文件包含32 x 8位通用工作寄存器，支持單周期算術(shù)邏輯單元（ALU）操作。

ALU和狀態(tài)寄存器

• ALU：高性能的AVR ALU與32個(gè)通用工作寄存器直接相連，可在單時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行通用寄存器之間或寄存器與立即數(shù)之間的算術(shù)運(yùn)算。
• 狀態(tài)寄存器（SREG）：包含最近執(zhí)行的算術(shù)指令結(jié)果的信息，可用于改變程序流程以執(zhí)行條件操作。SREG的各個(gè)位具有不同的功能，如全局中斷使能位（I）、位復(fù)制存儲(chǔ)位（T）、半進(jìn)位標(biāo)志（H）等。

通用寄存器文件

寄存器文件針對(duì)AVR增強(qiáng)RISC指令集進(jìn)行了優(yōu)化，支持多種輸入/輸出方案。其中，R26 - R31寄存器可作為16位間接地址寄存器指針，用于數(shù)據(jù)空間尋址。

堆棧指針

堆棧主要用于存儲(chǔ)臨時(shí)數(shù)據(jù)、局部變量和中斷及子程序調(diào)用后的返回地址。堆棧指針寄存器始終指向堆棧頂部，堆棧從高內(nèi)存地址向低內(nèi)存地址增長(zhǎng)。

指令執(zhí)行時(shí)序

AVR CPU由CPU時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，采用哈佛架構(gòu)和快速訪問(wèn)寄存器文件概念，實(shí)現(xiàn)并行指令取指和執(zhí)行，基本流水線概念可實(shí)現(xiàn)每MHz高達(dá)1MIPS的處理能力。

復(fù)位和中斷處理

AVR提供多種中斷源，每個(gè)中斷和復(fù)位向量在程序內(nèi)存空間中都有獨(dú)立的程序向量。中斷優(yōu)先級(jí)由中斷向量地址決定，地址越低，優(yōu)先級(jí)越高。中斷發(fā)生時(shí)，全局中斷使能I位被清除，用戶軟件可設(shè)置I位以啟用嵌套中斷。

四、AVR存儲(chǔ)器

系統(tǒng)內(nèi)可重編程閃存程序存儲(chǔ)器

ATtiny87/167的片上閃存用于程序存儲(chǔ)，由于AVR指令為16或32位寬，閃存組織為16位寬。閃存的耐久性至少為10,000次寫/擦除循環(huán)，程序計(jì)數(shù)器（PC）用于尋址程序內(nèi)存位置。

SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

ATtiny87/167的SRAM內(nèi)存組織復(fù)雜，數(shù)據(jù)內(nèi)存位置可尋址寄存器文件、I/O內(nèi)存、擴(kuò)展I/O內(nèi)存和內(nèi)部數(shù)據(jù)SRAM。數(shù)據(jù)內(nèi)存支持五種不同的尋址模式，包括直接尋址、帶位移的間接尋址、間接尋址、帶預(yù)遞減的間接尋址和帶后遞增的間接尋址。

五、總結(jié)

Atmel ATtiny87/ATtiny167微控制器以其高性能、低功耗、豐富的外設(shè)功能和靈活的內(nèi)存配置，為嵌入式控制應(yīng)用提供了強(qiáng)大而可靠的解決方案。無(wú)論是在汽車電子、工業(yè)控制還是消費(fèi)電子領(lǐng)域，這款微控制器都能發(fā)揮重要作用。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師可以根據(jù)項(xiàng)目需求選擇合適的型號(hào)，并充分利用其特性來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)性能和降低成本。你在使用類似微控制器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。