doc2512 cn

产品特性
• 高性能、低功耗的 8 位 AVR® 微处理器
• RISC 结构
•
•
•
•
•
•
– 130 条指令 – 大多数指令执行时间为单个时钟周期
– 32 个 8 位通用工作寄存器
– 全静态工作
– 工作于 16 MHz 时性能高达 16 MIPS
– 只需两个时钟周期的硬件乘法器
非易失性程序和数据存储器
– 8K 字节的系统内可编程 Flash
擦写寿命 : 10,000 次
– 具有独立锁定位的可选 Boot 代码区
通过片上 Boot 程序实现系统内编程
真正的同时读写操作
– 512 字节的 EEPROM
擦写寿命 : 100,000 次
– 512 字节的片内 SRAM
– 达到 64K 字节的可选外部 存储器空间
– 可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密
外设特点
– 具有独立预分频器和比较器功能的 8 位定时器 / 计数器
– 一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的 16 位定时器 / 计数器
– 三通道 PWM
– 可编程的串行 USART
– 可工作于主机 / 从机模式的 SPI 串行接口
– 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器
– 片内模拟比较器
特殊的处理器特点
– 上电复位以及可编程的掉电检测
– 片内经过标定的 RC 振荡器
– 片内 / 片外中断源
– 三种睡眠模式 : 空闲模式、掉电模式及 Standby 模式
I/O 和封装
– 35 个可编程的 I/O 口线
– 40 引脚 PDIP 封装 , 44 引脚 TQFP 封装 ,44 引脚 PLCC 封装与 44 引脚 MLF 封装
工作电压 :
– ATmega8515L：2.7 - 5.5V
– ATmega8515：4.5 - 5.5V
速度等级
– 0 - 8 MHz ATmega8515L
– 0 - 16 MHz ATmega8515
具有 8KB 系统内
可编程 Flash 的
8位
微
控制器
ATmega8515
ATmega8515L
本文是英文数据手册的中文
翻译，其目的是方便中国用
户的阅读。它无法自动跟随
原稿的更新，同时也可能存
在翻译上的错误。读者应该
以英文原稿为参考以获得更
准确的信息。
Rev. 2512F–AVR–12/03
引脚配置
Figure 1. ATmega8515 的引脚
PDIP
(OC0/T0) PB0
(T1) PB1
(AIN0) PB2
(AIN1) PB3
(SS) PB4
(MOSI) PB5
(MISO) PB6
(SCK) PB7
RESET
(RXD) PD0
(TDX) PD1
(INT0) PD2
(INT1) PD3
(XCK) PD4
(OC1A) PD5
(WR) PD6
(RD) PD7
XTAL2
XTAL1
GND
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
VCC
PA0 (AD0)
PA1 (AD1)
PA2 (AD2)
PA3 (AD3)
PA4 (AD4)
PA5 (AD5)
PA6 (AD6)
PA7 (AD7)
PE0 (ICP/INT2)
PE1 (ALE)
PE2 (OC1B)
PC7 (A15)
PC6 (A14)
PC5 (A13)
PC4 (A12)
PC3 (A11)
PC2 (A10)
PC1 (A9)
PC0 (A8)
TQFP/MLF
(WR) PD6
(RD) PD7
XTAL2
XTAL1
GND
NC*
(A8) PC0
(A9) PC1
(A10) PC2
(A11) PC3
(A12) PC4
(MOSI) PB5
(MISO) PB6
(SCK) PB7
RESET
(RXD) PD0
NC*
(TXD) PD1
(INT0) PD2
(INT1) PD3
(XCK) PD4
(OC1A) PD5
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
29
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
PA4 (AD4)
PA5 (AD5)
PA6 (AD6)
PA7 (AD7)
PE0 (ICP/INT2)
NC*
PE1 (ALE)
PE2 (OC1B)
PC7 (A15)
PC6 (A14)
PC5 (A13)
PA4 (AD4)
PA5 (AD5)
PA6 (AD6)
PA7 (AD7)
PE0 (ICP/INT2)
NC*
PE1 (ALE)
PE2 (OC1B)
PC7 (A15)
PC6 (A14)
PC5 (A13)
(WR) PD6
(RD) PD7
XTAL2
XTAL1
GND
NC*
(A8) PC0
(A9) PC1
(A10) PC2
(A11) PC3
(A12) PC4
33
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
(MOSI) PB5
(MISO) PB6
(SCK) PB7
RESET
(RXD) PD0
NC*
(TXD) PD1
(INT0) PD2
(INT1) PD3
(XCK) PD4
(OC1A) PD5
6
5
4
3
2
1
44
43
42
41
40
44
43
42
41
40
39
38
37
36
35
34
PB4 (SS)
PB3 (AIN1)
PB2 (AIN0)
PB1 (T1)
PB0 (OC0/T0)
NC*
VCC
PA0 (AD0)
PA1 (AD1)
PA2 (AD2)
PA3 (AD3)
PB4 (SS)
PB3 (AIN1)
PB2 (AIN0)
PB1 (T1)
PB0 (OC0/T0)
NC*
VCC
PA0 (AD0)
PA1 (AD1)
PA2 (AD2)
PA3 (AD3)
PLCC
NOTES:
1. MLF bottom pad should be soldered to ground.
2. * NC = Do not connect (May be used in future devices)
2
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
综述
ATmega8515 是基于增强的 AVR RISC 结构的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。由于其先进的
指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega8515 的数据吞吐率高达 1 MIPS/MHz，从
而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
方框图
Figure 2. 结构框图
PA0 - PA7
PE0 - PE2
PC0 - PC7
PORTA DRIVERS/BUFFERS
PORTE
DRIVERS/
BUFFERS
PORTC DRIVERS/BUFFERS
PORTA DIGITAL INTERFACE
PORTE
DIGITAL
INTERFACE
PORTC DIGITAL INTERFACE
VCC
GND
PROGRAM
COUNTER
STACK
POINTER
PROGRAM
FLASH
SRAM
TIMERS/
COUNTERS
INTERNAL
OSCILLATOR
XTAL1
INSTRUCTION
REGISTER
GENERAL
PURPOSE
REGISTERS
WATCHDOG
TIMER
OSCILLATOR
XTAL2
X
INSTRUCTION
DECODER
Y
MCU CTRL.
& TIMING
RESET
Z
CONTROL
LINES
ALU
INTERRUPT
UNIT
AVR CPU
STATUS
REGISTER
EEPROM
PROGRAMMING
LOGIC
SPI
USART
+
-
INTERNAL
CALIBRATED
OSCILLATOR
COMP.
INTERFACE
PORTB DIGITAL INTERFACE
PORTD DIGITAL INTERFACE
PORTB DRIVERS/BUFFERS
PORTD DRIVERS/BUFFERS
PB0 - PB7
PD0 - PD7
3
2512F–AVR–12/03
AVR 内核具有丰富的指令集和 32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元
(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结
构大大提高了代码效率，并且具有比普通的 CISC 微控制器最高至 10 倍的数据吞吐率。
ATmega8515 有如下特点 :8K 字节的系统内可编程 Flash( 具有同时读写的能力，即
RWW)，512 字节 EEPROM，512 字节 SRAM，一个外部存储器接口，35 个通用 I/O 口线，
32 个通用工作寄存器，两个具有比较模式的灵活的定时器 / 计数器 (T/C), 片内 / 外中断，可
编程串行 USART，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个 SPI 串行端口，以及三
个可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时 CPU 停止工作，而 SRAM、
T/C、 SPI 端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了
中断和硬件复位之外都停止工作； Standby 模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能
模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力。
本芯片是以 Atmel 高密度非易失性存储器技术生产的。片内 ISP Flash 允许程序存储器通
过 ISP 串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于 AVR 内核之中的引导程
序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区(Application
Flash Memory)。在更新应用Flash存储区时引导Flash区(Boot Flash Memory)的程序继续
运行，实现了 RWW 操作。 通过将 8 位 RISC CPU 与系统内可编程的 Flash 集成在一个
芯片内， ATmega8515 成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活
而低成本的解决方案。
ATmega8515 具有一整套的编程与系统开发工具，包括：C 语言编译器、宏汇编、 程序调
试器 / 软件仿真器、仿真器及评估板。
声明
本数据手册的典型值来源于对器件的仿真，以及其他基于相同产生工艺的 AVR 微控制器
的标定特性。本器件经过特性化之后将给出实际的最大值和最小值。
AT90S4414/8515 与
ATmega8515 兼容性
ATmega8515除有AT90S4414/8515的所有特性外，还有一些新的特性。ATmega8515 基
本 上 对 AT90S4414/8515 向 下 兼 容。但 两 者 间 还 会 存 在 不 兼 容 的 问 题。可 通 过 对
AT90S4414/8515 的 S8515C 熔丝位编程，选择兼容模式来解决该问题，ATmega8515 引
脚与 AT90S4414/8515 引脚 100% 兼容，也可在电路印刷板上替换 AT90S4414/8515，
但二者的熔丝位位置及电气特性间存在差异。
AT90S4414/8515 兼容模式
对 S8515C 熔丝位编程会改变下列功能：
4
•
改变看门狗溢出周期的时序禁用，详见 P49“ 改变看门狗定时器配置的时间序列 ” 。
•
USART 接收寄存器的双缓冲器被禁用，详见 P127“AVR USART 和 AVR UART – 兼
容性 ” 。
•
PORTE(2:1) 将设为输出，而 PORTE0 会设为输入。
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
引脚说明
VCC
数字电路的电源
GND
地
端口 A(PA7..PA0)
端口 A 为 8 位双向 I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特
性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉
低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 A 处于高阻状态。
端口 A 的其他功能见 P63。
端口 B(PB7..PB0)
端口 B 为 8 位双向 I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特
性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉
低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 B 处于高阻状态。
端口 B 的其他功能见 P63。
端口 C(PC7..PC0)
端口 C 为 8 位双向 I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特
性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉
低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 C 处于高阻状态。
端口 D(PD7..PD0)
端口 D 为 8 位双向 I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特
性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路
拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 D 处于高阻状态。
端口 D 的其他功能见 P68。
端口 E(PE2..PE0)
端口 E 为 3 位双向 I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特
性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路
拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 E 处于高阻状态。
端口 E 的其他功能见 P70。
RESET
复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。门限时间见
P42Table 18。持续时间小于门限时间的脉冲不能保证可靠复位。
XTAL1
反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。
XTAL2
反向振荡放大器的输出端。
代码例子
本数据手册包含了一些简单的代码例子以说明如何使用芯片各个不同的功能模块。这些
例子都假定在编译之前已经包含了正确的头文件。有些 C 编译器在头文件里并没有包含
位定义，而且各个 C 编译器对中断处理有自己不同的处理方式。请注意查阅相关文档以
获取具体的信息。
5
2512F–AVR–12/03
AVR CPU 内核
介绍
本节从总体上讨论 AVR 内核的结构。CPU 的主要任务是保证程序的正确执行。因此它必
须能够访问存储器、执行运算、控制外设以及处理中断。
结构综述
Figure 3. AVR 结构的方框图
Data Bus 8-bit
Flash
Program
Memory
Program
Counter
Status
and Control
32 x 8
General
Purpose
Registrers
Control Lines
Direct Addressing
Instruction
Decoder
Indirect Addressing
Instruction
Register
Interrupt
Unit
SPI
Unit
Watchdog
Timer
ALU
Analog
Comparator
I/O Module1
Data
SRAM
I/O Module 2
I/O Module n
EEPROM
I/O Lines
为了获得最高的性能以及并行性， AVR 采用了 Harvard 结构，具有独立的数据和程序总
线。程序存储器里的指令通过一级流水线运行。 CPU 在执行一条指令的同时读取下一条
指令 ( 在本文称为预取 )。这个概念实现了指令的单时钟周期运行。程序存储器是可以在
线编程的 Flash 。
快速访问寄存器文件包括 32 个 8 位通用工作寄存器，访问时间为一个时钟周期。从而实
现了单时钟周期的 ALU 操作。在典型的 ALU 操作中，两个位于寄存器文件中的操作数同
时被访问，然后执行运算，结果再被送回到寄存器文件。整个过程仅需一个时钟周期。
寄存器文件里有 6 个寄存器可以用作 3 个 16 位的间接寻址寄存器指针以寻址数据空间，
实现高效的地址运算。其中一个指针还可以作为程序存储器查询表的地址指针。这些附加
的功能寄存器即为 16 位的 X、 Y、 Z 寄存器。
ALU支持寄存器之间以及寄存器和常数之间的算术和逻辑运算。ALU也可以执行单寄存器
操作。运算完成之后状态寄存器的内容得到更新以反映操作结果。
6
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
程序流程通过有 / 无条件的跳转指令和调用指令来控制，从而直接寻址整个地址空间。大
多数指令长度为 16 位，亦即每个程序存储器地址都包含一条 16 位或 32 位的指令。
程序存储器空间分为两个区：引导程序区 (Boot 区 ) 和应用程序区。这两个区都有专门的
锁定位以实现读和读 / 写保护。用于写应用程序区的 SPM 指令必须位于引导程序区。
在中断和调用子程序时返回地址的程序计数器 (PC) 保存于堆栈之中。堆栈位于通用数据
SRAM，因此其深度仅受限于 SRAM 的大小。在复位例程里用户首先要初始化堆栈指针
SP。这个指针位于 I/O 空间，可以进行读写访问。数据 SRAM 可以通过 5 种不同的寻址模
式进行访问。
AVR 存储器空间为线性的平面结构。
AVR有一个灵活的中断模块。控制寄存器位于I/O空间。状态寄存器里有全局中断使能位。
每个中断在中断向量表里都有独立的中断向量。各个中断的优先级与其在中断向量表的
位置有关，中断向量地址越低，优先级越高。
I/O 存储器空间包含 64 个可以直接寻址的地址，作为 CPU 外设的控制寄存器、SPI，以及
其他 I/O 功能。映射到数据空间即为寄存器文件之后的地址 0x20 - 0x5F。
ALU －算术逻辑单元
AVR ALU 与 32 个通用工作寄存器直接相连。寄存器与寄存器之间、寄存器与立即数之间
的 ALU 运算只需要一个时钟周期。 ALU 操作分为 3 类：算术、逻辑和位操作。此外还提
供了支持无 / 有符号数和分数乘法的乘法器。具体请参见指令集。
7
2512F–AVR–12/03
状态寄存器
状态寄存器包含了最近执行的算术指令的结果信息。这些信息可以用来改变程序流程以
实现条件操作。如指令集所述，所有 ALU 运算都将影响状态寄存器的内容。这样，在许
多情况下就不需要专门的比较指令了，从而使系统运行更快速，代码效率更高。
在进入中断服务程序时状态寄存器不会自动保存，中断返回时也不会自动恢复。这些工作
需要软件来处理。
AVR 中断寄存器 SREG 定义如下：
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
I
T
H
S
V
N
Z
C
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
SREG
• Bit 7 – I: 全局中断使能
I 置位时使能全局中断。单独的中断使能由其他独立的控制寄存器控制。如果 I 清零，则不
论单独中断标志置位与否，都不会产生中断。任意一个中断发生后 I 清零，而执行 RETI
指令后 I 恢复置位以使能中断。 I 也可以通过 SEI 和 CLI 指令来置位和清零。
• Bit 6 – T: 位拷贝存储
位拷贝指令 BLD 和 BST 利用 T 作为目的或源地址。BST 把寄存器的某一位拷贝到 T，而
BLD 把 T 拷贝到寄存器的某一位。
• Bit 5 – H: 半进位标志
半进位标志 H 表示算术操作发生了半进位。此标志对于 BCD 运算非常有用。详见指令集
的说明。
• Bit 4 – S: 符号位 , S = N
⊕V
S 为负数标志 N 与 2 的补码溢出标志 V 的异或。详见指令集的说明。
• Bit 3 – V: 2 的补码溢出标志
支持 2 的补码运算。详见指令集的说明。
• Bit 2 – N: 负数标志
表明算术或逻辑操作结果为负。详见指令集的说明。
• Bit 1 – Z: 零标志
表明算术或逻辑操作结果为零。详见指令集的说明。
• Bit 0 – C: 进位标志
表明算术或逻辑操作发生了进位。详见指令集的说明。
通用寄存器文件
寄存器文件针对 AVR 增强型 RISC 指令集做了优化。为了获得需要的性能和灵活性，寄
存器文件支持以下的输入 / 输出方案：
•
输出一个 8 位操作数，输入一个 8 位结果
•
输出两个 8 位位操作数，输入一个 8 位结果
•
输出两个 8 位位操作数，输入一个 16 位结果
•
输出一个 16 位位操作数，输入一个 16 位结果
Figure 4 为 CPU 32 个通用工作寄存器的结构。
Figure 4. AVR CPU 通用工作寄存器
7
8
0
Addr.
R0
$00
R1
$01
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
R2
$02
…
R13
$0D
通用
R14
$0E
工作
R15
$0F
寄存器
R16
$10
R17
$11
…
X 寄存器，低字节
R26
$1A
R27
$1B
X 寄存器，高字节
R28
$1C
Y 寄存器，低字节
R29
$1D
Y 寄存器，高字节
R30
$1E
Z 寄存器，低字节
R31
$1F
Z 寄存器，高字节
大多数操作寄存器文件的指令都可以直接访问所有的寄存器，而且多数这样的指令的执
行时间为单个时钟周期。
如 Figure 4 所示，每个寄存器都有一个数据内存地址，将他们直接映射到用户数据空间的
头 32 个地址。虽然寄存器文件的物理实现不是 SRAM，这种内存组织方式在访问寄存器
方面具有极大的灵活性，因为 X、 Y、 Z 寄存器可以设置为指向任意寄存器的指针。
9
2512F–AVR–12/03
X、Y、Z 寄存器
寄存器 R26..R31 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。这三
个间接寻址寄存器示于 Figure 5。
Figure 5. X、 Y、 Z 寄存器
15
X 寄存器
XH
XL
7
0
R27 ($1B)
YH
YL
7
0
R29 ($1D)
Z 寄存器
0
R26 ($1A)
15
Y 寄存器
0
7
0
7
0
R28 ($1C)
15
ZH
7
0
ZL
7
R31 ($1F)
0
0
R30 ($1E)
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。
具体细节请参见指令集。
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。
堆栈指针指向数据 SRAM 堆栈区。在此聚集了子程序堆栈和中断堆栈。调用子程序和使
能中断之前必须定义堆栈空间，且堆栈指针必须指向高于 0x60 的地址空间。使用 PUSH
指令将数据推入堆栈时指针减一；而子程序或中断返回地址推入堆栈时指针将减二。使
用 POP 指令将数据弹出堆栈时，堆栈指针加一；而用 RET 或 RETI 指令从子程序或中断
返回时堆栈指针加二。
AVR的堆栈指针由I/O空间中的两个8位寄存器实现。实际使用的位数与具体器件有关。请
注意某些 AVR 器件的数据区太小，用 SPL 就足够了。此时将不给出 SPH 寄存器。
Bit
读/写
初始值
指令执行时序
15
14
13
12
11
10
9
8
SP15
SP14
SP13
SP12
SP11
SP10
SP9
SP8
SPH
SP7
SP6
SP5
SP4
SP3
SP2
SP1
SP0
SPL
7
6
5
4
3
2
1
0
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
这一节介绍指令执行过程中的访问时序。AVR CPU 由系统时钟 clkCPU 驱动。此时钟直接
来自选定的时钟源。芯片内部不对此时钟进行分频。
Figure 6 说明了由 Harvard 结构决定的并行取指和指令执行，以及可以进行快速访问的寄
存器文件的概念。这是一个基本的流水线概念，性能高达 1 MIPS/MHz，具有优良的性价
比、功能 / 时钟比、功能 / 功耗比。
10
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 6. 并行取指和指令执行
T1
T2
T3
T4
clkCPU
1st Instruction Fetch
1st Instruction Execute
2nd Instruction Fetch
2nd Instruction Execute
3rd Instruction Fetch
3rd Instruction Execute
4th Instruction Fetch
Figure 7 演示的是寄存器文件内部访问时序。在一个时钟周期里，ALU 可以同时对两个寄
存器操作数进行操作，同时将结果保存到目的寄存器中去。
Figure 7. 单时钟周期 ALU 操作
T1
T2
T3
T4
clkCPU
Total Execution Time
Register Operands Fetch
ALU Operation Execute
Result Write Back
复位与中断处理
AVR 有不同的中断源。每个中断和复位在程序空间都有独立的中断向量。所有的中断事件
都有自己的使能位。当使能位置位，且状态寄存器的全局中断使能位 I 也置位时，中断可
以发生。根据程序计数器 PC 的不同，在引导锁定位 BLB02 或 BLB12 被编程的情况下，
中断可能被自动禁止。这个特性提高了软件的安全性。详见 P169“ 存储器编程 ” 的描述。
程序存储区的最低地址缺省为复位向量和中断向量。完整的向量列表请参见 P50“ 中断 ” 。
列表也决定了不同中断的优先级。向量所在的地址越低，优先级越高。 RESET 具有最高
的优先级，第二个为 INT0 – 外部中断请求 0。通过置位 MCU 控制寄存器 (MCUCR) 的
IVSEL，中断向量可以移至引导Flash的起始处。编程熔丝位BOOTRST也可以将复位向量
移至引导 Flash 的起始处。具体参见 P156“ 支持引导装入程序 – 在写的同时可以读 (RWW,
Read-While-Write) 的自我编程能力 ” 。
任一中断发生时全局中断使能位 I 被清零，从而禁止了所有其他的中断。用户软件可以在
中断程序里置位 I 来实现中断嵌套。此时所有的中断都可以中断当前的中断服务程序。执
行 RETI 指令后 I 自动置位。
从根本上说有两种类型的中断。第一种由事件触发并置位中断标志。对于这些中断，程序
计数器跳转到实际的中断向量以执行中断处理程序，同时硬件将清除相应的中断标志。中
断标志也可以通过对其写 ”1” 的方式来清除。当中断发生后，如果相应的中断使能位为
"0"，则中断标志位置位，并一直保持到中断执行，或者被软件清除。类似的，如果全局
中断标志被清零，则所有已发生的中断都不会被执行，直到 I 置位。然后挂起的各个中断
按中断优先级依次执行。
第二种类型的中断则是只要中断条件满足，就会一直触发。这些中断不需要中断标志。若
中断条件在中断使能之前就消失了，中断不会被触发。
11
2512F–AVR–12/03
AVR 退出中断后总是回到主程序并至少执行一条指令才可以去执行其他被挂起的中断。
要注意的是，进入中断服务程序时状态寄存器不会自动保存，中断返回时也不会自动恢
复。这些工作必须由用户通过软件来完成。
使用 CLI 指令来禁止中断时，中断禁止立即生效。没有中断可以在执行 CLI 指令后发生，
即使它是在执行 CLI 指令的同时发生的。下面的例子说明了如何在写 EEPROM 时使用这
个指令来防止中断发生以避免对 EEPROM 内容的破坏。
汇编代码例程
; 保存 SREG
in r16, SREG
cli
; 禁止中断
sbi EECR, EEMWE
; 启动 EEPROM 写操作
sbi EECR, EEWE
; 恢复 SREG (I 位 )
out SREG, r16
C 代码例程
char cSREG;
cSREG = SREG;
/* 保存 SREG */
/* 禁止中断 */
_CLI();
EECR |= (1<<EEMWE); /* 启动 EEPROM 写操作 */
EECR |= (1<<EEWE);
SREG = cSREG; /* 恢复 SREG (I 位 ) */
12
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
使用 SEI 指令使能中断时，紧跟其后的第一条指令在执行任何中断之前一定会首先得到执
行。
汇编代码例程
sei
; 置位全局中断使能标志
sleep ; 进入休眠模式，等待中断发生
; 注意 : 在执行任何被挂起的中断之前 MCU 将首先进入休眠模式
C 代码例程
_SEI(); /* 置位全局中断使能标志 */
_SLEEP(); /* 进入休眠模式，等待中断发生 */
/* 注意 : 在执行任何被挂起的中断之前 MCU 将首先进入休眠模式 */
中断响应时间
AVR 中断响应时间最少为 4 个时钟周期。4 个时钟周期后，程序跳转到实际的中断处理例
程。在这 4 个时钟期期间 PC 自动入栈。在通常情况下，中断向量为一个跳转指令，此跳
转需要 3 个时钟周期。如果中断在一个多时钟周期指令执行期间发生，则在此多周期指令
执行完毕后 MCU 才会执行中断程序。若中断发生时 MCU 处于休眠模式，中断响应时间
还需增加 4 个时钟周期。此外还要考虑到不同的休眠模式所需要的启动时间。这个时间不
包括在前面提到的时钟周期里。
中断返回需要 4 个时钟。在此期间 PC( 两个字节 ) 将被弹出栈，堆栈指针加二，状态寄存
器 SREG 的 I 置位。
13
2512F–AVR–12/03
AVR ATmega8515 存
储器
本节讲述 ATmega8515 的存储器。AVR 结构具有两个主要的存储器空间：数据存储器空
间和程序存储器空间。此外， ATmega8515 还有 EEPROM 存储器以保存数据。这三个
存储器空间都为线性的平面结构。
系统内可编程的 Flash 程序 ATmega8515具有8K字节的在线编程Flash，用于存放程序指令代码。因为所有的AVR指
令为 16 位或 32 位，故而 Flash 组织成 4K x 16 位的形式。用户程序的安全性要根据 Flash
存储器
程序存储器的两个区：引导 (Boot) 程序区和应用程序区，分开来考虑。
Flash存储器至少可以擦写10,000次。ATmega8515的程序计数器(PC)为12位，因此可以
寻址 4K 字的程序存储器空间。引导程序区以及相关的软件安全锁定位请参见 P156“ 支持
引导装入程序 – 在写的同时可以读 (RWW, Read-While-Write) 的自我编程能力 ” ，而
P169“ 存储器编程 ” 详述了用 SPI 接口实现对 Flash 的串行下载。
常数可以保存于整个程序存储器地址空间 ( 参考 LPM 加载程序存储器指令的说明 )。
取指与执行时序图请参见 P10“ 指令执行时序 ” 。
Figure 8. 程序存储器
$000
Application Flash Section
Boot Flash Section
$FFF
14
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
SRAM 数据存储器
Figure 9 给出了 ATmega8515 SRAM 空间的组织结构。
前 608 个数据存储器包括了寄存器文件、 I/O 存储器及内部数据 SRAM。起始的 96 个地
址为寄存器文件与 I/O 存储器，接着是 512 字节的内部数据 SRAM。
ATmega8515还可以访问直到64K的外部数据SRAM。其起始紧跟在内部SRAM之后。在
普通模式下，寄存器文件、I/O 存储器、扩展的 I/O 存储器以及内部数据 SRAM 占据了低
608 字节。因此，在使用外部存储器时普通模式只能有 64928 字节。具体请参见 P22“ 外部
存储器接口 ” 。
当访问 SRAM 的地址超出内部 SRAM 的地址时， MCU 将对外部 SRAM 寻址 （指令相
同）。访问内部 SRAM 时读 / 写锁存信号 (PD7 和 PD6) 无效。若要访问外部 SRAM，必
须置位 MCUCR 的 SRE。
访问外部 SRAM 比访问内部的要多一个时钟周期，这意味着 LD、 ST、 LDS、 STS、
LDD、STD、PUSH 和 POP 指令将多一个时钟周期。如果堆栈放置于外部 SRAM，则中
断和函数调用将花费额外的三个时钟周期。如果外部 SRAM 接口使用了 1、 2、 3 个等待
周期，则访问周期将相应变为 2、3、4 个时钟周期；中断和子程序调用的开销则变为 5、
7、 9 个时钟周期。
数据寻址模式分为 5 种：直接寻址，带偏移量的间接寻址，间接寻址，预减的间接寻址，
以及后加的间接寻址。寄存器 R26 到 R31 为间接寻址的指针寄存器。
直接寻址的范围为整个数据空间。
带偏移量的间接寻址模式寻址到 Y、 Z 指针给定地址附近的 63 个地址。
带预减和后加的间接寻址模式要用到 X、 Y、 Z 指针。
32 个通用寄存器，64 个 I/O 寄存器，512 字节的 SRAM 可以被所有的寻址模式所访问。寄
存器文件说明见 P8“ 通用寄存器文件 ” 。
15
2512F–AVR–12/03
Figure 9. 数据存储器
Data Memory
32 Registers
64 I/O Registers
$0000 - $001F
$0020 - $005F
$0060
Internal SRAM
(512 x 8)
$025F
$0260
External SRAM
(0 - 64K x 8)
$FFFF
数据存储器访问时间
本节说明访问内部存储器的时序。如 Figure 10 所示，内部数据 SRAM 访问时间为两个
clkCPU 时钟。
Figure 10. 片上 SRAM 存取周期
T1
T2
T3
clkCPU
Address
Compute Address
Address Valid
Write
Data
WR
Read
Data
RD
Memory Access Instruction
16
Next Instruction
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
EEPROM 数据存储器
ATmega8515 包含 512 字节的 EEPROM 数据存储器。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 次擦除周期。 EEPROM 的访
问由地址寄存器、数据寄存器和控制寄存器决定。
P169“ 存储器编程 ” 给出通过 SPI 或并行编程模式对 EEPROM 编程。
EEPROM 读 / 写访问
EEPROM 的访问寄存器位于 I/O 空间。
EEPROM 的写访问时间由 Table 1 给出。自定时功能可以让用户软件监测何时可以开始写
下一字节。用户操作 EEPROM 需要注意如下问题：在电源滤波时间常数比较大的电路
中，上电 / 下电时 VCC 上升 / 下降速度会比较慢。此时 CPU 可能工作于低于晶振所要求
的电源电压。请参见 P21“ 防止 EEPROM 数据丢失 ” 以避免出现 EEPROM 数据丢失的
问题。
为了防止无意识的 EEPROM 写操作，需要执行一个特定的写时序。具体参看 EEPROM
控制寄存器的内容。
执行 EEPROM 读操作时， CPU 会停止工作 4 个周期，然后再执行后续指令；执行
EEPROM 写操作时， CPU 会停止工作 2 个周期，然后再执行后续指令。
EEPROM 地址寄存器－ EEARH
和 EEARL
Bit
读/写
初始值
15
14
13
12
11
10
9
8
–
–
–
–
–
–
–
EEAR8
EEARH
EEAR7
EEAR6
EEAR5
EEAR4
EEAR3
EEAR2
EEAR1
EEAR0
EEARL
7
6
5
4
3
2
1
0
R
R
R
R
R
R
R
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
0
0
0
0
0
0
0
X
X
X
X
X
X
X
X
X
• Bits 15..9 – Res: 保留
保留位，读操作返回值为零。
• Bits 8..0 – EEAR8..0: EEPROM 地址
EEPROM地址寄存器– EEARH和EEARL指定了512字节的EEPROM空间。EEPROM地
址是线性的，从 0 到 511。EEAR 的初始值没有定义。在访问 EEPROM 之前必须为其赋
予正确的数据。
17
2512F–AVR–12/03
EEPROM 数据寄存器－ EEDR
Bit
7
6
5
4
3
2
1
MSB
0
LSB
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
EEDR
• Bits 7..0 – EEDR7.0: EEPROM 数据
对于 EEPROM 写操作， EEDR 是需要写到 EEAR 单元的数据；对于读操作， EEDR 是
从地址 EEAR 读取的数据。
EEPROM 控制寄存器－ EECR
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
–
–
–
–
EERIE
EEMWE
EEWE
EERE
读/写
R
R
R
R
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
X
0
EECR
• Bits 7..4 – Res: 保留
保留位，读操作返回值为零。
• Bit 3 – EERIE: EEPROM 准备好中断使能
若 SREG 的 I 为 "1"，则置位 EERIE 将使能 EEPROM 准备好中断。清零 EERIE 则禁止
此中断。当 EEWE 清零时 EEPROM 准备好中断即可发生。
• Bit 2 – EEMWE: EEPROM 主机写使能
EEMWE决定了EEWE置位是否可以启动EEPROM写操作。当EEMWE为"1"时，在4个时
钟周期内置位 EEWE 将把数据写入 EEPROM 的指定地址；若 EEMWE 为 "0“，则操作
EEWE 不起作用。 EEMWE 置位后 4 个周期，硬件对其清零。见 EEPROM 写过程中对
EEWE 位的描述。
• Bit 1 – EEWE: EEPROM 写使能
EEWE 为 EEPROM 写操作的使能信号。当 EEPROM 数据和地址设置好之后，需置位
EEWE 以便将数据写入 EEPROM。此时 EEMWE 必须置位，否则 EEPROM 写操作将不会
发生。写时序如下 ( 第 3 步和第 4 步的次序并不重要 )：
1. 等待 EEWE 位变为零
2. 等待 SPMCSR 中的 SPMEN 位变为零
3. 将新的 EEPROM 地址写入 EEAR( 可选 )
4. 将新的 EEPROM 数据写入 EEDR( 可选 )
5. 对 EECR 寄存器的 EEMWE 写 "1"，同时清零 EEWE
6. 在置位 EEMWE 的 4 个周期内，置位 EEWE
在 CPU 写 Flash 存储器的时候不能对 EEPROM 进行编程。在启动 EEPROM 写操作之
前软件必须检查 Flash 写操作是否已经完成。步骤 (2) 仅在软件包含引导程序并允许 CPU
对 Flash 进行编程时才有用。如果 CPU 永远都不会写 Flash，步骤 (2) 可省略。请参见
P156“ 支持引导装入程序 – 在写的同时可以读 (RWW, Read-While-Write) 的自我编程能力
” 。
注意：如果在步骤 5 和 6 之间发生了中断，写操作将失败。因为此时 EEPROM 写使能操
作将超时。如果一个操作 EEPROM 的中断打断了另一个 EEPROM 操作，EEAR 或 EEDR
寄存器可能被修改，引起 EEPROM 操作失败。建议此时关闭全局中断标志 I。
经过写访问时间之后，EEWE 硬件清零。用户可以凭借这一位判断写时序是否已经完成。
EEWE 置位后， CPU 要停止两个时钟周期才会运行下一条指令。
• Bit 0 – EERE: EEPROM 读使能
18
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
EERE为EEPROM读操作的使能信号。当EEPROM地址设置好之后，需置位EERE以便将
数据读入 EEAR。 EEPROM 数据的读取只需要一条指令，且无需等待。读取 EEPROM
后 CPU 要停止 4 个时钟周期才可以执行下一条指令。
用户在读取 EEPROM 时应该检测 EEWE。如果一个写操作正在进行，就无法读取
EEPROM，也无法改变寄存器 EEAR。
经过校准的片内振荡器用于 EEPROM 定时。Table 1 为 CPU 访问 EEPROM 的典型时间。
Table 1. EEPROM 编程时间
符号
校准的 RC 振荡器周期数 (1)
典型的编程时间
8448
8.5 ms
EEPROM 写操作 (CPU)
1. 使用时钟频率为 1 MHz，不倚赖 CKSEL 熔丝位的设置。
Note:
下面的代码分别用汇编和 C 函数说明如何实现 EEPROM 的写操作。在此假设中断不会在
执行这些函数的过程当中发生。同时还假设软件没有 Boot Loader。若 Boot Loader 存在，
则 EEPROM 写函数还需要等待正在运行的 SPM 命令的结束。
汇编代码例程
EEPROM_write:
; 等待上一次写操作结束
sbic EECR,EEWE
rjmp EEPROM_write
; 设置地址寄存器 (r18:r17)
out
EEARH, r18
out
EEARL, r17
; 将数据写入数据寄存器 (r16)
out
EEDR,r16
; 置位 EEMWE
sbi
EECR,EEMWE
; 置位 EEWE 以启动写操作
sbi
EECR,EEWE
ret
C 代码例程
void EEPROM_write(unsigned int uiAddress, unsigned char ucData)
{
/* 等待上一次写操作结束 */
while(EECR & (1<<EEWE))
;
/* 设置地址和数据寄存器 */
EEAR = uiAddress;
EEDR = ucData;
/* 置位 EEMWE */
EECR |= (1<<EEMWE);
/* 置位 EEWE 以启动写操作 */
EECR |= (1<<EEWE);
}
19
2512F–AVR–12/03
下面的例子说明如何用汇编和 C 函数来读取 EEPROM，在此假设中断不会在执行这些函
数的过程当中发生。
汇编代码例程
EEPROM_read:
; 等待上一次写操作结束
sbic EECR,EEWE
rjmp EEPROM_read
; 设置地址寄存器 (r18:r17)
out
EEARH, r18
out
EEARL, r17
; 设置 EERE 以启动读操作
sbi
EECR,EERE
; 自数据寄存器读取数据
in
r16,EEDR
ret
C 代码例程
unsigned char EEPROM_read(unsigned int uiAddress)
{
/* 等待上一次写操作结束 */
while(EECR & (1<<EEWE))
;
/* 设置地址寄存器 */
EEAR = uiAddress;
/* 设置 EERE 以启动读操作 */
EECR |= (1<<EERE);
/* 自数据寄存器返回数据 */
return EEDR;
}
在掉电休眠模式下的 EEPROM
写操作
20
若程序执行掉电指令时 EEPROM 的写操作正在进行， EEPROM 的写操作将继续，并在
指定的写访问时间之前完成。但写操作结束后，振荡器还将继续运行，单片机并非处于完
全的掉电模式。因此在执行掉电指令之前应结束 EEPROM 的写操作。
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
防止 EEPROM 数据丢失
若电源电压过低，CPU 和 EEPROM 有可能工作不正常，造成 EEPROM 数据的毁坏 ( 丢
失 )。这种情况在使用独立的 EEPROM 器件时也会遇到。因而需要使用相同的保护方案。
由于电压过低造成 EEPROM 数据损坏有两种可能：一是电压低于 EEPROM 写操作所需
要的最低电压；二是 CPU 本身已经无法正常工作。
EEPROM 数据损坏的问题可以通过以下方法解决：
当电压过低时保持 AVR RESET 信号为低。这可以通过使能芯片的掉电检测电路 BOD
来实现。如果 BOD 电平无法满足要求则可以使用外部复位电路。若写操作过程当中
发生了复位，只要电压足够高，写操作仍将正常结束。
I/O 存储器
ATmega8515 的 I/O 空间定义见 P228“ 寄存器概述 ” 。
ATmega8515所有的I/O及外设都被放置于I/O空间。所有的I/O位置都可以通过IN 与OUT
指令来访问，在 32 个通用工作寄存器和 I/O 之间传输数据。地址为 0x00 - 0x1F 的 I/O 寄
存器还可用 SBI 和 CBI 指令直接进行位寻址，而 SBIS 和 SBIC 则用来检查某一位的值。
更多内容请参见指令集。使用 IN 和 OUT 指令时地址必须在 0x00 - 0x3F 之间。如果要象
SRAM 一样通过 LD 和 ST 指令访问 I/O 寄存器，相应的地址要加上 0x20。
为了与后续产品兼容，保留未用的未应写 "0"，而保留的 I/O 寄存器则不应进行写操作。
一些状态标志位的清除是通过写 "1" 来实现的。要注意的是，与其他大多数 AVR 不同，
CBI 和 SBI 指令只能对某些特定的位进行操作，因而可以用于包含这些状态标志的寄存
器。 CBI 与 SBI 指令只对 0x00 到 0x1F 的寄存器有效。
I/O 和外设控制寄存器在后续其他章节进行介绍。
21
2512F–AVR–12/03
外部存储器接口
由于外部存储器接口所提供的特性，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 )
t 不同的外部存储器可以设置不同的等待状态
t 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 ( 可选 )
综述
使能外部存储器 (XMEM) 时，可以使用专门的外部存储器引脚 ( 参见 P2Figure 1，
P62Table 26， P65Table 32 和 P70Table 38)。存储器配置如 Figure 11 所示。
Figure 11. 可分区选择的外部存储器
0x0000
Internal Memory
0x25F
0x260
Lower Sector
SRW01
SRW00
SRL[2..0]
External Memory
(0-64K x 8)
Upper Sector
SRW11
SRW10
0xFFFF
使用外部存储器接口
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 3 个寄存器当中， MCU 控制寄存器 – MCUCR、扩展 MCU 控
制寄存器 – EMCUCR 以及特殊功能 IO 寄存器 – SFIOR。
22
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
使能 XMEM 接口后，XMEM 接口数据方向寄存器按照接口要求配置，详见 P55“I/O 端口
” 。XMEM 接口将自动检测当前访问的是内部存储器还是外部存储器。如果访问的是外部
存储器， XMEM 接口按照 Figure 13 ( 此图没有等待周期 ) 输出地址，数据和控制信号。
当 ALE 产生由高电平到低电平的变化时， AD7:0 出现有效的地址。数据传输过程中 ALE
保持为低。使能 XMEM 接口之后，即使访问内部存储器也会在地址线，数据线和 ALE 引
脚产生动作，但是 RD 和 WR 信号不会发生变化。禁止外部存储器接口之后，相关引脚就
可以使用正常的引脚数据方向设置了。要注意的是， XMEM 接口禁止后内部 SRAM 地址
以上的存储器不会映射为内部 SRAM。Figure 12 说明了如何利用一个 8 位锁存器将外部
SRAM 连接到 AVR。
地址锁存要求
由于 XRAM 接口的工作速度很高，当系统的工作条件高于 8 MHz @ 4V 和 4 MHz @ 2.7V
时要注意小心选择地址锁存器。此时典型的老式 74HC 系列锁存器已经无法满足要求了。
XRAM接口与74AHC系列的锁存器相兼容。当然，其他满足时序要求的锁存器也是可以使
用的。地址锁存器的主要参数为：
•
D 到 Q 的传输延迟 (tPD)
•
在 G 拉低之前的数据建立时间 (tSU)
•
G 拉低之后的数据 ( 地址 ) 保持时间 (tTH)
XRAM 接口的设计出发点是保证 G 拉低之后地址信号保持时间最少为 th = 5 ns。具体请参
考 Table 98~P193Table 105 中的参数 tLAXX_LD/tLLAXX_ST。计算外部器件的访问时间要求
时必须考虑 D 到 Q 的传输延迟 tPD。而 G 拉低之前的数据建立时间 tSU 决不能大于地址有
效到 ALE 拉低的时间 (tAVLLC) 减去 PCB 的线路延迟时间 ( 与负载电容有关 )。
Figure 12. 与 AVR 连接的外部 SRAM
D[7:0]
AD7:0
D
ALE
G
AVR
A15:8
RD
WR
上拉和总线保持
Q
A[7:0]
SRAM
A[15:8]
RD
WR
PORT写"1“时使能AD7:0的上拉电阻。为了减少睡眠时的功耗，建议在进入睡眠模式之前
对 PORT 写 "0“ 以禁止上拉电阻。
XMEM 接口还提供了 AD7:0 的总线保持功能。总线保持可以由软件禁用与使能，如 P27“
特殊功能 IO 寄存器 – SFIOR” 所述。使能时总线保持器将保持 AD7:0 的前一个数据，同
时 XMEM 接口使 AD7:0 总线处于三态。
时序
外部存储器器件有不同的时序要求。为了满足这些要求， ATmega8515 XMEM 接口提供
了 4 种不同的等待状态，如 Table 3 所示。在选择等待状态之前首先要考虑外部存储器器
件的时序要求。相对于 ATmega8515 的信号建立要求，最重要的参数是存储器访问时间。
外部寄存器的访问时间为接收到片选 / 地址信号直到这个地址的数据出现在总线上的时间
间隔。这个访问时间不能大于 ALE 拉低到数据稳定的时间 ( 参见 Table 98 到 P193Table
105 tLLRL+ tRLRH - tDVRH)。 软件可以设置不同的等待状态。而且可以将外部存储器空间分
为两个区，每个区具有独立的等待状态。 从而可以将两个具有不同时序要求的存储器器
23
2512F–AVR–12/03
件同时连接到 XMEM 接口。。具体的 XMEM 接口时序请参见 Figure 89 到 Figure 92 及
Table 98 到 Table 105。
要注意 XMEM 接口是异步的，所有的波形都与内部系统时钟有关。由于内部时钟和外部
时钟 (XTAL1) 的相位差与温度和工作电压有关，因此 XMEM 接口不适合于同步操作。
Figure 13. 无等待状态的外部数据存储器访问周期 (SRWn1=0， SRWn0 = 0)(1)
T1
T2
T3
T4
System Clock (CLKCPU )
ALE
A15:8
Prev. Addr.
DA7:0
Prev. Data
Address
DA7:0 (XMBK = 0)
Prev. Data
Address
DA7:0 (XMBK = 1)
Prev. Data
XX
Write
Address
Data
WR
Address
Read
Data
Data
RD
Note:
1. SRWn1 = SRW11 ( 高地址存储器区 ) 或 SRW01 ( 低地址存储器区 )，SRWn0 = SRW10
( 高地址存储器区 ) 或 SRW00 ( 低地址存储器区 )。
T4 中的 ALE 脉冲仅在下一个指令访问 RAM( 内部的或是外部的 ) 时才会出现。
Figure 14. SRWn1 = 0 及 SRWn0 = 1(1) 时的外部数据存储器访问周期
T1
T2
T3
T4
T5
System Clock (CLKCPU )
ALE
A15:8
Prev. Addr.
DA7:0
Prev. Data
Address
DA7:0 (XMBK = 0)
Prev. Data
Address
DA7:0 (XMBK = 1)
Prev. Data
XX
Data
Write
Address
WR
Data
Read
Address
Data
RD
Note:
24
1. SRWn1 = SRW11 ( 高地址存储器区 ) 或 SRW01 ( 低地址存储器区 )，SRWn0 = SRW10
( 高地址存储器区 ) 或 SRW00 ( 低地址存储器区 )
T5 中的 ALE 脉冲仅在下一个指令访问 RAM( 内部的或是外部的 ) 时才会出现
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 15. SRWn1 = 1 及 SRWn0 = 0(1) 时的外部数据存储器访问周期
T1
T2
T3
T4
T5
T6
System Clock (CLKCPU )
ALE
A15:8
Prev. Addr.
DA7:0
Prev. Data
Address
DA7:0 (XMBK = 0)
Prev. Data
Address
DA7:0 (XMBK = 1)
Prev. Data
XX
Write
Address
Data
WR
Address
Read
Data
Data
RD
Note:
1. SRWn1 = SRW11 ( 高地址存储器区 ) 或 SRW01 ( 低地址存储器区 )，SRWn0 = SRW10
( 高地址存储器区 ) 或 SRW00 ( 低地址存储器区 )
T6 中的 ALE 脉冲仅在下一个指令访问 RAM( 内部的或是外部的 ) 时才会出现
Figure 16. SRWn1 = 1 及 SRWn0 = 1(1) 时的外部数据存储器访问周期
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
System Clock (CLKCPU )
ALE
A15:8
Prev. Addr.
DA7:0
Prev. Data
Address
DA7:0 (XMBK = 0)
Prev. Data
Address
DA7:0 (XMBK = 1)
Prev. Data
XX
Write
Address
Data
WR
Address
Read
Data
Data
RD
Note:
1. SRWn1 = SRW11 ( 高地址存储器区 ) 或 SRW01 ( 低地址存储器区 )，SRWn0 = SRW10
( 高地址存储器区 ) 或 SRW00 ( 低地址存储器区 )
T7 中的 ALE 脉冲仅在下一个指令访问 RAM( 内部的或是外部的 ) 时才会出现
XMEM 寄存器说明
MCU 控制寄存器－ MCUCR
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
SRE
SRW10
SE
SM1
ISC11
ISC10
ISC01
ISC00
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
MCUCR
• Bit 7 – SRE: 外部 SRAM/XMEM 使能
SRE 为 "1“ 时外部存储器接口使能。，引脚 AD7:0，A15:8，ALE，WR 和 RD 工作于第二功
能，且自动按照要求配置端口方向寄存器。 SRE 清零将使外部 SRAM 无效，相关端口可
以当作普通 I/O 口使用。
• Bit 6 – SRW10: 等待状态选择位
详见下面 SRWn 部分的说明。
25
2512F–AVR–12/03
外部 MCU 控制寄存器－
EMCUCR
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
SM0
SRL2
SRL1
SRL0
SRW01
SRW00
SRW11
ISC2
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
EMCUCR
• Bit 6..4 – SRL2, SRL1, SRL0: 等待状态存储器区限制
对于不同的外部存储器地址可以配置不同的等待状态。外部存储器地址空间可以分为两
个区，而且可以具有独立的等待周期设置位。 SRL2， SRL1 和 SRL0 用来对存储器地址
空间进行分区，如 Table 2 和 Figure 11 所示。 SRL2， SRL1 和 SRL0 设置为 0，即整个
外部存储器地址空间为一个大区。此时等待周期通过 SRW11 和 SRW10 设置。
Table 2. SRL2..0 不同设置对应的分区限制
分区限制
SRL2
SRL1
SRL0
0
0
0
低地址存储器区 = N/A
高地址存储器区 = 0x0260 - 0xFFFF
0
0
1
低地址存储器区 = 0x0260 - 0x1FFF
高地址存储器区 = 0x2000 - 0xFFFF
0
1
0
低地址存储器区 = 0x0260 - 0x3FFF
高地址存储器区 = 0x4000 - 0xFFFF
0
1
1
低地址存储器区 = 0x0260 - 0x5FFF
高地址存储器区 = 0x6000 - 0xFFFF
1
0
0
低地址存储器区 = 0x0260 - 0x7FFF
高地址存储器区 = 0x8000 - 0xFFFF
1
0
1
低地址存储器区 = 0x0260 - 0x9FFF
高地址存储器区 = 0xA000 - 0xFFFF
1
1
0
低地址存储器区 = 0x0260 - 0xBFFF
高地址存储器区 = 0xC000 - 0xFFFF
1
1
1
低地址存储器区 = 0x0260 - 0xDFFF
高地址存储器区 = 0xE000 - 0xFFFF
• Bit 1 和 MCUCR 的 Bit 6 – SRW11, SRW10: 高地址存储器区等待状态选择位
SRW11 和 SRW10 用来控制外部存储器高地址区等待状态的数目，如 Table 3 所示。
• Bit 3..2 – SRW01, SRW00: 低地址存储器区等待状态选择位
SRW01 和 SRW00 用来控制外部存储器低地址区等待状态的数目，如 Table 3 所示。
Table 3. 等待状态 (1)
等待状态
SRWn1
SRWn0
0
0
无等待
0
1
读 / 写操作插入一个等待周期
1
0
读 / 写操作插入两个等待周期
1
1
读 / 写操作插入两个等待周期。输出新地址之前还要插入一个等待周期
Note:
1. n = 0 或 1 ( 低 / 高地址存储器区 )
更进一步的信息请参见 Figures 13~Figures 16，以了解 SRW 如何影响时序。
26
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
特殊功能 IO 寄存器－ SFIOR
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
–
XMBK
XMM2
XMM1
XMM0
PUD
–
PSR10
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
SFIOR
• Bit 6 – XMBK: 外部存储器总线保持功能使能
XMBK写"1“将使能AD7:0口线上的总线保持功能。当此功能使能后AD7:0将保持最后的数
据不变，即使 XMEM 接口将这些口线设置为三态。 XMBK 为零时总线保持功能禁止。
XMBK不受SRE的限制。因此即使禁止了XMEM接口，只要XMBK为"1“，总线保持功能这
样有效。
• Bit 5..3 – XMM2, XMM1, XMM0: 外部存储器高位地址屏蔽
在缺省条件下，使能外部存储器之后所有的端口 C 引脚都被用作高位地址。如果系统不
需要全部的 64,928 字节外部存储器地址空间，端口 C 的某些引脚可以释放，用作普通的
I/O，如 Table 4 所示。另外，如 P29“ 使用全部 64KB 外部存储器 ” 说明的那样，可以利用
XMMn 来访问外部存储器所有 64KB 的位置。
Table 4. 使能外部存储器时将端口 C 的引脚释放，作为普通口线使用
使用小于 64 KB 的外部存储器
外部存储器地址的位数
可以释放的端口引脚
0
8 ( 全部 64,928 字节空间 )
无
0
1
7
PC7
0
1
0
6
PC7 - PC6
0
1
1
5
PC7 - PC5
1
0
0
4
PC7 - PC4
1
0
1
3
PC7 - PC3
1
1
0
2
PC7 - PC2
1
1
1
没有高位地址
全部的端口 C
XMM2
XMM1
XMM0
0
0
0
如 Figure 11 所示，外部存储器映射到内部存储器之后，当访问头 608 字节时，外部存储
器没有定址。就好像外部存储器的头 608 字节不可访问 ( 地址 0x0000 ~ 0x25F)。但当外
部存储器小于 64 KB 时，例如为 32 KB，则通过从 0x8000~0x825F 的定址，很容易对其
进行访问。由于外部存储器地址位 A15 没有与外部存储器相连接，地址 0x8000~0x825F
将作为外部存储器的 0x0000 ~ 0x25F。不推荐对 0x825F 向上寻址，因为这些位置已经
被访问。对于应用程序，这 32 KB 外部存储器为从 0x0260~0x825F 的 32 KB 地址空间，
如 Figure 17 所示。
27
2512F–AVR–12/03
Figure 17. 32 KB 外部存储器地址映射
Memory Configuration
AVR Memory Map
0x0000
0x025F
0x0260
0x7FFF
0x8000
External 32K SRAM
0x0000
Internal Memory
External
0x025F
0x0260
0x7FFF
Memory
0x825F
0x8260
(Unused)
0xFFFF
28
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
使用全部 64KB 外部存储器
如 Figure 11 所示，外部存储器映射到内部存储器之后，因此在缺省条件下 MCU 只能访
问 64KB 的外部存储器 ( 地址 0x0000 ~ 0x025F 为内部存储器所保留 )。然而，可以利用
屏蔽高位地址的方法来访问整个 64KB 的外部存储器，由软件控制 XMMn 位。通过设置
端口 C 输出 0x00，并释放最高位，存储器接口就可以访问地址 0x0000 - 0x1FFF 了。请
参见如下的例子。
汇编代码例程 (1)
; OFFSET 定义为 0x2000 以保证访问的是外部存储器
; 配置端口 C ( 地址的高字节 ) 输出 0x00，同时释放某些引脚
ldi
r16, 0xFF
out
DDRC, r16
ldi
r16, 0x00
out
PORTC, r16
; 释放 PC7:5
ldi
r16, (1<<XMM1)|(1<<XMM0)
sts
XMCRB, r16
; 写 0xAA 到外部存储器的 0x0001 地址
ldi
r16, 0xaa
sts
0x0001+OFFSET, r16
; 重新使能 PC7:5
ldi
r16, (0<<XMM1)|(0<<XMM0)
sts
XMCRB, r16
; 将 0x55 写入外部存储器地址 (OFFSET + 1)
ldi
r16, 0x55
sts
0x0001+OFFSET, r16
C 代码例程 (1)
#define OFFSET 0x2000
void XRAM_example(void)
{
unsigned char *p = (unsigned char *) (OFFSET + 1);
DDRC = 0xFF;
PORTC = 0x00;
XMCRB = (1<<XMM1) | (1<<XMM0);
*p = 0xaa;
XMCRB = 0x00;
*p = 0x55;
}
Note:
1. 本代码假定已经包含了合适的头文件
由于这个方法屏蔽了大多数的存储器，要小心使用。
29
2512F–AVR–12/03
系统时钟及其选项
时钟系统及其分布
Figure 18 为 AVR 的主要时钟系统及其分布。这些时钟并不需要同时工作。为了降低功
耗，可以通过使用不同的睡眠模式来禁止无需工作的模块的时钟，如 P37“ 电源管理及睡
眠模式 ” 。
Figure 18. 时钟分布
General I/O
Modules
clkI/O
CPU Core
AVR Clock
Control Unit
RAM
Flash and
EEPROM
clkCPU
clkFLASH
Reset Logic
Source clock
Watchdog clock
Clock
Multiplexer
External RC
Oscillator
External Clock
Watchdog Timer
Watchdog
Oscillator
Crystal
Oscillator
Low-frequency
Crystal Oscillator
Calibrated RC
Oscillator
CPU 时钟－ clkCPU
CPU时钟与操作AVR内核的子系统相连，如通用工作寄存器文件、状态寄存器以及保存堆
栈指针的数据存储器。终止 CPU 时钟将使内核停止工作和计算。
I/O 时钟－ clkI/O
I/O 时钟用于主要的 I/O 模块，如定时器 / 计数器、SPI 和 USART。I/O 时钟还用于外部中断
模块。但是有些外部中断由异步逻辑检测，因此即使 I/O 时钟停止了这些中断仍然可以得
到监控
Flash 时钟－ clkFLASH
Flash 时钟控制 Flash 接口的操作。此时钟通常与 CPU 时钟是同步的。
30
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
时钟源
芯片有如下几种通过熔丝位选择的时钟源。时钟输入到 AVR 时钟发生器，并通往其他合
适的模块。
Table 5. 时钟源选择 (1)
芯片时钟选项
CKSEL3..0
外部晶体 / 陶瓷振荡器
1111 - 1010
外部低频晶体
1001
外部 RC 振荡器
1000 - 0101
标定的内部 RC 振荡器
0100 - 0001
外部时钟
Note:
0000
1. 对于所有的熔丝位， “1” 表示未编程， “0” 代表已编程。
每个时钟源在后续部分单独介绍。当 CPU 自掉电模式或省电模式唤醒之后，被选择的时
钟源用来为启动过程定时，保证振荡器在开始执行指令之前进入稳定状态。当 CPU 从复
位开始工作时，还有额外的延迟时间以保证在开始正常工作之前电源达到稳定电平。看门
狗振荡器用来为自己的启动时间定时。看门狗溢出时间所对应的 WDT 振荡器周期数列于
Table 6。看门狗振荡器的频率与工作电压有关，具体请参见 P196“ATmega8515 典型特
性”。
Table 6. 看门狗振荡器周期数目
典型的溢出时间 (VCC = 5.0V)
典型的溢出时间 (VCC = 3.0V)
时钟周期数目
4.1 ms
4.3 ms
4K (4,096)
65 ms
69 ms
64K 65,536)
默认时钟源
芯片在出厂时 CKSEL = “0001”， SUT = “10”。默认时钟源为有最长启动时间的内部 RC
振荡器。默认设置可以保证用户通过系统内或并行编程得到他们期望的时钟源。
晶体振荡器
XTAL1 和 XTAL2 分别为用作片内振荡器的反向放大器的输入和输出，如 Figure 19 所示。
这个振荡器可以使用石英晶体，也可以使用陶瓷谐振器。熔丝位 CKOPT 用来选择这两种
放大器模式的其中之一。当 CKOPT 被编程时振荡器在输出引脚产生满幅度的振荡。这种
模式适合于噪声环境，以及需要通过 XTAL2 驱动第二个时钟缓冲器的情况。而且这种模
式的频率范围比较宽。当保持 CKOPT 为未编程状态时，振荡器的输出信号幅度比较小。
其优点是大大降低了功耗，但是频率范围比较窄，而且不能驱动其他时钟缓冲器。
对于谐振器， CKOPT 未编程时的最大频率为 8 MHz， CKOPT 编程时为 16 MHz。 C1
和 C2 的数值要一样，不管使用的是晶体还是谐振器。最佳的数值与使用的晶体或谐振器
有关，还与杂散电容和环境的电磁噪声有关。 Table 7 给出了针对晶体选择电容的一些指
南。对于陶瓷谐振器，应该使用厂商提供的数值。若想得到更多的有关如何选择电容以及
振荡器如何工作的信息，请参考多用途振荡器应用手册。
31
2512F–AVR–12/03
Figure 19. 晶体振荡器连接图
C2
XTAL2
C1
XTAL1
GND
振荡器可以工作于三种不同的模式，每一种都有一个优化的频率范围。工作模式通过熔丝
位 CKSEL3..1 来选择，如 Table 7 所示。
Table 7. 晶体振荡器工作模式
CKOPT
1
CKSEL3..1
101
(1)
频率范围 (1)(MHz)
使用晶体时电容 C1 和 C2 的推荐范围
0.4 - 0.9
–
1
110
0.9 - 3.0
12 - 22
1
111
3.0 - 8.0
12 - 22
0
101, 110, 111
1.0 ≤
12 - 22
1. 此选项不适用于晶体，只能用于陶瓷谐振器。
Note:
如 Table 8 所示，熔丝位 CKSEL0 以及 SUT1..0 用于选择启动时间。
Table 8. 晶体振荡器时钟选项对应的启动时间
CKSEL0
SUT1..0
掉电模式的启动时
间
复位时的额外延迟时间
(VCC = 5.0V)
0
00
258 CK(1)
4.1 ms
陶瓷谐振器，电源快
速上升
0
01
258 CK(1)
65 ms
陶瓷谐振器，电源缓
慢上升
0
10
1K CK(2)
–
0
11
1K CK(2)
4.1 ms
陶瓷谐振器，电源快
速上升
1
00
1K CK(2)
65 ms
陶瓷谐振器，电源缓
慢上升
1
01
16K CK
–
晶体振荡器，BOD 使
能
1
10
16K CK
4.1 ms
晶体振荡器，电源快
速上升
1
11
16K CK
65 ms
晶体振荡器，电源缓
慢上升
Notes:
32
推荐用法
陶瓷谐振器， BOD 使
能
1. 这些选项只能用于工作频率不太接近于最大频率，而且启动时的频率稳定性对于应用
而言不重要的情况。不适用于晶体。
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
2. 这些选项是为陶瓷谐振器设计的，可以保证启动时频率足够稳定。而且当工作频率不
太接近于最大频率，而且启动时的频率稳定性对于应用而言不重要时也可以适用于晶
体。
低频晶体振荡器
为了使用 32.768 kHz 钟表晶体作为器件的时钟源，必须将熔丝位 CKSEL 设置为 “1001”
以选择低频晶体振荡器。晶体的连接方式如 Figure 19 所示。通过对熔丝位 CKOPT 的编
程，用户可以使能 XTAL1 和 XTAL2 的内部电容，从而去除外部电容。内部电容的标称数
值为 36 pF。
选择了这个振荡器之后，启动时间由熔丝位 SUT 确定，如 Table 9 所示。
Table 9. 低频晶体振荡器的启动时间
SUT1..0
掉电模式的启动时
间
复位时的额外延迟时间
(VCC = 5.0V)
00
1K CK(1)
4.1 ms
电源快速上升，或是 BOD 使能
01
1K CK
(1)
65 ms
电源缓慢上升
10
32K CK
65 ms
启动时频率已经稳定
11
Note:
推荐用法
保留
1. 这些选项只能用于启动时的频率稳定性对应用而言不重要的情况
33
2512F–AVR–12/03
外部 RC 振荡器
对于时间不敏感的系统，可以使用 Figure 20 所示的外部 RC 振荡器。频率可以通过方程
f = 1/(3RC) 进行粗略地估计。电容 C 至少要 22 pF。通过编程熔丝位 CKOPT，用户可以使
能 XTAL1 和 GND 之间的片内 36 pF 电容，从而无需外部电容。
Figure 20. 外部 RC 配置
VCC
NC
R
XTAL2
XTAL1
C
GND
振荡器可以工作于四个不同的模式，每个模式有自己的优化频率范围。工作模式通过熔丝
位 CKSEL3..0 选取，如 Table 10 所示。
Table 10. 外部 RC 振荡器工作模式
CKSEL3..0
频率范围 (MHz)
0101
- 0.9
0110
0.9 - 3.0
0111
3.0 - 8.0
1000
8.0 - 12.0
选择了这个振荡器之后，启动时间由熔丝位 SUT 确定，如 Table 11 所示。
Table 11. 外部 RC 振荡器的启动时间
SUT1..0
掉电模式的启动时
间
复位时的额外延迟时间
(VCC = 5.0V)
推荐用法
00
18 CK
–
BOD 使能
01
18 CK
4.1 ms
电源快速上升
10
18 CK
65 ms
电源缓慢上升
11
(1)
4.1 ms
电源快速上升，或是 BOD 使能
Note:
34
6 CK
1. 这些选项只能用于工作频率不太接近于最大频率时的情况。
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
标定的片内 RC 振荡器
标定的片内 RC 振荡器提供了固定的 1.0、 2.0、 4.0 或 8.0 MHz 的时钟。这些频率都是
5V、 25°C 下的标称数值。这个时钟也可以作为系统时钟，只要按照 Table 12 对熔丝位
CKSEL进行编程即可。选择这个时钟(此时不能对CKOPT进行编程)之后就无需外部器件
了。复位时硬件将标定字节加载到 OSCCAL 寄存器，自动完成对 RC 振荡器的标定。在
5V， 25°C 和频率为 1.0 MHz 时，这种标定可以提供标称频率 ± 3% 的精度；使用
www.atmel.com/avr 中所给出的方法，可在任何电压、任何温度下，使精度达到 ± 1% 。当
使用这个振荡器作为系统时钟时，看门狗仍然使用自己的看门狗定时器作为溢出复位的
依据。更多的有关标定数据的信息请参见 P171“ 标定字节 ” 。
Table 12. 片内标定的 RC 振荡器工作模式
CKSEL3..0
标称频率 (MHz)
0001(1)
1.0
0010
2.0
0011
4.0
0100
8.0
1. 出厂时的设置。
Note:
选择了这个振荡器之后，启动时间由熔丝位 SUT 确定，如 Table 13 所示。 XTAL1 和
XTAL2 要保持为空 (NC)。
Table 13. 内部标定 RC 振荡器的启动时间
SUT1..0
掉电模式的启动时间
复位时的额外延迟时间
(VCC = 5.0V)
推荐用法
00
6 CK
–
BOD 使能
01
6 CK
4.1 ms
电源快速上升
6 CK
65 ms
电源缓慢上升
(1)
10
保留
11
Note:
振荡器标定寄存器－ OSCCAL
Bit
读/写
1. 出厂时的设置。
7
6
5
4
3
2
1
0
CAL7
CAL6
CAL5
CAL4
CAL3
CAL2
CAL1
CAL0
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
OSCCAL
标定数据
• Bits 7..0 – CAL7..0: 振荡器标定数据
将标定数据写入这个地址可以对内部振荡器进行调节以消除由于生产工艺所带来的振荡
器频率偏差。复位时 1 MHz 的标定数据 ( 标识数据的高字节，地址为 0x00) 自动加载到
OSCCAL 寄存器。如果需要内部 RC 振荡器工作于其他频率，标定数据必须人工加载：首
先通过编程器读取标识数据，然后将标定数据保存到 Flash 或 EEPROM 之中。这些数据
可以通过软件读取，然后加载到 OSCCAL 寄存器。当 OSCCAL 为零时振荡器以最低频
率工作。当对其写如不为零的数据时内部振荡器的频率将增长。写入 0xFF 即得到最高频
率。标定的振荡器用来为访问 EEPROM 和 Flash 定时。有写 EEPROM 和 Flash 的操作
35
2512F–AVR–12/03
时不要将频率标定到超过标称频率的 10%，否则写操作有可能失败。要注意振荡器只对
1.0、 2.0、 4.0 和 8.0 MHz 这四种频率进行了标定，其他频率则无法保证。
Table 14. 内部 RC 振荡器频率范围
外部时钟
OSCCAL 数值
最小频率，标称频率的百分比
最大频率，标称频率的百分比
$00
50%
100%
$7F
75%
150%
$FF
100%
200%
为了从外部时钟源驱动芯片， XTAL1 必须如 Figure 21 所示的进行连接。同时，熔丝位
CKSEL必须编程为“0000”。若熔丝位CKOPT也被编程，用户就可以使用内部的XTAL1和
GND 之间的 36 pF 电容。
Figure 21. 外部时钟驱动配置图
EXTERNAL
CLOCK
SIGNAL
选择了这个振荡器之后，启动时间由熔丝位 SUT 确定，如 Table 15 所示。
Table 15. 外部时钟的启动时间
SUT1..0
掉电模式的启动时间
复位时的额外延迟时间
(VCC = 5.0V)
推荐用法
00
6 CK
–
BOD 使能
01
6 CK
4.1 ms
电源快速上升
10
6 CK
65 ms
电源缓慢上升
11
保留
为了保证 MCU 能够稳定工作，不能突然改变外部时钟源的振荡频率。工作频率突变超过
2% 将会产生异常现象。应该在 MCU 保持复位状态时改变外部时钟的振荡频率。
36
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
电源管理及睡眠模式
睡眠模式可以使应用程序关闭 MCU 中没有使用的模块，从而降低功耗。 AVR 具有不同
的睡眠模式，允许用户根据自己的应用要求实施剪裁。
进入睡眠模式的条件是置位寄存器 MCUCR 的 SE，然后执行 SLEEP 指令。具体哪一种
模式 ( 空闲模式、掉电模式、 Standby 模式 ) 由 MCUCR 的 SM2、 MCUCR 的 SM1 和
EMCUCR 的 SM0 决定，如 Table 16 所示。使能中断可以将进入睡眠模式的 MCU 唤醒。经
过启动时间，外加 4 个时钟周期后， MCU 就可以运行中断例程了。然后返回到 SLEEP
的下一条指令。唤醒时不会改变寄存器文件和 SRAM 的内容。如果在睡眠过程中发生了
复位，则 MCU 唤醒后从中断向量开始执行。
P30Figure 18 介绍了 ATmega8515 不同的时钟系统及其分布。此图在选择合适的睡眠模
式时非常有用。
MCU 控制寄存器－ MCUCR
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
SRE
SRW10
SE
SM1
ISC11
ISC10
ISC01
ISC00
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
MCUCR
• Bit 5 – SE: 睡眠使能
为了使 MCU 在执行 SLEEP 指令后进入睡眠模式， SE 必须置位。为了确保进入睡眠模
式是程序员的有意行为，建议仅在 SLEEP 指令的前一条指令置位 SE。一旦唤醒立即清
除 SE。
• Bit 4 – SM1: 睡眠模式选择位 1
如 Table 16 所示，该位用于选择具体的睡眠模式。
MCU 控制与状态寄存器－
MCUCSR
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
–
–
SM2
–
WDRF
BORF
EXTRF
PORF
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
MCUCSR
• Bit 5 – SM2: 睡眠模式选择位 2
如 Table 16 所示，该位用于选择具体的睡眠模式。
37
2512F–AVR–12/03
扩展 MCU 控制寄存器－
EMCUCR
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
SM0
SRL2
SRL1
SRL0
SRW01
SRW00
SRW11
ISC2
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
EMCUCR
• Bits 7 – SM0: 睡眠模式选择位 0
如 Table 16 所示，该位用于选择具体的睡眠模式。
Table 16. 睡眠模式选择
SM2
SM1
SM0
睡眠模式
0
0
0
空闲模式
0
0
1
保留
0
1
0
掉电模式
0
1
1
保留
1
0
0
保留
1
0
1
保留
1
1
0
Standby 模式 (1)
1
1
1
保留
Note:
空闲模式
1. 仅在使用外部晶体或谐振器时才可用 Standby 模式。
当 SM2..0 为 000 时， SLEEP 指令将使 MCU 进入空闲模式。在此模式下， CPU 停止运
行，而 SPI、 USART、模拟比较器、定时器 / 计数器、看门狗和中断系统继续工作。这
个睡眠模式只停止了 clkCPU 和 clkFLASH，其他时钟则继续工作。
象定时器溢出与 USART 传输完成等内外部中断都可以唤醒 MCU。如果不需要从模拟比
较器中断唤醒 MCU，为了减少功耗，可以切断比较器的电源。方法是置位模拟比较器控
制和状态寄存器 ACSR 的 ACD。如果 ADC 使能，进入此模式后将自动启动一次转换。
掉电模式
当 SM2..0 为 010 时， SLEEP 指令将使 MCU 进入掉电模式。在此模式下，外部晶体停
振，而外部中断及看门狗（如果使能的话）继续工作。只有外部复位、看门狗复位、BOD
复位、外部电平中断 INT0 或 INT1，或外部中断 INT2 可以使 MCU 脱离掉电模式。这个
睡眠模式停止了所有的时钟，只有异步模块可以继续工作。
当使用外部电平中断方式将 MCU 从掉电模式唤醒时，必须保持外部电平一定的时间。具
体请参见 P73“ 外部中断 ” 。
从施加掉电唤醒条件到真正唤醒有一个延迟时间，此时间用于时钟重新启动并稳定下来。
唤醒周期与由熔丝位 CKSEL 定义的复位周期是一样的，如 P31“ 时钟源 ” 所示。
38
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Standby 模式
当 SM2..0 为 110 时， SLEEP 指令将使 MCU 进入 Standby 模式。这一模式与掉电模式
唯一的不同之处在于振荡器继续工作。其唤醒时间只需要 6 个时钟周期。
Table 17. 在不同睡眠模式下活动的时钟以及唤醒源
工作的时钟
睡眠模式
空闲模式
clkCPU
clkFLASH
振荡器
clkIO
使能的主时钟
INT2
INT1
INT0
X
X
X
掉电模式
Standby 模式
(1)
Notes:
唤醒源
SPM/
EEPROM
准备好
其他 I/O
X
X
X(2)
X
X(2)
1. 时钟源为外部晶体或谐振器
2. 电平中断为 INT2 或 INT1 与 INT0
最小化功耗
试图降低 AVR 控制系统的功耗时需要考虑几个问题。一般来说，要尽可能利用睡眠模式，
并且使尽可能少的模块继续工作。不需要的功能必须禁止。下面的模块需要特殊考虑以达
到尽可能低的功耗。
模拟比较器
在空闲模式时，如果没有使用模拟比较器，可以将其关闭。在 ADC 噪声抑制模式下也是
如此。在其他睡眠模式模拟比较器是自动关闭的。如果模拟比较器使用了内部电压基准
源，则不论在什么睡眠模式下都需要关闭它。否则内部电压基准源将一直使能。请参见
P154“ 模拟比较器 ” 以了解如何配置模拟比较器。
掉电检测器
如果应用没有利用掉电检测器 BOD，这个模块也可以关闭。如果编程熔丝位 BODEN 使
能 BOD 功能，它将在各种睡眠模式下继续工作，从而消耗电流。在深层次的睡眠模式下，
这个电流将占总电流的很大比重。请参看 P44“ 掉电检测复位 ” 以了解如何配置 BOD。
片内基准电压
当使用 BOD、模拟比较器时可能需要内部电压基准源。若这些模块都禁止了，则基准源
也可以禁止。重新使能后用户必须等待基准源稳定之后才可以使用。如果基准源在睡眠过
程中是使能的，其输出立即可以使用。请参见 P46“ 片内基准电压 ” 以了解基准源启动时
间的细节。
看门狗定时器
如果应用没有利用看门狗，这个模块就可以关闭。若使能，则在任何睡眠模式下都持续工
作，从而消耗电流。在深层次的睡眠模式下，这个电流将占总电流的很大比重。请参看
P49“ 看门狗定时器 ” 以了解如何配置看门狗定时器。
39
2512F–AVR–12/03
端口引脚
40
进入睡眠模式时，所有的端口引脚都应该配置为只消耗最小的功耗。最重要的是避免驱动
电阻性负载。在睡眠模式下 I/O 时钟 clkI/O 被停止了，输入缓冲器也禁止了。从而保证输
入电路不会消耗电流。某些输入逻辑是使能的，用来检测唤醒条件。具体的引脚请参见
P59“ 数字输入使能和睡眠模式 ” 。此时输入不能悬空，信号电平也不应该接近 VCC/2，否
则输入缓冲器会消耗过多的电流。
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
系统控制和复位
复位 AVR
复位时所有的 I/O 寄存器都被设置为初始值，程序从复位向量处开始执行。复位向量处的
指令必须是绝对跳转 JMP 指令，以使程序跳转到复位处理例程。如果程序永远不会使能
中断，则中断向量可以由一般的程序代码所覆盖。Figure 22 为复位逻辑的电路图。Table
18 则定义了复位电路的电气参数。
复位源生效时 I/O 端口立即复位为初始值，不需要任何时钟的辅助。
当所有的复位信号消失之后，延迟计数器被激活，从而延长了内部复位，并使得在 MCU
正常工作之前电源达到稳定的电平。延迟计数器的溢出时间通过熔丝位 CKSEL 由用户设
定。延迟时间的选择请参见 P31“ 时钟源 ” 。
复位源
ATmega8515 有四个复位源：
•
上电复位。当电源电压低于上电复位门限 (VPOT) 时， MCU 复位。
•
外部复位。当引脚 RESET 上的低电平持续时间大于最小脉冲宽度时 MCU 复位。
•
看门狗复位。当看门狗使能并且看门狗定时器超时时复位发生。
•
掉电检测复位。当掉电检测复位功能使能，切电源电压低于掉电检测复位门限
(VBOT) 时 MCU 即复位。
Figure 22. 复位逻辑
DATA BUS
PORF
BORF
EXTRF
WDRF
MCU Control and Status
Register (MCUCSR)
Power-on
Reset Circuit
Brown-out
Reset Circuit
BODEN
BODLEVEL
Pull-up Resistor
Spike
Filter
Reset Circuit
Watchdog
Timer
Watchdog
Oscillator
Clock
Generator
CK
Delay Counters
TIMEOUT
CKSEL[3:0]
SUT[1:0]
41
2512F–AVR–12/03
Table 18. 复位特性
符号
典型
值
最大
值
单位
上电复位门限电压 ( 上升沿 )
1.4
2.3
V
上电复位门限电压 ( 下降沿 )
1.3
2.3
V
0.9
VCC
1.5
µs
参数
条件
最小
值
(1)
VPOT
VRST
RESET 门限电压
tRST
RESET 最小脉冲宽度
VBOT
(2)
tBOD
触发掉电检测复位的低电平的
最小持续时间
VHYST
掉电检测器的容限
Notes:
42
掉电检测复位门限电压
0.1
BODLEVEL = 1
2.5
2.7
3.2
BODLEVEL = 0
3.7
4.0
4.2
V
BODLEVEL = 1
2
µs
BODLEVEL = 0
2
µs
130
mV
1. 电压下降时，只有电压低于 VPOT 时复位才会发生。
2. 一些器件的 VBOT 可能比标称的最小工作电压还要低。这些器件在生产测试过程中进行
了 VCC = VBOT 的测试，保证在 VCC 下降到处理器无法正常工作之前产生掉电检测复
位。 ATmega8515L 的测试条件为 BODLEVEL=1， ATmega8515 的测试条件为
BODLEVEL=0。 BODLEVEL=1 不适用于 ATmega8515。
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
上电复位
上电复位 (POR) 脉冲由片内检测电路产生。检测电平列于 Table 18。 POR 在 VCC 低于
检测电平时产生。 POR 电路可以用来触发启动复位，或者用来检测电源故障。
POR 电路保证器件在上电时复位。VCC 达到上电门限电压后触发延迟计数器。在计数器溢
出之前器件一直保持为复位状态。当 VCC 下降时，只要低于检测门限， RESET 信号立即
生效。
Figure 23. MCU 启动过程， RESET 连接到 VCC
VCC
RESET
VPOT
VRST
tTOUT
TIME-OUT
INTERNAL
RESET
Figure 24. MCU 启动过程， RESET 由外电路控制
VCC
RESET
TIME-OUT
VPOT
VRST
tTOUT
INTERNAL
RESET
43
2512F–AVR–12/03
外部复位
外部复位由外加于 RESET 引脚的低电平产生。当复位低电平持续时间大于最小脉冲宽度
时 ( 参见 Table 18) 即触发复位过程，即使此时并没有时钟信号在运行。当外加信号达到
复位门限电压 VRST( 上升沿 ) 时， tTOUT 延时周期开始。延时结束后 MCU 即启动。
Figure 25. 工作过程中发生外部复位
CC
掉电检测复位
ATmega8515具有片内BOD(Brown-out Detection)电路，通过与固定的触发电平的对比来
检测工作过程中 VCC 的变化。此触发电平可以通过设置熔丝位 BODLEVEL 来设定 BOD
电平为 2.7V (BODLEVEL 不编程 ) 或 4.0V (BODLEVEL 被编程 )。触发电平还具有迟滞
功能以消除电源尖峰的影响。这个迟滞功能可以解释为 VBOT+ = VBOT + VHYST/2 以及 VBOT= VBOT - VHYST/2。
BOD 电路的开关由熔丝位BODEN控制。当BOD使能后(BODEN被编程)，一旦VCC下降到
触发电平以下 (VBOT-， Figure 26)， BOD 复位立即被激发。当 VCC 上升到触发电平以上
时(VBOT+，Figure 26)，延时计数器开始计数，一旦超过溢出时间tTOUT，MCU即恢复工作。
如果 VCC 一直低于触发电平并保持如 Table 18 所示的时间 tBOD， BOD 电路将只检测电
压跌落。
Figure 26. 工作过程中发生掉电检测复位
VCC
VBOT-
VBOT+
RESET
TIME-OUT
tTOUT
INTERNAL
RESET
44
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
看门狗复位
看门狗定时器溢出时将产生持续时间为 1 个 CK 周期的复位脉冲。在脉冲的下降沿，延时
定时器开始对 tTOUT 记数。请参见 P49 以了解看门狗定时器的具体操作过程。
Figure 27. 工作过程中发生看门狗复位
CC
CK
MCU 控制和状态寄存器－
MCUCSR
MCU 控制与状态寄存器给出造成 MCU 复位的复位源。
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
–
–
SM2
–
WDRF
BORF
EXTRF
PORF
读/写
R/W
R/W
R
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
MCUCSR
见位说明
• Bit 3 – WDRF: 看门狗复位标志
看门狗复位发生时置位。上电复位将使其清零，也可以通过写 ”0” 来清除。
• Bit 2 – BORF: 掉电检测复位标志
掉电检测复位发生时置位。上电复位将使其清零，也可以通过写 ”0” 来清除。
• Bit 1 – EXTRF: 外部复位标志
外部复位发生时置位。上电复位将使其清零，也可以通过写 ”0” 来清除。
• Bit 0 – PORF: 上电复位标志
上电复位发生时置位。只能通过写 ”0” 来清除。
为了使用这些复位标志来识别复位条件，用户应该尽早读取此寄存器的数据，然后将其复
位。如果在其他复位发生之前将此寄存器复位，则后续复位源可以通过检查复位标志来了
解。
45
2512F–AVR–12/03
片内基准电压
ATmega8515 具有片内能隙基准源，用于掉电检测，或者是作为模拟比较器的输入。
基准电压使能信号和启动时间
电压基准的启动时间可能影响其工作方式。启动时间列于 Table 19。为了降低功耗，可以
控制基准源仅在如下情况打开：
1. BOD 使能 ( 熔丝位 BODEN 被编程 )
2. 能隙基准源连接到模拟比较器 (ACSR 寄存器的 ACBG 置位 )
因此，当 BOD 被禁止时，置位 ACBG 或使能 ADC 后要启动基准源。为了降低掉电模式
的功耗，用户可以禁止上述两种条件，并在进入掉电模式之前关闭基准源
Table 19. 内部电压基准源的特性
看门狗定时器
符号
参数
最小
值
典型
值
最大
值
单位
VBG
能隙基准源电压
1.15
1.23
1.40
V
tBG
能隙基准源启动时间
40
70
µs
IBG
能隙基准源功耗
10
µA
看门狗定时器由独立的 1 Mhz 片内振荡器驱动。这是 VCC = 5V 时的典型值。请参见特性
数据以了解其他 VCC 电平下的典型值。通过设置看门狗定时器的预分频器可以调节看门狗
复位的时间间隔，如 P48Table 21 所示。看门狗复位指令 WDR 用来复位看门狗定时器。
此外，禁止看门狗定时器或发生复位时定时器也被复位。复位时间有 8 个选项。如果没有
及时复位定时器，一旦时间超过复位周期， ATmega8515 就复位，并执行复位向量指向
的程序。具体的看门狗复位时序在 P45 有说明。
为了防止无意之间禁止看门狗定时器或改变了复位时间，根据熔丝位S8515C 和 WDTON
芯片提供了 3 个不同的保护级别，如 Table 20. 所示。安全级别 0 相应于 AT90S4414/8515
的设置。使能看门狗定时器则没有限制。请参考P49“改变看门狗定时器配置的时间序列” 。
46
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Table 20. WDT 配置表
WDT 初始
状态
如何禁止 WDT
如何改变复
位间隔时间
1
禁止
时间序列
时间序列
已编程
2
使能
总是使能
时间序列
已编程
未编程
0
禁止
时间序列
没有限制
已编程
已编程
2
使能
总是使能
时间序列
S8515C
WDTON
未编程
未编程
未编程
安全级
别
Figure 28. 看门狗定时器
WATCHDOG
OSCILLATOR
看门狗定时器控制寄存器－
WDTCR
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
–
–
–
WDCE
WDE
WDP2
WDP1
WDP0
读/写
R
R
R
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
WDTCR
• Bits 7..5 – Res: 保留
保留位，读操作返回值为零。
• Bit 4 – WDCE: 看门狗修改使能
清零 WDE 时必须先置位 WDCE，否则不能禁止看门狗。一旦置位，硬件将在紧接的 4 个
时钟周期之后将其清零。请参考有关 WDE 的说明来禁止看门狗。工作于安全级别 1 和 2
时也必须置位 WDCE 以修改预分频器的数据，如 P49“ 改变看门狗定时器配置的时间序列
” 所示。
• Bit 3 – WDE: 看门狗使能
WDE为"1“时，看门狗使能，否则看门狗将被禁止。只有在WDCE为"1“时WDE才能清零。
以下为关闭看门狗的步骤：
1. 在同一个指令内对 WDCE 和 WDE 写 "1“，即使 WDE 已经为 "1“。
2. 在紧接的 4 个时钟周期之内对 WDE 写 "0”。
工作于安全级别 2 时是永远无法禁止看门狗定时器的。参见 P49“ 改变看门狗定时器配置
的时间序列 ” 。
• Bits 2..0 – WDP2, WDP1, WDP0: 看门狗定时器预分频器 2, 1, 和 0
47
2512F–AVR–12/03
WDP2、WDP1 和 WDP0 决定看门狗定时器的预分频器，其预分频值及相应的溢出周期如
Table 21 所示。
Table 21. 看门狗定时器预分频器选项
WDP2
WDP1
WDP0
WDT 振荡器周期
VCC = 3.0V 时典型
的溢出周期
VCC = 5.0V 时典型
的溢出周期
0
0
0
16K (16,384)
17.1 ms
16.3 ms
0
0
1
32K (32,768)
34.3 ms
32.5 ms
0
1
0
64K (65,536)
68.5 ms
65 ms
0
1
1
128K (131,072)
0.14 s
0.13 s
1
0
0
256K (262,144)
0.27 s
0.26 s
1
0
1
512K (524,288)
0.55 s
0.52 s
1
1
0
1,024K (1,048,576)
1.1 s
1.0 s
1
1
1
2,048K (2,097,152)
2.2 s
2.1 s
下面的例子分别用汇编和 C 实现了关闭 WDT 的操作。在此假定中断处于用户控制之下 (
比如禁止全局中断 ) ，因而在执行下面程序时中断不会发生。
汇编代码例程
WDT_off:
; 置位 WDCE 和 WDE
ldi
r16, (1<<WDCE)|(1<<WDE)
out
WDTCR, r16
; 关闭 WDT
ldi
r16, (0<<WDE)
out
WDTCR, r16
ret
C 代码例程
void WDT_off(void)
{
/* 置位 WDCE 和 WDE */
WDTCR = (1<<WDCE) | (1<<WDE);
/* 关闭 WDT */
WDTCR = 0x00;
}
48
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
改变看门狗定时器配置的时 改变配置的序列根据不同的安全级别略有不同。
间序列
安全级别 0
这个模式与 AT90S4414/8515 的看门狗操作相兼容。看门狗的初始状态是禁止的，可以
没有限制地通过置位 WDE 来使能它，以及改变定时器溢出周期。禁止看门狗定时器时则
需要遵守有关 WDE 的说明。
安全级别 1
在这个模式下，看门狗定时器的初始状态是禁止的，可以没有限制地通过置位 WDE 来使
能它。改变定时器溢出周期及禁止 ( 已经使能的 ) 看门狗定时器时需要执行一个特定的时
间序列：
1. 在同一个指令内对 WDCE 和 WDE 写 "1“，即使 WDE 已经为 "1“。
2. 在紧接的 4 个时钟周期之内同时对 WDE 写 "0”，以及为 WDP 写入合适的数据，而
WDCE 则写 "0”。
安全级别 2
在这个模式下，看门狗定时器总是使能的， WDE 的读返回值为 "1”。 改变定时器溢出周
期需要执行一个特定的时间序列：
1. 在同一个指令内对WDCE和WDE写"1“。虽然WDE总是为置位状态，也必须写"1“
以启动时序。
2. 在紧接的 4 个时钟周期之内同时对 WDCE 写 "0”，以及为 WDP 写入合适的数据。
WDE 的数值可以任意。
49
2512F–AVR–12/03
中断
本节说明 ATmega8515 的中断处理。更一般的 AVR 中断处理请参见 P11“ 复位与中断处
理”。
ATmega8515 的中断向量
Table 22. 复位和中断向量
向量号
1
程序
地址 (2)
$000
(1)
中断源
中断定义
RESET
外部引脚，上电复位，掉电检测复位，看门
狗复位
2
$001
INT0
外部中断请求 0
3
$002
INT1
外部中断请求 1
4
$003
TIMER1 CAPT
定时器 / 计数器 1 捕捉事件
5
$004
TIMER1 COMPA
定时器 / 计数器 1 比较匹配 A
6
$005
TIMER1 COMPB
定时器 / 计数器 1 比较匹配 B
7
$006
TIMER1 OVF
定时器 / 计数器 1 溢出
8
$007
TIMER0 OVF
定时器 / 计数器 0 溢出
9
$008
SPI, STC
SPI 串行传输结束
10
$009
USART, RXC
USART, Rx 结束
11
$00A
USART, UDRE
USART 数据寄存器空
12
$00B
USART, TXC
USART, Tx 结束
13
$00C
ANA_COMP
模拟比较器
14
$00D
INT2
外部中断请求 2
15
$00E
TIMER0 COMP
定时器 / 计数器 0 比较匹配
16
$00F
EE_RDY
EEPROM 准备好
17
$010
SPM_RDY
保存程序存储器内容就绪
Notes:
1. 当熔丝位 BOOTRST 被编程时，复位后程序跳转到 Boot Loader。请参见 P156“ 支持引
导装入程序 – 在写的同时可以读 (RWW, Read-While-Write) 的自我编程能力 ” 。
2. 当寄存器MCUCR的IVSEL置位时，中断向量转移到Boot区的起始地址。此时各个中断
向量的实际地址为表中地址与 Boot 区起始地址之和。
Table 23 给出了不同的 BOOTRST/IVSEL 设置下的复位和中断向量的位置。如果程序永
远不使能中断，中断向量就没有意义。用户可以在此直接写程序。同样，如果复位向量位
于应用区，而其他中断向量位于 Boot 区，则复位向量之后可以直接写程序。反过来亦是
如此。
50
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Table 23. 复位和中断向量位置的确定 (1)
复位地址
中断向量起始地址
0
$0000
$0001
1
1
$0000
Boot 复位地址 + $0001
0
0
Boot 复位地址
$0001
0
1
Boot 复位地址
Boot 复位地址 + $0001
BOOTRST
IVSEL
1
Note:
1. Boot区复位地址列于P167Table 78。对于熔丝位BOOTRST，“1”表示未编程，“0”表示
已编程。
ATmega8515 典型的复位和中断设置如下：
地址
符号
代码
说明
$000
rjmp RESET
; 复位句柄
$001
rjmp EXT_INT0
; IRQ0 句柄
$002
rjmp EXT_INT1
; IRQ1 句柄
$003
rjmp TIM1_CAPT
; 定时器 1 捕捉句柄
$004
rjmp TIM1_COMPA
; 定时器 1 比较 A 句柄
$005
rjmp TIM1_COMPB
; 定时器 1 比较 B 句柄
$006
rjmp TIM1_OVF
; 定时器 1 溢出句柄
$007
rjmp TIM0_OVF
; 定时器 0 溢出句柄
$008
rjmp SPI_STC
; SPI 传输结束句柄
$009
rjmp USART_RXC
; USART 接收结束句柄
$00a
rjmp USART_UDRE
; UDR0 空句柄
$00b
rjmp USART_TXC
; USART 发送结束句柄
$00c
rjmp ANA_COMP
; 模拟比较器句柄
$00d
rjmp EXT_INT2
; IRQ2 句柄
$00e
rjmp TIM0_COMP
; 定时器 0 比较句柄
$00f
rjmp EE_RDY
; EEPROM 就绪句柄
$010
rjmp SPM_RDY
; SPM 就绪句柄
ldi
r16,high(RAMEND); 主程序
$012
out
SPH,r16
$013
ldi
r16,low(RAMEND)
$014
out
SPL,r16
$015
sei
$016
<instr>
$011
...
RESET:
...
; 设置堆栈指针为 RAM 的顶部
; 使能中断
xxx
...
51
2512F–AVR–12/03
当熔丝位 BOOTRST 未编程，Boot 区为 2K 字节，且中断使能之前寄存器 GICR 的 IVSEL
置位时，典型的复位和中断设置如下：
地址
符号
代码
说明
ldi
r16,high(RAMEND); 主程序
$001
out
SPH,r16
$002
ldi
r16,low(RAMEND)
$003
out
SPL,r16
$004
sei
$005
<instr>
$000
RESET:
; 设置堆栈指针为 RAM 的顶部
; 使能中断
xxx
;
.org $C02
$C02
rjmp EXT_INT0
; IRQ0 句柄
$C04
rjmp EXT_INT1
; IRQ1 句柄
...
....
$C2A
..
;
rjmp SPM_RDY
; SPM 就绪句柄
当熔丝位 BOOTRST 已编程，且 Boot 区为 2K 字节时，典型的复位和中断设置如下：
地址
符号
代码
说明
.org $002
$001
$002
...
....
$010
rjmp EXT_INT0
; IRQ0 句柄
rjmp EXT_INT1
; IRQ1 句柄
..
;
rjmp SPM_RDY
; SPM 就绪句柄
;
.org $C00
$C00
RESET:
ldi
r16,high(RAMEND); 主程序
$C01
out
SPH,r16
$C02
ldi
r16,low(RAMEND)
$C03
out
SPL,r16
$C04
sei
$C05
<instr>
; 设置堆栈指针为 RAM 的顶部
; 使能中断
xxx
当熔丝位 BOOTRST 已编程， Boot 区为 8K 字节时，且中断使能之前寄存器 GICR 的
IVSEL 置位时，典型的复位和中断设置如下：
地址
符号
代码
说明
.org $C00
$C00
$C01
rjmp RESET
rjmp EXT_INT0
; Reset 句柄
; IRQ0 句柄
$C02
rjmp EXT_INT1
; IRQ1 句柄
...
....
$C10
..
;
rjmp SPM_RDY
; SPM 就绪句柄
;
ldi
r16,high(RAMEND); 主程序
$C12
out
SPH,r16
$C13
ldi
r16,low(RAMEND)
$C14
out
SPL,r16
$C15
sei
$C16
<instr>
$C11
52
RESET:
; 设置堆栈指针为 RAM 的顶部
; 使能中断
xxx
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
在应用区和 Boot 区之间移动中
断
通用中断控制寄存器－ GICR
The General Interrupt Control Register controls the placement of the Interrupt Vector
table.
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
INT1
INT0
INT2
–
–
–
IVSEL
IVCE
读/写
R/W
R/W
R/W
R
R
R
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
GICR
• Bit 1 – IVSEL: 中断向量选择
当 IVSEL 为 "0“ 时，中断向量位于 Flash 存储器的起始地址；当 IVSEL 为 "1“ 时，中断向
量转移到 Boot 区的起始地址。实际的 Boot 区起始地址由熔丝位 BOOTSZ 确定。具体请
参考 P156“ 支持引导装入程序 – 在写的同时可以读 (RWW, Read-While-Write) 的自我编
程能力 ” 。为了防止无意之间改变中断向量表，修改 IVSEL 时需要遵照如下过程：
1. 置位中断向量修改使能位 IVCE
2. 在紧接的 4 个时钟周期里将需要的数据写入 IVSEL，同时对 IVCE 写 ”0”
执行上述序列时中断自动被禁止。其实，在置位 IVCE 时中断就被禁止了，并一直保持到
写 IVSEL 操作之后的下一条语句。如果没有 IVSEL 写操作，则中断在置位 IVCE 之后的
4 个时钟周期保持禁止。状态寄存器的位 I 不受此序列的影响。
Note:
若中断向量位于Boot区，且Boot锁定位BLB02被编程，则执行应用区的程序时中断被禁止
；若中断向量位于应用区，且 Boot 锁定位 BLB12 被编程， 则执行 Boot 区的程序时中断
被禁止。有关 Boot 锁定位的细节请参见 P156“ 支持引导装入程序 – 在写的同时可以读
(RWW, Read-While-Write) 的自我编程能力 ” for details on Boot Lock bits。
53
2512F–AVR–12/03
• Bit 0 – IVCE: 中断向量修改使能
改变 IVSEL 时 IVCE 必须置位。在 IVCE 或 IVSEL 写操作之后 4 个时钟周期， IVCE 被
硬件清零。如前面所述，置位 IVCE 将禁止中断。代码如下：
汇编代码例程
Move_interrupts:
; 使能中断向量的修改
ldi
r16, (1<<IVCE)
out
MCUCR, r16
; 将中断向量转移到 boot 区
ldi
r16, (1<<IVSEL)
out
MCUCR, r16
ret
C 代码例程
void Move_interrupts(void)
{
/* 使能中断向量的修改 */
MCUCR = (1<<IVCE);
/* 将中断向量转移到 boot 区 */
MCUCR = (1<<IVSEL);
}
54
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
I/O 端口
介绍
作为通用数字 I/O 使用时，所有 AVR I/O 端口都具有真正的读 - 修改 - 写功能。这意味着
用 SBI 或 CBI 指令改变某些管脚的方向 ( 或者是端口电平、禁止 / 使能上拉电阻 ) 时不会
无意地改变其他管脚的方向 ( 或者是端口电平、禁止 / 使能上拉电阻 )。输出缓冲器具有对
称的驱动能力，可以输出或吸收大电流，直接驱动 LED。所有的端口引脚都具有与电压无
关的上拉电阻。并有保护二极管与 VCC 和地相连，如 Figure 29 所示。请参见 P186“ 电气
特性 ” 以获取完整的参数列表。
Figure 29. I/O 引脚等效原理图
Rpu
Logic
Pxn
Cpin
See Figure
"General Digital I/O" for
Details
本节所有的寄存器和位以通用格式表示：小写的 “x” 表示端口的序号，而小写的 “n” 代表
位的序号。但是在程序里要写完整。例如， PORTB3 表示端口 B 的第 3 位，而本节的通
用格式为 PORTxn。物理 I/O 寄存器和位定义列于 P71“I/O 端口寄存器的说明 ” 。
每个端口都有三个 I/O 存储器地址：数据寄存器 – PORTx、 数据方向寄存器 – DDRx 和
端口输入引脚 – PINx。数据寄存器和数据方向寄存器为读 / 写寄存器，而端口输入引脚为
只读寄存器。当寄存器 SFIOR 的上拉禁止位 PUD 置位时所有端口的全部引脚的上拉电阻
都被禁止。
作为通用数字 I/O 时的端口请参见 P55“ 作为通用数字 I/O 的端口 ” 。多数端口引脚是与第
二功能复用的，如 P60“ 端口的第二功能 ” 所示。请参见各个模块的具体说明以了解引脚
的第二功能。
使能某些引脚的第二功能不会影响其他引脚用于通用数字 I/O。
作为通用数字 I/O 的端口
端口为具有上拉电阻 ( 可选的功能 ) 的双向 I/O。 Figure 30 为一个 I/O 端口引脚的说明。
55
2512F–AVR–12/03
Figure 30. 通用数字 I/O(1)
PUD
Q
D
DDxn
Q CLR
RESET
WDx
Q
Pxn
D
PORTxn
Q CLR
WPx
DATA BUS
RDx
RESET
SLEEP
RRx
SYNCHRONIZER
D
Q
L
Q
D
RPx
Q
PINxn
Q
clk I/O
PUD:
SLEEP:
clkI/O:
Note:
配置引脚
PULLUP DISABLE
SLEEP CONTROL
I/O CLOCK
WDx:
RDx:
WPx:
RRx:
RPx:
WRITE DDRx
READ DDRx
WRITE PORTx
READ PORTx REGISTER
READ PORTx PIN
1. WPx, WDx, RRx, RPx 和 RDx 对于同一端口的所有引脚都是一样的。clkI/O, SLEEP 和
PUD 则对所有的端口都是一样的。
每个端口引脚都具有三个寄存器位： DDxn、 PORTxn 和 PINxn，如 P71“I/O 端口寄存器
的说明 ” 所示。 DDxn 位于 DDRx 寄存器， PORTxn 位于 PORTx 寄存器， PINxn 位于
PINx 寄存器。
DDxn 以来选择引脚的方向。当 DDxn 为 "1“ 时， Pxn 配置为输出；否则为输入。
当引脚配置为输入时，若 PORTxn 为 "1“，上拉电阻将使能。如果需要关闭这个上拉电
阻，可以将 PORTxn 清零，或者将这个引脚配置为输出。复位时各引脚为三态，即使此
时没有时钟在运行。
当引脚配置为输出时，若 PORTxn 为 "1“，引脚输出高电平 ("1“)，否则输出低电平 (“0“)。
在 ( 高阻态 ) 三态 ({DDxn, PORTxn} = 0b00) 输出高电平 ({DDxn, PORTxn} = 0b11) 两种
状态之间进行切换时，上拉电阻使能 ({DDxn, PORTxn} = 0b01) 或输出低电平 ({DDxn,
PORTxn} = 0b10) 这两种模式必然会有一个发生。通常，上拉电阻使能是完全可以接受
的，因为高阻环境不在意是强高电平输出还是上拉输出。如果使用情况不是这样子，可以
通过置位 SFIOR 寄存器的 PUD 来禁止所有端口的上拉电阻。
在 上拉 输入 和输 出低 电平 之间 切换 也有 同样 的问 题。用 户必 须选 择高 阻态 ({DDxn,
PORTxn} = 0b00) 或输出高电平 ({DDxn, PORTxn} = 0b10) 作为中间步骤。
56
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Table 24 总结了引脚的控制信号。
Table 24. 端口引脚配置
读取引脚上的数据
DDxn
PORTxn
PUD
(SFIOR)
I/O
上拉电
阻
0
0
X
输入
No
高阻态 (Hi-Z)
0
1
0
输入
Yes
被外部电路拉低时将输出电流
0
1
1
输入
No
高阻态 (Hi-Z)
1
0
X
输出
No
输出低电平 ( 吸收电流 )
1
1
X
输出
No
输出高电平 ( 输出电流 )
说明
不论如何配置 DDxn，都可以通过读取 PINxn 寄存器来获得引脚电平。如 Figure 30 所示，
PINxn 寄存器的各个位与其前面的锁存器组成了一个同步器。这样就可以避免在内部时钟
状态发生改变的短时间范围内由于引脚电平变化而造成的信号不稳定。其缺点是引入了
延迟。 Figure 31 为读取引脚电平时同步器的时序图。最大和最小传输延迟分别为 tpd,max
和 tpd,min。
Figure 31. 读取引脚数据时的同步
SYSTEM CLK
INSTRUCTIONS
XXX
XXX
in r17, PINx
SYNC LATCH
PINxn
r17
0x00
0xFF
t pd, max
t pd, min
下面考虑第一个系统时钟下降沿之后起始的时钟周期。当时钟信号为低时锁存器是关闭
的；而时钟信号为高时信号可以自由通过，如图中 SYNC LATCH 信号的阴影区所示。时
钟为低时信号即被锁存，然后在紧接着的系统时钟上升沿锁存到 PINxn 寄存器。如 tpd,max
和 tpd,min 所示，引脚上的信号转换延迟界于 ½ ~ 1½ 个系统时钟。
如 Figure 32 所示，读取软件赋予的引脚电平时需要在赋值指令 out 和读取指令 in 之间有
一个时钟周期的间隔，如 nop 指令。 out 指令在时钟的上升沿置位 SYNC LATCH 信号。
此时同步器的延迟时间 tpd 为一个系统时钟。
57
2512F–AVR–12/03
Figure 32. 读取软件赋予的引脚电平的同步
SYSTEM CLK
r16
INSTRUCTIONS
0xFF
out PORTx, r16
nop
in r17, PINx
SYNC LATCH
PINxn
r17
0x00
0xFF
t pd
58
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
下面的例子演示了如何置位端口 B 的引脚 0 和 1，清零引脚 2 和 3，以及将引脚 4 到 7 设
置为输入，并且为引脚 6 和 7 设置上拉电阻。然后将各个引脚的数据读回来。如前面讨论
的那样，我们在输出和输入语句之间插入了一个 nop 指令。
汇编代码例程 (1)
...
; 定义上拉电阻和设置高电平输出
; 为端口引脚定义方向
ldi
r16,(1<<PB7)|(1<<PB6)|(1<<PB1)|(1<<PB0)
ldi
r17,(1<<DDB3)|(1<<DDB2)|(1<<DDB1)|(1<<DDB0)
out
PORTB,r16
out
DDRB,r17
; 为了同步插入 nop 指令
nop
; 读取端口引脚
in
r16,PINB
...
C 代码例程 (1)
unsigned char i;
...
/* 定义上拉电阻和设置高电平输出 */
/* 为端口引脚定义方向 */
PORTB = (1<<PB7)|(1<<PB6)|(1<<PB1)|(1<<PB0);
DDRB = (1<<DDB3)|(1<<DDB2)|(1<<DDB1)|(1<<DDB0);
/* 为了同步插入 nop 指令 */
_NOP();
/* 读取端口引脚 */
i = PINB;
...
Note:
数字输入使能和睡眠模式
1. 在汇编程序里使用了两个暂存器。其目的是为了使整个操作过程的时间最短。
如 Figure 30 所示，数字输入信号 ( 施密特触发器的输入 ) 可以钳位到地。图中的 SLEEP
信号由 MCU 的睡眠控制器在各种睡眠模式下设置，以防止在输入悬空或模拟输入电平接
近 VCC/2 时消耗太多的电流。
引脚作为外部中断输入时 SLEEP 信号无效。在使能引脚的第二功能时 SLEEP 也让位于
第二功能，如 P60“ 端口的第二功能 ” 里描述的那样。
当异步外部中断引脚配置为任意逻辑电平变化都可以引发中断时，如果外部中断没有使
能，而引脚上又施加了高电平，则 MCU 从睡眠模式唤醒时相应的外部中断标志将置位。
因为在睡眠时由于 SLEEP 信号的作用内部信号被钳位到地，而唤醒后外部高电平输入到
内部逻辑，产生了低电平到高电平的信号变化。
59
2512F–AVR–12/03
未连接引脚的处理
如果有引脚未被使用，建议给这些引脚赋予一个确定电平。虽然如上文所述，在深层休眠
模式下大多数数字输入被禁用，但还是需要避免因引脚没有确定的电平而造成悬空引脚
在其它数字输入使能模式 ( 复位、工作模式、空闲模式 ) 消耗电流。
最简单的保证未用引脚具有确定电平的方法是使能内部上拉电阻。但要注意的是复位时
上拉电阻将被禁用。如果复位时的功耗也有严格要求则建议使用外部上拉或下拉电阻。不
推荐直接将未用引脚与 VCC 或 GND 连接，因为这样可能会在引脚偶然作为输出时出现冲
击电流。
端口的第二功能
除了一般的数字 I/O 之外，大多数端口引脚都具有第二功能。 Figure 33 说明了由 Figure
30 简化出来的端口引脚控制信号是如何被第二功能所重载的。这些被重载的信号不会出
现在所有的端口引脚，但本图可以看作是适用于 AVR 系列处理器所有端口引脚的一般说
明。
Figure 33. 端口的第二功能 (1)
PUOExn
PUOVxn
1
PUD
0
DDOExn
DDOVxn
1
Q D
DDxn
0
Q CLR
WDx
PVOExn
RESET
1
Pxn
Q
0
D
PORTxn
Q CLR
DIEOExn
WPx
DIEOVxn
DATA BUS
RDx
PVOVxn
RESET
1
0
RRx
SLEEP
SYNCHRONIZER
D
SET
Q
RPx
Q
D
PINxn
L
CLR
Q
CLR
Q
clk I/O
DIxn
AIOxn
PUOExn:
PUOVxn:
DDOExn:
DDOVxn:
PVOExn:
PVOVxn:
DIEOExn:
DIEOVxn:
SLEEP:
Note:
60
Pxn PULL-UP OVERRIDE ENABLE
Pxn PULL-UP OVERRIDE VALUE
Pxn DATA DIRECTION OVERRIDE ENABLE
Pxn DATA DIRECTION OVERRIDE VALUE
Pxn PORT VALUE OVERRIDE ENABLE
Pxn PORT VALUE OVERRIDE VALUE
Pxn DIGITAL INPUT-ENABLE OVERRIDE ENABLE
Pxn DIGITAL INPUT-ENABLE OVERRIDE VALUE
SLEEP CONTROL
PUD:
WDx:
RDx:
RRx:
WPx:
RPx:
clkI/O:
DIxn:
AIOxn:
PULLUP DISABLE
WRITE DDRx
READ DDRx
READ PORTx REGISTER
WRITE PORTx
READ PORTx PIN
I/O CLOCK
DIGITAL INPUT PIN n ON PORTx
ANALOG INPUT/OUTPUT PIN n ON PORTx
1. WPx, WDx, RRx, RPx和RDx对于同一个端口的所有引脚都是一样的。clkI/O, SLEEP和
PUD 则对所有的端口都是一样的。其他信号则只对某一个信号有效。
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Table 25 为被第二功能重载的信号的简介。表中没有给出 Figure 33 的引脚和端口索引。
Table 25. 第二功能的说明
信号名称
全称
说明
PUOE
上拉电阻
重载使能
若此信号置位，上拉电阻使能将受控于 PUOV ；若此信号
清零，则 {DDxn, PORTxn, PUD} = 0b010 时上拉电阻使能
PUOV
上拉电阻
重载使能
若 PUOE 置位，则 PUOV 置位 / 清零时上拉电阻使能 / 禁
止，而不管 DDxn、PORTxn 和 PUD 寄存器各个位的设置
如何
DDOE
数据方向
重载使能
如果此信号置位，则输出驱动使能由 DDOV 控制；若此信
号清零，输出驱动使能由 DDxn 寄存器控制
DDOV
数据方向
重载使能
若 DDOE 置位，则 DDOV 置位 / 清零时输出驱动使能 / 禁
止，而不管 DDxn 寄存器的设置如何
PVOE
端口数据
重载使能
如果这个信号置位，且输出驱动使能，端口数据由 PVOV
控制；若 PVOE 清零，且输出驱动使能，端口数据由寄存
器 PORTxn 控制
PVOV
端口数据
重载使能
如 PVOE 设置，端口值设置为 PVOV，而不管寄存器
PORTxn 如何设置
DIEOE
数字输入
重载使能
如果这个信号置位，数字输入使能由 DIEOV 控制；若
DIEOE清零，数字输入使能由MCU的状态确定(正常模式，
睡眠模式 )
DIEOV
数字输入
重载使能
若 DIEOE 置位， DIEOV 置位 / 清零时数字输入使能 / 禁
止，而不管 MCU 的状态如何 ( 正常模式，睡眠模式 )
DI
数字输入
此信号为第二功能的数字输入。在图中，这个信号与施密
特触发相连，并且在同步器之前。除非数字输入用作时钟
源，否则第二功能模块将使用自己的同步器
AIO
模拟信号
输入 / 输出
模拟输入 / 输出。信号直接与引脚接点相连，而且可以用
作双向端口
下面的几小节将简单地说明每个端口的第二功能以及相关的信号。具体请参考有关第二
功能的说明。
61
2512F–AVR–12/03
特殊功能 IO 寄存器－ SFIOR
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
–
XMBK
XMM2
XMM1
XMM0
PUD
–
PSR10
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
SFIOR
• Bit 2 – PUD: 禁止上拉电阻
置位时，即使将寄存器 DDxn 和 PORTxn 配置为使能上拉电阻 ({DDxn, PORTxn} =
0b01)， I/O 端口的上拉电阻也被禁止。请参见 P56“ 配置引脚 ” 。
端口 A 的第二功能
端口 A 的第二功能为外部存储器接口的低字节地址以及数据。
Table 26. 端口 A 的第二功能
端口引脚
第二功能
PA7
AD7 ( 外部存储器接口地址及数据位 7)
PA6
AD6 ( 外部存储器接口地址及数据位 6)
PA5
AD5 ( 外部存储器接口地址及数据位 5)
PA4
AD4 ( 外部存储器接口地址及数据位 4)
PA3
AD3 ( 外部存储器接口地址及数据位 3)
PA2
AD2 ( 外部存储器接口地址及数据位 2)
PA1
AD1 ( 外部存储器接口地址及数据位 1)
PA0
AD0 ( 外部存储器接口地址及数据位 0)
Table 27 和 Table 28 将端口 A 的第二功能与 P60Figure 33 的重载信号关联在了一起。
Table 27. PA7..PA4 的第二功能
信号
名称
PA7/AD7
PUOE
SRE
PA5/AD5
PA4/AD4
SRE
SRE
SRE
PUOV
~(WR | ADA ) •
PortA7
~(WR | ADA) •
PortA6
~(WR | ADA) •
PortA5
~(WR | ADA) •
PortA4
DDOE
SRE
SRE
SRE
SRE
DDOV
WR | ADA
WR | ADA
WR | ADA
WR | ADA
PVOE
SRE
SRE
SRE
SRE
PVOV
A7 • ADA |
D7 OUTPUT • WR
A6 • ADA |
D6 OUTPUT •
WR
A5 • ADA |
D5 OUTPUT •
WR
A4 • ADA |
D4 OUTPUT •
WR
DIEOE
0
0
0
0
DIEOV
0
0
0
0
DI
D7 输入
D6 输入
D5 输入
D4 输入
AIO
–
–
–
–
Note:
62
(1)
PA6/AD6
1. ADA 为地址有效 (ADdress Active) 的缩写，代表地址输出的时间。请参见 P22“ 外部存
储器接口 ” 。
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Table 28. PA3..PA0 的第二功能
端口 B 的第二功能
信号
名称
PA3/AD3
PA2/AD2
PA1/AD1
PA0/AD0
PUOE
SRE
SRE
SRE
SRE
PUOV
~(WR | ADA) •
PortA3
~(WR | ADA) •
PortA2
~(WR | ADA) •
PortA1
~(WR | ADA) •
PortA0
DDOE
SRE
SRE
SRE
SRE
DDOV
WR | ADA
WR | ADA
WR | ADA
WR | ADA
PVOE
SRE
SRE
SRE
SRE
PVOV
A3 • ADA |
D3 OUTPUT •
WR
A2 • ADA |
D2 OUTPUT •
WR
A1 • ADA |
D1 OUTPUT •
WR
A0 • ADA |
D0 OUTPUT •
WR
DIEOE
0
0
0
0
DIEOV
0
0
0
0
DI
D3 输入
D2 输入
D1 输入
D0 输入
AIO
–
–
–
–
端口 B 的第二功能列于 Table 29。
Table 29. 端口 B 的第二功能
引脚
第二功能
PB7
SCK (SPI 总线串行时钟 )
PB6
MISO (SPI 总线的主机输入 / 从机输出信号 )
PB5
MOSI (SPI 总线的主机输出 / 从机输入信号 )
PB4
SS (SPI 从机选择输入 )
PB3
AIN1 ( 模拟比较器负极输入 )
PB2
AIN0 ( 模拟比较器正极输入 )
PB1
T1 (T/C1 外部计数器输入 )
PB0
T0 (T/C0 外部计数器输入 )
OC0 (T/C0 输出比较匹配输出 )
引脚配置如下：
• SCK – 端口 B, Bit 7
SCK: SPI 通道的主机时钟输出，从机时钟输入。当工作于从机模式时，不论 DDB7 设置如
何，这个引脚都将设置为输入。当工作于主机模式时，这个引脚的数据方向由 DDB7 控
制。设置为输入后，上拉电阻由 PORTB7 控制。
• MISO – 端口 B, Bit 6
MISO: SPI 通道的主机数据输入，从机数据输出。当工作于主机模式时，不论 DDB6 设置
如何，这个引脚都将设置为输入。当工作于从机模式时，这个引脚的数据方向由 DDB6 控
制。设置为输入后，上拉电阻由 PORTB6 控制。
• MOSI – 端口 B, Bit 5
63
2512F–AVR–12/03
MOSI: SPI 通道的主机数据输出，从机数据输入。当工作于从机模式时，不论 DDB5 设置
如何，这个引脚都将设置为输入。当工作于主机模式时，这个引脚的数据方向由 DDB5 控
制。设置为输入后，上拉电阻由 PORTB5 控制。
• SS – 端口 B, Bit 4
SS: 从机选择输入。当工作于从机模式时，不论 DDB4 设置如何，这个引脚都将设置为输
入。当工作于主机模式时，这个引脚的数据方向由 DDB4 控制。设置为输入后，上拉电阻
由 PORTB4 控制。
• AIN1 – 端口 B, Bit 3
AIN1，模拟比较负输入。配置该引脚为输入时，切断内部上拉电阻，防止数字端口功能
与模拟比较器功能相冲突。
• AIN0 – 端口 B, Bit 2
AIN0，模拟比较正输入。配置该引脚为输入时，切断内部上拉电阻，防止数字端口功能
与模拟比较器功能相冲突。
• T1 – 端口 B, Bit 1
T1， T/C1 计数器源。
• T0/OC0 – 端口 B, Bit 0
T0， T/C0 计数器源。
OC0，输出比较匹配模块的输出：PB0 可以作为 T/C0 输出比较模块的输出。此时引脚必须
配置为输出 (DDB0 设置为 “1”)。 OC0 也是 PWM 模式的输出引脚。
Table31 将端口 B 的第二功能与 P60Figure 33 的重载信号关联在了一起。 SPI MSTR
INPUT 和 SPI SLAVE OUTPUT 构成了 MISO 信号，而 MOSI 可以分解为 SPI MSTR OUTPUT 和 SPI SLAVE INPUT。
64
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Table 30. PB7..PB4 的第二功能
信号名称
PB7/SCK
PB6/MISO
PB5/MOSI
PB4/SS
PUOE
SPE • MSTR
SPE • MSTR
SPE • MSTR
SPE • MSTR
PUOV
PORTB7 • PUD
PORTB6 • PUD
PORTB5 • PUD
PORTB4 • PUD
DDOE
SPE • MSTR
SPE • MSTR
SPE • MSTR
SPE • MSTR
DDOV
0
0
0
0
PVOE
SPE • MSTR
SPE • MSTR
SPE • MSTR
0
PVOV
SCK 输出
SPI 从机输出
SPI MSTR 输出
0
DIEOE
0
0
0
0
DIEOV
0
0
0
0
DI
SCK 输入
SPI MSTR 输入
SPI 从机输入
SPI SS
AIO
–
–
–
–
Table 31. PB3..PB0 的第二功能
端口 C 的第二功能
信号名称
PB3/AIN1
PB2/AIN0
PB1/T1
PB0/T0/OC0
PUOE
0
0
0
0
PUOV
0
0
0
0
DDOE
0
0
0
0
DDOV
1
0
0
0
PVOE
0
0
0
OC0 使能
PVOV
0
0
0
OC0
DIEOE
0
0
0
0
DIEOV
0
0
0
0
DI
–
0
T1 输入
T0 输入
AIO
AIN1 输入
AIN0 输入
–
–
端口 C 的第二功能示于 Table 32。
Table 32. 端口 C 的第二功能
端口引脚
第二功能
PC7
A15 ( 外部存储器接口地址位 15)
PC6
A14 ( 外部存储器接口地址位 14)
PC5
A13 ( 外部存储器接口地址位 13)
PC4
A12 ( 外部存储器接口地址位 12)
PC3
A11 ( 外部存储器接口地址位 11)
PC2
A10 ( 外部存储器接口地址位 10)
PC1
A9 ( 外部存储器接口地址位 9)
PC0
A8 ( 外部存储器接口地址位 8)
• A15 – 端口 C, Bit 7
65
2512F–AVR–12/03
A15，外部存储器接口地址位 15。
• A14 – 端口 C, Bit 6
A14，外部存储器接口地址位 14。
• A13 – 端口 C, Bit 5
A13，外部存储器接口地址位 13。
• A12 – 端口 C, Bit 4
A12，外部存储器接口地址位 12。
• A11 – 端口 C, Bit 3
A11，外部存储器接口地址位 11。
• A10 – 端口 C, Bit 2
A10，外部存储器接口地址位 10。
• A9 – 端口 C, Bit 1
A9，外部存储器接口地址位 9。
• A8 – 端口 C, Bit 0
A8，外部存储器接口地址位 8。
Table 33 和 Table 34 将端口 C 的第二功能与 P60Figure 33 的重载信号关联在了一起。
66
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Table 33. PC7..PC4 的第二功能
信号名称
PC7/A15
PC6/A14
PC5/A13
PC4/A12
PUOE
SRE • (XMM<1)
SRE • (XMM<2)
SRE • (XMM<3)
SRE • (XMM<4)
PUOV
0
0
0
0
DDOE
SRE • (XMM<1)
SRE • (XMM<2)
SRE • (XMM<3)
SRE • (XMM<4)
DDOV
1
1
1
1
PVOE
SRE • (XMM<1)
SRE • (XMM<2)
SRE • (XMM<3)
SRE • (XMM<4)
PVOV
A15
A14
A13
A12
DIEOE
0
0
0
0
DIEOV
0
0
0
0
DI
–
–
–
–
AIO
–
–
–
–
Table 34. PC3..PC0 的第二功能
信号名称
PC3/A11
PC2/A10
PC1/A9
PC0/A8
PUOE
SRE • (XMM<5)
SRE • (XMM<6)
SRE • (XMM<7)
SRE • (XMM<7)
PUOV
0
0
0
0
DDOE
SRE • (XMM<5)
SRE • (XMM<6)
SRE • (XMM<7)
SRE • (XMM<7)
DDOV
1
1
1
1
PVOE
SRE • (XMM<5)
SRE • (XMM<6)
SRE • (XMM<7)
SRE • (XMM<7)
PVOV
A11
A10
A9
A8
DIEOE
0
0
0
0
DIEOV
0
0
0
0
DI
–
–
–
–
AIO
–
–
–
–
67
2512F–AVR–12/03
端口 D 的第二功能
端口 D 的第二功能列于 Table 35。
Table 35. 端口 D 的第二功能
端口引脚
第二功能
PD7
RD ( 读出外部存储器选通 )
PD6
WR ( 写入外部存储器选通 )
PD5
OC1A (T/C1 输出比较 A 匹配输出 )
PD4
XCK (USART 外部时钟输入 / 输出 )
PD3
INT1 ( 外部中断 1 的输入 )
PD2
INT0 ( 外部中断 0 的输入 )
PD1
TXD (USART 输出引脚 )
PD0
RXD (USART 输入引脚 )
第二功能配置如下：
• RD – 端口 D, Bit 7
RD 为外部数据存储器读出选通控制位。
• WR – 端口 D, Bit 6
WR 为外部数据存储器写入选通控制位。
• OC1A – 端口 D, Bit 5
OC1A，输出比较匹配 A 输出：PD5 引脚作为 T/C1 输出比较 A 外部输入。在该功能下引脚
作为输出 (DDD5 置 1) 。在 PWM 模式的定时器功能中， OC1A 引脚作为输出。
• XCK – 端口 D, Bit 4
XCK，USART 外部时钟。数据方向寄存器 (DDD4) 控制时钟为输出 (DDD4 置位 ) 或输入
(DDD4 清除 )。只有当 USART 工作在同步模式时， XCK 引脚才有效。
• INT1 – 端口 D, Bit 3
INT1，外部中断 1。 PD3 引脚作为 MCU 的外部中断源。
• INT0/XCK1 – 端口 D, Bit 2
INT0，外部中断 0。 PD2 引脚作为 MCU 的外部中断源。
XCK1，外部时钟。数据方向寄存器(DDD2) 控制时钟为输出(DDD2 置位)或输入(DDD2清
除 )。
• TXD – 端口 D, Bit 1
TXD是USART的数据发送引脚。当使能了USART的发送器后，这个引脚被强制设置为输
出，此时 DDD1 不起作用。
• RXD – 端口 D, Bit 0
RXD是USART的数据接收引脚。当使能了USART的接收器后，这个引脚被强制设置为输
出，此时 DDD0 不起作用。但是 PORTD0 仍然控制上拉电阻。
68
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Table 36 和 Table 37 将端口 D 的第二功能与 P60Figure 33 的重载信号关联在了一起。
Table 36. PD7..PD4 的第二功能
信号名称
PD7/RD
PD6/WR
PD5/OC1A
PD4/XCK
PUOE
SRE
SRE
0
0
PUOV
0
0
0
0
DDOE
SRE
SRE
0
0
DDOV
1
1
0
0
PVOE
SRE
SRE
OC1A 使能
XCK 输出使能
PVOV
RD
WR
OC1A
XCK 输出
DIEOE
0
0
0
0
DIEOV
0
0
0
0
DI
–
–
–
XCK 输入
AIO
–
–
–
–
Table 37. PD3..PD0 的第二功能
信号名称
PD3/INT1
PD2/INT0
PD1/TXD
PD0/RXD
PUOE
0
0
TXEN0
RXEN0
PUOV
0
0
0
PORTD0 • PUD
DDOE
0
0
TXEN0
RXEN0
DDOV
0
0
1
0
PVOE
0
0
TXEN0
0
PVOV
0
0
TXD
0
DIEOE
INT1 使能
INT0 使能
0
0
DIEOV
1
1
0
0
DI
INT1 输入
INT0 输入
–
RXD
AIO
–
–
–
–
69
2512F–AVR–12/03
端口 E 的第二功能
端口 E 的第二功能列于 Table 38。
Table 38. 端口 E 的第二功能
引脚
第二功能
PE2
OC1B (T/C1 输出比较 B 匹配输出 )
PE1
ALE ( 外部存储器地址锁存使能 )
PE0
ICP (T/C1 输入捕获引脚 )
INT2 ( 外部中断 2 输入 )
引脚配置如下：
• OC1B – 端口 E, Bit 2
OC1B，输出比较匹配 B 输出：PE2 引脚作为 T/C1 输出比较 B 的外部输出引脚 (DDE2 置
”1”)。在 PWM 模式定时器功能时， OC1B 作为输出引脚。
• ALE – 端口 E, Bit 1
ALE 为外部数据存储器地址锁存使能信号。
• ICP/INT2 – 端口 E, Bit 0
ICP – 输入捕获引脚： PE0 引脚作为 T/C1 输入捕获引脚。
INT2，外部中断源 2：PE0 可以作为外部中断源。
Table 39 将端口 E 的第二功能与 P60Figure 33 的重载信号关联在了一起。
Table 39. PE2..PE0 的第二功能
70
信号名称
PE2
PE1
PE0
PUOE
0
SRE
0
PUOV
0
0
0
DDOE
0
SRE
0
DDOV
0
1
0
PVOE
OC1B 重载使能
SRE
0
PVOV
OC1B
ALE
0
DIEOE
0
0
INT2 使能
DIEOV
0
0
1
DI
0
0
INT2 输入，ICP 输入
AIO
–
–
–
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
I/O 端口寄存器的说明
端口 A 数据寄存器－ PORTA
端口 A 数据方向寄存器－ DDRA
端口 A 输入引脚地址－ PINA
端口 B 数据寄存器－ PORTB
端口 B 数据方向寄存器－ DDRB
端口 B 输入引脚地址－ PINB
端口 C 数据寄存器－ PORTC
端口 C 数据方向寄存器－ DDRC
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
PORTA7
PORTA6
PORTA5
PORTA4
PORTA3
PORTA2
PORTA1
PORTA0
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
DDA7
DDA6
DDA5
DDA4
DDA3
DDA2
DDA1
DDA0
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
PINA7
PINA6
PINA5
PINA4
PINA3
PINA2
PINA1
PINA0
读/写
R
R
R
R
R
R
R
R
初始值
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
PORTB7
PORTB6
PORTB5
PORTB4
PORTB3
PORTB2
PORTB1
PORTB0
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
DDB7
DDB6
DDB5
DDB4
DDB3
DDB2
DDB1
DDB0
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
PINB7
PINB6
PINB5
PINB4
PINB3
PINB2
PINB1
PINB0
读/写
R
R
R
R
R
R
R
R
初始值
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
PORTC7
PORTC6
PORTC5
PORTC4
PORTC3
PORTC2
PORTC1
PORTC0
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
DDC7
DDC6
DDC5
DDC4
DDC3
DDC2
DDC1
DDC0
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
PORTA
DDRA
PINA
PORTB
DDRB
PINB
PORTC
DDRC
71
2512F–AVR–12/03
端口 C 输入引脚地址－ PINC
端口 D 数据寄存器－ PORTD
端口 D 数据方向寄存器－ DDRD
端口 D 输入引脚地址－ PIND
端口 E 数据寄存器－ PORTE
端口 E 数据方向寄存器－ DDRE
端口 E 输入引脚地址－ PINE
72
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
PINC7
PINC6
PINC5
PINC4
PINC3
PINC2
PINC1
PINC0
读/写
R
R
R
R
R
R
R
R
初始值
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
PORTD7
PORTD6
PORTD5
PORTD4
PORTD3
PORTD2
PORTD1
PORTD0
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
DDD7
DDD6
DDD5
DDD4
DDD3
DDD2
DDD1
DDD0
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
PIND7
PIND6
PIND5
PIND4
PIND3
PIND2
PIND1
PIND0
读/写
R
R
R
R
R
R
R
R
初始值
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
7
6
5
4
3
2
1
0
–
–
–
–
–
PORTE2
PORTE1
PORTE0
读/写
R
R
R
R
R
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
–
–
–
–
–
DDE2
DDE1
DDE0
读/写
R
R
R
R
R
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
–
–
–
–
–
PINE2
PINE1
PINE0
读/写
R
R
R
R
R
R
R
R
初始值
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
Bit
PINC
PORTD
DDRD
PIND
PORTE
DDRE
PINE
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
外部中断
外部中断通过引脚 INT0、 INT1 与 INT2 触发。只要使能了中断，即使引脚 INT0..2 配置
为输出，只要电平发生了合适的变化，中断也会触发。这个特点可以用来产生软件中断。
通过设置 MCU 控制寄存器 MCUCR 与 MCU 控制与状态寄存器 MCUCSR，中断可以由
下降沿、上升沿，或者是低电平触发 (INT2 为边沿触发中断 )。当外部中断使能并且配置
为电平触发 ( INT0/INT1)，只要引脚电平为低，中断就会产生。若要求 INT0 与 INT1 在信
号下降沿或上升沿触发， I/O 时钟必须工作，如 P30“ 时钟系统及其分布 ” 说明的那样。
INT0/INT1 的中断条件检测 INT2 则是异步的。也就是说，这些中断可以用来将器件从睡眠
模式唤醒。在睡眠过程 ( 除了空闲模式 ) 中 I/O 时钟是停止的。
通过电平方式触发中断，从而将 MCU 从掉电模式唤醒时，要保证电平保持一定的时间，
以降低 MCU 对噪声的敏感程度。电平以看门狗的频率检测两次。在 5.0V、 25°C 的条件
下，看门狗的标称时钟周期为 1 µs。看门狗时钟受电压的影响，具体请参考 P186“ 电气
特性 ” 。只要在采样过程中出现了合适的电平，或是信号持续到启动过程的末尾， MCU
就会唤醒。启动过程由熔丝位 SUT 决定，如 P30“ 系统时钟及其选项 ” 所示。若信号出现
于两次采样过程，但在启动过程结束之前就消失了， MCU 仍将唤醒，但不再会引发中断
了。要求的电平必须保持足够长的时间以使 MCU 结束唤醒过程，然后触发电平中断。
MCU 控制寄存器－ MCUCR
MCU 控制寄存器包含中断触发控制位与通用 MCU 功能。
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
SRE
SRW10
SE
SM1
ISC11
ISC10
ISC01
ISC00
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
MCUCR
• Bit 3, 2 – ISC11, ISC10: 中断触发方式控制 1 Bit1 与 Bit 0
外部中断 1 由引脚 INT1 激发，如果 SREG 寄存器的 I 标志位和相应的中断屏蔽位置位的
话。触发方式如 Table 40 所示。在检测边沿前 MCU 首先采样 INT1 引脚上的电平。如果
选择了边沿触发方式或电平变化触发方式，那么持续时间大于一个时钟周期的脉冲将触
发中断，过短的脉冲则不能保证触发中断。如果选择低电平触发方式，那么低电平必须保
持到当前指令执行完成。
Table 40. 中断 1 触发方式控制
说明
ISC11
ISC10
0
0
INT1 为低电平时产生中断请求
0
1
INT1 引脚上任意的逻辑电平变化都将引发中断
1
0
INT1 的下降沿产生中断请求
1
1
INT1 的上升沿产生中断请求
• Bit 1, 0 – ISC01, ISC00: 中断 0 触发方式控制 Bit 1 与 Bit 0
外部中断 0 由引脚 INT0 激发，如果 SREG 寄存器的 I 标志位和相应的中断屏蔽位置位的
话。触发方式如 Table 41 所示。在检测边沿前 MCU 首先采样 INT0 引脚上的电平。如果
选择了边沿触发方式或电平变化触发方式，那么持续时间大于一个时钟周期的脉冲将触
发中断，过短的脉冲则不能保证触发中断。如果选择低电平触发方式，那么低电平必须保
持到当前指令执行完成。
Table 41. 中断 0 触发方式控制
ISC01
ISC00
0
0
说明
INT0 为低电平时产生中断请求
73
2512F–AVR–12/03
Table 41. 中断 0 触发方式控制
扩展 MCU 控制寄存器－
EMCUCR
说明
ISC01
ISC00
0
1
INT0 引脚上任意的逻辑电平变化都将引发中断
1
0
INT0 的下降沿产生中断请求
1
1
INT0 的上升沿产生中断请求
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
SM0
SRL2
SRL1
SRL0
SRW01
SRW00
SRW11
ISC2
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
EMCUCR
• Bit 0 – ISC2: 中断 2 触发方式控制
异步外中断 2 由外部引脚 INT2 激活，如果 SREG 寄存器的 I 标志和 GICR 寄存器相应的
中断屏蔽位置位的话。若 ISC2 写 0，INT2 的下降沿激活中断。若 ISC2 写 1，INT2 的上
升沿激活中断。INT2 的边沿触发方式是异步的。只要 INT2 引脚上产生宽度大于 Table 42
所示数据的脉冲就会引发中断。若选择了低电平中断，低电平必须保持到当前指令完成，
然后才会产生中断。而且只要将引脚拉低，就会引发中断请求。改变 ISC2 时有可能发生
中断。因此建议首先在寄存器 GICR 里清除相应的中断使能位 INT2，然后再改变 ISC2。
最后，不要忘记在重新使能中断之前通过对 GIFR 寄存器的相应中断标志位 INTF2 写 '1’
使其清零。
Table 42. 异步 ( 外部 ) 中断特性
通用中断控制寄存器－ GICR
符号
参数
tINT
异步 ( 外部 ) 中断的最小脉冲宽度
Bit
最小
值
条件
典型
值
最大
值
50
单位
ns
7
6
5
4
3
2
1
0
INT1
INT0
INT2
–
–
–
IVSEL
IVCE
读/写
R/W
R/W
R/W
R
R
R
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
GICR
• Bit 7 – INT1: 外部中断请求 1 使能
当 INT1 为 '1’，而且状态寄存器 SREG 的 I 标志置位，相应的外部引脚中断就使能了。
MCU通用控制寄存器– MCUCR的中断敏感电平控制1位 1/0 (ISC11与ISC10)决定中断是
由上升沿、下降沿，还是 INT1 电平触发的。只要使能，即使 INT1 引脚被配置为输出，
只要引脚电平发生了相应的变化，中断可将产生。
• Bit 6 – INT0: 外部中断请求 0 使能
当 INT0 为 '1’，而且状态寄存器 SREG 的 I 标志置位，相应的外部引脚中断就使能了。
MCU通用控制寄存器– MCUCR的中断敏感电平控制0位 1/0 (ISC01与ISC00)决定中断是
由上升沿、下降沿，还是 INT0 电平触发的。只要使能，即使 INT0 引脚被配置为输出，
只要引脚电平发生了相应的变化，中断可将产生。
• Bit 5 – INT2: 外部中断请求 2 使能
当 INT2 为 '1’，而且状态寄存器 SREG 的 I 标志置位，相应的外部引脚中断就使能了。
MCU通用控制寄存器– MCUCR的中断敏感电平控制2位 1/0 (ISC2与ISC2)决定中断是由
上升沿、下降沿，还是 INT2 电平触发的。只要使能，即使 INT2 引脚被配置为输出，只
要引脚电平发生了相应的变化，中断可将产生。
74
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
通用中断标志寄存器－ GIFR
Bit
7
6
5
4
3
2
1
INTF1
INTF0
INTF2
–
–
–
–
0
–
读/写
R/W
R/W
R/W
R
R
R
R
R
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
GIFR
• Bit 7 – INTF1: 外部中断标志 1
INT1 引脚电平发生跳变时触发中断请求，并置位相应的中断标志 INTF1。如果 SREG 的位
I 以及 GICR 寄存器相应的中断使能位 INT1 为 ”1”，MCU 即跳转到相应的中断向量。进入中
断服务程序之后该标志自动清零。此外，标志位也可以通过写入 ”1” 来清零。
• Bit 6 – INTF0: 外部中断标志 0
INT0 引脚电平发生跳变时触发中断请求，并置位相应的中断标志 INTF0。如果 SREG 的位
I 以及 GICR 寄存器相应的中断使能位 INT0 为 ”1”，MCU 即跳转到相应的中断向量。进入中
断服务程序之后该标志自动清零。此外，标志位也可以通过写入 ”1” 来清零。
• Bit 5 – INTF2: 外部中断标志 2
INT2 引脚电平发生跳变时触发中断请求，并置位相应的中断标志 INTF2。如果 SREG 的位
I 以及 GICR 寄存器相应的中断使能位 INT2 为 ”1”，MCU 即跳转到相应的中断向量。进入中
断服务程序之后该标志自动清零。此外，标志位也可以通过写入 ”1” 来清零。注意，当
INT2中断禁用进入某些休眠模式时，该引脚的输入缓冲将禁用。这会导致INTF2标志设置
信号的逻辑变化，详见 P59“ 数字输入使能和睡眠模式 ” 。
75
2512F–AVR–12/03
具有 PWM 功能的 8 位
定时器 / 计时器 0
T/C0 是一个通用的单通道 8 位定时器 / 计数器模块。其主要特点如下：
• 单通道计数器
• 比较匹配发生时清除定时器 ( 自动加载 )
• 无干扰脉冲，相位正确的 PWM
• 频率发生器
• 外部事件计数器
• 10 位的时钟预分频器
• 溢出和比较匹配中断源 (TOV0 和 OCF0)
综述
Figure 34为8位定时器/计数器的简化框图。实际引脚排列请参考P2“ATmega8515的引脚
” 。CPU 可以访问的 I/O 寄存器，包括位和引脚，以粗体显示。I/O 寄存器和位的位置列于
P86“8 位定时器 / 计数器寄存器的说明 ” 。
Figure 34. 8 位 T/C 方框图
TCCRn
count
clear
direction
TOVn
(Int.Req.)
Control Logic
clk Tn
Clock Select
Edge
Detector
DATA BUS
BOTTOM
Tn
TOP
( From Prescaler )
Timer/Counter
TCNTn
=
=0
= 0xFF
OCn
(Int.Req.)
Waveform
Generation
OCn
OCRn
寄存器
T/C(TCNT0)和输出比较寄存器 (OCR0) 为 8 位寄存器。中断请求 ( 图中简写为 Int.Req. ) 信
号在定时器中断标志寄存器 TIFR 都有反映。所有中断都可以通过定时器中断屏蔽寄存器
TIMSK 单独进行屏蔽。图中没有给出 TIFR 和 TIMSK。
T/C可以通过预分频器由内部时钟源驱动，或者是通过T0 引脚的外部时钟源来驱动。时钟
选择逻辑模块控制使用哪一个时钟源与什么边沿来增加 ( 或降低 )T/C 的数值。如果没有
选择时钟源 T/C 就不工作。时钟选择模块的输出定义为定时器时钟 clkT0。
双缓冲的输出比较寄存器 OCR0 一直与 T/C 的数值进行比较。比较的结果可用来产生
PWM 波，或在输出比较引脚 OC0 上产生变化频率的输出，如 P78“ 输出比较单元 ” 说明的
那样。比较匹配事件还将置位比较标志 OCF0。此标志可以用来产生输出比较中断请求。
76
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
定义
本文的许多寄存器及其各个位以通用的格式表示。小写的 “n” 取代了 T/C 的序号，在此即
为 0。小写的 “x” 取代了输出比较单元通道，在此即为通道 A。但是在写程序时要使用精
确的格式，例如使用 TCNT0 来访问 T/C0 计数器值，等等。
Table 43 的定义适用于全文。
Table 43. 定义
BOTTOM
计数器计到 0x00 时即达到 BOTTOM。
MAX
计数器计到 0xFF ( 十进制的 255) 时即达到 MAX。
TOP
计数器计到计数序列的最大值时即达到 TOP。TOP 值可以为固定值 0xFF
(MAX)，或是存储于寄存器 OCR0 里的数值，具体由工作模式确定
T/C 的时钟源
T/C 可以由内部同步时钟或外部异步时钟驱动。时钟源是由时钟选择逻辑决定的，而时钟
选择逻辑是由位于 T/C 控制寄存器 TCCR0 的时钟选择位 CS02:0 控制的。 P89“T/C0 与
T/C1 的预分频器 ” 对时钟源与预分频有详尽的描述。
计数器单元
8 位 T/C 的主要部分为可编程的双向计数单元。Figure 35 即为计数器和周边电路的框图。
Figure 35. 计数器单元方框图
TOVn
(Int.Req.)
DATA BUS
Clock Select
count
TCNTn
clear
Control Logic
clkTn
Edge
Detector
Tn
direction
( From Prescaler )
bottom
top
信号说明 ( 内部信号 )：
count
使 TCNT0 加 1 或减 1。
direction
选择加操作或减操作。
clear
清除 TCNT0 ( 将所有的位清零 )。
clkTn
T/C 的时钟， clkT0 。
top
表示 TCNT0 已经达到了最大值。
bottom
表示 TCNT0 已经达到了最小值 (0)。
根据不同的工作模式，计数器针对每一个 clkT0 实现清零、加一或减一操作。clkT0 可以由
内部时钟源或外部时钟源产生，具体由时钟选择位 CS02:0 确定。没有选择时钟源时
(CS02:0 = 0) 定时器即停止。但是不管有没有 clkT0，CPU 都可以访问 TCNT0。CPU 写操
作比计数器其他操作 ( 如清零、加减操作 ) 的优先级高。
计数序列由 T/C 控制寄存器 (TCCR0) 的 WGM01 和 WGM00 决定。计数器计数行为与输
出比较 OC0 的波形有紧密的关系。有关计数序列和波形产生的详细信息请参考 P80“ 工作
模式 ” 。
T/C溢出中断标志TOV0根据WGM01:0 设定的工作模式来设置。TOV0可以用于产生CPU
中断。
77
2512F–AVR–12/03
输出比较单元
8位比较器持续对TCNT0和输出比较寄存器OCR0进行比较。一旦TCNT0等于OCR0，比
较器就给出匹配信号。在匹配发生的下一个定时器时钟周期输出比较标志 OCF0 置位。若
此时 OCIE0 = 1 且 SREG 的全局中断标志 I 置位， CPU 将产生输出比较中断。执行中断
服务程序时 OCF0 自动清零，或者通过软件写 ”1” 的方式来清零。根据由 WGM21:0 和
COM01:0 设定的不同的工作模式，波形发生器利用匹配信号产生不同的波形。同时，波
形发生器还利用 max 和 bottom 信号来处理极值条件下的特殊情况 (P80“ 工作模式 ” )。
Figure 36 为输出比较单元的方框图。
Figure 36. 输出比较单元方框图
DATA BUS
OCRn
TCNTn
= (8-bit Comparator )
OCFn (Int.Req.)
top
bottom
Waveform Generator
OCn
FOCn
WGMn1:0
COMn1:0
使用 PWM 模式时 OCR0 寄存器为双缓冲寄存器；而在正常工作模式和匹配时清零模式
双缓冲功能是禁止的。双缓冲可以将更新 OCR0 寄存器与 top 或 bottom 时刻同步起来，
从而防止产生不对称的 PWM 脉冲，消除了干扰脉冲。
访问 OCR0 寄存器看起来很复杂，其实不然。使能双缓冲功能时， CPU 访问的是 OCR0
缓冲寄存器；禁止双缓冲功能时 CPU 访问的则是 OCR0 本身。
强制输出比较
工作于非 PWM 模式时，可以通过对强制输出比较位 FOC0 写 ”1” 的方式来产生比较匹
配。强制比较匹配不会置位 OCF0 标志，也不会重载 / 清零定时器，但是 OC0 引脚将被
更新，好象真的发生了比较匹配一样 (COM01:0 决定 OC0A 是置位、清零，还是 "0“-”1”
交替变化 )。
写 TCNT0 操作将阻止比较匹配
CPU 对 TCNT0 寄存器的写操作会在下一个定时器时钟周期阻止比较匹配的发生，即使此
时定时器已经停止了。这个特性可以用来在 T/C 时钟使能时将 OCR0 初始化为与 TCNT0
相同的数值而不触发中断。
使用输出比较单元
由于在任意模式下写 TCNT0 都将在下一个定时器时钟周期里阻止比较匹配，在使用输出
比较时改变 TCNT0 就会有风险，不论 T/C 此时是否在运行与否。如果写入的 TCNT0 的
数值等于 OCR0，比较匹配就被丢失了，造成不正确的波形发生结果。类似地，在计数器
进行降序计数时不要对 TCNT0 写入等于 BOTTOM 的数据。
OC0 的设置应该在设置数据方向寄存器之前完成。最简单的设置 OC0 的方法是在普通模
式下利用强制输出比较 FOC0。即使在改变波形发生模式时 OC0 寄存器也会一直保持它
的数值。
78
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
注意 COM01:0 和比较值都不是双缓冲的。 COM01:0 的改变将立即生效。
79
2512F–AVR–12/03
比较匹配输出单元
比较匹配模式控制位 COM01:0 具有双重功能。波形发生器利用 COM01:0 来确定下一次
比较匹配发生时的输出比较状态 (OC0) ； COM01:0 还控制 OC0 引脚输出信号的来源。
Figure 37 为受 COM01:0 设置影响的简化逻辑框图。I/O 寄存器、I/O 位和 I/O 引脚以粗体表
示。图中只给出了受 COM01:0 影响的通用 I/O 端口控制寄存器 (DDR 和 PORT)。谈及
OC0 状态时指的是内部 OC0 寄存器，而不是 OC0 引脚。系统复位时 OC0 寄存器清零。
Figure 37. 比较匹配输出单元原理图
COMn1
COMn0
FOCn
Waveform
Generator
D
Q
1
OCn
DATA BUS
D
0
OCn
Pin
Q
PORT
D
Q
DDR
clk I/O
如果 COM01:0 不全为零，通用 I/O 口功能将被波形发生器的输出比较功能取代。但 OC0
引脚为输入还是输出仍然由数据方向寄存器 DDR 控制。在使用 OC0 功能之前首先要通
过数据方向寄存器的 DDR_OC0 位将此引脚设置为输出。端口功能与波形发生器的工作
模式无关。
输出比较逻辑的设计允许 OC0 状态在输出之前首先进行初始化。要注意某些 COM01:0
设置保留给了其他操作类型，详见 P86“8 位定时器 / 计数器寄存器的说明 ” 。
比较输出模式和波形产生
波形发生器利用 COM01:0 的方法在普通模式、 CTC 模式和 PWM 模式下有所区别。对
于所有的模式，设置 COM01:0 = 0 表明比较匹配发生时波形发生器不会操作 OC0 寄存
器。非 PWM 模式的比较输出请参见 P86Table 45 ；快速 PWM 的比较输出示于 P87Table
46 ；相位修正 PWM 的比较输出在 P87Table 47 有描述。
改变 COM01:0 将影响写入数据后的第一次比较匹配。对于非 PWM 模式，可以通过使用
FOC0 来立即产生效果。
工作模式
工作模式 - T/C 和输出比较引脚的行为 - 由波形发生模式 (WGM01:0) 及比较输出模式
(COM01:0) 的控制位决定。比较输出模式对计数序列没有影响，而波形产生模式对计数序
列则有影响。 COM01:0 控制 PWM 输出是否为反极性。非 PWM 模式时 COM01:0 控制
输出是否应该在比较匹配发生时置位、清零，或是电平取反 (P80“ 比较匹配输出单元 ” )。
具体的时序信息请参考 P84“T/C 时序图 ” 之 Figure 41、 Figure 42 、Figure 43 与 Figure
44。
普通模式
80
普通模式 (WGM01:0 = 0) 为最简单的工作模式。在此模式下计数器不停地累加。计到 8
比特的最大值后 (TOP = 0xFF)，由于数值溢出计数器简单地返回到最小值 0x00 重新开
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
始。在 TCNT0 为零的同一个定时器时钟里 T/C 溢出标志 TOV0 置位。此时 TOV0 有点象
第 9 位，只是只能置位，不会清零。但由于定时器中断服务程序能够自动清零 TOV0，因
此可以通过软件提高定时器的分辨率。在普通模式下没有什么需要特殊考虑的，用户可以
随时写入新的计数器数值。
输出比较单元可以用来产生中断。但是不推荐在普通模式下利用输出比较来产生波形，因
为这会占用太多的 CPU 时间。
CTC( 比较匹配时清零定时器 )
模式
在 CTC 模式 (WGM01:0 = 2) 下 OCR0 寄存器用于调节计数器的分辨率。当计数器的数值
TCNT0 等于 OCR0 时计数器清零。OCR0 定义了计数器的 TOP 值，亦即计数器的分辨率。
这个模式使得用户可以很容易地控制比较匹配输出的频率，也简化了外部事件计数的操
作。
CTC模式的时序图为 Figure 38。计数器数值TCNT0一直累加到TCNT0与OCR0匹配，然
后 TCNT0 清零。
Figure 38. CTC 模式的时序图
OCn Interrupt Flag Set
TCNTn
OCn
(Toggle)
Period
(COMn1:0 = 1)
1
2
3
4
利用 OCF0 标志可以在计数器数值达到 TOP 时产生中断。在中断服务程序里可以更新
TOP的数值。由于CTC模式没有双缓冲功能，在计数器以无预分频器或很低的预分频器工
作的时候将 TOP 更改为接近 BOTTOM 的数值时要小心。如果写入的 OCR0 数值小于当
前 TCNT0 的数值，计数器将丢失一次比较匹配。在下一次比较匹配发生之前，计数器不
得不先计数到最大值 0xFF，然后再从 0x00 开始计数到 OCF0。
为了在 CTC 模式下得到波形输出，可以设置 OC0 在每次比较匹配发生时改变逻辑电平。
这可以通过设置 COM01:0 = 1 来完成。在期望获得 OC0 输出之前，首先要将其端口设置
为输出。波形发生器能够产生的最大频率为 fOC0 = fclk_I/O/2 (OCR0 = 0x00)。频率由如下
公式确定：
f clk_I/O
f OCn = ------------------------------------------------2 ⋅ N ⋅ ( 1 + OCRn )
变量 N 代表预分频因子 (1、 8、 64、 256 或 1024)。
在普通模式下， TOV0 标志的置位发生在计数器从 MAX 变为 0x00 的定时器时钟周期。
快速 PWM 模式
快速 PWM 模式 (WGM01:0 = 3) 可用来产生高频的 PWM 波形。快速 PWM 模式与其他
PWM模式的不同之处是其单斜坡工作方式。计数器从BOTTOM计到MAX，然后立即回到
BOTTOM 重新开始。对于普通的比较输出模式，输出比较引脚 OC0 在 TCNT0 与 OCR0 匹
配时清零，在 BOTTOM 时置位；对于反向比较输出模式， OC0 的动作正好相反。由于
使用了单斜坡模式，快速 PWM 模式的工作频率比使用双斜坡的相位修正 PWM 模式高一
81
2512F–AVR–12/03
倍。此高频操作特性使得快速 PWM 模式十分适合于功率调节，整流和 DAC 应用。高频
可以减小外部元器件 ( 电感，电容 ) 的物理尺寸，从而降低系统成本。
工作于快速 PWM 模式时，计数器的数值一直增加到 MAX，然后在后面的一个时钟周期
清零。具体的时序图为 Figure 39。图中柱状的 TCNT0 表示这是单边斜坡操作。方框图同
时包含了普通的 PWM 输出以及反向 PWM 输出。 TCNT0 斜坡上的短水平线表示 OCR0
和 TCNT0 的比较匹配。
Figure 39. 快速 PWM 模式时序图
OCRn Interrupt Flag Set
OCRn Update and
TOVn Interrupt Flag Set
TCNTn
OCn
(COMn1:0 = 2)
OCn
(COMn1:0 = 3)
Period
1
2
3
4
5
6
7
计时器数值达到 MAX 时 T/C 溢出标志 TOV0 置位。如果中断使能，在中断服务程序可以
更新比较值。
工作于快速 PWM 模式时，比较单元可以在 OC0 引脚上输出 PWM 波形。设置 COM01:0
为 2 可以产生普通的 PWM 信号；为 3 则可以产生反向 PWM 波形 ( 参见 P87Table 46)。
要想在引脚上得到输出信号还必须将 OC0 的数据方向设置为输出。产生 PWM 波形的机
理是 OC0 寄存器在 OCR0 与 TCNT0 匹配时置位 ( 或清零 )，以及在计数器清零 ( 从 MAX
变为 BOTTOM) 的那一个定时器时钟周期清零 ( 或置位 )。
输出的 PWM 频率可以通过如下公式计算得到：
f clk_I/O
f OCnPWM = -----------------N ⋅ 256
变量 N 代表分频因子 (1、 8、 64、 256 或 1024)。
OCR0 寄存器为极限值时表示快速 PWM 模式的一些特殊情况。若 OCR0 等于 BOTTOM，
输出为出现在第 MAX+1 个定时器时钟周期的窄脉冲； OCR0 为 MAX 时，根据 COM01:0
的设定，输出恒为高电平或低电平。
通过设定 OC0 在比较匹配时进行逻辑电平取反 (COM01:0 = 1)，可以得到占空比为 50%
的周期信号。OCR0 为 0 时信号有最高频率 foc2 = fclk_I/O/2。这个特性类似于 CTC 模式下
的 OC0 取反操作，不同之处在于快速 PWM 模式具有双缓冲。
82
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
相位修正 PWM 模式
相位修正 PWM 模式 (WGM01:0 = 1) 为用户提供了一个获得高精度相位修正 PWM 波形
的方法。此模式基于双斜坡操作。计时器重复地从 BOTTOM 计到 MAX，然后又从 MAX
倒退回到 BOTTOM。在一般的比较输出模式下，当计时器往 MAX 计数时若发生了 TCNT0
与 OCR0 的匹配，OC0 将清零为低电平；而在计时器往 BOTTOM 计数时若发生了 TCNT0
与 OCR0 的匹配， OC0 将置位为高电平。工作于反向输出比较时则正好相反。与单斜坡
操作相比，双斜坡操作可获得的最大频率要小。但由于其对称的特性，十分适合于电机控
制。
相位修正 PWM 模式的 PWM 精度固定为 8 比特。计时器不断地累加直到 MAX，然后开
始减计数。在一个定时器时钟周期里 TCNT0 的值等于 MAX。时序图可参见 Figure 40。
图中 TCNT0 的数值用柱状图表示，以说明双斜坡操作。本图同时说明了普通 PWM 的输
出和反向 PWM 的输出。 TCNT0 斜坡上的小横条表示 OCR0 与 TCNT0 的比较匹配。
Figure 40. 相位修正 PWM 模式的时序图
OCn Interrupt Flag Set
OCRn Update
TOVn Interrupt Flag Set
TCNTn
OCn
(COMn1:0 = 2)
OCn
(COMn1:0 = 3)
Period
1
2
3
当计时器达到 BOTTOM 时 T/C 溢出标志位 TOV0 置位。此标志位可用来产生中断。
工作于相位修正 PWM 模式时，比较单元可以在 OC0 引脚产生 PWM 波形：将 COM01:0
设置为 2 产生普通相位的 PWM，设置 COM01:0 为 3 产生反向 PWM 信号 ( 参见 P87Table
47)。要想在引脚上得到输出信号还必须将 OC0 的数据方向设置为输出。OCR0 和 TCNT0
比较匹配发生时 OC0 寄存器将产生相应的清零或置位操作，从而产生 PWM 波形。工作
于相位修正模式时 PWM 频率可由下式公式获得：
f clk_I/O
f OCnPCPWM = -----------------N ⋅ 510
变量 N 表示预分频因子 (1、 8、 64、 256 或 1024)。
OCR0 寄存器处于极值代表了相位修正 PWM 模式的一些特殊情况。在普通 PWM 模式下，
若 OCR0 等于 BOTTOM，输出一直保持为低电平；若 OCR0 等于 MAX，则输出保持为
高电平。反向 PWM 模式则正好相反。
在 Figure 40 的第 2 个周期，虽然没有发生比较匹配， OCn 也出现了一个从高到低的跳
变。其目的是保证波形在 BOTTOM 两侧的对称。没有比较匹配时有两种情况会出现跳变
83
2512F–AVR–12/03
T/C 时序图
•
如 Figure 40 所示，OCR0 的值从 MAX 改变为其他数据。当 OCR0 值为 MAX 时，引脚
OCn 的输出应该与前面降序记数比较匹配的结果相同。为了保证波形在 BOTTOM 两
侧的对称，当 T/C 的数值为 MAX 时，引脚 OCn 的输出又必须符合后面升序记数比
较匹配的结果。
•
定时器从一个比 OCR0 高的值开始记数，并因而丢失了一次比较匹配。系统因此引入
发生 OCn 却仍然有跳变的现象。
T/C 是同步电路，因此其时钟 clkT0 可以表示为时钟使能信号，如下图所示。图中还说明了
中断标志设置的时间。 Figure 41 给出了基本的 T/C 工作时序，以及除了相位修正 PWM
模式之外其他模式接近 MAX 时的记数序列。
Figure 41. T/C 时序图，无预分频器
clkI/O
clkTn
(clkI/O /1)
TCNTn
MAX - 1
MAX
BOTTOM
BOTTOM + 1
BOTTOM
BOTTOM + 1
TOVn
Figure 42 所示为相同的工作时序，但有预分频。
Figure 42. T/C 时序图，预分频器为 fclk_I/O/8
clkI/O
clkTn
(clkI/O /8)
TCNTn
MAX - 1
MAX
TOVn
Figure 43 给出了各种模式下 ( 除了 CTC 模式 )OCF0 的置位情况。
84
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 43. T/C 时序图， OCF0 置位，预分频器为 fclk_I/O/8
clkI/O
clkTn
(clkI/O /8)
TCNTn
OCRn - 1
OCRn
OCRn
OCRn + 1
OCRn + 2
OCRn Value
OCFn
Figure 44 给出了 CTC 模式下 OCF0 置位和 TCNT0 清除的情况。
Figure 44. T/C 时序图， CTC 模式，预分频器为 fclk_I/O/8
clkI/O
clkTn
(clkI/O /8)
TCNTn
(CTC)
OCRn
TOP - 1
TOP
BOTTOM
BOTTOM + 1
TOP
OCFn
85
2512F–AVR–12/03
8 位定时器 / 计数器寄存器
的说明
T/C 控制寄存器－ TCCR0
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
FOC0
WGM00
COM01
COM00
WGM01
CS02
CS01
CS00
读/写
W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
TCCR0
• Bit 7 – FOC0: 强制输出比较
FOC0 仅在 WGM00 指明非 PWM 模式时才有效。但是，为了保证与未来器件的兼容性，在
使用 PWM 时，写 TCCR0 要对其清零。对其写 1 后，波形发生器将立即进行比较操作。
比较匹配输出引脚 OC0 将按照 COM01:0 的设置输出相应的电平。要注意 FOC0 类似一
个锁存信号，真正对强制输出比较起作用的是 COM01:0 的设置。
FOC0不会引发任何中断，也不会在利用OCR0作为TOP的CTC模式下对定时器进行清零
的操作。
读 FOC0 的返回值永远为 0。
• Bit 6, 3 – WGM01:0: 波形产生模式
这几位控制计数器的计数序列，计数器的最大值 TOP，以及产生何种波形。 T/C 支持的
模式有：普通模式，比较匹配发生时清除计数器模式 (CTC)，以及两种 PWM 模式，详见
Table 44 与 P80“ 工作模式 ” 。
Table 44. 波形产生模式的位定义 (1)
T/C 的工作模式
TOP
OCR0 的
更新
TOV0 的置
位时刻
0
普通
0xFF
立即更新
MAX
0
1
PWM，相位修正
0xFF
TOP
BOTTOM
2
1
0
CTC
OCR0
立即更新
MAX
3
1
1
快速 PWM
0xFF
TOP
MAX
模式
WGM01
(CTC0)
WGM00
(PWM0)
0
0
1
1. 位定义 CTC0 和 PWM0 已经不再使用了，要使用 WGM01:0。但是功能和位置与以前版
本兼容。
Note:
• Bit 5:4 – COM01:0: 比较匹配输出模式
这些位决定了比较匹配发生时输出引脚 OC0 的电平。如果 COM01:0 中的一位或全部都
置位， OC0 以比较匹配输出的方式进行工作。同时其方向控制位要设置为 1 以使能输出
驱动器。
当 OC0 连接到物理引脚上时， COM01:0 的功能依赖于 WGM01:0 的设置。 Table 45 给
出了当 WGM01:0 设置为普通模式或 CTC 模式时 COM01:0 的功能。
Table 45. 比较输出模式，非 PWM 模式
86
说明
COM01
COM00
0
0
正常的端口操作，不与 OC0 相连接
0
1
比较匹配发生时 OC0 取反
1
0
比较匹配发生时 OC0 清零
1
1
比较匹配发生时 OC0 置位
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Table 46 给出了当 WGM01:0 设置为快速 PWM 模式时 COM01:0 的功能。
Table 46. 比较输出模式，快速 PWM 模式 (1)
说明
COM01
COM00
0
0
正常的端口操作，不与 OC0 相连接
0
1
保留
1
0
比较匹配发生时 OC0A 清零，计数到 TOP 时 OC0 置位
1
1
比较匹配发生时 OC0A 置位，计数到 TOP 时 OC0 清零
1. 一个特殊情况是 OCR0 等于 TOP，且 COM01 置位。此时比较匹配将被忽略，而计数到
TOP 时 OC0 的动作继续有效。详细信息请参见 P81“ 快速 PWM 模式 ” 。
Note:
Table 47 给出了当 WGM01:0 设置为相位修正 PWM 模式时 COM01:0 的功能。
Table 47. 比较输出模式，相位修正 PWM 模式 (1)
说明
COM01
COM00
0
0
正常的端口操作，不与 OC0 相连接
0
1
保留
1
0
在升序计数时发生比较匹配将清零 OC0 ；降序计数时发生比较
匹配将置位 OC0
1
1
在升序计数时发生比较匹配将置位 OC0 ；降序计数时发生比较
匹配将清零 OC0
Note:
1. 一个特殊情况是 OCR0 等于 TOP，且 COM01 置位。此时比较匹配将被忽略，而计数到
TOP 时 OC0 的动作继续有效。详细信息请参见 P83“ 相位修正 PWM 模式 ” 。
• Bit 2:0 – CS02:0: 时钟选择
用于选择 T/C 的时钟源。
Table 48. 时钟选择位定义
说明
CS02
CS01
CS00
0
0
0
无时钟， T/C 不工作
0
0
1
clkI/O/1 ( 没有预分频 )
0
1
0
clkI/O/8 ( 来自预分频器 )
0
1
1
clkI/O/64 ( 来自预分频器 )
1
0
0
clkI/O/256 ( 来自预分频器 )
1
0
1
clkI/O/1024 ( 来自预分频器 )
1
1
0
时钟由 T0 引脚输入，下降沿触发
1
1
1
时钟由 T0 引脚输入，上升沿触发
如果 T/C0 使用外部时钟，即使 T0 被配置为输出，其上的电平变化仍然会驱动记数器。
利用这一特性可通过软件控制记数。
T/C 寄存器－ TCNT0
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
TCNT0[7:0]
TCNT0
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
87
2512F–AVR–12/03
通过 T/C 寄存器可以直接对计数器的 8 位数据进行读写访问。对 TCNT0 寄存器的写访问
将在下一个时钟阻止比较匹配。在计数器运行的过程中修改 TCNT0 的数值有可能丢失一
次 TCNT0 和 OCR0 的比较匹配。
输出比较寄存器－ OCR0
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
OCR0[7:0]
OCR0
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
输出比较寄存器包含一个 8 位的数据，不间断地与计数器数值 TCNT0 进行比较。匹配事
件可以用来产生输出比较中断，或者用来在 OC0 引脚上产生波形。
T/C 中断屏蔽寄存器－ TIMSK
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
TOIE1
OCIE1A
OCIE1B
–
TICIE1
–
TOIE0
OCIE0
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
TIMSK
• Bit 1 – TOIE0: T/C0 溢出中断使能
当 TOIE0 和状态寄存器的全局中断使能位 I 都为 ”1” 时，T/C0 的溢出中断使能。当 T/C0
发生溢出，即 TIFR 中的 TOV0 位置位时，中断服务程序得以执行。
• Bit 0 – OCIE0: T/C0 输出比较匹配中断使能
当 OCIE0 和状态寄存器的全局中断使能位 I 都为 ”1” 时，T/C0 的输出比较匹配中断使能。
当 T/C0 的比较匹配发生，即 TIFR 中的 OCF0 置位时，中断服务程序得以执行。
T/C 中断标志寄存器－ TIFR
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
TOV1
OCF1A
OCF1B
–
ICF1
–
TOV0
OCF0
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
TIFR
• Bit 1 – TOV0: T/C0 溢出标志
当 T/C0 溢出时， TOV0 置位。执行相应的中断服务程序时此位硬件清零。此外， TOV0
也可以通过写 1 来清零。当 SREG 中的位 I、 TOIE0(T/C0 溢出中断使能 ) 和 TOV0 都置
位时，中断服务程序得到执行。在相位修正 PWM 模式中，当 T/C0 在 0x00 改变记数方
向时， TOV0 置位。
• Bit 0 – OCF0: 输出比较标志 0
当 T/C0 与 OCR0( 输出比较寄存器 0) 的值匹配时， OCF0 置位。此位在中断服务程序里
硬件清零，也可以对其写 1 来清零。当 SREG 中的位 I、 OCIE0(T/C0 比较匹配中断使能
) 和 OCF0 都置位时，中断服务程序得到执行。
88
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
T/C0 与 T/C1 的预分频
器
T/C1 与 T/C0 共用一个预分频模块，但它们可以有不同的分频设置。下述内容适用于 T/C1
与 T/C0。
内部时钟源
当 CSn2:0 = 1 时，系统内部时钟直接作为 T/C 的时钟源，这也是 T/C 最高频率的时钟源
fCLK_I/O，与系统时 钟频率相同。预分频器 可以输出 4 个不同的 时钟信号 fCLK_I/O/8、
fCLK_I/O/64、 fCLK_I/O/256 或 fCLK_I/O/1024。
预分频器复位
预分频器是独立运行的。也就是说，其操作独立于 T/C 的时钟选择逻辑，且它由 T/C1 与
T/C0 共享。由于预分频器不受 T/C 时钟选择的影响，预分频器的状态需要包含预分频时钟
被用到何处这样的信息。一个典型的例子发生在定时器使能并由预分频器驱动 (6 >
CSn2:0 > 1)的时候：从计时器使能到第一次开始计数可能花费 1 到N+1个系统时钟周期，
其中 N 等于预分频因子 (8、 64、 256 或 1024)。
通过复位预分频器来同步 T/C 与程序运行是可能的。但是必须注意另一个 T/C 是否也在
使用这一预分频器，因为预分频器复位将会影响所有与其连接的 T/C。
外部时钟源
由 T1/T0 引脚提供的外部时钟源可以用作 T/C 时钟 clkT1/clkT0。引脚同步逻辑在每个系统
时钟周期对引脚 T1/T0 进行采样。然后将同步 ( 采样 ) 信号送到边沿检测器。 Figure 45
给出了 T1/T0 同步采样与边沿检测逻辑的功能等效方框图。寄存器由内部系统时钟 clkI/O
的上跳沿驱动。当内部时钟为高时，锁存器可以看作时透明的。
CSn2:0 = 7 时边沿检测器检测到一个正跳变产生一个 clkT1 脉冲； CSn2:0 = 6 时一个负跳
变就产生一个 clkT0 脉冲。
Figure 45. T1/T0 引脚采样
Tn
D
Q
D
Q
D
Tn_sync
(To Clock
Select Logic)
Q
LE
clk I/O
Synchronization
Edge Detector
由于引脚上同步与边沿监测电路的存在，引脚 T1/T0 上的电平变化需要延时 2.5 到 3.5 个
系统时钟周期才能使计数器进行更新。
禁止或使能时钟输入必须在 T1/T0 保持稳定至少一个系统时钟周期后才能进行，否则有产
生错误 T/C 时钟脉冲的危险。
为保证正确的采样，外部时钟脉冲宽度必须大于一个系统时钟周期。在占空比为 50% 时
外部时钟频率必须小于系统时钟频率的一半 (fExtClk < fclk_I/O/2)。由于边沿检测器使用的是
采样这一方法，它能检测到的外部时钟最多是其采样频率的一半 (Nyquist 采样定理 )。然
而，由于振荡器 ( 晶体、谐振器与电容 ) 本身误差带来的系统时钟频率及占空比的差异，
建议外部时钟的最高频率不要大于 fclk_I/O/2.5。
外部时钟源不送入预分频器。
89
2512F–AVR–12/03
Figure 46. T/C0 与 T/C1 预分频器 (1)
clk I/O
Clear
PSR10
T0
Synchronization
T1
Synchronization
clkT1
Note:
特殊功能 IO 寄存器－ SFIOR
Bit
clkT0
1. 输入引脚 (T1/T0) 的同步逻辑见 Figure 45。
7
6
5
4
3
2
1
0
–
XMBK
XMM2
XMM1
XMM0
PUD
–
PSR10
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
SFIOR
• Bit 0 – PSR10: T/C1 与 T/C0 预分频器复位
置位时 T/C1 与 T/C0 的预分频器复位。操作完成后这一位由硬件自动清零。写入零时不
会引发任何动作。 T/C1 与 T/C0 共用同一预分频器，且预分频器复位对两个定时器均有
影响。该位总是读为 0。
90
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
16 位定时器 / 计数器 1
16位的T/C可以实现精确的程序定时(事件管理)、波形产生和信号测量。其主要特点如下：
• 真正的 16 位设计 ( 即允许 16 位的 PWM)
• 2 个独立的输出比较单元
• 双缓冲的输出比较寄存器
• 一个输入捕捉单元
• 输入捕捉噪声抑制器
• 比较匹配发生时清除寄存器 ( 自动重载 )
• 无干扰脉冲，相位正确的 PWM
• 可变的 PWM 周期
• 频率发生器
• 外部事件计数器
• 4 个独立的中断源 (TOV1, OCF1A, OCF1B 与 ICF1)
综述
本节大多数的寄存器和位定义以通用的方式表示。小写 “n” 表示 T/C 序号，小写 “x” 表示
输出比较通道号。但是在写程序时要用完整的、精确的名称。如用 TCNT1 表示访问 T/C1
计数器值等。
16位T/C的简化框图示于 Figure 47。I/O引脚的实际位置请参见P2“引脚配置” 。CPU可访
问的 I/O 寄存器，包括 I/O 位和 I/O 引脚以粗体表示。器件具体 I/O 寄存器与位定位见
P110“16 位定时器 / 计数器寄存器的说明 ” 。
Figure 47. 16 位 T/C 框图 (1)
Count
Clear
Direction
TOVn
(Int.Req.)
Control Logic
clkTn
Clock Select
Edge
Detector
TOP
Tn
BOTTOM
( From Prescaler )
Timer/Counter
TCNTn
=
=0
OCnA
(Int.Req.)
Waveform
Generation
=
OCnA
DATA BUS
OCRnA
OCnB
(Int.Req.)
Fixed
TOP
Values
Waveform
Generation
=
OCRnB
OCnB
( From Analog
Comparator Ouput )
ICFn (Int.Req.)
Edge
Detector
ICRn
Noise
Canceler
ICPn
TCCRnA
Note:
TCCRnB
1. 有关 T/C1 的引脚定义请参考 P2Figure 1， P63Table 29 和 P68Table 35。
91
2512F–AVR–12/03
寄存器
定时器 / 计数器 TCNT1、输出比较寄存器 OCR1A/B 与输入捕捉寄存器 ICR1 均为 16 位
寄存器。访问 16 位寄存器必须通过特殊的步骤，详见 P93“ 访问 16 位寄存器 ” 。 T/C 控
制寄存器 TCCR1A/B 为 8 位寄存器，没有 CPU 访问的限制。中断请求 ( 图中简写为
Int.Req.) 信号在中断标志寄存器 TIFR 都有反映。所有中断都可以由中断屏蔽寄存器
TIMSK 单独控制。图中未给出 TIFR 与 TIMSK。
T/C可由内部时钟通过预分频器或通过由T1引脚输入的外部时钟驱动。引发T/C数值增加(
或减少 ) 的时钟源及其有效沿由时钟选择逻辑模块控制。没有选择时钟源时 T/C 处于停止
状态。时钟选择逻辑模块的输出称为 clkT1。
双缓冲输出比较寄存器 OCR1A/B 一直与 T/C 的值做比较。波形发生器用比较结果产生
PWM或在输出比较引脚OC1A/B输出可变频率的信号。参见P98“输出比较单元” 。比较匹
配结果还可置位比较匹配标志 OCF1A/B，用来产生输出比较中断请求。
当输入捕捉引脚 ICP1 或模拟比较器输入引脚 ( 见 P154“ 模拟比较器 ” ) 有输入捕捉事件产
生 ( 边沿触发 ) 时，当时的 T/C 值被传输到输入捕捉寄存器保存起来。输入捕捉单元包括
一个数字滤波单元 ( 噪声消除器 ) 以降低噪声干扰。
在某些操作模式下， TOP 值或 T/C 的最大值可由 OCR1A 寄存器、 ICR1 寄存器，或一
些固定数据来定义。在 PWM 模式下用 OCR1A 作为 TOP 值时， OCR1A 寄存器不能用
作 PWM 输出。但此时 OCR1A 是双向缓冲的， TOP 值可在运行过程中得到改变。当需
要一个固定的 TOP 值时可以使用 ICR1 寄存器，从而释放 OCR1A 来用作 PWM 的输出。
定义
以下定义适用于本节：
Table 49. 定义
兼容性
BOTTOM
计数器计到 0x0000 时即达到 BOTTOM
MAX
计数器计到 0xFFFF ( 十进制的 65535) 时即达到 MAX
TOP
计数器计到计数序列的最大值时即达到 TOP。 TOP 值可以为固定值 0x00FF、
0x01FF 或 0x03FF，或是存储于寄存器 OCR1A 或 ICR1 里的数值，具体有赖于工作
模式
16位T/C是从以前版本的16位AVRT/C改进和升级得来的。它在如下方面与以前的版本完
全兼容：
•
包括定时器中断寄存器在内的所有 16 位 T/C 相关的 I/O 寄存器的地址
•
包括定时器中断寄存器在内的所有 16 位 T/C 相关的寄存器位定位
•
中断向量
下列控制位名称已改，但具有相同的功能与寄存器单元：
•
PWM10 改为 WGM10
•
PWM11 改为 WGM11
•
CTC1 改为 WGM12
16 位 T/C 控制寄存器中添加了下列位：
•
TCCR1A 中加入 FOC1A 与 FOC1B
•
TCCR1B 中加入 WGM13
16 位 T/C 的一些改进在某些特殊情况下将影响兼容性。
92
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
访问 16 位寄存器
TCNT1、OCR1A/B 与 ICR1 是 AVR CPU 通过 8 位数据总线可以访问的 16 位寄存器。读写
16位寄存器需要两次操作。每个16位计时器都有一个8位临时寄存器用来存放其高8位数
据。每个 16 位定时器所属的 16 位寄存器共用相同的临时寄存器。访问低字节会触发 16
位读或写操作。当 CPU 写入数据到 16 位寄存器的低字节时，写入的 8 位数据与存放在
临时寄存器中的高 8 位数据组成一个 16 位数据，同步写入到 16 位寄存器中。当 CPU 读
取 16 位寄存器的低字节时，高字节内容在读低字节操作的同时被放置于临时寄存器中。
并非所有的 16 位访问都涉及临时寄存器。对 OCR1A/B 寄存器的读操作就不涉及临时寄
存器。
写 16 位寄存器时，应先写入该寄存器的高位字节。而读 16 位寄存器时应先读取该寄存
器的低位字节。
下面的例程说明了如何访问 16 位定时器寄存器。前提是假设不会发生更新临时寄存器内
容的中断。同样的原则也适用于对 OCR1A/B 与 ICR1 寄存器的访问。使用 “C” 语言时，
编译器会自动处理 16 位操作。
汇编代码例程 (1)
...
; 设置 TCNT1 为 0x01FF
ldi r17,0x01
ldi r16,0xFF
out TCNT1H,r17
out TCNT1L,r16
; 将 TCNT1 读入 r17:r16
in
r16,TCNT1L
in
r17,TCNT1H
...
C 代码例程 (1)
unsigned int i;
...
/* 设置 TCNT1 为 0x01FF */
TCNT1 = 0x1FF;
/* 将 TCNT1 读入 i */
i = TCNT1;
...
Note:
1. 本代码假定已经包含了合适的头文件。
汇编代码例程中 TCNT1 的返回值在 r17:r16 寄存器对中。
注意到 16 位寄存器的访问是一个基本操作是非常重要的。在对 16 位寄存器操作时，最
好首先屏蔽中断响应，防止在主程序读写 16 位寄存器的两条指令之间发生这样的中断：
它也访问同样的寄存器或其他的 16 位寄存器，从而更改了临时寄存器。如果这种情况发
生，那么中断返回后临时寄存器中的内容已经改变，造成主程序对 16 位寄存器的读写错
误。
93
2512F–AVR–12/03
下面的例程给出了读取 TCNT1 寄存器内容的基本操作。对 OCR1A/B 或 ICR1 的读操作
可以使用相同的方法。
汇编代码例程 (1)
TIM16_ReadTCNT1:
; 保存全局中断标志
in
r18,SREG
; 禁用中断
cli
; 将 TCNT1 读入 r17:r16
in
r16,TCNT1L
in
r17,TCNT1H
; 恢复全局中断标志
out SREG,r18
ret
C 代码例程 (1)
unsigned int TIM16_ReadTCNT1( void )
{
unsigned char sreg;
unsigned int i;
/* 保存全局中断标志 */
sreg = SREG;
/* 禁用中断 */
_CLI();
/* 将 TCNT1 读入 i */
i = TCNT1;
/* 恢复全局中断标志 */
SREG = sreg;
return i;
}
Note:
1. 本代码假定已经包含了合适的头文件。
汇编代码例程中 TCNT1 的返回值在 r17:r16 寄存器对中。
94
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
下面的例程给出了写 TCNT1 寄存器的基本操作。对 OCR1A/B 或 ICR1 的写操作可以使
用相同的方法。
汇编代码例程 (1)
TIM16_WriteTCNT1:
; 保存全局中断标志
in
r18,SREG
; 禁用中断
cli
; 设置 TCNT1 到 r17:r16
out TCNT1H,r17
out TCNT1L,r16
; 恢复全局中断标志
out SREG,r18
ret
C 代码例程 (1)
void TIM16_WriteTCNT1 ( unsigned int i )
{
unsigned char sreg;
unsigned int i;
/* 保存全局中断标志 */
sreg = SREG;
/* 禁用中断 */
_CLI();
/* 设置 TCNT1 到 i */
TCNT1 = i;
/* 恢复全局中断标志 */
SREG = sreg;
}
Note:
1. 本代码假定已经包含了合适的头文件。
汇编代码例程中 r17:r16 寄存器对保存的是 TCNT1 的写入数据。
临时寄存器的重用
如果对不只一个 16 位寄存器写入数据而且所有的寄存器高字节相同，则只需写一次高字
节。前面讲到的基本操作在这种情况下同样适用。
95
2512F–AVR–12/03
T/C 时钟源
T/C 时钟源可以来自内部，也可来自外部，由位于 T/C 控制寄存器 B(TCCR1B) 的时钟选择
位 (CS12:0) 决定。时钟源与预分频器的描述见 P89“T/C0 与 T/C1 的预分频器 ” 。
计数器单元
16 位 T/C 的主要部分是可编程的 16 位双向计数器单元。Figure 48 给出了计数器与其外围
电路方框图。
Figure 48. 计数器单元方框图
DATA BUS
(8-bit)
TOVn
(Int.Req.)
TEMP (8-bit)
TCNTnH (8-bit)
TCNTnL (8-bit)
Count
Clear
Control Logic
clk Tn
TCNTn (16-bit Counter)
信号描述 ( 内部信号 )：
Count
TCNT1 加 1 或减 1
Direction
确定是加操作还是减操作
Clear
TCNT1 清零
clkT1
定时器 / 计数器时钟信号
TOP
表示 TCNT1 计数器到达最大值
BOTTOM
表示 TCNT1 计数器到达最小值 (0)
16 位计数器映射到两个 8 位 I/O 存储器位置：TCNT1H 为高 8 位，TCNT1L 为低 8 位。CPU
只能间接访问 TCNT1H 寄存器。 CPU 访问 TCNT1H 时，实际访问的是临时寄存器
(TEMP)。读取TCNT1L时，临时寄存器的内容更新为TCNT1H的数值；而对TCNT1L执行
写操作时，TCNT1H 被临时寄存器的内容所更新。这就使 CPU 可以在一个时钟周期里通
过 8 位数据总线完成对 16 位计数器的读、写操作。此外还需要注意计数器在运行时的一
些特殊情况。在这些特殊情况下对 TCNT1 写入数据会带来未知的结果。在合适的章节会
对这些特殊情况进行具体描述。
根据工作模式的不同，在每一个 clkT1 时钟到来时，计数器进行清零、加 1 或减 1 操作。
clkT1 由时钟选择位 CS12:0 设定。当 CS12:0= 0 时，计数器停止计数。不过 CPU 对 TCNT1
的读取与 clkT1 是否存在无关。 CPU 写操作比计数器清零和其他操作的优先级都高。
计数器的计数序列取决于寄存器 TCCR1A 和 TCCR1B 中标志位 WGM13:0 的设置。计数
器的运行 ( 计数 ) 方式与通过 OC1x 输出的波形发生方式有很紧密的关系。计数序列与波
形产生的详细描述请参见 P101“ 工作模式 ” 。
通过 WGM13:0 确定了计数器的工作模式之后，TOV1 的置位方式也就确定了。TOV1 可
以用来产生 CPU 中断。
输入捕捉单元
T/C 的输入捕捉单元可用来捕获外部事件，并为其赋予时间标记以说明此时间的发生时
刻。外部事件发生的触发信号由引脚 ICP1 输入，也可通过模拟比较器单元来实现。时间
标记可用来计算频率、占空比及信号的其它特征，以及为事件创建日志。
输入捕捉单元方框图见 Figure 49。图中不直接属于输入捕捉单元的部分用阴影表示。寄
存器与位中的小写 “n” 表示定时器 / 计数器编号。
96
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 49. 输入捕捉单元方框图
DATA BUS
(8-bit)
TEMP (8-bit)
ICRnH (8-bit)
WRITE
ICRnL (8-bit)
TCNTnH (8-bit)
ICRn (16-bit Register)
ACO*
Analog
Comparator
ACIC*
TCNTnL (8-bit)
TCNTn (16-bit Counter)
ICNC
ICES
Noise
Canceler
Edge
Detector
ICFn (Int.Req.)
ICPn
当引脚 ICP1 上的逻辑电平 ( 事件 ) 发生了变化，或模拟比较器输出 ACO 电平发生了变
化，并且这个电平变化为边沿检测器所证实，输入捕捉即被激发：16 位的 TCNT1 数据被
拷贝到输入捕捉寄存器 ICR1，同时输入捕捉标志位 ICF1 置位。如果此时 TICIE1 = 1，输
入捕捉标志将产生输入捕捉中断。中断执行时 ICF1 自动清零，或者也可通过软件在其对
应的 I/O 位置写入逻辑 "1” 清零。
读取 ICR1 时要先读低字节 ICR1L，然后再读高字节 ICR1H。读低字节时，高字节被复制
到高字节临时寄存器 TEMP。 CPU 读取 ICR1H 时将访问 TEMP 寄存器。
对 ICR1 寄存器的写访问只存在于波形产生模式。此时 ICR1 被用作计数器的 TOP 值。写
ICR1 之前首先要设置 WGM13:0 以允许这个操作。对 ICR1 寄存器进行写操作时必须先将
高字节写入 ICR1H I/O 位置，然后再将低字节写入 ICR1L。
请参见 P93“ 访问 16 位寄存器 ” 以了解更多的关于如何访问 16 位寄存器的信息。
输入捕捉触发源
输入捕捉单元的主要触发源是 ICP1。T/C1 还可用模拟比较输出作为输入捕捉单元的触发
源。用户必须通过设置模拟比较控制与状态寄存器 ACSR 的模拟比较输入捕捉位 ACIC 来
做到这一点。要注意的是，改变触发源有可能造成一次输入捕捉。因此在改变触发源后必
须对输入捕捉标志执行一次清零操作以避免出现错误的结果。
ICP1与ACO的采样方式与T1引脚是相同的(P89Figure 45),使用的边沿检测器也一样。但
是使能噪声抑制器后，在边沿检测器前会加入额外的逻辑电路并引入 4 个系统时钟周期的
延迟。要注意的是，除去使用 ICR1 定义 TOP 的波形产生模式外， T/C 中的噪声抑制器
与边沿检测器总是使能的。
输入捕捉也可以通过软件控制引脚 ICP1 的方式来触发。
噪声抑制器
噪声抑制器通过一个简单的数字滤波方案提高系统抗噪性。它对输入触发信号进行 4 次采
样。只有当 4 次采样值相等时其输出才会送入边沿检测器。
置位 TCCR1B 的 ICNC1 将使能噪声抑制器。使能噪声抑制器后，在输入发生变化到 ICR1
得到更新之间将会有额外的 4 个系统时钟周期的延时。噪声抑制器使用的是系统时钟，因
而不受预分频器的影响。
97
2512F–AVR–12/03
输入捕捉单元的使用
使用输入捕捉单元的最大问题就是分配足够的处理器资源来处理输入事件。事件的时间
间隔是关键。如果处理器在下一次事件出现之前没有读取 ICR1 的数据， ICR1 就会被新
值覆盖，从而无法得到正确的捕捉结果。
使用输入捕捉中断时，中断程序应尽可能早的读取 ICR1 寄存器。尽管输入捕捉中断优先
级相对较高，但最大中断响应时间与其它正在运行的中断程序所需的时间相关。
在任何输入捕捉工作模式下都不推荐在操作过程中改变 TOP 值。
测量外部信号的占空比时要求每次捕捉后都要改变触发沿。因此读取 ICR1 后必须尽快改
变敏感的信号边沿。改变边沿后，ICF1 必须由软件清零 ( 在对应的 I/O 位置写 "1”)。若仅
需测量频率，且使用了中断发生，则不需对 ICF1 进行软件清零。
输出比较单元
16 位比较器持续比较 TCNT1 与 OCR1x 的内容，一旦发现它们相等，比较器立即产生一个
匹配信号。然后 OCF1x 在下一个定时器时钟置位。如果此时 OCIE1x = 1， OCF1x 置位
将引发输出比较中断。中断执行时 OCF1x 标志自动清零，或者通过软件在其相应的 I/O
位置写入逻辑 "1” 也可以清零。根据 WGM13:0 与 COM1x1:0 的不同设置，波形发生器用
匹配信号生成不同的波形。波形发生器利用 TOP 和 BOTTOM 信号处理在某些模式下对
极值的操作 (P101“ 工作模式 ” )。
输出比较单元 A 的一个特性是定义 T/C 的 TOP 值 ( 即计数器的分辨率 )。此外， TOP 值
还用来定义通过波形发生器产生的波形的周期。
Figure 50 给出输出比较单元的方框图。寄存器与位上的小写 “n” 表示器件编号 (n = 1 表示
T/C1)， “x” 表示输出比较单元 (A/B)。框图中非输出比较单元部分用阴影表示。
Figure 50. 输出比较单元方框图
DATA BUS
(8-bit)
TEMP (8-bit)
OCRnxH Buf. (8-bit)
OCRnxL Buf. (8-bit)
TCNTnH (8-bit)
OCRnx Buffer (16-bit Register)
OCRnxH (8-bit)
TCNTnL (8-bit)
TCNTn (16-bit Counter)
OCRnxL (8-bit)
OCRnx (16-bit Register)
= (16-bit Comparator )
OCFnx (Int.Req.)
TOP
BOTTOM
Waveform Generator
WGMn3:0
OCnx
COMnx1:0
当 T/C 工作在 12 种 PWM 模式种的任意一种时， OCR1x 寄存器为双缓冲寄存器；而在
正常工作模式和匹配时清零模式 (CTC) 双缓冲功能是禁止的。双缓冲可以实现 OCR1x 寄
存器对 TOP 或 BOTTOM 的同步更新，防止产生不对称的 PWM 波形，消除毛刺。
98
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
访问 OCR1x 寄存器看起来很复杂，其实不然。使能双缓冲功能时，CPU 访问的是 OCR1x
缓冲寄存器；禁止双缓冲功能时 CPU 访问的则是 OCR1x 本身。 OCR1x( 缓冲或比较 )
寄存器的内容只有写操作才能将其改变 (T/C 不会自动将此寄存器更新为 TCNT1 或 ICR1
的内容 )，所以 OCR1x 不用通过 TEMP 读取。但是象其他 16 位寄存器一样首先读取低
字节是一个好习惯。由于比较是连续进行的，因此在写 OCR1x 时必须通过 TEMP 寄存器
来实现。首先需要写入的是高字节 OCR1xH。当 CPU 将数据写入高字节的 I/O 地址时，
TEMP 寄存器的内容即得到更新。接下来写低字节 OCR1xL。在此同时，位于 TEMP 寄存
器的高字节数据被拷贝到 OCR1x 缓冲器，或是 OCR1x 比较寄存器。
请参见 P93“ 访问 16 位寄存器 ” 以了解更多的关于如何访问 16 位寄存器的信息。
强制输出比较
工作于非 PWM 模式时，可以通过对强制输出比较位 FOC1x 写 ”1” 的方式来产生比较匹
配。强制比较匹配不会置位 OCF1x 标志，也不会重载 / 清零定时器，但是 OC1x 引脚将
被更新，好象真的发生了比较匹配一样 (COMx1:0 决定 OC1x 是置位、清零，还是交替变
化 )。
写 TCNT1 操作阻止比较匹配
CPU对TCNT1寄存器的写操作会阻止比较匹配的发生。这个特性可以用来将OCR1x初始
化为与 TCNT1 相同的数值而不触发中断。
使用输出比较单元
由于在任意模式下写 TCNT1 都将在下一个定时器时钟周期里阻止比较匹配，在使用输出
比较时改变TCNT1就会有风险，不管T/C是否在运行。若写入TCNT1的数值等于OCR1x，
比较匹配就被忽略了，造成不正确的波形发生结果。在 PWM 模式下，当 TOP 为可变数
值时，不要赋予 TCNT1 和 TOP 相等的数值。否则会丢失一次比较匹配，计数器也将计
到0xFFFF。类似地，在计数器进行降序计数时不要对TCNT1写入等于BOTTOM的数据。
OC1x 的设置应该在设置数据方向寄存器之前完成。最简单的设置 OC1x 的方法是在普通
模式下利用强制输出比较 FOC1x。即使在改变波形发生模式时 OC1x 寄存器也会一直保
持它的数值。
COM1x1:0 和比较数据都不是双缓冲的。 COM1x1:0 的改变将立即生效。
99
2512F–AVR–12/03
比较匹配输出单元
比较匹配模式控制位 COM1x1:0 具有双重功能。波形发生器利用 COM1x1:0 来确定下一
次比较匹配发生时的输出比较 OC1x 状态； COM1x1:0 还控制 OC1x 引脚输出的来源。
Figure 51 为受 COM1x1:0 设置影响的逻辑的简化原理图。I/O 寄存器、I/O 位和 I/O 引脚以
粗体表示。图中只给出了受 COM1x1:0 影响的通用 I/O 端口控制寄存器 (DDR 和 PORT)。
谈及 OC1x 状态时指的是内部 OC1x 寄存器，而不是 OC1x 引脚的状态。系统复位时
COM1x 寄存器复位为 "0”。
Figure 51. 比较匹配输出单元原理图
COMnx1
COMnx0
FOCnx
Waveform
Generator
D
Q
1
OCnx
DATA BUS
D
0
OCnx
Pin
Q
PORT
D
Q
DDR
clk I/O
只要 COM1x1:0 不全为零，波形发生器的输出比较功能就会重载 OC1x 的通用 I/O 口功
能。但是 OC1x 引脚的方向仍旧受控于数据方向寄存器 (DDR)。从 OC1x 引脚输出有效
信号之前必须通过数据方向寄存器的 DDR_OC1x 将此引脚设置为输出。一般情况下功能
重载与波形发生器的工作模式无关，但也由一些例外，详见 Table 50、Table 51 与 Table
52
输出比较逻辑的设计允许 OC1x 在输出之前首先进行初始化。要注意某些 COM1x1:0 设
置在某些特定的工作模式下是保留的，如 P110“16 位定时器 / 计数器寄存器的说明 ” 所示。
COM1x1:0 不影响输入捕捉单元。
100
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ATmega8515(L)
比较输出模式和波形产生
波形发生器利用 COM1x1:0 的方法在普通模式、 CTC 模式和 PWM 模式下有所区别。对
于所有的模式，设置 COM1x1:0 = 0 表明比较匹配发生时波形发生器不会操作 OC1x 寄存
器。非 PWM 模式的比较输出请参见 P110Table 50，快速 PWM 的比较输出于 P110Table
51，相位修正 PWM 的比较输出于 P111Table 52。
改变 COM1x1:0 将影响写入数据后的第一次比较匹配。对于非 PWM 模式，可以通过使
用 FOC1x 来立即产生效果。
工作模式
工作模式 - T/C 和输出比较引脚的行为 - 由波形发生模式 (WGM13:0) 及比较输出模式
(COM1x1:0) 的控制位决定。比较输出模式对计数序列没有影响，而波形产生模式对计数
序列则有影响。 COM1x1:0 控制 PWM 输出是否为反极性。非 PWM 模式时 COM1x1:0
控制输出是否应该在比较匹配发生时置位、清零，或是电平取反 (P100“ 比较匹配输出单
元 ” )。
具体的时序信息请参考 P108“ 定时器 / 计数器时序图 ” 。
普通模式
普通模式 (WGM13:0 = 0) 为最简单的工作模式。在此模式下计数器不停地累加。计到最
大值后 (TOP = 0xFFFF) 由于数值溢出计数器简单地返回到最小值 0x0000 重新开始。在
TCNT1为零的同一个定时器时钟里T/C溢出标志TOV1置位。此时TOV1有点象第17位，只
是只能置位，不会清零。但由于定时器中断服务程序能够自动清零 TOV1，因此可以通过
软件提高定时器的分辨率。在普通模式下没有什么需要特殊考虑的，用户可以随时写入新
的计数器数值。
在普通模式下输入捕捉单元很容易使用。要注意的是外部事件的最大时间间隔不能超过
计数器的分辨率。如果事件间隔太长，必须使用定时器溢出中断或预分频器来扩展输入捕
捉单元的分辨率。
输出比较单元可以用来产生中断。但是不推荐在普通模式下利用输出比较来产生波形，因
为会占用太多的 CPU 时间。
101
2512F–AVR–12/03
CTC( 比较匹配时清零定时器 )
模式
在 CTC 模式 (WGM13:0 = 4 或 12) 里 OCR1A 或 ICR1 寄存器用于调节计数器的分辨率。
当计数器的数值 TCNT1 等于 OCR1A(WGM13:0 = 4) 或等于 ICR1 (WGM13:0 = 12) 时计
数器清零。 OCR1A 或 ICR1 定义了计数器的 TOP 值，亦即计数器的分辨率。这个模式
使得用户可以很容易地控制比较匹配输出的频率，也简化了外部事件计数的操作。
CTC模式的时序图为Figure 52。计数器数值TCNT1一直累加到TCNT1与OCR1A 或ICR1
匹配，然后 TCNT1 清零。
Figure 52. CTC 模式的时序图
OCnA Interrupt Flag Set
or ICFn Interrupt Flag Set
(Interrupt on TOP)
TCNTn
OCnA
(Toggle)
Period
(COMnA1:0 = 1)
1
2
3
4
利用 OCF1A 或 ICF1 标志可以在计数器数值达到 TOP 时产生中断。在中断服务程序里可
以更新 TOP 的数值。由于 CTC 模式没有双缓冲功能，在计数器以无预分频器或很低的预
分频器工作的时候将 TOP 更改为接近 BOTTOM 的数值时要小心。如果写入的 OCR1A 或
ICR1 的数值小于当前 TCNT1 的数值，计数器将丢失一次比较匹配。在下一次比较匹配发
生之前，计数器不得不先计数到最大值 0xFFFF，然后再从 0x0000 开始计数到 OCR1A
或 ICR1。在许多情况下，这一特性并非我们所希望的。替代的方法是使用快速 PWM 模
式，该模式使用 OCR1A 定义 TOP 值 (WGM13:0 = 15)，因为此时 OCR1A 为双缓冲。
为了在 CTC 模式下得到波形输出，可以设置 OC1A 在每次比较匹配发生时改变逻辑电平。
这可以通过设置 COM1A1:0 = 1 来完成。在期望获得 OC1A 输出之前，首先要将其端口
设置为输出(DDR_OC1A = 1)。波形发生器能够产生的最大频率为fOC2 = fclk_I/O/2 (OCR1A
= 0x0000)。频率由如下公式确定：
f clk_I/O
f OCnA = ----------------------------------------------------2 ⋅ N ⋅ ( 1 + OCRnA )
变量 N 代表预分频因子 (1、 8、 64、 256 或 1024)。
在普通模式下，TOV1 标志的置位发生在计数器从 MAX 变为 0x0000 的定时器时钟周期。
快速 PWM 模式
102
快速 PWM 模式 (WGM13:0 = 5、 6、 7、 14 或 15) 可用来产生高频的 PWM 波形。快速
PWM 模式与其他 PWM 模式的不同之处是其单边斜坡工作方式。计数器从 BOTTOM 计到
TOP，然后立即回到 BOTTOM 重新开始。对于普通的比较输出模式，输出比较引脚 OC1x
在 TCNT1 与 OCR1x 匹配时置位，在 TOP 时清零；对于反向比较输出模式， OCR1x 的
动作正好相反。由于使用了单边斜坡模式，快速 PWM 模式的工作频率比使用双斜坡的相
位修正 PWM 模式高一倍。此高频操作特性使得快速 PWM 模式十分适合于功率调节，整
流和 DAC 应用。高频可以减小外部元器件 ( 电感，电容 ) 的物理尺寸，从而降低系统成本。
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
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工作于快速 PWM 模式时，PWM 分辨率可固定为 8、9 或 10 位，也可由 ICR1 或 OCR1A
定义。最小分辨率为 2 比特 (ICR1 或 OCR1A 设为 0x0003)，最大分辨率为 16 位 (ICR1
或 OCR1A 设为 MAX)。 PWM 分辨率位数可用下式计算：
log ( TOP + 1 )
R FPWM = -----------------------------------log ( 2 )
工作于快速 PWM 模式时，计数器的数值一直累加到固定数值 0x00FF、0x01FF、0x03FF
(WGM13:0 = 5、 6 或 7)、ICR1 (WGM13:0 = 14) 或 OCR1A (WGM13:0 = 15)，然后在后
面的一个时钟周期清零。具体的时序图为 Figure 53。图中给出了当使用 OCR1A 或 ICR1
来定义 TOP 值时的快速 PWM 模式。图中柱状的 TCNT1 表示这是单边斜坡操作。方框
图同时包含了普通的 PWM 输出以及反向 PWM 输出。 TCNT1 斜坡上的短水平线表示
OCR1x 和 TCNT1 的匹配比较。比较匹配后 OC1x 中断标志置位。
Figure 53. 快速 PWM 模式时序图
OCRnx / TOP Update
and TOVn Interrupt Flag
Set and OCnA Interrupt
Flag Set or ICFn
Interrupt Flag Set
(Interrupt on TOP)
TCNTn
OCnx
(COMnx1:0 = 2)
OCnx
(COMnx1:0 = 3)
Period
1
2
3
4
5
6
7
8
计时器数值达到 TOP 时 T/C 溢出标志 TOV1 置位。另外若 TOP 值是由 OCR1A 或 ICR1
定义的，则 OC1A 或 ICF1 标志将与 TOV1 在同一个时钟周期置位。如果中断使能，可以
在中断服务程序里来更新 TOP 以及比较数据。
改变TOP值时必须保证新的TOP值不小于所有比较寄存器的数值。否则TCNT1与OCR1x
不会出现比较匹配。使用固定的 TOP 值时，向任意 OCR1x 寄存器写入数据时未使用的
位将屏蔽为 "0”。
定义 TOP 值时更新 ICR1 与 OCR1A 的步骤是不同的。 ICR1 寄存器不是双缓冲寄存器。
这意味着当计数器以无预分频器或很低的预分频工作的时候，给 ICR1 赋予一个小的数值
时存在着新写入的 ICR1 数值比 TCNT1 当前值小的危险。结果是计数器将丢失一次比较
匹配。在下一次比较匹配发生之前，计数器不得不先计数到最大值 0xFFFF，然后再从
0x0000 开始计数，直到比较匹配出现。而 OCR1A 寄存器则是双缓冲寄存器。这一特性决
定 OCR1A 可以随时写入。写入的数据被放入 OCR1A 缓冲寄存器。在 TCNT1 与 TOP 匹
配后的下一个时钟周期，OCR1A 比较寄存器的内容被缓冲寄存器的数据所更新。在同一
个时钟周期 TCNT1 被清零，而 TOV1 标志被设置。
使用固定 TOP 值时最好使用 ICR1 寄存器定义 TOP。这样 OCR1A 就可以用于在 OC1A
输出 PWM 波。但是，如果 PWM 基频不断变化 ( 通过改变 TOP 值 )， OCR1A 的双缓冲
特性使其更适合于这个应用。
工作于快速 PWM 模式时，比较单元可以在 OC1x 引脚上输出 PWM 波形。设置 COM1x1:0
为 2 可以产生普通的 PWM 信号；为 3 则可以产生反向 PWM 波形 ( 参见 P110Table )。
此外，要真正从物理引脚上输出信号还必须将 OC1x 的数据方向 DDR_OC1x 设置为输
103
2512F–AVR–12/03
出。产生 PWM 波形的机理是 OC1x 寄存器在 OCR1x 与 TCNT1 匹配时置位 ( 或清零 )，
以及在计数器清零 ( 从 TOP 变为 BOTTOM) 的那一个定时器时钟周期清零 ( 或置位 )。
输出的 PWM 频率可以通过如下公式计算得到：
f clk_I/O
f OCnxPWM = -----------------------------------N ⋅ ( 1 + TOP )
变量 N 代表分频因子 (1、 8、 64、 256 或 1024)。
OCR1x 寄存器为极限值时说明了快速 PWM 模式的一些特殊情况。若 OCR1x 等于
BOTTOM(0x0000)，输出为出现在第TOP+1个定时器时钟周期的窄脉冲；OCR1x为TOP
时，根据 COM1x1:0 的设定，输出恒为高电平或低电平。
通过设定 OC1A 在比较匹配时进行逻辑电平取反 (COM1A1:0 = 1)，可以得到占空比为
50% 的周期信号。这只适用于 OCR1A 用来定义 TOP 值的情况 (WGM13:0 = 15)。OCR1A
为 0(0x0000) 时信号有最高频率 foc2 = fclk_I/O/2。这个特性类似于 CTC 模式下的 OC1A 取
反操作，不同之处在于快速 PWM 模式具有双缓冲。
相位修正 PWM 模式
相位修正 PWM 模式 (WGM13:0 = 1、 2、 3、10 或 11) 为用户提供了一个获得高精度的、
相位准确的 PWM 波形的方法。与相位和频率修正模式类似，此模式基于双斜坡操作。计
时器重复地从 BOTTOM 计到 TOP，然后又从 TOP 倒退回到 BOTTOM。在一般的比较输
出模式下，当计时器往 TOP 计数时若 TCNT1 与 OCR1x 匹配，OC1x 将清零为低电平；
而在计时器往 BOTTOM 计数时若 TCNT1 与 OCR1x 匹配， OC1x 将置位为高电平。工
作于反向比较输出时则正好相反。与单斜坡操作相比，双斜坡操作可获得的最大频率要
小。但其对称特性十分适合于电机控制。
相位修正 PWM 模式的 PWM 分辨率固定为 8、 9 或 10 位，或由 ICR1 或 OCR1A 定义。
最小分辨率为 2 比特 (ICR1 或 OCR1A 设为 0x0003)，最大分辨率为 16 位 (ICR1 或 OCR1A
设为 MAX)。 PWM 分辨率位数可用下式计算：
log ( TOP + 1 )
R PCPWM = -----------------------------------log ( 2 )
工作于相位修正 PWM 模式时，计数器的数值一直累加到固定值 0x00FF、 0x01FF、
0x03FF (WGM13:0 = 1、2 或 3)、ICR1 (WGM13:0 = 10) 或 OCR1A (WGM13:0 = 11)，然
后改变计数方向。在一个定时器时钟里 TCNT1 值等于 TOP 值。具体的时序图为 Figure
54。图中给出了当使用 OCR1A 或 ICR1 来定义 TOP 值时的相位修正 PWM 模式。图中柱状
的 TCNT1 表示这是双边斜坡操作。方框图同时包含了普通的 PWM 输出以及反向 PWM
输出。TCNT1 斜坡上的短水平线表示 OCR1x 和 TCNT1 的匹配比较。比较匹配后 OC1x
中断标志置位。
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Figure 54. 相位修正 PWM 模式的时序图
OCRnx/TOP Update and
OCnA Interrupt Flag Set
or ICFn Interrupt Flag Set
(Interrupt on TOP)
TOVn Interrupt Flag Set
(Interrupt on Bottom)
TCNTn
OCnx
(COMnx1:0 = 2)
OCnx
(COMnx1:0 = 3)
Period
1
2
3
4
计时器数值达到 BOTTOM 时 T/C 溢出标志 TOV1 置位。若 TOP 由 OCR1A 或 ICR1 定
义，在 OCR1x 寄存器通过双缓冲方式得到更新的同一个时钟周期里 OC1A 或 ICF1 标志
置位。标志置位后即可产生中断。
改变TOP值时必须保证新的TOP值不小于所有比较寄存器的数值。否则TCNT1与OCR1x
不会出现比较匹配。使用固定的 TOP 值时，向任意 OCR1x 寄存器写入数据时未使用的
位将屏蔽为 "0”。在 Figure 54 给出的第三个周期中，在 T/C 运行于相位修正模式时改变
TOP 值导致了不对称输出。其原因在于 OCR1x 寄存器的更新时间。由于 OCR1x 的更新时
刻为定时器 / 计数器达到 TOP 之时，因此 PWM 的循环周期起始于此，也终止于此。就
是说，下降斜坡的长度取决于上一个 TOP 值，而上升斜坡的长度取决于新的 TOP 值。若
这两个值不同，一个周期内两个斜坡长度不同，输出也就不对称了。
若要在 T/C 运行时改变 TOP 值，最好用相位与频率修正模式代替相位修正模式。若 TOP
保持不变，那么这两种工作模式实际没有区别。
工作于相位修正 PWM 模式时，比较单元可以在 OC1x 引脚输出 PWM 波形。设置
COM1x1:0 为 2 可以产生普通的 PWM，设置 COM1x1:0 为 3 可以产生反向 PWM ( 参见
P111Table 1)。要真正从物理引脚上输出信号还必须将OC1x的数据方向DDR_OC1x设置
为输出。OCR1x 和 TCNT1 比较匹配发生时 OC1x 寄存器将产生相应的清零或置位操作，
从而产生 PWM 波形。工作于相位修正模式时 PWM 频率可由如下公式获得：
f clk_I/O
f OCnxPCPWM = ----------------------------2 ⋅ N ⋅ TOP
变量 N 表示预分频因子 (1、 8、 64、 256 或 1024)。
OCR1x 寄存器处于极值时表明了相位修正 PWM 模式的一些特殊情况。在普通 PWM 模式
下，若 OCR1x 等于 BOTTOM，输出一直保持为低电平；若 OCR1x 等于 TOP，输出则
保持为高电平。反向 PWM 模式正好相反。如果 OCR1A 用来定义 TOP 值 (WGM13:0 =
11) 且 COM1A1:0 = 1， OC1A 输出占空比为 50% 的周期信号。
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相位与频率修正 PWM 模式
相位与频率修正 PWM 模式 (WGM13:0 = 8 或 9) - 以下简称相频修正 PWM 模式 - 可以产
生高精度的、相位与频率都准确的 PWM 波形。与相位修正模式类似，相频修正 PWM 模
式基于双斜坡操作。计时器重复地从 BOTTOM 计到 TOP，然后又从 TOP 倒退回到
BOTTOM。在一般的比较输出模式下，当计时器往 TOP 计数时若 TCNT1 与 OCR1x 匹配，
OC1x将清零为低电平；而在计时器往BOTTOM计数时TCNT1与OCR1x匹配，OC1x将置
位为高电平。工作于反向输出比较时则正好相反。与单斜坡操作相比，双斜坡操作可获得
的最大频率要小。但其对称特性十分适合于电机控制。
相频修正修正 PWM 模式与相位修正 PWM 模式的主要区别在于 OCR1x 寄存器的更新时
间 ( 详见 Figure 54 与 Figure 55)。
相频修正修正 PWM 模式的 PWM 分辨率可由 ICR1 或 OCR1A 定义。最小分辨率为 2 比
特 (ICR1 或 OCR1A 设为 0x0003)，最大分辨率为 16 位 (ICR1 或 OCR1A 设为 MAX)。
PWM 分辨率位数可用下式计算：
log ( TOP + 1 )
R PFCPWM = -----------------------------------log ( 2 )
工作于相频修正 PWM 模式时，计数器的数值一直累加到 ICR1 (WGM13:0 = 8) 或 OCR1A
(WGM13:0 = 9)，然后改变计数方向。在一个定时器时钟里TCNT1值等于 TOP值。具体的
时序图为 Figure 55。图中给出了当使用 OCR1A 或 ICR1 来定义 TOP 值时的相频修正
PWM模式。图中柱状的TCNT1表示这是双边斜坡操作。方框图同时包含了普通的PWM输
出以及反向 PWM 输出。TCNT1 斜坡上的短水平线表示 OCR1x 和 TCNT1 的匹配比较。
比较匹配发生时， OC1x 中断标志将被置位。
Figure 55. 相位与频率修正 PWM 模式的时序图
OCnA Interrupt Flag Set
or ICFn Interrupt Flag Set
(Interrupt on TOP)
OCRnx/TOP Update and
TOVn Interrupt Flag Set
(Interrupt on Bottom)
TCNTn
OCnx
(COMnx1:0 = 2)
OCnx
(COMnx1:0 = 3)
Period
1
2
3
4
在 OCR1x 寄存器通过双缓冲方式得到更新的同一个时钟周期里 T/C 溢出标志 TOV1 置
位。若 TOP 由 OCR1A 或 ICR1 定义，则当 TCNT1 达到 TOP 值时 OC1A 或 CF1 置位。
这些中断标志位可用来在每次计数器达到 TOP 或 BOTTOM 时产生中断。
改变TOP值时必须保证新的TOP值不小于所有比较寄存器的数值。否则TCNT1与OCR1x
不会产生比较匹配。
如 Figure 55 所示，与相位修正模式形成对照的是，相频修正 PWM 模式生成的输出在所
有的周期中均为对称信号。这是由于 OCR1x 在 BOTTOM 得到更新，上升与下降斜坡长
度始终相等。因此输出脉冲为对称的，确保了频率是正确的。
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ATmega8515(L)
使用固定 TOP 值时最好使用 ICR1 寄存器定义 TOP。这样 OCR1A 就可以用于在 OC1A
输出 PWM 波。但是，如果 PWM 基频不断变化 ( 通过改变 TOP 值 )， OCR1A 的双缓冲
特性使其更适合于这个应用。
工作于相频修正 PWM 模式时，比较单元可以在 OC1x 引脚上输出 PWM 波形。设置
COM1x1:0 为 2 可以产生普通的 PWM 信号；为 3 则可以产生反向 PWM 波形。 ( 参见
P111Table 1)。要想真正输出信号还必须将OC1x的数据方向设置为输出。产生PWM波形
的机理是 OC1x 寄存器在 OCR1x 与升序记数的 TCNT1 匹配时置位 ( 或清零 )，与降序记
数的 TCNT1 匹配时清零 ( 或置位 )。输出的 PWM 频率可以通过如下公式计算得到：
f clk_I/O
f OCnxPFCPWM = ----------------------------2 ⋅ N ⋅ TOP
变量 N 代表分频因子 (1、 8、 64、 256 或 1024)。
OCR1x 寄存器处于极值时说明了相频修正 PWM 模式的一些特殊情况。在普通 PWM 模式
下，若 OCR1x 等于 BOTTOM，输出一直保持为低电平；若 OCR1x 等于 TOP，则输出
保持为高电平。反向 PWM 模式则正好相反。如果 OCR1A 用来定义 TOP 值 (WGM13:0
= 9) 且 COM1A1:0 = 1， OC1A 输出占空比为 50% 的周期信号。
107
2512F–AVR–12/03
定时器 / 计数器时序图
定时器 / 计数器为同步电路，因而时钟 clkT1 表示为时钟使能信号。图中说明了何时设置
中断标志及何时使用 OCR1x 缓冲器中的数据更新 OCR1x 寄存器 ( 工作于双缓冲器模式
时 )。 Figure 56 给出了置位 OCF1x 的时序图。
Figure 56. T/C 时序图 ， OCF1x 置位，无预分频器
clkI/O
clkTn
(clkI/O /1)
TCNTn
OCRnx - 1
OCRnx
OCRnx
OCRnx + 1
OCRnx + 2
OCRnx Value
OCFnx
Figure 57 给出相同的时钟数据，但预分频使能。
Figure 57. T/C 时序图，置位 OCF1x，预分频器为 fclk_I/O/8
clkI/O
clkTn
(clkI/O /8)
TCNTn
OCRnx
OCRnx - 1
OCRnx
OCRnx + 1
OCRnx + 2
OCRnx Value
OCFnx
Figure 58 给出工作在不同模式下接近 TOP 值时的计数序列。工作于相频修正 PWM 模式
时， OCR1x 寄存器在 BOTTOM 被更新。时序图相同，但 TOP 需要用 BOTTOM 代替，
BOTTOM+1 代替 TOP-1，等等。同样的命名规则也适用于那些在 BOTTOM 置位 TOV1 标
志的工作模式。
108
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 58. T/C 时序图，无预分频器
clkI/O
clkTn
(clkI/O /1)
TCNTn
(CTC and FPWM)
TCNTn
(PC and PFC PWM)
TOP - 1
TOP
BOTTOM
BOTTOM + 1
TOP - 1
TOP
TOP - 1
TOP - 2
TOVn (FPWM)
and ICFn (if used
as TOP)
OCRnx
(Update at TOP)
Old OCRnx Value
New OCRnx Value
Figure 59 给出相同的时钟数据，但预分频使能。
Figure 59. T/C 时序图，预分频器为 fclk_I/O/8
clkI/O
clkTn
(clkI/O /8)
TCNTn
(CTC and FPWM)
TCNTn
(PC and PFC PWM)
TOP - 1
TOP
BOTTOM
BOTTOM + 1
TOP - 1
TOP
TOP - 1
TOP - 2
TOVn (FPWM)
and ICFn (if used
as TOP)
OCRnx
(Update at TOP)
Old OCRnx Value
New OCRnx Value
109
2512F–AVR–12/03
16 位定时器 / 计数器寄存
器的说明
T/C1 控制寄存器 A － TCCR1A
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
COM1A1
COM1A0
COM1B1
COM1B0
FOC1A
FOC1B
WGM11
WGM10
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
W
W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
TCCR1A
• Bit 7:6 – COM1A1:0: 通道 A 的比较输出模式
• Bit 5:4 – COM1B1:0: 通道 B 的比较输出模式
COM1A1:0 与 COM1B1:0 分别控制 OC1A 与 OC1B 状态。如果 COM1A1:0(COM1B1:0) 的
一位或两位被写入 "1”，OC1A(OC1B) 输出功能将取代 I/O 端口功能。此时 OC1A(OC1B)
相应的输出引脚数据方向控制必须置位以使能输出驱动器。
OC1A(OC1B) 与物理引脚相连时，COM1x1:0 的功能由 WGM13:0 的设置决定。Table 50
给出当 WGM13:0 设置为普通模式与 CTC 模式 ( 非 PWM) 时 COM1x1:0 的功能定义。
Table 50. 比较输出模式，非 PWM
COM1A1/
COM1B1
COM1A0/
COM1B0
0
0
普通端口操作， OC1A/OC1B 未连接
0
1
比较匹配时 OC1A/OC1B 电平取反
1
0
比较匹配时清零 OC1A/OC1B( 输出低电平 )
1
1
比较匹配时置位 OC1A/OC1B ( 输出高电平 )
说明
Table 51 给出 WGM13:0 设置为快速 PWM 模式时 COM1x1:0 的功能定义。
Table 51. 比较输出模式，快速 PWM(1)
COM1A1/
COM1B1
COM1A0/
COM1B0
0
0
普通端口操作， OC1A/OC1B 未连接
0
1
WGM13:0 = 15: 比较匹配时 OC1A 取反 ， OC1B 不占用物理引
脚。 WGM13:0 为其它值时为普通端口操作， OC1A/OC1B 未连
接
1
0
比较匹配时清零 OC1A/OC1B，OC1A/OC1B 在 TOP 时置位
1
1
比较匹配时置位 OC1A/OC1B， OC1A/OC1B 在 TOP 时清零
Note:
说明
1. 当 OCR1A/OCR1B 等于 TOP 且 COM1A1/COM1B1 置位时，比较匹配被忽略，但
OC1A/OC1B 的置位 / 清零操作有效。详见 P102“ 快速 PWM 模式 ” 。
Table 52 给出当WGM13:0设置为相位修正PWM模式或相频修正PWM模式时COM1x1:0
的功能定义。
110
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Table 52. 比较输出模式，相位修正及相频修正 PWM 模式 (1)
COM1A1/
COM1B1
COM1A0/
COM1B0
0
0
普通端口操作， OC1A/OC1B 未连接
0
1
WGM13:0 = 9 或 14: 比较匹配时 OC1A 取反，OC1B 不占用物理引
脚。WGM13:0 为其它值时为普通端口操作， OC1A/OC1B 未连接
1
0
升序记数时比较匹配将清零 OC1A/OC1B，降序记数时比较匹配将
置位 OC1A/OC1B
1
1
升序记数时比较匹配将置位 OC1A/OC1B，降序记数时比较匹配将
清零 OC1A/OC1B
Note:
说明
1. OCR1A/OCR1B 等于 TOP 且 COM1A1/COM1B1 置位是一个特殊情况。详细信息请参
见 P104“ 相位修正 PWM 模式 ” 。
• Bit 3 – FOC1A: 通道 A 强制输出比较
• Bit 2 – FOC1B: 通道 B 强制输出比较
FOC1A/FOC1B只有当WGM13:0指定为非PWM模式时被激活。为与未来器件兼容，工作
在 PWM 模式下对 TCCR1A 写入时，这两位必须清零。当 FOC1A/FOC1B 位置 1 ，立即
强制波形产生单元进行比较匹配。 COM1x1:0 的设置改变 OC1A/OC1B 的输出。注意
FOC1A/FOC1B 位作为选通信号。 COM1x1:0 位的值决定强制比较的效果。
在 CTC 模式下使用 OCR1A 作为 TOP 值， FOC1A/FOC1B 选通即不会产生中断也不好
清除定时器。
FOC1A/FOC1B 位总是读为 0。
• Bit 1:0 – WGM11:0: 波形发生模式
这两位与位于 TCCR1B 寄存器的 WGM13:2 相结合，用于控制计数器的计数序列——计
数器计数的上限值和确定波形发生器的工作模式 ( 见 Table 53)。T/C 支持的工作模式有：
普通模式 ( 计数器 )，比较匹配时清零定时器 (CTC) 模式，及三种脉宽调制 (PWM) 模式
(P101“ 工作模式 ” )。
111
2512F–AVR–12/03
Table 53. 波形产生模式的位说明 (1)
OCR1x
更新时刻
TOV1 置位
时刻
WGM13
0
0
0
0
0
普通模式
0xFFFF
立即更新
MAX
1
0
0
0
1
8 位相位修正 PWM
0x00FF
TOP
BOTTOM
2
0
0
1
0
9 位相位修正 PWM
0x01FF
TOP
BOTTOM
3
0
0
1
1
10 位相位修正 PWM
0x03FF
TOP
BOTTOM
4
0
1
0
0
CTC
OCR1A
立即更新
MAX
5
0
1
0
1
8 位快速 PWM
0x00FF
TOP
TOP
6
0
1
1
0
9 位快速 PWM
0x01FF
TOP
TOP
7
0
1
1
1
10 位快速 PWM
0x03FF
TOP
TOP
8
1
0
0
0
相位与频率修正 PWM
ICR1
BOTTOM
BOTTOM
9
1
0
0
1
相位与频率修正 PWM
OCR1A
BOTTOM
BOTTOM
10
1
0
1
0
相位修正 PWM
ICR1
TOP
BOTTOM
11
1
0
1
1
相位修正 PWM
OCR1A
TOP
BOTTOM
12
1
1
0
0
CTC
ICR1
立即更新
MAX
13
1
1
0
1
保留
–
–
–
14
1
1
1
0
快速 PWM
ICR1
TOP
TOP
15
1
1
1
1
快速 PWM
OCR1A
TOP
TOP
112
WGM10
(PWM10)
定时器 / 计数器工作模式
模式
Note:
WGM11
(PWM11)
计数上
限值
TOP
WGM12
(CTC1)
1. CTC1 和 PWM11:0 的定义已经不再使用了，要使用 WGM12:0。但是两个版本的定时器功能和位置是兼容的。
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
T/C1 控制寄存器 B － TCCR1B
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
ICNC1
ICES1
–
WGM13
WGM12
CS12
CS11
CS10
读/写
R/W
R/W
R
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
TCCR1B
• Bit 7 – ICNC1: 输入捕捉噪声抑制器
置位 ICNC1 将使能输入捕捉噪声抑制功能。此时外部引脚 ICP1 的输入被滤波。其作用
是从 ICP1 引脚连续进行 4 次采样。如果 4 个采样值都相等，那么信号送入边沿检测器。
因此使能该功能使得输入捕捉被延迟了 4 个时钟周期。
• Bit 6 – ICES1: 输入捕捉触发沿选择
该位选择使用 ICP1 上的哪个边沿触发捕获事件。 ICES 为 "0” 选择的是下降沿触发输入
捕捉； ICES1 为 "1” 选择的是逻辑电平的上升沿触发输入捕捉。
按照 ICES1 的设置捕获到一个事件后，计数器的数值被复制到 ICR1 寄存器。捕获事件还
会置为 ICF1。如果此时中断使能，输入捕捉事件即被触发。
当 ICR1 用作 TOP 值 ( 见 TCCR1A 与 TCCR1B 寄存器中 WGM13:0 位的描述 ) 时，ICP1
与输入捕捉功能脱开，从而输入捕捉功能被禁用。
• Bit 5: 保留位
该位保留。写操作返回值为 "0”。
• Bit 4:3 – WGM13:2: 波形发生模式
见 TCCR1A 寄存器中的说明。
• Bit 2:0 – CS12:0: Clock Select
这 3 位用于选择 T/C 的时钟源，见 Figure 56 与 Figure 57。
Table 54. 时钟选择位说明
说明
CS12
CS11
CS10
0
0
0
无时钟源 (T/C 停止 )
0
0
1
clkI/O/1 ( 无预分频 )
0
1
0
clkI/O/8 ( 来自预分频器 )
0
1
1
clkI/O/64 ( 来自预分频器 )
1
0
0
clkI/O/256 ( 来自预分频器 )
1
0
1
clkI/O/1024 ( 来自预分频器 )
1
1
0
外部 T1 引脚，下降沿驱动
1
1
1
外部 T1 引脚，上升沿驱动
选择使用外部时钟源后，即使 T1 引脚被定义为输出，其引脚上的逻辑信号电平变化仍然
会驱动 T/C1 计数，这个特性允许用户通过软件来控制计数。
T/C1 － TCNT1H 与 TCNT1L
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
TCNT1[15:8]
TCNT1H
TCNT1[7:0]
TCNT1L
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
TCNT1H与TCNT1L组成了T/C1的数据寄存器TCNT1。通过它们可以直接对定时器/计数
器单元的 16 位计数器进行读写访问。为保证 CPU 对高字节与低字节的同时读写，必须
113
2512F–AVR–12/03
使用一个 8 位临时高字节寄存器 TEMP。TEMP 是所有的 16 位寄存器共用的，详见 P93“
访问 16 位寄存器 ” 。
Modifying the counter (TCNT1) while the counter is running introduces a risk of missing
a Compare Match between TCNT1 and one of the OCR1x Registers.
在计数器运行期间修改TCNT1的内容有可能丢失一次TCNT1与OCR1x的比较匹配操作。
写 TCNT1 寄存器将在下一个定时器周期阻塞比较匹配。
输出比较寄存器 1A － OCR1AH
与 OCR1AL
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
OCR1A[15:8]
OCR1AH
OCR1A[7:0]
输出比较寄存器 1B － OCR1BH
与 OCR1BL
OCR1AL
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
OCR1B[15:8]
OCR1BH
OCR1B[7:0]
OCR1BL
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
该寄存器中的 16 位数据与 TCNT1 寄存器中的计数值进行连续的比较，一旦数据匹配，将
产生一个输出比较中断，或改变 OC1x 的输出逻辑电平。
输出比较寄存器长度为 16 位。为保证 CPU 对高字节与低字节的同时读写，必须使用一
个 8 位临时高字节寄存器 TEMP。 TEMP 是所有的 16 位寄存器共用的，详见 P93“ 访问
16 位寄存器 ” 。
114
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
输入捕捉寄存器 1 － ICR1H 与
ICR1L
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
ICR1[15:8]
ICR1H
ICR1[7:0]
ICR1L
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
当外部引脚ICP1(或T/C1的模拟比较器)有输入捕捉触发信号产生时，计数器TCNT1中的
值写入 ICR1 中。 ICR1 的设定值可作为计数器的 TOP 值。
输入捕捉寄存器长度为 16 位。为保证 CPU 对高字节与低字节的同时读写，必须使用一
个 8 位临时高字节寄存器 TEMP。 TEMP 是所有的 16 位寄存器共用的，详见 P93“ 访问
16 位寄存器 ” 。
T/C 中断屏蔽寄存器－ TIMSK(1)
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
TOIE1
OCIE1A
OCIE1B
OCIE2
TICIE1
TOIE2
TOIE0
OCIE0
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
Note:
TIMSK
1. 该寄存器包含几个T/C的中断控制位，但本节中只对T1位进行说明，其余位将在各自的
小节中加以说明。
• Bit 7 – TOIE1: T/C1 溢出中断使能
当该位被设为 "1”，且状态寄存器中的 I 位被设为 ”1” 时， T/C1 的溢出中断使能。一旦
TIFR 上的 TOV1 置位， CPU 即开始执行 T/C1 溢出中断服务程序 ( 见 P50“ 中断 ” )。
• Bit 6 – OCIE1A: T/C1 输出比较 A 匹配中断使能
当该位被设为 "1”，且状态寄存器中的 I 位被设为 "1” 时， T/C1 的输出比较 A 匹配中断使
能。一旦 TIFR 上的 OCF1A 置位，CPU 即开始执行 T/C1 输出比较 A 匹配中断服务程序
( 见 P50“ 中断 ” )。
当该位被设为 "1”，且状态寄存器中的 I 位被设为 "1” 时，使能 T/C1 的输出比较 B 匹配中
断使能。一旦 TIFR 上的 OCF1B 置位，CPU 即开始执行 T/C1 输出比较 B 匹配中断服务
( 见 P50“ 中断 ” )。
• Bit 3 – TICIE1: T/C1 输入捕获中断使能
当该位被设为 "1”，且状态寄存器中的 I 位被设为 "1” 时， T/C1 的输入捕捉中断使能。一
旦 TIFR 的 ICF1 置位，CPU 即开始执行 T/C1 输入捕捉中断服务程序 ( 见 P50“ 中断 ” )。
T/C 中断标志寄存器－ TIFR(1)
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
TOV1
OCF1A
OC1FB
–
ICF1
–
TOV0
OCF0
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
Note:
TIFR
1. 该寄存器包含几个T/C的标志位，但本节中只对T1位进行说明，其余位将在各自的小节
中加以说明。
• Bit 7 – TOV1: T/C1 溢出标志
该位的设置与 T/C1 的工作方式有关。工作于普通模式和 CTC 模式时，T/C1 溢出时 TOV1
置位。对工作在其它模式下的 TOV1 标志位置位，见 P112Table 53。
执行溢出中断服务程序时 OCF1A 自动清零。也可以对其写入逻辑 "1” 来清除该标志位。
• Bit 6 – OCF1A: T/C1 输出比较 A 匹配标志位
当 TCNT1 与 OCR1A 匹配成功时，该位被设为 "1”。
强制输出比较 (FOC1A) 不会置位 OCF1A。
115
2512F–AVR–12/03
执行强制输出比较匹配 A 中断服务程序时 OCF1A 自动清零。也可以对其写入逻辑 "1” 来
清除该标志位。
• Bit 5 – OCF1B: T/C1 输出比较 B 匹配标志位
当 TCNT1 与 OCR1B 匹配成功时，该位被设为 "1”。
强制输出比较 (FOC1B) 不会置位 OCF1B。
执行强制输出比较匹配 B 中断服务程序时 OCF1B 自动清零。也可以对其写入逻辑 "1” 来
清除该标志位。
• Bit 3 – ICF1: T/C1 输入捕获标志位
外部引脚 ICP1 出现捕获事件时 ICF1 置位。此外，当 ICR1 作为计数器的 TOP 值时，一
旦计数器值达到 TOP， ICF1 也置位。
执行输入捕捉中断服务程序时 ICF1 自动清零。也可以对其写入逻辑 "1” 来清除该标志位。
116
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
串行外设接口－ SPI
串行外设接口 SPI 允许 ATmega8515 和外设或其他 AVR 器件进行高速的同步数据传输。
ATmega8515 SPI 的特点如下：
• 全双工， 3 线同步数据传输
• 主机或从机操作
• LSB 首先发送或 MSB 首先发送
• 7 种可编程的比特率
• 传输结束中断标志
• 写冲突标志检测
• 可以从空闲模式唤醒
• 作为主机时具有倍速模式 (CK/2)
Figure 60. SPI 方框图 (1)
SPI2X
SPI2X
DIVIDER
/2/4/8/16/32/64/128
Note:
1. SPI 的引脚排列请参见 P2Figure 1 与 P63Table 29。
主机和从机之间的 SPI 连接如 Figure 61 所示。系统包括两个移位寄存器和一个主机时钟
发生器。通过将需要的从机的 SS 引脚拉低，主机启动一次通讯过程。主机和从机将需要
发送的数据放入相应的移位寄存器。主机在 SCK 引脚上产生时钟脉冲以交换数据。主机
的数据从主机的 MOSI 移出，从从机的 MOSI 移入；从机的数据从从机的 MISO 移出，从
主机的 MISO 移入。主机通过将从机的 SS 拉高实现与从机的同步。
配置为 SPI 主机时， SPI 接口不自动控制 SS 引脚，必须由用户软件来处理。 对 SPI 数
据寄存器写入数据即启动 SPI 时钟，将 8 比特的数据移入从机。传输结束后 SPI 时钟停
止，传输结束标志 SPIF 置位。如果此时 SPCR 寄存器的 SPI 中断使能位 SPIE 置位，中
断就会发生。主机可以继续往 SPDR 写入数据以移位到从机中去，或者是将从机的 SS 拉
高以说明数据包发送完成。最后进来的数据将一直保存于缓冲寄存器里。
117
2512F–AVR–12/03
配置为从机时，只要 SS 为高， SPI 接口将一直保持睡眠状态，并保持 MISO 为高阻态。
在这个状态下软件可以更新 SPI 数据寄存器 SPDR 的内容。即使此时 SCK 引脚有输入时
钟，SPDR 的数据也不会移出，直至 SS 被拉低。一个字节完全移出之后，传输结束标志
SPIF置位。如果此时SPCR寄存器的SPI中断使能位SPIE置位，就会产生中断请求。在读
取移入的数据之前从机可以继续往 SPDR 写入数据。最后进来的数据将一直保存于缓冲
寄存器里。
Figure 61. SPI 主机 - 从机的互连
MSB
MASTER
LSB
MISO
MISO
8-BIT SHIFT REGISTER
MSB
SLAVE
LSB
8-BIT SHIFT REGISTER
MOSI
MOSI
SHIFT
ENABLE
SPI
CLOCK GENERATOR
SCK
SS
VCC
SCK
SS
SPI 系统的发送方向只有一个缓冲器，而在接收方向有两个缓冲器。也就是说，在发送时
一定要等到移位过程全部结束后才能对 SPI 数据寄存器执行写操作。而在接收数据时，需
要在下一个字符移位过程结束之前通过访问SPI 数据寄存器读取当前接收到的字符。否则
第一个字节将丢失。
工作于 SPI 从机模式时，控制逻辑对 SCK 引脚的输入信号进行采样。为了保证对时钟信
号的正确采样， SPI 时钟不能超过 fosc/4
SPI 使能后，MOSI、MISO、SCK 和 SS 引脚的数据方向将按照 Table 55 所示自动进行配
置。更多自动重载信息请参考 P60“ 端口的第二功能 ” 。
Table 55. SPI 引脚重载 (1)
引脚
方向， SPI 主机
方向， SPI 从机
MOSI
用户定义
输入
MISO
输入
用户定义
SCK
用户定义
输入
SS
用户定义
输入
Note:
1. 请参考 P63“ 端口 B 的第二功能 ” 以了解如何定义由用户定义的 SPI 引脚。
下面的例程说明如何将 SPI 初始化为主机，以及如何进行简单的数据发送。例子中
DDR_SPI必须由实际的数据方向寄存器代替；DD_MOSI、DD_MISO和DD_SCK必须由
118
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
实际的数据方向代替。比如说， MOSI 为 PB5 引脚，则 DD_MOSI 要用 DDB5 取代，
DDR_SPI 则用 DDRB 取代。
汇编代码例程 (1)
SPI_MasterInit:
; 设置 MOSI 和 SCK 为输出，其他为输入
ldi
r17,(1<<DD_MOSI)|(1<<DD_SCK)
out
DDR_SPI,r17
; 使能 SPI 主机模式，设置时钟速率为 fck/16
ldi
r17,(1<<SPE)|(1<<MSTR)|(1<<SPR0)
out
SPCR,r17
ret
SPI_MasterTransmit:
; 启动数据传输 (r16)
out
SPDR,r16
Wait_Transmit:
; 等待传输结束
sbis SPSR,SPIF
rjmp Wait_Transmit
ret
C 代码例程 (1)
void SPI_MasterInit(void)
{
/* 设置 MOSI 和 SCK 为输出，其他为输入 */
DDR_SPI = (1<<DD_MOSI)|(1<<DD_SCK);
/* 使能 SPI 主机模式，设置时钟速率为 fck/16 */
SPCR = (1<<SPE)|(1<<MSTR)|(1<<SPR0);
}
void SPI_MasterTransmit(char cData)
{
/* 启动数据传输 */
SPDR = cData;
/* 等待传输结束 */
while(!(SPSR & (1<<SPIF)))
;
}
Note:
1. 程序假定已经包含了正确的头文件。
119
2512F–AVR–12/03
下面的例子说明如何将 SPI 初始化为从机，以及如何进行简单的数据接收。
汇编代码例程 (1)
SPI_SlaveInit:
; 设置 MISO 为输出，其他为输入
ldi
r17,(1<<DD_MISO)
out
DDR_SPI,r17
; 使能 SPI
ldi
r17,(1<<SPE)
out
SPCR,r17
ret
SPI_SlaveReceive:
; 等待接收结束
sbis SPSR,SPIF
rjmp SPI_SlaveReceive
; 读取接收到的数据，然后返回
in
r16,SPDR
ret
C 代码例程 (1)
void SPI_SlaveInit(void)
{
/* 设置 MISO 为输出，其他为输入 */
DDR_SPI = (1<<DD_MISO);
/* 使能 SPI */
SPCR = (1<<SPE);
}
char SPI_SlaveReceive(void)
{
/* 等待接收结束 */
while(!(SPSR & (1<<SPIF)))
;
/* 返回数据 */
return SPDR;
}
Note:
120
1. 例程假定已经包含了正确的头文件。
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
SS 引脚的功能
从机模式
当 SPI 配置为从机时，从机选择引脚 SS 总是为输入。 SS 为低将激活 SPI 接口， MISO
成为输出 ( 用户必须进行相应的端口配置 ) 引脚，其他引脚成为输入引脚。当 SS 为高时
所有的引脚成为输入， SPI 逻辑复位，不再接收数据。
SS 引脚对于数据包 / 字节的同步非常有用，可以使从机的位计数器与主机的时钟发生器同
步。当 SS 拉高时 SPI 从机立即复位接收和发送逻辑，并丢弃移位寄存器里不完整的数据
主机模式
当 SPI 配置为主机时 (MSTR 的 SPCR 置位 )，用户可以决定 SS 引脚的方向。
若 SS 配置为输出，则此引脚可以用作普通的 I/O 口而不影响 SPI 系统。典型应用是用来
驱动从机的 SS 引脚。
如果 SS 配置为输入，必须保持为高以保证 SPI 的正常工作。若系统配置为主机， SS 为
输入，但被外设拉低，则 SPI 系统会将此低电平解释为有一个外部主机将自己选择为从
机。为了防止总线冲突， SPI 系统将实现如下动作：
1. 清零 SPCR 的 MSTR 位，使 SPI 成为从机，从而 MOSI 和 SCK 变为输入。
2. SPSR 的 SPIF 置位。若 SPI 中断和全局中断开放，则中断服务程序将得到执行。
因此，使用中断方式处理 SPI 主机的数据传输，并且存在 SS 被拉低的可能性时，中断服
务程序应该检查 MSTR 是否为 "1”。若被清零，用户必须将其置位，以重新使能 SPI 主机
模式。
SPI 控制寄存器－ SPCR
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
SPIE
SPE
DORD
MSTR
CPOL
CPHA
SPR1
SPR0
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
SPCR
• Bit 7 – SPIE: SPI 中断使能
置位后，只要 SPSR 寄存器的 SPIF 和 SREG 寄存器的全局中断使能位置位，就会引发
SPI 中断。
• Bit 6 – SPE: SPI 使能
SPE 置位将使能 SPI。进行任何 SPI 操作之前必须置位 SPE。
• Bit 5 – DORD: 数据次序
DORD 置位时数据的 LSB 首先发送；否则数据的 MSB 首先发送。
• Bit 4 – MSTR: 主 / 从选择
MSTR 置位时选择主机模式，否则为从机。如果 MSTR 为 "1”，SS 配置为输入，但被拉低，
则 MSTR 被清零，寄存器 SPSR 的 SPIF 置位。用户必须重新设置 MSTR 进入主机模式。
• Bit 3 – CPOL: 时钟极性
CPOL 置位表示空闲时 SCK 为高电平；否则空闲时 SCK 为低电平。请参考 Figure 62 与
Figure 63。 CPOL 功能总结如下：
Table 56. CPOL 功能
CPOL
起始沿
结束沿
0
上升沿
下降沿
1
下降沿
上升沿
• Bit 2 – CPHA: 时钟相位
121
2512F–AVR–12/03
CPHA 决定数据是在 SCK 的起始沿采样还是在 SCK 的结束沿采样。请参考 Figure 62 与
Figure 63。 CPHA 功能总结如下：
Table 57. CPHA 功能
CPHA
起始沿
结束沿
0
采样
设置
1
设置
采样
• Bits 1, 0 – SPR1, SPR0: SPI 时钟速率选择 1 与 0
确定主机的 SCK 速率。 SPR1 和 SPR0 对从机没有影响。 SCK 和振荡器的时钟频率 fosc
关系如下表所示：
Table 58. SCK 和振荡器频率的关系
122
SPI2X
SPR1
SPR0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
SCK 频率
fosc/4
fosc/16
fosc/64
fosc/128
fosc/2
fosc/8
fosc/32
fosc/64
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
SPI 状态寄存器－ SPSR
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
SPIF
WCOL
–
–
–
–
–
SPI2X
读/写
R
R
R
R
R
R
R
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
SPSR
• Bit 7 – SPIF: SPI 中断标志
串行发送结束后，SPIF 置位。若此时寄存器 SPCR 的 SPIE 和全局中断使能位置位，SPI
中断即产生。如果 SPI 为主机， SS 配置为输入，且被拉低， SPIF 也将置位。进入中断
服务程序后SPIF自动清零。或者可以通过先读SPSR，紧接着访问SPDR来对SPIF清零。
• Bit 6 – WCOL: 写冲突标志
在发送当中对 SPI 数据寄存器 SPDR 写数据将置位 WCOL。WCOL 可以通过先读 SPSR，
紧接着访问 SPDR 来清零。
• Bit 5..1 – Res: 保留
保留位，读操作返回值为零。
• Bit 0 – SPI2X: SPI 倍速
置位后 SPI 的速度加倍。若为主机 ( 见 Table 58)，则 SCK 频率可达 CPU 频率的一半。
若为从机，只能保证 fosc /4。
ATmega8515的SPI接口同时还用来实现程序和EEPROM的下载和上载。请参见SPI串行
编程和校验。
SPI 数据寄存器－ SPDR
Bit
7
6
5
4
3
2
1
MSB
0
LSB
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
X
X
X
X
X
X
X
X
SPDR
未定义
SPI 数据寄存器为读 / 写寄存器，用来在寄存器文件和 SPI 移位寄存器之间传输数据。写寄
存器将启动数据传输，读寄存器将读取寄存器的接收缓冲器。
123
2512F–AVR–12/03
数据模式
相对于串行数据， SCK 的相位和极性有 4 种组合。 CPHA 和 CPOL 控制组合的方式。
SPI 数据传输格式见 Figure 62 与 Figure 63。每一位数据的移出和移入发生于 SCK 不同的
信号跳变沿，以保证有足够的时间使数据稳定。这个过程在 Table 56 和 Table 57 有清楚
的说明：
Table 59. CPOL 与 CPHA 功能
起始沿
结束沿
SPI 模式
CPOL=0, CPHA=0
采样 ( 上升沿 )
设置 ( 下降沿 )
0
CPOL=0, CPHA=1
设置 ( 上升沿 )
采样 ( 下降沿 )
1
CPOL=1, CPHA=0
采样 ( 下降沿 )
设置 ( 上升沿 )
2
CPOL=1, CPHA=1
设置 ( 下降沿 )
采样 ( 上升沿 )
3
Figure 62. CPHA = 0 时 SPI 的传输格式
SCK (CPOL = 0)
mode 0
SCK (CPOL = 1)
mode 2
SAMPLE I
MOSI/MISO
CHANGE 0
MOSI PIN
CHANGE 0
MISO PIN
SS
MSB first (DORD = 0) MSB
LSB first (DORD = 1) LSB
Bit 6
Bit 1
Bit 5
Bit 2
Bit 4
Bit 3
Bit 3
Bit 4
Bit 2
Bit 5
Bit 1
Bit 6
LSB
MSB
Figure 63. CPHA = 1 时 SPI 的传输格式
SCK (CPOL = 0)
mode 1
SCK (CPOL = 1)
mode 3
SAMPLE I
MOSI/MISO
CHANGE 0
MOSI PIN
CHANGE 0
MISO PIN
SS
MSB first (DORD = 0)
LSB first (DORD = 1)
124
MSB
LSB
Bit 6
Bit 1
Bit 5
Bit 2
Bit 4
Bit 3
Bit 3
Bit 4
Bit 2
Bit 5
Bit 1
Bit 6
LSB
MSB
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
USART
通用同步和异步串行接收器和转发器 (USART) 是一个高度灵活的串行通讯设备。主要特
点为：
• 全双工操作 ( 独立的串行接收和发送寄存器 )
• 异步或同步操作
• 主机或从机提供时钟的同步操作
• 高精度的波特率发生器
• 支持 5, 6, 7, 8, 或 9 个数据位和 1 个或 2 个停止位
• 硬件支持的奇偶校验操作
• 数据过速检测
• 帧错误检测
• 噪声滤波，包括错误的起始位检测，以及数字低通滤波器
• 三个独立的中断：发送结束中断 , 发送数据寄存器空中断，以及接收结束中断
• 多处理器通讯模式
• 倍速异步通讯模式
单 USART
ATmega8515 有一个 USART。其功能如下：
注 意，在 与 AT90S4414/8515 兼 容 模 式 下， USART 接 收 寄 存 器 双 缓 冲 禁 用，详 见
P127“AVR USART 和 AVR UART – 兼容性 ” 。
Figure 64 为 USART 的简化框图。 CPU 可以访问的 I/O 寄存器和 I/O 引脚以粗体表示。
Figure 64. USART 方框图 (1)
Clock Generator
UBRR[H:L]
OSC
BAUD RATE GENERATOR
SYNC LOGIC
PIN
CONTROL
XCK
Transmitter
TX
CONTROL
UDR (Transmit)
DATA BUS
PARITY
GENERATOR
TxD
Receiver
UCSRA
Note:
PIN
CONTROL
TRANSMIT SHIFT REGISTER
CLOCK
RECOVERY
RX
CONTROL
RECEIVE SHIFT REGISTER
DATA
RECOVERY
PIN
CONTROL
UDR (Receive)
PARITY
CHECKER
UCSRB
RxD
UCSRC
1. 有关 USART 的引脚分布请参考 P2Figure 1、 P69Table 37 与 P65Table 31。
125
2512F–AVR–12/03
虚线框将 USART 分为了三个主要部分 : 时钟发生器，发送器和接收器。控制寄存器由三
个单元共享。时钟发生器包含同步逻辑，通过它将波特率发生器及为从机同步操作所使用
的外部输入时钟同步起来。XCK ( 发送器时钟 ) 引脚只用于同步传输模式。发送器包括一
个写缓冲器，串行移位寄存器，奇偶发生器以及处理不同的帧格式所需的控制逻辑。写缓
冲器可以保持连续发送数据而不会在数据帧之间引入延迟。由于接收器具有时钟和数据
恢复单元，它是 USART 模块中最复杂的。恢复单元用于异步数据的接收。除了恢复单
元，接收器还包括奇偶校验，控制逻辑，移位寄存器和一个两级接收缓冲器 UDR。接收
器支持与发送器相同的帧格式，而且可以检测帧错误，数据过速和奇偶校验错误。
126
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
AVR USART 和 AVR UAR －兼
容性
USART 在如下方面与 AVR UART 完全兼容：
•
所有 USART 寄存器的位定义
•
波特率发生器
•
发送器操作
•
发送缓冲器的功能
•
接收器操作
然而，接收器缓冲器有两个方面的改进，在某些特殊情况下会影响兼容性：
•
增加了一个缓冲器。两个缓冲器的操作好象是一个循环的 FIFO。因此对于每个接收
到的数据只能读一次！更重要的是错误标志 FE 和 DOR，以及第 9 个数据位 RXB8
与数据一起存放于接收缓冲器。因此必须在读取 UDR 寄存器之前访问状态标志位。
否则将丢失错误状态。
•
接收移位寄存器可以作为第三级缓冲。在两个缓冲器都没有空的时候，数据可以保
存于串行移位寄存器之中 ( 参见 Figure 64) ，直到检测到新的起始位。从而增强了
USART 抵抗数据过速 (DOR) 的能力。
下面的控制位的名称做了改动，但其功能和在寄存器中的位置并没有改变：
时钟产生
•
CHR9 改为 UCSZ2
•
OR 改为 DOR
时钟产生逻辑为发送器和接收器产生基本时钟。 USART 支持 4 种模式的时钟 : 正常的异
步模式，倍速的异步模式，主机同步模式，以及从机同步模式。 USART 控制位 UMSEL
和状态寄存器 C (UCSRC) 用于选择异步模式和同步模式。倍速模式 ( 只适用于异步模式
) 受控于 UCSRA 寄存器的 U2X。使用同步模式 (UMSEL = 1) 时，XCK 的数据方向寄存器
(DDR_XCK)决定时钟源是由内部产生(主机模式)还是由外部生产(从机模式)。仅在同步模
式下 XCK 有效。
Figure 65 为时钟产生逻辑的框图。
Figure 65. 时钟产生逻辑框图
UBRR
U2X
fosc
Prescaling
Down-counter
UBRR+1
/2
/4
/2
0
1
0
OSC
DDR_XCK
xcki
XCK
Pin
Sync
Register
Edge
Detector
0
UCPOL
txclk
UMSEL
1
xcko
DDR_XCK
1
1
0
rxclk
信号说明：
txclk
发送器时钟 ( 内部信号 )
rxclk
接收器基础时钟 ( 内部信号 )
xcki
XCK 引脚输入 ( 内部信号 )，用于同步从机操作
xcko
输出到 XCK 引脚的时钟 ( 内部信号 )，用于同步主机操作
127
2512F–AVR–12/03
XTAL 频率 ( 系统时钟 )
fosc
片内时钟产生－波特率发生器
内部时钟用于异步模式与同步主机模式，请参见 Figure 65。
USART 的波特率寄存器 UBRR 和降序计数器相连接，一起构成可编程的预分频器或波特
率发生器。降序计数器对系统时钟计数，当其计数到零或 UBRRL 寄存器被写时，会自动
装入 UBRR 寄存器的值。当计数到零时产生一个时钟，该时钟作为波特率发生器的输出
时钟，输出时钟的频率为 fosc/(UBRR+1)。发生器对波特率发生器的输出时钟进行 2、 8
或 16 的分频，具体情况取决于工作模式。波特率发生器的输出被直接用于接收器与数据
恢复单元。数据恢复单元使用了一个有2、8或16个状态的状态机，具体状态数由UMSEL、
U2X 与 DDR_XCK 位设定的工作模式决定。
Table 60 给出了计算波特率 ( 位 / 秒 ) 以及计算每一种使用内部时钟源工作模式的 UBRR 值
的公式。
Table 60. 波特率计算公式
使用模式
波特率的计算公式 (1)
UBRR 值的计算公式
异步正常模式 (U2X = 0)
f OSC
BAUD = ---------------------------------------16 ( UBRR + 1 )
f OSC
UBRR = ------------------------ – 1
16BAUD
异步倍速模式 (U2X = 1)
f OSC
BAUD = -----------------------------------8 ( UBRR + 1 )
f OSC
UBRR = --------------------- – 1
8BAUD
同步主机模式
f OSC
BAUD = -----------------------------------2 ( UBRR + 1 )
f OSC
UBRR = --------------------- – 1
2BAUD
Note:
1. 波特率定义为每秒的位传输速度 (bps)
BAUD 波特率 ( bps)
fOSC
系统时钟频率
UBRR UBRRH 与 UBRRL 的数值 (0-4095)
Table 68 给出了在某些系统时钟频率下对应的 UBRR 数值。
128
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
倍速工作模式 (U2X)
通过设定 UCSRA 寄存器的 U2X 可以使传输速率加倍。该位只对异步工作模式有效。当
工作在同步模式时，设置该位为 "0”。
设置该位把波特率分频器的分频值从 16 降到 8，使异步通信的传输速率加倍。此时接收
器只使用一半的采样数对数据进行采样及时钟恢复，因此在该模式下需要更精确的系统
时钟与更精确的波特率设置。发送器则没有这个要求。
外部时钟
同步从机操作模式由外部时钟驱动，如 Figure 65 所示。
输入到 XCK 引脚的外部时钟由同步寄存器进行采样，用以提高稳定性。同步寄存器的输
出通过一个边沿检测器，然后应用于发送器与接收器。这一过程引入了两个 CPU 时钟周
期的延时，因此外部 XCK 的最大时钟频率由以下公式限制：
f OSC
f XCK < ------------4
要注意 fosc 由系统时钟的稳定性决定，为了防止因频率漂移而丢失数据，建议保留足够的
裕量。
同步时钟操作
使用同步模式时 (UMSEL = 1)XCK 引脚被用于时钟输入 ( 从机模式 ) 或时钟输出 ( 主机模
式 )。时钟的边沿、数据的采样与数据的变化之间的关系的基本规律是：在改变数据输出
端 TxD 的 XCK 时钟的相反边沿对数据输入端 RxD 进行采样。
Figure 66. 同步模式时的 XCK 时序
UCPOL = 1
XCK
RxD / TxD
Sample
UCPOL = 0
XCK
RxD / TxD
Sample
UCRSC 寄存器的 UCPOL 位确定使用 XCK 时钟的哪个边沿对数据进行采样和改变输出数
据。如 Figure 66 所示，当 UCPOL=0 时，在 XCK 的上升沿改变输出数据，在 XCK 的下
降沿进行数据采样；当 UCPOL=1 时，在 XCK 的下降沿改变输出数据，在 XCK 的上升沿
进行数据采样。
129
2512F–AVR–12/03
帧格式
串行数据帧由数据字加上同步位 ( 开始位与停止位 ) 以及用于纠错的奇偶校验位构成。
USART 接受以下 30 种组合的数据帧格式：
•
1 个起始位
•
5、 6、 7、 8 或 9 个数据位
•
无校验位、奇校验或偶校验位
•
1 或 2 个停止位
数据帧以起始位开始；紧接着是数据字的最低位，数据字最多可以有 9 个数据位，以数据
的最高位结束。如果使能了校验位，校验位将紧接着数据位，最后是结束位。当一个完整
的数据帧传输后，可以立即传输下一个新的数据帧，或使传输线处于空闲状态。 Figure
67 所示为可能的数据帧结构组合。括号中的位是可选的。
Figure 67. 帧格式
FRAME
(IDLE)
St
0
1
2
3
4
[5]
[6]
[7]
[8]
[P]
Sp1 [Sp2]
(St / IDLE)
St
起始位，总是为低电平
(n)
数据位 (0 ～ 8)
P
校验位，可以为奇校验或偶校验
Sp
停止位，总是为高电平
IDLE
通讯线上没有数据传输 (RxD 或 TxD)，线路空闲时必须为高电平
数据帧的结构由 UCSRB 和 UCSRC 寄存器中的 UCSZ2:0、 UPM1:0、 USBS 设定。接
收与发送使用相同的设置。设置的任何改变都可能破坏正在进行的数据传送与接收。
USART 的字长位 UCSZ2:0 确定了数据帧的数据位数；校验模式位 UPM1:0 用于使能与决
定校验的类型； USBS 位设置帧有一位或两位结束位。接收器忽略第二个停止位，因此
帧错误 (FE) 只在第一个结束位为 "0” 时被检测到。
校验位的计算
校验位的计算是对数据的各个位进行异或运算。如果选择了奇校验，则异或结果还需要取
反。校验位与数据位的关系如下：
P even = d n – 1 ⊕ … ⊕ d 3 ⊕ d 2 ⊕ d 1 ⊕ d 0 ⊕ 0
P odd = d n – 1 ⊕ … ⊕ d 3 ⊕ d 2 ⊕ d 1 ⊕ d 0 ⊕ 1
Peven
偶校验位
Podd
奇校验位
dn
第 n 个数据位
校验位处于最后一个数据位与第一个停止位之间。
USART 初始化
进行通信之前首先要对 USART 进行初始化。初始化过程通常包括波特率的设定，帧结构
的设定，以及根据需要使能接收器或发送器。对于中断驱动的 USART 操作，在初始化时
首先要清零全局中断标志位 ( 全局中断被屏蔽 )。
重新改变 USART 的设置应该在没有数据传输的情况下进行。 TXC 标志位可以用来检验
一个数据帧的发送是否已经完成， RXC 标志位可以用来检验接收缓冲器中是否还有数据
未读出。在每次发送数据之前 ( 在写发送数据寄存器 UDR 前 )TXC 标志位必须清零。
130
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
以下是 USART 初始化程序示例。例程采用了轮询 ( 中断被禁用 ) 的异步操作，而且帧结
构是固定的。波特率作为函数参数给出。在汇编程序里波特率参数保存于寄存器 r17:r16。
当写入 UCSRC 寄存器时，由于 UBRRH 与 UCSRC 共用 I/O 地址，URSEL 位 (MSB) 必
须置位。
汇编代码例程 (1)
USART_Init:
; 设置波特率
out
UBRRH, r17
out
UBRRL, r16
; 接收器与发送器使能
ldi
r16, (1<<RXEN)|(1<<TXEN)
out
UCSRB,r16
; 设置帧格式 : 8 个数据位 , 2 个停止位
ldi
r16, (1<<URSEL)|(1<<USBS)|(3<<UCSZ0)
out
UCSRC,r16
ret
C 代码例程 (1)
void USART_Init( unsigned int baud )
{
/* 设置波特率 */
UBRRH = (unsigned char)(baud>>8);
UBRRL = (unsigned char)baud;
/* 接收器与发送器使能 */
UCSRB = (1<<RXEN)|(1<<TXEN);
/* 设置帧格式 : 8 个数据位 , 2 个停止位 */
UCSRC = (1<<URSEL)|(1<<USBS)|(3<<UCSZ0);
}
Note:
1. 本代码假定已经包含了合适的头文件
更高级的初始化程序可将帧格式作为参数、禁止中断等等。然而许多应用程序使用固定的
波特率与控制寄存器。此时初始化代码可以直接放在主程序中，或与其它 I/O 模块的初始
化代码组合到一起。
数据发送－ USART 发送器 置位 UCSRB 寄存器的发送允许位 TXEN 将使能 USART 的数据发送。使能后 TxD 引脚
的通用 I/O 功能即被 USART 功能所取代，成为发送器的串行输出引脚。发送数据之前要
设置好波特率、工作模式与帧结构。如果使用同步发送模式，施加于 XCK 引脚上的时钟
信号即为数据发送的时钟。
发送 5 到 8 位数据位的帧
将需要发送的数据加载到发送缓存器将启动数据发送。加载过程即为 CPU 对 UDR 寄存
器的写操作。当移位寄存器可以发送新一帧数据时，缓冲的数据将转移到移位寄存器。当
移位寄存器处于空闲状态 ( 没有正在进行的数据传输 )，或前一帧数据的最后一个停止位
传送结束，它将加载新的数据。一旦移位寄存器加载了新的数据，就会按照设定的波特率
完成数据的发送。
131
2512F–AVR–12/03
以下程序给出一个对 UDRE 标志采用轮询方式发送数据的例子。当发送的数据少于 8 位
时，写入 UDR 相应位置的高几位将被忽略。当然，执行本段代码之前首先要初始化
USART。在汇编代码中要发送的数据存放于 R16 寄存器中。
汇编代码例程 (1)
USART_Transmit:
; 等待发送缓冲器为空
sbis UCSRA,UDRE
rjmp USART_Transmit
; 将数据放入缓冲器，发送数据
out
UDR,r16
ret
C 代码例程 (1)
void USART_Transmit( unsigned char data )
{
/* 等待发送缓冲器为空 */
while ( !( UCSRA & (1<<UDRE)) )
;
/* 将数据放入缓冲器，发送数据 */
UDR = data;
}
Note:
1. 本代码假定已经包含了合适的头文件
这个程序只是在载入新的要发送的数据前，通过检测 UDRE 标志等待发送缓冲器为空。
如果使用了数据寄存器空中断，则数据写入缓冲器的操作在中断程序中进行。
132
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
发送 9 位数据位的帧
如果发送 9 位数据的数据帧 (UCSZ = 7)，应先将数据的第 9 位写入寄存器 UCSRB 的
TXB8，然后再将低8位数据写入发送数据寄存器UDR。以下程序给出发送9位数据的数据
帧例子。在汇编代码中要发送的数据存放在 R17:R16 寄存器中。
汇编代码例程 (1)
USART_Transmit:
; 等待发送缓冲器为空
sbis UCSRA,UDRE
rjmp USART_Transmit
; 将第 9 位从 r17 中复制到 TXB8
cbi
UCSRB,TXB8
sbrc r17,0
sbi
UCSRB,TXB8
; 将低 8 位数据放入缓冲器，发送数据
out
UDR,r16
ret
C 代码例程 (1)
void USART_Transmit( unsigned int data )
{
/* 等待发送缓冲器为空 */
while ( !( UCSRA & (1<<UDRE))) )
;
/* 将第 9 位复制到 TXB8 */
UCSRB &= ~(1<<TXB8);
if ( data & 0x0100 )
UCSRB |= (1<<TXB8);
/* 将数据放入缓冲器，发送数据 */
UDR = data;
}
Note:
1. 这些函数均为通用函数。如果 UCSRB 的内容在应用中是固定的，函数可以进一步优
化。例如，初始化后只使用 UCSRB 寄存器的 TXB8 位。
第 9 位数据在多机通信中用于表示地址帧，在同步通信中可以用于协议处理。
传送标志位与中断
USART 发送器有两个标志位：USART 数据寄存器空标志 UDRE 及传输结束标志 TXC，两
个标志位都可以产生中断。
数据寄存器空 UDRE 标志位表示发送缓冲器是否可以接受一个新的数据。该位在发送缓
冲器空时被置 "1” ；当发送缓冲器包含需要发送的数据时清零。为与将来的器件兼容，写
UCSRA 寄存器时该位要写 "0”。
当 UCSRB 寄存器中的数据寄存器空中断使能位 UDRIE 为 "1” 时，只要 UDRE 被置位 (
且全局中断使能 )，就将产生 USART 数据寄存器空中断请求。对寄存器 UDR 执行写操作
将清零 UDRE。当采用中断方式的传输数据时，在数据寄存器空中断服务程序中必须写一
个新的数据到 UDR 以清零 UDRE ；或者是禁止数据寄存器空中断。否则一旦该中断程序
结束，一个新的中断将再次产生。
当整个数据帧移出发送移位寄存器，同时发送缓冲器中又没有新的数据时，发送结束标志
TXC 置位。TXC 在传送结束中断执行时自动清零，也可在该位写 "1” 来清零。TXC 标志位
对于采用如 RS-485 标准的半双工通信接口十分有用。在这些应用里，一旦传送完毕，应
用程序必须释放通信总线并进入接收状态。
133
2512F–AVR–12/03
当 UCSRB 上的发送结束中断使能位 TXCIE 与全局中断使能位均被置为 "1” 时，随着 TXC
标志位的置位， USART 发送结束中断将被执行。一旦进入中断服务程序， TXC 标志位
即被自动清零，中断处理程序不必执行 TXC 清零操作。
奇偶校验产生电路
奇偶校验产生电路为串行数据帧生成相应的校验位。校验位使能 (UPM1 = 1) 时，发送控
制逻辑电路会在数据的最后一位与第一个停止位之间插入奇偶校验位。
禁用发送器
TXEN 清零后，只有等到所有的数据发送完成后发送器才能够真正禁止，即发送移位寄存
器与发送缓冲寄存器中没有要传送的数据。发送器禁止后，TxD引脚恢复其通用 I/O 功能。
134
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
数据接收－ USART 接收器 置位 UCSRB 寄存器的接收允许位 (RXEN) 即可启动 USART 接收器。接收器使能后 RxD
的普通引脚功能被 USART 功能所取代，成为接收器的串行输入口。进行数据接收之前首
先要设置好波特率、操作模式及帧格式。 如果使用同步操作， XCK 引脚上的时钟被用为
传输时钟。
以 5 到 8 个数据位的方式接收数
据帧
一旦接收器检测到一个有效的起始位，便开始接收数据。起始位后的每一位数据都将以所
设定的波特率或 XCK 时钟进行接收，直到收到一帧数据的第一个停止位。接收到的数据
被送入接收移位寄存器。第二个停止位会被接收器忽略。 接收到第一个停止位后，接收移
位寄存器就包含了一个完整的数据帧。这时移位寄存器中的内容将被转移到接收缓冲器
中。通过读取 UDR 就可以获得接收缓冲器的内容的。
以下程序给出一个对 RXC 标志采用轮询方式接收数据的例子。当数据帧少于 8 位时，从
UDR 读取的相应的高几位为 0。当然，执行本段代码之前首先要初始化 USART。
汇编代码例程 (1)
USART_Receive:
; 等待接收数据
sbis UCSRA, RXC
rjmp USART_Receive
; 从缓冲器中获取并返回数据
in
r16, UDR
ret
C 代码例程 (1)
unsigned char USART_Receive( void )
{
/* 等待接收数据 */
while ( !(UCSRA & (1<<RXC)) )
;
/* 从缓冲器中获取并返回数据 */
return UDR;
}
Note:
1. 本代码假定已经包含了相应的头文件
在读缓冲器并返回之前，函数通过检查 RXC 标志来等待数据送入接收缓冲器。
以 9 个数据位的方式接收帧
如果设定了 9 位数据的数据帧 (UCSZ=7)，在从 UDR 读取低 8 位之前必须首先读取寄存
器 UCSRB 的 RXB8 以获得第 9 位数据。这个规则同样适用于状态标志位 FE、 DOR 及
UPE。状态通过读取UCSRA获得，数据通过 UDR 获得。读取UDR 存储单元会改变接收缓
冲器 FIFO 的状态，进而改变同样存储在 FIFO 中的 TXB8、 FE、 DOR 及 UPE 位。
接下来的代码示例展示了一个简单的USART接收函数，说明如何处理9位数据及状态位。
135
2512F–AVR–12/03
汇编代码例程 (1)
USART_Receive:
; 等待接收数据
sbis UCSRA, RXC
rjmp USART_Receive
; 从缓冲器中获得状态、第 9 位及数据
in
r18, UCSRA
in
r17, UCSRB
in
r16, UDR
; 如果出错，返回 -1
andi r18,(1<<FE)|(1<<DOR)|(1<<PE)
breq USART_ReceiveNoError
ldi
r17, HIGH(-1)
ldi
r16, LOW(-1)
USART_ReceiveNoError:
; 过滤第 9 位数据，然后返回
lsr
r17
andi r17, 0x01
ret
C 代码例程 (1)
unsigned int USART_Receive( void )
{
unsigned char status, resh, resl;
/* 等待接收数据 */
while ( !(UCSRA & (1<<RXC)) )
;
/* 从缓冲器中获得状态、第 9 位及数据 */
/* from buffer */
status = UCSRA;
resh = UCSRB;
resl = UDR;
/* 如果出错，返回 -1 */
if ( status & (1<<FE)|(1<<DOR)|(1<<PE) )
return -1;
/* 过滤第 9 位数据，然后返回 */
resh = (resh >> 1) & 0x01;
return ((resh << 8) | resl);
}
Note:
1. 本代码假定已经包含了相应的头文件
上述例子在进行任何计算之前将所有的 I/O 寄存器的内容读到寄存器文件中。这种方法优
化了对接收缓冲器的利用。它尽可能早地释放了缓冲器以接收新的数据。
接收结束标志及中断
USART 接收器有一个标志用来指明接收器的状态。
接收结束标志 (RXC) 用来说明接收缓冲器中是否有未读出的数据。 当接收缓冲器中有未
读出的数据时，此位为 1，当接收缓冲器空时为 0( 即不包含未读出的数据 )。如果接收器
被禁止 (RXEN = 0)，接收缓冲器会被刷新，从而使 RXC 清零。
136
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
置位 UCSRB 的接收结束中断使能位 (RXCIE) 后，只要 RXC 标志置位 ( 且全局中断只能
) 就会产生 USART 接收结束中断。使用中断方式进行数据接收时，数据接收结束中断服
务程序程序必须从 UDR 读取数据以清 RXC 标志，否则只要中断处理程序一结束，一个
新的中断就会产生。
接收器错误标志
USART 接收器有三个错误标志：：帧错误 (FE)、数据溢出 (DOR) 及奇偶校验错 (UPE)。它
们都位于寄存器 UCSRA。错误标志与数据帧一起保存在接收缓冲器中。由于读取 UDR
会改变缓冲器， UCSRA 的内容必须在读接收缓冲器 (UDR) 之前读入。错误标志的另一
个同一性是它们都不能通过软件写操作来修改。 但是为了保证与将来产品的兼容性，对
执行写操作是必须对这些错误标志所在的位置写 "0“。所有的错误标志都不能产生中断。
帧错误标志 (FE) 表明了存储在接收缓冲器中的下一个可读帧的第一个停止位的状态。停
止位正确 ( 为 1) 则 FE 标志为 0，否则 FE 标志为 1。 这个标志可用来检测同步丢失、传
输中断，也可用于协议处理。UCSRC 中 USBS 位的设置不影响 FE 标志位，因为除了第
一位，接收器忽略所有其他的停止位。 为了与以后的器件相兼容，写 UCSRA 时这一位必
须置 0。
数据溢出标志 (DOR) 表明由于接收缓冲器满造成了数据丢失。当接收缓冲器满 ( 包含了
两个数据 )，接收移位寄存器又有数据，若此时检测到一个新的起始位，数据溢出就产生
了。DOR 标志位置位即表明在最近一次读取 UDR 和下一次读取 UDR 之间丢失了一个或
更多的数据帧。 为了与以后的器件相兼容，写 UCSRA 时这一位必须置 0。当数据帧成功
地从移位寄存器转入接收缓冲器后， DOR 标志被清零。
奇偶校验错标志 (UPE) 指出，接收缓冲器中的下一帧数据在接收时有奇偶错误。 如果不
使能奇偶校验，那么 UPE 位应清零。为了与以后的器件相兼容，写 UCSRA 时这一位必
须置 0。细节请参照 P130“ 校验位的计算 ” 与 P138“ 奇偶校验器 ” 。
137
2512F–AVR–12/03
奇偶校验器
奇偶校验模式位 UPM1 置位将启动奇偶校验器。校验的模式 ( 偶校验还是奇校验 ) 由 UPM0
确定。奇偶校验使能后，校验器将计算输入数据的奇偶并把结果与数据帧的奇偶位进行比
较。 校验结果将与数据和停止位一起存储在接收缓冲器中。这样就可以通过读取奇偶校
验错误标志位 (UPE) 来检查接收的帧中是否有奇偶错误。
如果下一个从接收缓冲器中读出的数据有奇偶错误，并且奇偶校验使能 (UPM1 = 1)，则
UPE 置位。直到接收缓冲器 (UDR) 被读取，这一位一直有效。
禁用接收器
与发送器对比，禁止接收器即刻起作用。正在接收的数据将丢失。禁止接收器 (RXEN 清
零 ) 后，接收器将不再占用 RxD 引脚；接收缓冲器 FIFO 也会被刷新。缓冲器中的数据将
丢失。
刷新接收缓冲器
禁止接收器时缓冲器 FIFO 被刷新，缓冲器被清空。导致未读出的数据丢失。如果由于出
错而必须在正常操作下刷新缓冲器，则需要一直读取 UDR 直到 RXC 标志清零。下面的
代码展示了如何刷新接收缓冲器。
汇编代码例程 (1)
USART_Flush:
sbis UCSRA, RXC
ret
in
r16, UDR
rjmp USART_Flush
C 代码例程 (1)
void USART_Flush( void )
{
unsigned char dummy;
while ( UCSRA & (1<<RXC) ) dummy = UDR;
}
Note:
异步数据接收
138
1. 本代码假定已经包含了相应的头文件
USART 有一个时钟恢复单元和数据恢复单元用来处理异步数据接收。 时钟恢复逻辑用于
同步从 RxD 引脚输入的异步串行数据和内部的波特率时钟。数据恢复逻辑采集数据，并
通过一低通滤波器过滤所输入的每一位数据，从而提高接收器的抗干扰性能。异步接收的
工作范围依赖于内部波特率时钟的精度、帧输入的速率及一帧所包含的位数。
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
异步时钟恢复
时钟恢复逻辑将输入的串行数据帧与内部时钟同步起来。 Figure 68 展示了对输入数据帧
起始位的采样过程。 普通工作模式下采样率是波特率的 16 倍，倍速工作模式下则为波特
率的 8 倍。水平箭头表示由于采样而造成的同步的变化。使用倍速模式 (U2X = 1) 时同步
变化时间更长。 RxD 线空闲 ( 即没有任何通讯活动 ) 时，采样值为 0。
Figure 68. 起始位采样
RxD
IDLE
START
BIT 0
Sample
(U2X = 0)
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
Sample
(U2X = 1)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
当时钟恢复电路检测到 RxD 线上一个由高 ( 空闲 ) 到低 ( 开始 ) 的电平跳变时，起始位检
测序列即被启动。 如图所示，我们用采样 1 表示第一个 0 采样。 然后，时钟恢复逻辑用采
样 8、 9、 10( 普通模式 )，或采样 4、 5、 6( 倍速模式 )，来判断是否接收到一个正确的
起始位。 如果这三个采样中的两个或更多个是逻辑高电平 ( 多数表决 )，起始位会被视为
毛刺噪声而被拒绝接受，接收器等待下一个由高到低的电平转换。如果检测到一个有效的
起始位，时钟恢复逻辑即被同步并开始接收数据。每一个起始位都会引发同样的同步过
程。
异步数据恢复
接收时钟与起始位同步之后，数据恢复工作可开始了。 数据恢复单元使用一个状态机来
接收每一个数据位。这个状态机在普通模式下具有 16 个状态，在倍速模式下具有 8 个状
态。 Figure 69 演示了对数据位和奇偶位的采样。每个采样点都被赋予了一个数字，这个
数字等于数据恢复单元当前的状态序号。
Figure 69. 数据及校验位的采样
RxD
BIT n
Sample
(U2X = 0)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
Sample
(U2X = 1)
1
2
3
4
5
6
7
8
1
确定接收到的数据位的逻辑电平的方法为多数表决法。表决对象即为三个在数据位中心
获得的采样。为了强调这些采样，图中采样序号被包含小方框中。多数表决是这样工作
的：如果有 2 个或所有 3 个采样值都是高电平，那么接收位就为逻辑 1。 如果 2 个或所有
3个采样值都是低电平，那么接收位就被为逻辑0。对从RxD引脚输入的信号来说，多数表
决的作用就象是一个低通滤波。 数据恢复过程重复进行，直到接收到一个完整的数据帧。
其中也包含了第一个停止位。接收器将忽略其他的停止位。
Figure 70 说明了停止位的采样，以及下一帧信号起始位最早可能出现的情况。
139
2512F–AVR–12/03
Figure 70. 停止位及下一个起始位采样
RxD
STOP 1
(A)
(B)
(C)
Sample
(U2X = 0)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0/1
0/1
0/1
Sample
(U2X = 1)
1
2
3
4
5
6
0/1
多数表决对停止位同样有效。若停止位为逻辑 0，那么帧错误标志 FE 置位。
如果电平再一次出现了从高到低的跳变，说明紧接着上一个数据帧来了新的数据帧。 在
普通模式中，第一个低电平的采样点可以发生在 Figure 70 的 A 点。在倍速工作模式下第
一个低电平采样点必须延迟到 B 点， C 点则为完整停止位的结束位置。对起始位的及早
检测将影响接收器的工作范围。
异步工作范围
接收器的工作范围取决于接收到的数据速率及内部波特率之间的不匹配程度。如果发送
器以过快或过慢的比特率传输数据帧，或者接收器内部产生的波特率没有相同的频率 ( 见
Table 61)，那么接收器就无法与起始位同步。
下面的公式可用来计算数据输入速率与内部接收器波特率的比值：
( D + 1 )S
R slow = ---------------------------------------------S – 1 + D ⋅ S + SF
SM
( D + 2 )S
R fast = -------------------------------------( D + 1 )S + S M
用于多数表决的中间采样序号。 普通模式下 SM = 9 ，倍速模式下 SM = 5
Rslow 是可接受的、最慢的数据输入速率与接收器波特率的比值； Rfast 是可接受的、最快
的数据输入速率与接收器波特率的比值。
Table 61 和 Table 62 列出了容许的最大接收器波特率误差。需要注意的是，普通模式下波
特率允许有更大的变化范围。
140
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Table 61. 普通模式下推荐的最大接收器波特率误差范围 (U2X = 0)
D
# ( 数据 + 校验位 )
Rslow %
Rfast %
最大的总误差
(%)
推荐的最大接收器误差
(%)
5
93.20
106.67
+6.67/-6.8
± 3.0
6
94.12
105.79
+5.79/-5.88
± 2.5
7
94.81
105.11
+5.11/-5.19
± 2.0
8
95.36
104.58
+4.58/-4.54
± 2.0
9
95.81
104.14
+4.14/-4.19
± 1.5
10
96.17
103.78
+3.78/-3.83
± 1.5
Table 62. 倍速率模式下推荐的最大接收器波特率误差范围 (U2X = 1)
D
# 数据 + 校验位
Rslow (%)
Rfast (%)
最大的总误差
(%)
推荐的最大接收器误差
(%)
5
94.12
105.66
+5.66/-5.88
± 2.5
6
94.92
104.92
+4.92/-5.08
± 2.0
7
95.52
104.35
+4.32/-4.48
± 1.5
8
96.00
103.90
+3.90/-4.00
± 1.5
9
96.39
103.53
+3.53/-3.61
± 1.5
10
96.70
103.23
+3.23/-3.30
± 1.0
上述推荐的最大接收波特率误差是在假定接收器和发送器对最大总误差具有同等贡献的
前提下得出的。
产生接收器波特率误差的可能原因有两个。首先， 接收器系统时钟 (XTAL) 的稳定性于电
压范围及工作温度有关。使用晶振来产生系统时钟时一般不会有此问题，但对于谐振器而
言，根据谐振器不同的误差容限，系统时钟可能有超过 2% 的偏差。第二个误差的原因就
好控制多了。 波特率发生器不一定能够通过对系统时钟的分频得到恰好的波特率。此时
可以调整 UBRR 值，使得误差低至可以接受。
多处理器通讯模式
置位 UCSRA 的多处理器通信模式位 (MPCM) 可以对 USART 接收器接收到的数据帧进行
过滤。 那些没有地址信息的帧将被忽略，也不会存入接收缓冲器。在一个多处理器系统
中，处理器通过同样的串行总线进行通信，这种过滤有效的减少了需要 CPU 处理的数据
帧的数量。MPCM 位的设置不影响发送器的工作，但在使用多处理器通信模式的系统中，
它的使用方法会有所不同。
如果接收器所接收的数据帧长度为 5 到 8 位，那么第一个停止位表示这一帧包含的是数据
还是地址信息。 如果接收器所接收的数据帧长度为 9 位，那么由第 9 位 (RXB8) 来确定是
数据还是地址信息。如果确定帧类型的位 ( 第一个停止位或第 9 个数据位 ) 为 1，那么这
是地址帧，否则为数据帧。
在多处理器通信模式下，多个从处理器可以从一个主处理器接收数据。首先要通过解码地
址帧来确定所寻址的是哪一个处理器。如果寻址到某一个处理器，它将正常接收后续的数
据，而其他的从处理器会忽略这些帧直到接收到另一个地址帧。
使用 MPCM
对于一个作为主机的处理器来说，它可以使用 9 位数据帧格式 (UCSZ = 7)。如果传输的
是一个地址帧 (TXB8 = 1) 就将第 9 位 (TXB8) 置 1，如果是一个数据帧 (TXB = 0) 就将它
清零。在这种帧格式下，从处理器必须工作于 9 位数据帧格式。
下面即为在多处理器通信模式下进行数据交换的步骤：
141
2512F–AVR–12/03
1. 所有从处理器都工作在多处理器通信模式 (UCSRA 寄存器的 MPCM 置位 )。
2. 主处理器发送地址帧后，所有从处理器都会接收并读取此帧。从处理器 UCSRA
寄存器的 RXC 正常置位。
3. 每一个从处理器都会读取 UDR 寄存器的内容已确定自己是否被选中。如果选中，
就清零 UCSRA 的 MPCM 位，否则它将等待下一个地址字节的到来，并保持
MPCM 为 1。
4. 被寻址的从处理器将接收所有的数据帧，直到收到一个新的地址帧。而那些保持
MPCM 位为 1 的从处理器将忽略这些数据。
5. 被寻址的处理器接收到最后一个数据帧后，它将置位 MPCM，并等待主处理器发
送下一个地址帧。然后第 2 步之后的步骤重复进行。
使用 5 至 8 比特的帧格式是可以的，但是不实际，因为接收器必须在使用 n 和 n+1 帧格
式之间进行切换。由于接收器和发送器使用相同的字符长度设置，这种设置使得全双工操
作变得很困难。如果使用 5 至 8 比特的帧格式，发送器应该设置两个停止位 (USBS = 1)，
其中的第一个停止位被用于判断帧类型。
不要使用读 - 修改 - 写指令 (SBI 和 CBI) 来操作 MPCM 位。 MPCM 和 TXC 标志使用相
同的 I/O 单元，使用 SBI 或 CBI 指令可能会不小心将它清零。
142
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
访问 UBRRH/ UCSRC 寄
存器
UBRRH 与寄存器 UCSRC 共用 I/O 地址。因此访问该地址时需注意以下问题。
写访问
当在该地址执行写访问时， USART 寄存器选择位 (URSEL) 控制被写入的寄存器。若
URSEL 为 0，对 UBRRH 值更新； 若 URSEL 为 1，对 UCSRC 设置更新。
下面代码给出如何访问这两个寄存器。
汇编代码例程 (1)
...
; 设置 UBRRH 为 2
ldi r16,0x02
out UBRRH,r16
...
; 设置 USBS 与 UCSZ1 位为 1 ，且其余位为 0
ldi r16,(1<<URSEL)|(1<<USBS)|(1<<UCSZ1)
out UCSRC,r16
...
C 代码例程 (1)
...
/* 设置 UBRRH 为 2*/
UBRRH = 0x02;
...
/* 设置 USBS 与 UCSZ1 位为 1 ，且其余位为 0*/
UCSRC = (1<<URSEL)|(1<<USBS)|(1<<UCSZ1);
...
Note:
1. 本代码假定已经包含了相应的头文件
如例中所示，对两寄存器的写访问不影响共用 I/O 地址 。
143
2512F–AVR–12/03
读访问
对 UBRRH 或 UCSRC 寄存器的读访问则较为复杂。但在大多数应用中，基本不需要读这
些寄存器。
读访问由时序控制。一旦返回 UBRRH 寄存器内容则读 I/O 地址。若寄存器地址在前一个
系统时钟周期中读入，当前时钟下对寄存器的读入将返回 UCSRC 内容中。注意，读
UCSRC 的时钟序列为自动工作。在读操作中的中断 ( 例如禁止全局中断 ) 必须人为控制。
下面代码给出如何读 UCSRC 寄存器内容。
汇编代码例程 (1)
USART_ReadUCSRC:
; 读 UCSRC
in
r16,UBRRH
in
r16,UCSRC
ret
C 代码例程 (1)
unsigned char USART_ReadUCSRC( void )
{
unsigned char ucsrc;
/* 读 UCSRC */
ucsrc = UBRRH;
ucsrc = UCSRC;
return ucsrc;
}
Note:
1. 本代码假定已经包含了相应的头文件
汇编代码在 r16 中返回 UCSRC 值
对 UBRRH 内容的读操作不是自动完成，且当前一条指令没有访问该寄存器地址时，该寄
存器作为普通寄存器使用。
144
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
USART 寄存器说明
USART I/O 数据寄存器－ UDR
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
RXB[7:0]
UDR ( 读 )
TXB[7:0]
UDR ( 写 )
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
USART 发送数据缓冲寄存器和 USART 接收数据缓冲寄存器共享相同的 I/O 地址，称为
USART 数据寄存器或 UDR。将数据写入 UDR 时实际操作的是发送数据缓冲器存器
(TXB)，读 UDR 时实际返回的是接收数据缓冲寄存器 (RXB) 的内容。
在 5、6、7 比特字长模式下，未使用的高位被发送器忽略，而接收器则将它们设置为 0。
只有当 UCSRA 寄存器的 UDRE 标志置位后才可以对发送缓冲器进行写操作。如果 UDRE
没有置位，那么写入 UDR 的数据会被 USART 发送器忽略。当数据写入发送缓冲器后，
若移位寄存器为空，发送器将把数据加载到发送移位寄存器。然后数据串行地从 TxD 引
脚输出。
接收缓冲器包括一个两级 FIFO，一旦接收缓冲器被寻址 FIFO 就会改变它的状态。因此
不要对这一存储单元使用读 - 修改 - 写指令 (SBI 和 CBI)。使用位查询指令 (SBIC 和 SBIS)
时也要小心，因为这也有可能改变 FIFO 的状态。
USART 控制和状态寄存器 A －
UCSRA
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
RXC
TXC
UDRE
FE
DOR
PE
U2X
MPCM
读/写
R
R/W
R
R
R
R
R/W
R/W
初始值
0
0
1
0
0
0
0
0
UCSRA
• Bit 7 – RXC: USART 接收结束
接收缓冲器中有未读出的数据时 RXC 置位，否则清零。接收器禁止时，接收缓冲器被刷
新，导致 RXC 清零。 RXC 标志可用来产生接收结束中断 ( 见对 RXCIE 位的描述 )。
• Bit 6 – TXC: USART 发送结束
发送移位缓冲器中的数据被送出，且当发送缓冲器 (UDR) 为空时 TXC 置位。执行发送结
束中断时 TXC 标志自动清零，也可以通过写 1 进行清除操作。TXC 标志可用来产生发送
结束中断 ( 见对 TXCIE 位的描述 )。
• Bit 5 – UDRE: USART 数据寄存器空
UDRE标志指出发送缓冲器(UDR)是否准备好接收新数据。UDRE为1说明缓冲器为空，已
准备好进行数据接收。UDRE 标志可用来产生数据寄存器空中断 ( 见对UDRIE 位的描述 )。
复位后 UDRE 置位，表明发送器已经就绪。
• Bit 4 – FE: 帧错误
如果接收缓冲器接收到的下一个字符有帧错误，即接收缓冲器中的下一个字符的第一个
停止位为 0，那么 FE 置位。这一位一直有效直到接收缓冲器 (UDR) 被读取。当接收到的
停止位为 1 时， FE 标志为 0。对 UCSRA 进行写入时，这一位要写 0。
• Bit 3 – DOR: 数据溢出
数据溢出时 DOR 置位。当接收缓冲器满 ( 包含了两个数据 )，接收移位寄存器又有数据，
若此时检测到一个新的起始位，数据溢出就产生了。这一位一直有效直到接收缓冲器
(UDR) 被读取。对 UCSRA 进行写入时，这一位要写 0。
• Bit 2 – PE: 奇偶校验错误
145
2512F–AVR–12/03
当奇偶校验使能 (UPM1 = 1)，且接收缓冲器中所接收到的下一个字符有奇偶校验错误时
UPE 置位。这一位一直有效直到接收缓冲器 (UDR) 被读取。对 UCSRA 进行写入时，这一
位要写 0。
• Bit 1 – U2X: 倍速发送
这一位仅对异步操作有影响。使用同步操作时将此位清零。
此位置 1 可将波特率分频因子从 16 降到 8，从而有效的将异步通信模式的传输速率加倍。
• Bit 0 – MPCM: 多处理器通信模式
设置此位将启动多处理器通信模式。 MPCM 置位后， USART 接收器接收到的那些不包
含地址信息的输入帧都将被忽略。发送器不受 MPCM 设置的影响。详细信息请参考 P141“
多处理器通讯模式 ” 。
USART 控制和状态寄存器 B －
UCSRB
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
RXCIE
TXCIE
UDRIE
RXEN
TXEN
UCSZ2
RXB8
TXB8
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
UCSRB
• Bit 7 – RXCIE: 接收结束中断使能
置位后使能 RXC 中断。当 RXCIE 为 1，全局中断标志位 SREG 置位， UCSRA 寄存器
的 RXC 亦为 1 时可以产生 USART 接收结束中断。
• Bit 6 – TXCIE: 发送结束中断使能
置位后使能 TXC 中断。当 TXCIE 为 1，全局中断标志位 SREG 置位，UCSRA 寄存器的
TXC 亦为 1 时可以产生 USART 发送结束中断。
• Bit 5 – UDRIE: USART 数据寄存器空中断使能
置位后使能 UDRE 中断。当 UDRIE 为 1，全局中断标志位 SREG 置位，UCSRA 寄存器
的 UDRE 亦为 1 时可以产生 USART 数据寄存器空中断。
• Bit 4 – RXEN: 接收使能
置位后将启动 USART 接收器。 RxD 引脚的通用端口功能被 USART 功能所取代。禁止
接收器将刷新接收缓冲器，并使 FE、 DOR 及 PE 标志无效。
• Bit 3 – TXEN: 发送使能
置位后将启动将启动 USART 发送器。TxD 引脚的通用端口功能被 USART 功能所取代。
TXEN 清零后，只有等到所有的数据发送完成后发送器才能够真正禁止，即发送移位寄存
器与发送缓冲寄存器中没有要传送的数据。发送器禁止后，TxD引脚恢复其通用 I/O 功能。
• Bit 2 – UCSZ2: 字符长度
UCSZ2与UCSRC寄存器的UCSZ1:0结合在一起可以设置数据帧所包含的数据位数(字符
长度 )。
• Bit 1 – RXB8: 发送数据位 8
对 9 位串行帧进行操作时， RXB8 是第 9 个数据位。读取 UDR 包含的低位数据之前首先
要读取 RXB8。
• Bit 0 – TXB8: 发送数据位 8
对 9 位串行帧进行操作时，TXB8 是第 9 个数据位。写 UDR 之前首先要对它进行写操作。
USART 控制和状态寄存器 C －
UCSRC
146
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
URSEL
UMSEL
UPM1
UPM0
USBS
UCSZ1
UCSZ0
UCPOL
读/写
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
1
0
0
0
0
1
1
0
UCSRC
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
UCSRC 寄存器与 UBRRH 寄存器共用相同的 I/O 地址。对该寄存器的访问，请参见 P143“
访问 UBRRH/ UCSRC 寄存器 ” 。
• Bit 7 – URSEL: 寄存器选择
通过该位选择访问 UCSRC 寄存器或 UBRRH 寄存器。当读 UCSRC 时，该位为 1 ；当
写 UCSRC 时， URSEL 为 1。
• Bit 6 – UMSEL: USART 模式选择
通过这一位来选择同步或异步工作模式。
Table 63. UMSEL 位设置
UMSEL
模式
0
异步操作
1
同步操作
• Bit 5:4 – UPM1:0: 奇偶校验模式
这两位设置奇偶校验的模式并使能奇偶校验。如果使能了奇偶校验，那么在发送数据，发
送器都会自动产生并发送奇偶校验位。对每一个接收到的数据，接收器都会产生一奇偶
值，并与 UPM0 所设置的值进行比较。如果不匹配，那么就将 UCSRA 中的 PE 置位。
147
2512F–AVR–12/03
Table 64. UPM 位设置
校验模式
UPM1
UPM0
0
0
禁止
0
1
保留
1
0
偶校验
1
1
奇校验
• Bit 3 – USBS: 停止位选择
通过这一位可以设置停止位的位数。接收器忽略这一位的设置。
Table 65. USBS 位设置
USBS
停止位位数
0
1位
1
2位
• Bit 2:1 – UCSZ1:0: 字符长度
UCSZ1:0与UCSRB寄存器的 UCSZ2结合在一起可以设置数据帧包含的数据位数(字符长
度 )。
Table 66. UCSZ 位设置
字符长度
UCSZ2
UCSZ1
UCSZ0
0
0
0
5位
0
0
1
6位
0
1
0
7位
0
1
1
8位
1
0
0
保留
1
0
1
保留
1
1
0
保留
1
1
1
9位
• Bit 0 – UCPOL: 时钟极性
这一位仅用于同步工作模式。使用异步模式时，将这一位清零。 UCPOL 设置了输出数据
的改变和输入数据采样，以及同步时钟 XCK 之间的关系。
Table 67. UCPOL 位设置
发送数据的改变 (TxD 引脚的输出 )
接收数据的采样 (RxD 引脚的输入 )
0
XCK 上升沿
XCK 下降沿
1
XCK 下降沿
XCK 上升沿
UCPOL
148
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
USART 波特率寄存器－ UBRRL
和 UBRRH
Bit
15
14
13
12
URSEL
–
–
–
11
10
9
8
UBRR[11:8]
UBRRH
UBRR[7:0]
7
读/写
初始值
6
5
UBRRL
4
3
2
1
0
R/W
R
R
R
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
UCSRC寄存器与UBRRH寄存器共用相同的I/O地址。对该寄存器的访问，请参见P143“访
问 UBRRH/ UCSRC 寄存器 ” 。
• Bit 15 – URSEL: 寄存器选择
通过该位选择访问 UCSRC 寄存器或 UBRRH 寄存器。当读 UBRRH 时，该位为 0 ；当
写 UBRRH 时， URSEL 为 0。
• Bit 14:12 – 保留位
保留位，对其写入 "0”。
• Bit 11:0 – UBRR11:0: USART 波特率寄存器
这个 12 位的寄存器包含了 USART 的波特率信息。其中 UBRRH 包含了 USART 波特率
高 4 位， UBRRL 包含了低 8 位。波特率的改变将造成正在进行的数据传输受到破坏。写
UBRRL 将立即更新波特率分频器。
波特率设置的例子
对标准晶振及谐振器频率来说，异步模式下最常用的波特率可通过 Table 68 中 UBRR 的
设置来产生。表中的粗体数据表示由此产生的波特率与目标波特率的偏差不超过 0.5%。
更高的误差也是可以接受的，但发送器的抗噪性会降低，特别是需要传输大量数据时 ( 参
看 P140“ 异步工作范围 ” )。误差可以通过如下公式计算：
BaudRate Closest Match
Error[%] =  -------------------------------------------------------- – 1 • 100%


BaudRate
149
2512F–AVR–12/03
Table 68. 通用振荡器频率下设置 UBRR 的例子
fosc = 1.0000 MHz
波特率
(bps)
U2X = 0
fosc = 1.8432 MHz
U2X = 1
U2X = 0
fosc = 2.0000 MHz
U2X = 1
U2X = 0
U2X = 1
UBRR
误差
UBRR
误差
UBRR
误差
UBRR
误差
UBRR
误差
UBRR
误差
2400
25
0.2%
51
0.2%
47
0.0%
95
0.0%
51
0.2%
103
0.2%
4800
12
0.2%
25
0.2%
23
0.0%
47
0.0%
25
0.2%
51
0.2%
9600
6
-7.0%
12
0.2%
11
0.0%
23
0.0%
12
0.2%
25
0.2%
14.4k
3
8.5%
8
-3.5%
7
0.0%
15
0.0%
8
-3.5%
16
2.1%
19.2k
2
8.5%
6
-7.0%
5
0.0%
11
0.0%
6
-7.0%
12
0.2%
28.8k
1
8.5%
3
8.5%
3
0.0%
7
0.0%
3
8.5%
8
-3.5%
38.4k
1
-18.6%
2
8.5%
2
0.0%
5
0.0%
2
8.5%
6
-7.0%
57.6k
0
8.5%
1
8.5%
1
0.0%
3
0.0%
1
8.5%
3
8.5%
76.8k
–
–
1
-18.6%
1
-25.0%
2
0.0%
1
-18.6%
2
8.5%
115.2k
–
–
0
8.5%
0
0.0%
1
0.0%
0
8.5%
1
8.5%
230.4k
–
–
–
–
–
–
0
0.0%
–
–
–
–
250k
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
0
0.0%
最大
1.
150
(1)
62.5 kbps
125 kbps
115.2 kbps
230.4 kbps
125 kbps
250 kbps
UBRR = 0, 误差 = 0.0%
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Table 69. 通用振荡器频率下设置 UBRR 的例子 ( 续 )
fosc = 3.6864 MHz
波特率
(bps)
U2X = 0
UBRR
fosc = 4.0000 MHz
U2X = 1
误差
UBRR
U2X = 0
误差
UBRR
fosc = 7.3728 MHz
U2X = 1
误差
UBRR
U2X = 0
误差
UBRR
U2X = 1
误差
UBRR
误差
2400
95
0.0%
191
0.0%
103
0.2%
207
0.2%
191
0.0%
383
0.0%
4800
47
0.0%
95
0.0%
51
0.2%
103
0.2%
95
0.0%
191
0.0%
9600
23
0.0%
47
0.0%
25
0.2%
51
0.2%
47
0.0%
95
0.0%
14.4k
15
0.0%
31
0.0%
16
2.1%
34
-0.8%
31
0.0%
63
0.0%
19.2k
11
0.0%
23
0.0%
12
0.2%
25
0.2%
23
0.0%
47
0.0%
28.8k
7
0.0%
15
0.0%
8
-3.5%
16
2.1%
15
0.0%
31
0.0%
38.4k
5
0.0%
11
0.0%
6
-7.0%
12
0.2%
11
0.0%
23
0.0%
57.6k
3
0.0%
7
0.0%
3
8.5%
8
-3.5%
7
0.0%
15
0.0%
76.8k
2
0.0%
5
0.0%
2
8.5%
6
-7.0%
5
0.0%
11
0.0%
115.2k
1
0.0%
3
0.0%
1
8.5%
3
8.5%
3
0.0%
7
0.0%
230.4k
0
0.0%
1
0.0%
0
8.5%
1
8.5%
1
0.0%
3
0.0%
250k
0
-7.8%
1
-7.8%
0
0.0%
1
0.0%
1
-7.8%
3
-7.8%
0.5M
–
–
0
-7.8%
–
–
0
0.0%
0
-7.8%
1
-7.8%
1M
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
0
-7.8%
最大
1.
(1)
230.4 kbps
460.8 kbps
250 kbps
0.5 Mbps
460.8 kbps
921.6 kbps
UBRR = 0, 误差 = 0.0%
151
2512F–AVR–12/03
Table 70. 通用振荡器频率下设置 UBRR 的例子 ( 续 )
fosc = 11.0592 MHz
fosc = 8.0000 MHz
波特率
(bps)
U2X = 0
UBRR
U2X = 1
误差
UBRR
误差
U2X = 0
UBRR
fosc = 14.7456 MHz
U2X = 1
误差
UBRR
U2X = 0
误差
UBRR
误差
U2X = 1
UBRR
误差
2400
207
0.2%
416
-0.1%
287
0.0%
575
0.0%
383
0.0%
767
0.0%
4800
103
0.2%
207
0.2%
143
0.0%
287
0.0%
191
0.0%
383
0.0%
9600
51
0.2%
103
0.2%
71
0.0%
143
0.0%
95
0.0%
191
0.0%
14.4k
34
-0.8%
68
0.6%
47
0.0%
95
0.0%
63
0.0%
127
0.0%
19.2k
25
0.2%
51
0.2%
35
0.0%
71
0.0%
47
0.0%
95
0.0%
28.8k
16
2.1%
34
-0.8%
23
0.0%
47
0.0%
31
0.0%
63
0.0%
38.4k
12
0.2%
25
0.2%
17
0.0%
35
0.0%
23
0.0%
47
0.0%
57.6k
8
-3.5%
16
2.1%
11
0.0%
23
0.0%
15
0.0%
31
0.0%
76.8k
6
-7.0%
12
0.2%
8
0.0%
17
0.0%
11
0.0%
23
0.0%
115.2k
3
8.5%
8
-3.5%
5
0.0%
11
0.0%
7
0.0%
15
0.0%
230.4k
1
8.5%
3
8.5%
2
0.0%
5
0.0%
3
0.0%
7
0.0%
250k
1
0.0%
3
0.0%
2
-7.8%
5
-7.8%
3
-7.8%
6
5.3%
0.5M
0
0.0%
1
0.0%
–
–
2
-7.8%
1
-7.8%
3
-7.8%
1M
–
–
0
0.0%
–
–
–
–
0
-7.8%
1
-7.8%
最大
1.
152
(1)
0.5 Mbps
1 Mbps
691.2 kbps
1.3824 Mbps
921.6 kbps
1.8432 Mbps
UBRR = 0, 误差 = 0.0%
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Table 71. 通用振荡器频率下设置 UBRR 的例子 ( 续 )
fosc = 16.0000 MHz
U2X = 0
fosc = 18.4320 MHz
U2X = 1
U2X = 0
fosc = 20.0000 MHz
U2X = 1
U2X = 0
U2X = 1
波特率
(bps)
UBRR
2400
416
-0.1%
832
0.0%
479
0.0%
959
0.0%
520
0.0%
1041
0.0%
4800
207
0.2%
416
-0.1%
239
0.0%
479
0.0%
259
0.2%
520
0.0%
9600
103
0.2%
207
0.2%
119
0.0%
239
0.0%
129
0.2%
259
0.2%
14.4k
68
0.6%
138
-0.1%
79
0.0%
159
0.0%
86
-0.2%
173
-0.2%
19.2k
51
0.2%
103
0.2%
59
0.0%
119
0.0%
64
0.2%
129
0.2%
28.8k
34
-0.8%
68
0.6%
39
0.0%
79
0.0%
42
0.9%
86
-0.2%
38.4k
25
0.2%
51
0.2%
29
0.0%
59
0.0%
32
-1.4%
64
0.2%
57.6k
16
2.1%
34
-0.8%
19
0.0%
39
0.0%
21
-1.4%
42
0.9%
76.8k
12
0.2%
25
0.2%
14
0.0%
29
0.0%
15
1.7%
32
-1.4%
115.2k
8
-3.5%
16
2.1%
9
0.0%
19
0.0%
10
-1.4%
21
-1.4%
230.4k
3
8.5%
8
-3.5%
4
0.0%
9
0.0%
4
8.5%
10
-1.4%
250k
3
0.0%
7
0.0%
4
-7.8%
8
2.4%
4
0.0%
9
0.0%
0.5M
1
0.0%
3
0.0%
–
–
4
-7.8%
–
–
4
0.0%
1M
0
0.0%
1
0.0%
–
–
–
–
–
–
–
–
最大
1.
(1)
误差
1 Mbps
UBRR
误差
2 Mbps
UBRR
误差
1.152 Mbps
UBRR
误差
2.304 Mbps
UBRR
误差
1.25 Mbps
UBRR
误差
2.5 Mbps
UBRR = 0, 误差 = 0.0%
153
2512F–AVR–12/03
模拟比较器
模拟比较器对正极 AIN0 的值与负极 AIN1 的值进行比较。当 AIN0 上的电压比负极 AIN1
上的电压要高时，模拟比较器的输出 ACO 即置位。比较器的输出可用来触发定时器 / 计
数器 1 的输入捕捉功能。此外，比较器还可触发自己专有的、独立的中断。用户可以选择
比较器是以上升沿、下降沿还是交替变化的边沿来触发中断。 Figure 71 为比较器及其外
围逻辑电路的框图。
Figure 71. 模拟比较器框图 (1)
BANDGAP
REFERENCE
ACBG
Note:
模拟比较器控制和状态寄存器－
ACSR
Bit
1. 模拟比较器的引脚分布见 P2Figure 1 及 P63Table 29
7
6
5
4
3
2
1
0
ACD
ACBG
ACO
ACI
ACIE
ACIC
ACIS1
ACIS0
读/写
R/W
R/W
R
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
N/A
0
0
0
0
0
ACSR
• Bit 7 – ACD: 模拟比较器禁用
ACD 置位时，模拟比较器的电源被切断。可以在任何时候设置此位来关掉模拟比较器。这
可以减少器件工作模式及空闲模式下的功耗。改变 ACD 位时，必须清零 ACSR 寄存器的
ACIE 位来禁止模拟比较器中断。否则 ACD 改变时可能会产生中断。
• Bit 6 – ACBG: 选择模拟比较器的能隙基准源
ACBG 置位后，模拟比较器的正极输入由能隙基准源所取代。否则， AIN0 连接到模拟比
较器的正极输入。见 P46“ 片内基准电压 ” 。
• Bit 5 – ACO: 模拟比较器输出
模拟比较器的输出经过同步后直接连到 ACO。同步机制引入了 1-2 个时钟周期的延时。
• Bit 4 – ACI: 模拟比较器中断标志
当比较器的输出事件触发了由 ACIS1 及 ACIS0 定义的中断模式时，ACI 置位。如果 ACIE
和 SREG 寄存器的全局中断标志 I 也置位，那么模拟比较器中断服务程序即得以执行，同
时 ACI 被硬件清零。 ACI 也可以通过写 "1” 来清零。
• Bit 3 – ACIE: 模拟比较器中断使能
当 ACIE 位被置 "1” 且状态寄存器中的全局中断标志 I 也被置位时，模拟比较器中断被激
活。否则中断被禁止。
• Bit 2 – ACIC: 模拟比较器输入捕获使能
ACIC 置位后允许通过模拟比较器来触发 T/C1 的输入捕捉功能。此时比较器的输出被直接
连接到输入捕捉的前端逻辑，从而使得比较器可以利用 T/C1 输入捕捉中断逻辑的噪声抑
制器及触发沿选择功能。 ACIC 为 "0” 时模拟比较器及输入捕捉功能之间没有任何联系。
154
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
为了使比较器可以触发 T/C1 的输入捕捉中断，定时器中断屏蔽寄存器 TIMSK 的 TICIE1
必须置位。
• Bits 1, 0 – ACIS1, ACIS0: 模拟比较器中断模式选择
这两位确定触发模拟比较器中断的事件。 Table 72 给出了不同的设置。
Table 72. ACIS1/ACIS0 设置
中断模式
ACIS1
ACIS0
0
0
比较器输出变化即可触发中断
0
1
保留
1
0
比较器输出的下降沿产生中断
1
1
比较器输出的上升沿产生中断
需要改变 ACIS1/ACIS0 时，必须清零 ACSR 寄存器的中断使能位来禁止模拟比较器中
断。否则有可能在改变这两位时产生中断。
155
2512F–AVR–12/03
支持引导装入程序－在
写的同时可以读
(RWW, Read-WhileWrite) 的自我编程能力
Boot Loader 为通过 MCU 本身来下载和上载程序代码提供了一个真正的同时读 - 写 (ReadWhile-Write，以下简称 RWW) 自编程机制。这一特点使得系统可以在 MCU 的控制下，通
过驻留于程序 Flash 的 Boot Loader，灵活地进行应用软件升级。 Boot Loader 可以使用
任何器件具有的数据接口和相关的协议获得代码并把代码 ( 程序 ) 写入 Flash，或者从程
序存储器读取代码。Boot Loader 区的程序可以写整个 Flash，包括 Boot Loader 区本身。
因而 Boot Loader 可以对其自身进行修改，甚至将自己擦除。 Boot Loader 存储器空间的
大小可以通过熔丝位进行配置。 Boot Loader 具有两套程序加密位，各自可以独立设置，
给用户提供了选择保护级的灵活性。
特点
•
•
•
•
•
•
•
RWW 自编程
灵活的 Boot Loader 存储区配置
高度的安全性 ( 有单独的 Boot 锁定位实现灵活的程序保护 )
有独立的熔丝位用于选择复位向量
优化的页 (1) 大小
代码优化的算法
有效的 RWW 支持
Note:
1. 页是 Flash 的组成部分，由数个字节组成 ( 见 P173Table 89)，在编程过程中使用。页的
组织结构不影响正常的操作。
应用程序 Flash 区以及引导 Flash 由两个区构成，应用区和 Boot Loader 区 ( 见 Figure 73)。两个区的存储空间大小由
BOOTSZ 熔丝位配置，如 P167Table 78 和 Figure 73 所示。由于两个区使用不同的锁定
程序 Flash 区
位，所以可以具有不同的加密级别。
应用程序区
应用区是 Flash 用来存储应用代码的区域。应用区的保护级别通过应用 Boot 锁定位 (Boot
锁定位 0) 确定，详见 P159Table 74。由于 SPM 指令在应用区执行时是无效的，所以应
用区不能用来存储 Boot Loader 代码。
BLS －引导程序区
应用区用来存储应用代码，而 Boot Loader 软件必须保存在 BLS。这是因为只有在 BLS
运行时 SPM 指令才有效。SPM 指令可以访问整个 Flash，包括 BLS 本身。Boot Loader
区的保护级别通过 Boot Loader 锁定位 (Boot 锁定位 1) 确定，详见 P159Table 75。
RWW Flash 区及非 RWW
Flash 区
CPU 是否支持 RWW，或者 CPU 是否在利用 Boot Loader 软件进行代码更新时停止，取决
于被编程的是哪个地址。除了前面所述的通过 BOOTSZ 熔丝位配置的两个区之外，Flash
还可以分成两个固定的区——同时读 - 写 (RWW) 区和非同时读 - 写 (NRWW) 区。RWW和 NRWW 的分界在 P167Table 79 和 P158Figure 73 给出。两个区的主要区别是：
•
对 RWW 区内的页进行擦除或写操作时可以读 NRWW 区
•
对 NRWW 区内的页进行擦除或写操作时， CPU 停止
注意，Boot Loader 软件工作时，用户软件不能读取位于 RWW 区内的任何代码。"RWW
区 “ 指的是被编程 ( 擦除或写 ) 的那个存储区，而不是利用 Boot Loader 软件进行代码更
新过程中实际被读取的那部分。
RWW 区
156
如果 Boot Loader 软件是对 RWW 区内的某一页进行编程，则可以从 Flash 中读取代码，
但只限于 NRWW 区内的代码。在 Flash 编程期间，用户软件必须保证没有对 RWW 区的
读访问。如果用户软件在编程过程中试图读取位于 RWW 区的代码 ( 如通过 call/jmp/lpm
指令或中断 )，软件可能会终止于一个未知状态。为了避免这种情况的发生，需要禁止中
断或将其转移到 Boot Loader 区。 Boot Loader 总是位于 NRWW 存储区。只要 RWW 区
处于不能读访问的状态，存储程序存储器控制和状态寄存器 (SPMCSR) 的 RWW 区忙标
志位 RWWSB 置位。编程结束后，要在读取 位于 RWW 区的代码之前通过软件清除
RWWSB。具体如何清除RWWSB请参见P159“保存程序存储器控制寄存器– SPMCR” 。
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
非 RWW 区－ NRWW
在 Boot Loader 软件更新 RWW 区的某一页时，可以读取位于 NRWW 区的代码。当 Boot
Loader 代码更新 NRWW 区时，在整个页擦除或写操作过程中 CPU 被挂起。
Table 73. RWW 的特点
编程过程中 Z 指针寻址哪个区
?
编程过程中可以读取哪个
区?
CPU 挂起吗 ?
支持 RWW 吗
?　RWW 区
NRWW 区
不
是
NRWW 区
无
是
不
Figure 72. RWW 与 NRWW
Read-While-Write
(RWW) Section
Z-pointer
Addresses RWW
Section
Z-pointer
Addresses NRWW
Section
No Read-While-Write
(NRWW) Section
CPU is Halted
during the Operation
Code Located in
NRWW Section
Can be Read during
the Operation
157
2512F–AVR–12/03
Figure 73. 存储器区 (1)
Program Memory
BOOTSZ = '10'
Program Memory
BOOTSZ = '11'
$0000
No Read-While-Write Section
Read-While-Write Section
Application Flash Section
End RWW
Start NRWW
Application Flash Section
Boot Loader Flash Section
End Application
Start Boot Loader
Flashend
No Read-While-Write Section
Read-While-Write Section
$0000
Program Memory
BOOTSZ = '01'
Application Flash Section
End RWW
Start NRWW
Application Flash Section
End Application
Start Boot Loader
Boot Loader Flash Section
Flashend
Program Memory
BOOTSZ = '00'
$0000
No Read-While-Write Section
End RWW
Start NRWW
Application Flash Section
End Application
Start Boot Loader
Boot Loader Flash Section
Flashend
Note:
引导程序区锁定位
Read-While-Write Section
Application Flash Section
No Read-While-Write Section
Read-While-Write Section
$0000
Application flash Section
End RWW, End Application
Start NRWW, Start Boot Loader
Boot Loader Flash Section
Flashend
1. 上图中的参数在 P167Table 78 中给出。
如果不需要 Boot Loader 功能，则整个 Flash 都可以为应用代码所用。 Boot Loader 具有
两套可以独立设置的 Boot 锁定位。用户可以灵活地选择不同的代码保护方式。
用户可以选择：
•
保护整个 Flash 区，不让 MCU 进行软件升级
•
不允许 MCU 升级 Boot Loader Flash 区
•
不允许 MCU 升级应用 Flash 区
•
允许 MCU 升级整个 Flash 区
详细内容请参见 Table 74 与 Table 75。Boot 锁定位可以通过软件、串行下载或并行编程
进行设置，但只能通过芯片擦除命令清除。通用的写锁定位 ( 锁定位模式 2) 不限制通过
SPM 指令对 Flash 进行编程。与此类似，通用的读 / 写锁定位 ( 锁定位模式 1) 也不限制通过
LPM/SPM 指令对闪存进行读 / 写访问。
158
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Table 74. Boot 锁定位 0 保护模式 ( 应用区 )(1)
BLB0 模式
BLB02
BLB01
保护
1
1
1
允许 SPM/LPM 指令访问应用区
2
1
0
不允许 SPM 指令对应用区进行写操作
3
0
0
不允许 SPM 指令对应用区进行写操作，也不允许运行于
Boot Loader 区的 LPM 指令从应用区读取数据。若中断向量
位于 Boot Loader 区，那么执行应用区代码时中断是禁止
的。
4
0
1
不允许运行于 Boot Loader 区的 LPM 指令从应用区读取数
据。若中断向量位于 Boot Loader 区，那么执行应用区代
码时中断是禁止的。
1. “1” 表示未编程，“0” 表示已编程。
Note:
Table 75. Boot 锁定位 1 保护模式 (Boot Loader 区 )(1)
BLB1 模式
BLB12
BLB11
1
1
1
允许 SPM/LPM 指令访问 Boot Loader 区
2
1
0
不允许 SPM 指令对 Boot Loader 区进行写操作
Note:
进入引导程序
保护
3
0
0
不允许 SPM 指令对 Boot Loader 区进行写操作，也不允许
运行于应用区的 LPM 指令从 Boot Loader 区读取数据。若
中断向量位于应用区，那么执行 Boot Loader 区代码时中
断是禁止的。
4
0
1
不允许运行于应用区的 LPM 指令从 Boot Loader 区读取数
据。若中断向量位于应用区，那么执行 Boot Loader 区代
码时中断是禁止的。
1. “1” 表示未编程，“0” 表示已编程。
通过跳转指令或从应用区调用的方式可以进入 Boot Loader。这些操作可以由一些触发信
号启动，比如通过 USART 或 SPI 接口接收到了相关的命令。另外，可以通过编程 Boot
复位熔丝位使得复位向量指向 Boot 区的起始地址。这样，复位后 Boot Loader 立即就启
动了。加载了应用代码后，程序开始执行应用代码。 MCU 本身不能改变熔丝位的设置。
也就是说，一旦 Boot 复位熔丝位被编程，复位向量将一直指向 Boot 区的起始地址。熔丝
位只能通过串行或并行编程的方法来改变。
Table 76. Boot 复位熔丝位 (1)
复位地址
BOOTRST
Note:
保存程序存储器控制寄存器－
SPMCR
1
复位向量 = 应用区复位 ( 地址 0x0000)
0
复位向量 =Boot Loader 复位 ( 见 P167Table 78)
1. “1” 意味着未编程 , “0” 意味着已编程。
存贮程序存储控制器和状态寄存器包括了控制 Boot Loader 操作所需的控制位。
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
SPMIE
RWWSB
–
RWWSRE
BLBSET
PGWRT
PGERS
SPMEN
读/写
R/W
R
R
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
初始值
0
0
0
0
0
0
0
0
SPMCR
• Bit 7 – SPMIE: SPM 中断使能
159
2512F–AVR–12/03
SPMIE 置位后，如果状态寄存器的 I 位也置位，SPM 中断即被使能。只要 SPMCSR 寄存器
的 SPMEN 清零， SPM 中断将被执行。
• Bit 6 – RWWSB:RWW 区忙
启动对 RWW 区的自编程 ( 页擦除或页写入 ) 操作时， RWWSB 被硬件置 1。 RWWSB
置位时不能访问 RWW 区。自编程操作完成后，如果 RWWSRE 位为 1， RWWSB 位将
被清除。另外，启动页加载操作将使 RWWSB 位自动清零。
• Bit 5 – Res: 保留位
保留位，读操作返回值为 "0”。
• Bit 4 – RWWSRE: RWW 区读使能
RWW区处于编程(页擦除或页写入)状态时，RWW区的读操作(RWWSB被硬件置"1”)将被
阻塞。用户软件必须等到编程结束(SPMEN清零)才能重新使能RWW区。如果 RWWSRE
位和SPMEN同时被写入"1”，则在紧接着的四个时钟周期内的SPM指令将再次使能RWW
区。如果 Flash 忙于页擦除或页写入 (SPMEN 置位 ),RWW 区不能被使能。如果 Flash 加
载与 RWWSRE 写操作同时发生，则 Flash 加载操作终止，加载的数据亦将丢失。
• Bit 3 – BLBSET: Boot 锁定位设置
如果这一位和 SPMEN 同时置位，发生于紧接着的四个时钟周期内的 SPM 指令会根据 R0
中的数据设置 Boot 锁定位。R1 中的数据和 Z 指针的地址信息被忽略。锁定位设置完成，
或在四个时钟周期内没有 SPM 指令被执行时， BLBSET 自动清零。
在 SPMCSR 寄存器的 BLBSET 和 SPMEN 置位后的三个周期内运行的 LPM 指令将读取
锁定位或熔丝位 ( 取决于 Z 指针的 Z0) 并送到目的寄存器。详见 P164“ 以软件方式读取熔
丝位和锁定位 ” 。
• Bit 2 – PGWRT: 页写入
如果这一位和 SPMEN 同时置位，发生于紧接着的四个时钟周期内的 SPM 指令执行页写
功能，将临时缓冲器中存储的数据写入 Flash。页地址取自 Z 指针的高位部分。R1 和 R0
的数据则被忽略。页写操作完成，或在四个时钟周期内没有 SPM 指令被执行时，PGWRT
自动清零。如果页写对象为 NRWW 区，在整个页写操作过程中 CPU 停止。
• Bit 1 – PGERS: 页擦除
如果这一位和 SPMEN 同时置位，发生于紧接着的四个时钟周期内的 SPM 指令执行页擦
除功能。页地址取自 Z 指针的高位部分。 R1 和 R0 的数据则被忽略。页擦除操作完成，
或在四个时钟周期内没有SPM指令被执行时，PGERS自动清零。如果页写对象为NRWW
区，在整个页擦除操作过程中 CPU 停止。
• Bit 0 – SPMEN: 存贮程序存储器使能
这 一 位 使 能 紧 接 着 的 四 个 时 钟 周 期 内 的 SPM 指 令。如 果 将 这 一 位 和 RWWSRE、
BLBSET、PGWRT 或 PGERS 之一同时置位，则如上所述，接下来的 SPM 指令将有特殊
的含义。如果只有 SPMEN 置位，那么接下来的 SPM 指令将把 R1:R0 中的数据存储到由
Z 指针确定的临时页缓冲器。Z 指针的 LSB 被忽略。SPM 指令完成，或在四个时钟周期内
没有 SPM 指令被执行时， SPMEN 自动清零。在页擦除和页写过程中 SPMEN 保持为 1
直到操作完成。
在低五位中写入除 “10001”、 “01001”、 “00101”、 “00011” 或 “00001” 之外的任何组合都
无效。
在自编程时访问 Flash
Z 指针用于 SPM 命令的寻址。
Bit
160
15
14
13
12
11
10
9
8
ZH (R31)
Z15
Z14
Z13
Z12
Z11
Z10
Z9
Z8
ZL (R30)
Z7
Z6
Z5
Z4
Z3
Z2
Z1
Z0
7
6
5
4
3
2
1
0
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
由于 Flash 存储器是以页的形式组织 ( 见 P173Table 89) 起来的，程序计数器可看作由两
个部分构成：其一为实现页内寻址的低位部分；其次为实现页寻址的高位部分，如 Figure
74 所示。由于页擦除和页写操作的寻址是相互独立的，因此保证 Boot Loader 软件在页擦
除和页写操作时寻址相同的页是最重要的。一旦编程操作开始启动，地址就被锁存，然后
Z 指针可以用作其他用途了。
唯一不使用 Z 指针的 SPM 操作是设置 Boot Loader 锁定位。Z 指针的内容被忽略。(LPM
指令也使用 Z 指针来保存地址。由于这个指令的寻址逐字节地进行，所以 Z 指针的 LSB
位 ( 位 Z0) 也使用到了。
Figure 74. SPM(1)(2) 的寻址
BIT
15
ZPCMSB
ZPAGEMSB
Z - REGISTER
1 0
0
PCMSB
PROGRAM
COUNTER
PAGEMSB
PCPAGE
PAGE ADDRESS
WITHIN THE FLASH
PROGRAM MEMORY
PAGE
PCWORD
WORD ADDRESS
WITHIN A PAGE
PAGE
INSTRUCTION WORD
PCWORD[PAGEMSB:0]:
00
01
02
PAGEEND
Notes:
Flash 的自编程
1. Figure 74 中所用的不同的变量在 P168Table 80 列出。
2. PCPAGE 与 PCWORD 在 P173Table 89 中给出。
程序存储器的更新以页的方式进行。在用临时页缓冲器存储的数据对一页存储器进行编
程时，首先要将这一页擦除。 SPM 指令以一次一个字的方式将数据写入临时页缓冲器。
临时页缓冲器的写入可以在页擦除命令之前完成，也可以在页擦除和页写操作之间完成。
方案 1，在页擦除前写缓冲器：
•
写临时页缓冲器
•
执行页擦除操作
•
执行页写操作
方案 2，在页擦除后写缓冲器：
•
执行页擦除操作
•
写临时页缓冲器
•
执行页写操作
如果只需要改变页的一部分，则在页擦除之前必须将页中其他部分存储起来 ( 如保存于临
时页缓冲区中 )，然后再写回 Flash。使用方案 1 时， Boot Loader 提供了一个有效的读 修改 - 写特性，允许用户软件首先读取页中的内容，然后对内容做必要的改变，接着把修
161
2512F–AVR–12/03
改后的数据写回 Flash。如果使用方案 2，则无法读取旧数据，因为页已经被擦除了。 临
时页缓冲区可以随意寻址。保证在页擦除和页写操作中寻址相同的页是很关键的。汇编代
码的例子请参见 P165“ 一个简单的引导程序汇编代码 ” 。
162
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
通过 SPM 执行页擦除
装载临时缓冲器 ( 页加载 )
执行页擦除操作首先需要设置 Z 指针与 RAMPZ 的地址信息，然后将 “X0000011” 写入
SPMCSR，最后在其后的四个时钟周期内执行 SPM。R1 和 R0 中的数据被忽略。页地址
必须写入 Z 寄存器的 PCPAGE。 Z 指针的其他位被忽略。
•
擦除 RWW 区的页：在页擦除过程中可以读取 NRWW 区
•
擦除 NRWW 区的页：在操作过程中 CPU 停止
写一个指令字首先需要设置 Z 指针的地址信息，以及将指令字写入 R1:R0，然后将
“00000001” 写入 SPMCSR，最后在其后的四个时钟周期内执行 SPM。 Z 寄存器中
PCWORD 的内容用来寻址临时缓冲区。 页写操作完成，或置位 SPMCSR 寄存器的
RWWSRE 将使临时缓冲区自动擦除。系统复位也会擦除临时缓冲区。但是如果不清除临
时缓冲区就只能对每个地址进行一次写操作。
Note:
执行页写操作
如果对 EEPROM 的写入是在 SPM 页载入的中部，所有载入的数据将会丢失。
执行页写操作首先需要设置 Z 指针的地址信息，然后将 “X0000101” 写入 SPMCSR，最
后在其后的四个时钟周期内执行 SPM。R1 和 R0 中的数据被忽略。页地址必须写入 Z 寄
存器的 PCPAGE。 Z 指针的其他位被忽略。
•
擦除 RWW 区的页：在页擦除过程中可以读取 NRWW 区
•
擦除 NRWW 区的页：在页写过程中 CPU 停止
使用 SPM 中断
如果 SPM 中断使能，则 SPMCSR 寄存器的 SPMEN 清零将产生中断。这意味着软件可
以利用中断来代替对 SPMCSR 寄存器的查询。使用 SPM 中断时，要将中断向量移到
BLS，以避免 RWW 区读禁止时中断程序却访问它。如何移动中断向量请见 P50“ 中断 ” 。
更新 BLS 时需要考虑的问题
通过不编程 Boot 锁定位 11 的方式来更新 Boot Loader 区时需要给予格外关注。对 Boot
Loader 本身进行的误操作会破坏整个 Boot Loader ，造成软件无法更新。如果程序不需要
改变 Boot Loader，建议对 Boot 锁定位 11 编程，以防止不小心改变了 Boot Loader。
在自编程时防止读取 RWW 区
在自编程过程中 ( 页擦除或页写 )，对 RWW 区的访问被阻塞。用户软件要避免此情况发
生。 RWW 区忙将使 SPMCSR 寄存器的 RWWSB 置位。在自编程时，如 P50“ 中断 ” 所
述，中断向量表应该移到 BLS 中，或者禁止中断。编程结束后，在寻址 RWW 区之前用
户软件必须对 RWWSRE 写 1 来清零 RWWSB。例子请见 P165“ 一个简单的引导程序汇
编代码 ” 。
163
2512F–AVR–12/03
通过 SPM 设置引导程序锁定位
设置Boot Loader 锁定位首先要给R0赋予期望的数据，然后将“X0001001”写入SPMCSR
寄存器，并在紧接着的四个时钟周期内执行 SPM 指令。唯一可访问的锁定位是 Boot
Loader 锁定位。利用这个锁定位可以阻止 MCU 对应用程序和 Boot Loader 软件的更新。
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
R0
1
1
BLB12
BLB11
BLB02
BLB01
1
1
不同的 Boot Loader 锁定位设置对 Flash 访问的影响请参见 Table 74 与 Table 75。
如果 R0 的 5..2 位为 0，并且在 SPMCSR 寄存器的 BLBSET 和 SPMEN 置位之后的四个
周期内执行了 SPM 指令，相应的 Boot 锁定位将被编程。 此操作不使用 Z 指针，但出于
兼容性的考虑，建议将 Z 指针赋值为 0x0001( 与读 lOck 位的操作相同 )。同样出于兼容性
的考虑，建议在写锁定位时将 R0 中的 7、 6、 1 和第 0 位置 "1”。在编程锁定位的过程中
可以自由访问整个 Flash 区。
写 EEPROM 将阻止写 SPMCR
EEPROM 写操作会阻塞对 Flash 的编程，也会阻塞对熔丝位和锁定位的读操作。建议用户
在对 SPMCSR 寄存器进行写操作之前首先检查 EECR 寄存器的状态位 EEWE，确保此
位以被清除。
以软件方式读取熔丝位和锁定位
熔丝位和锁定位可以通过软件读取。读锁定位时，需要将 0x0001 赋予给 Z 指针并且置位
SPMCSR寄存器的BLBSET 和 SPMEN。在SPMCSR操作之后的三个CPU周期内执行的
LPM 指令将把锁定位的值将加载到目的寄存器。 读锁定位操作结束，或者在三个 CPU 周
期内没有 执行 LPM 指令，或在四个 CPU 周期内没有执行 SPM 指令，BLBSET 和 SPMEN
位将自动硬件清零。 BLBSET 和 SPMEN 清零后， LPM 将按照指令手册中所描述的那样
工作。
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
Rd
–
–
BLB12
BLB11
BLB02
BLB01
LB2
LB1
读取熔丝位低字节的算法和上述读取锁定位的算法类似。要读取熔丝位低字节，需要将
0x0000赋予给Z指针并且置位SPMCSR寄存器的BLBSET 和 SPMEN。在SPMCSR操作
之后的三个 CPU 周期内执行的 LPM 指令将把熔丝位低位字节的值 (FLB) 加载到目的寄存
器。更详细的说明及熔丝位低位字节映射的细节请参见 P170Table 84 。
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
Rd
FLB7
FLB6
FLB5
FLB4
FLB3
FLB2
FLB1
FLB0
类似的，读取熔丝位高位字节时，需要将 0x0003 赋予给 Z 指针并且置位 SPMCR 寄存器
的 BLBSET 和 SPMEN。在 SPMCSR 操作之后的三个 CPU 周期内执行的 LPM 指令将把
熔丝位高位字节的值 (FHB) 加载到目的寄存器。更详细的说明及熔丝位高位字节映射的细
节请参见 P170Table 83。
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
Rd
FHB7
FHB6
FHB5
FHB4
FHB3
FHB2
FHB1
FHB0
被编程的熔丝位和锁定位的读返回值为 "0”。未被编程的熔丝位和锁定位的读返回值为
"1”。
防止 Flash 的内容损毁
VCC 低于工作电压时，CPU 和 Flash 正常工作无法保证，Flash 的内容可能受到破坏。这个
问题对于应用于板级系统的独立 Flash 一样存在。所以也要采用同样的解决方案。
电压太低时有两种情况可以破坏 Flash 内容。第一， Flash 写过程需要一个最低电压。第
二，电压太低时 CPU 本身会错误地执行指令。
通过遵循以下设计建议可以避免 Flash 被破坏 ( 采用其中之一就足够了 )：
164
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
1. 如果系统不需要更新 Boot Loader，建议编程 Boot Loader 锁定位以防止 Boot
Loader 软件更新
2. 电源电压不足期间，保持 AVR RESET 为低：采用的方式为：如果工作电压与检测
电平相匹配，可以使能 BOD 功能；否则可以使用外部复位保护电路。如果在写操
作进行中发生了复位，只要电源电压足够，写操作还会完成。
3. 低电压期间保持 AVR 内核处于掉电休眠模式。这样可以防止 CPU 解码并执行指
令，有效地保护 SPMCR 寄存器，从而保护 Flash 被无意识得修改掉。
使用 SPM 时的 Flash 编程时间
片内校准的 RC 振荡器用于 Flash 寻址时序控制。Table 77 给出了 CPU 访问 Flash 的典
型编程时间。
Table 77. SPM 编程时间
一个简单的引导程序汇编代码
符号
最小编程时间
最大编程时间
Flash 写操作 ( 通过 SPM 实现页擦除、
页写、及写锁定位 )
3.7 ms
4.5 ms
;- 本例程将 RAM 中的一页数据写入 Flash
; Y 指针指向 RAM 的第一个数据单元
;Z 指针指向 Flash 的第一个数据单元
;- 本例程没有包括错误处理
;- 该程序必须放置于 Boot 区 ( 至少 Do_spm 子程序是如此 )
; 在自编程过程中 ( 页擦除和页写操作 ) 只能读访问 NRWW 区的代码
;- 使用的寄存器：r0、 r1、 temp1 (r16)、 temp2 (r17)、 looplo (r24)、
; loophi (r25)、 spmcrval (r20)
; 在程序中不包括寄存器内容的保护和恢复
; 在牺牲代码大小的情况下可以优化寄存器的使用
;- 假设中断向量表位于 Boot loader 区 , 或者中断被禁止。
.equ PAGESIZEB = PAGESIZE*2
;PAGESIZEB 是以字节为单位的页大小，不是以字为单
位
.org SMALLBOOTSTART
Write_page:
; 页擦除
ldi
spmcrval, (1<<PGERS) | (1<<SPMEN)
call Do_spm
; 重新使能 RWW 区
ldi
spmcrval, (1<<RWWSRE) | (1<<SPMEN)
call Do_spm
; 将数据从 RAM 转移到 Flash 页缓冲区
ldi
looplo, low(PAGESIZEB)
ldi
loophi, high(PAGESIZEB)
Wrloop:
ld
r0, Y+
ld
r1, Y+
ldi
spmcrval, (1<<SPMEN)
call Do_spm
adiw ZH:ZL, 2
sbiw loophi:looplo, 2
brne Wrloop
; 初始化循环变量
;PAGESIZEB<=256 时不需要此操作
;PAGESIZEB<=256 时请使用 subi
; execute page write
subi ZL, low(PAGESIZEB)
; 复位指针
sbci ZH, high(PAGESIZEB)
;PAGESIZEB<=256 时不需要此操作
ldi
spmcrval, (1<<PGWRT) | (1<<SPMEN)
call Do_spm
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2512F–AVR–12/03
; 重新使能 RWW 区
ldi
spmcrval, (1<<RWWSRE) | (1<<SPMEN)
call Do_spm
; 读回数据并检查，为可选操作
ldi
looplo, low(PAGESIZEB)
ldi
loophi, high(PAGESIZEB)
subi YL, low(PAGESIZEB)
sbci YH, high(PAGESIZEB)
Rdloop:
lpm
r0, Z+
ld
r1, Y+
cpse r0, r1
jmp
Error
sbiw loophi:looplo, 1
brne Rdloop
; 初始化循环变量
;PAGESIZEB<=256 时不需要此操作
; 复位指针
;PAGESIZEB<=256 时请使用 subi
; 返回到 RWW 区
; 确保 RWW 区已经可以安全读取
Return:
in
temp1, SPMCR
sbrs temp1, RWWSB
; 若 RWWSB 为 "1"，说明 RWW 区还没有准备好
ret
; 重新使能 RWW 区
ldi
spmcrval, (1<<RWWSRE) | (1<<SPMEN)
call Do_spm
rjmp Return
Do_spm:
; 检查先前的 SPM 操作是否已经完成
Wait_spm:
in
temp1, SPMCR
sbrc temp1, SPMEN
rjmp Wait_spm
; 输入：spmcrval 决定了 SPM 操作
; 禁止中断，保存状态标志
in
temp2, SREG
cli
; 确保没有 EEPROM 写操作
Wait_ee:
sbic EECR, EEWE
rjmp Wait_ee
; SPM 时间序列
out
SPMCR, spmcrval
spm
; 恢复 SREG ( 如果中断原本是使能的，则使能中断 )
out
SREG, temp2
ret
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ATmega8515(L)
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ATmega8515(L)
ATmega8515 引导程序参数
自编程描述中所用的参数在 Table 78 到 Table 80 中给出。
Table 78. Boot 区大小配置 (1)
应用区
结束地址
Boot 复位地
址 ( Boot
Loader 起始
地址 )
0xF80 0xFFF
0xF7F
0xF80
0x000 0xEFF
0xF00 0xFFF
0xEFF
0xF00
16
0x000 0xDFF
0xE00 0xFFF
0xDFF
0xE00
32
0x000 0xBFF
0xC00 0xFFF
0xBFF
0xC00
应用 Flash
区
Boot
Loader
Flash 区
4
0x000 0xF7F
256 字
8
1
512 字
0
1024
字
BOOTS
Z1
BOOTS
Z0
Boot
区大小
页数
1
1
128 字
1
0
0
0
Note:
1. 不同的 BOOTSZ 熔丝位配置请参见 Figure 73。
Table 79. RWW 界限 (1)
Flash 区
页数
寻址范围
同时读 - 写区 (RWW)
96
0x000 - 0xBFF
非同时读 - 写区 (NRWW)
32
0xC00 - 0xFFF
Note:
1. 关于两个区的详细说明请见 P157“ 非 RWW 区 – NRWW” 与 P156“RWW 区 ” 。
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2512F–AVR–12/03
Table 80. Figure 74 中所用变量的说明及 Z 指针的映射 (1)
变量
说明
PCMSB
11
程序计数器的最高位 ( 程序计数器为 12 位
PC[11:0])
PAGEMSB
4
用于页内字寻址的最高位 ( 一页有 32 个字，需
要 5 位 PC [4:0])
ZPCMSB
Z12
Z 寄存器与 PCMSB 对应的位。由于没有使用
Z0 ， ZPCMSB 等于 PCMSB + 1
ZPAGEMSB
Z5
Z寄存器与PAGEMSB对应的位。由于没有使用
Z0 ， ZPAGEMSB 等于 PAGEMSB + 1
PCPAGE
PC[11:5]
Z12:Z6
程序计数器页地址：在页擦除和页写操作中进
行页选择
PCWORD
PC[4:0]
Z5:Z1
程序计数器字地址：为填充临时缓冲区进行字
选择 ( 在页写过程中必须为 0)
Note:
168
相应的 Z 指针
1. Z15:Z13: 不计
Z0: 对所有的 SPM 命令都为 "0”， 对 LPM 指令的位选择。
关于自编程过程中 Z 指针的使用请参见 P160“ 在自编程时访问 Flash” 。
ATmega8515(L)
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ATmega8515(L)
存储器编程
程序及数据存储器锁定位
ATmega8515 提供了6个锁定位，根据其被编程(“0”)还是没有被编程 (“1”)的情况可以获得
Table 82 列出的附加性能。锁定位只能通过芯片擦除命令擦写为 “1”。
Table 81. 锁定位字节 (1)
锁定位字节
位号
说明
默认值
7
–
1 ( 未编程 )
6
–
1 ( 未编程 )
BLB12
5
Boot 锁定位
1 ( 未编程 )
BLB11
4
Boot 锁定位
1 ( 未编程 )
BLB02
3
Boot 锁定位
1 ( 未编程 )
BLB01
2
Boot 锁定位
1 ( 未编程 )
LB2
1
锁定位
1 ( 未编程 )
LB1
0
锁定位
1 ( 未编程 )
1. “1” 表示未编程，“0” 表示被编程。
Note:
Table 82. 锁定位保护模式 (2)
存储器锁定位
保护类型
LB 模式
LB2
LB1
1
1
1
没有使能存储器保护特性
2
1
0
在并行和串行编程模式中 Flash 和 EEPROM 的进一步编程
被禁止，熔丝位被锁定。 (1)
3
0
0
在并行和串行编程模式中 Flash 和 EEPROM 的进一步编程
及验证被禁止，锁定位和熔丝位被锁定 (1)
BLB0 模式
BLB02
BLB01
1
1
1
SPM 和 LPM 对应用区的访问没有限制
2
1
0
不允许 SPM 对应用区进行写操作
3
0
0
不允许 SPM 指令对应用区进行写操作，也不允许运行于
Boot Loader 区的 LPM 指令从应用区读取数据。若中断向量
位于 Boot Loader 区，那么执行应用区代码时中断是禁止
的。
4
0
1
不允许运行于 Boot Loader 区的 LPM 指令从应用区读取数
据。若中断向量位于 Boot Loader 区，那么执行应用区代
码时中断是禁止的。
BLB1 模式
BLB12
BLB11
1
1
1
允许 SPM/LPM 指令访问 Boot Loader 区
169
2512F–AVR–12/03
Table 82. 锁定位保护模式 (2) (Continued)
存储器锁定位
2
0
不允许 SPM 指令对 Boot Loader 区进行写操作
3
0
0
不允许 SPM 指令对 Boot Loader 区进行写操作，也不允许
运行于应用区的 LPM 指令从 Boot Loader 区读取数据。若
中断向量位于应用区，那么执行 Boot Loader 区代码时中
断是禁止的。
4
0
1
不允许运行于应用区的 LPM 指令从 Boot Loader 区读取数
据。若中断向量位于应用区，那么执行 Boot Loader 区代
码时中断是禁止的。
Notes:
熔丝位
1
保护类型
1. 在编程锁定位前先编程熔丝位。
2. “1” 表示未被编程 , “0” 表示被编程。
ATmega8515 有两个熔丝位字节。Table 83 与 Table 84 简单地描述了所有熔丝位的功能
以及他们是如何映射到熔丝字节的。如果熔丝位被编程则读返回值为 “0”。
Table 83. 熔丝位高字节
熔丝高字节
位号
说明
默认值
S8515C
7
AT90S4414/8515 兼容模式
1 ( 未编程 )
WDTON
6
看门狗定时器开
1 ( 未编程 )
5
使能串行程序和数据下载
0 ( 已编程，SPI 编程使能 )
CKOPT(3)
4
振荡器选项
1 ( 未编程 )
EESAVE
3
执行芯片擦除时 EEPROM 的内容
保留
1 ( 未编程，EEPROM 内容
不保留 )
BOOTSZ1
2
选择 Boot 区大小 ( 详见 Table 78)
0 ( 已编程 )(4)
BOOTSZ0
1
选择 Boot 区大小 ( 详见 Table 78)
0 ( 已编程 )(4)
BOOTRST
0
选择复位向量
1 ( 未编程 )
SPIEN
Notes:
(1)(2)
1.
2.
3.
4.
详见 P4“AT90S4414/8515 兼容模式 ” 。
在 SPI 串行编程模式下 SPIEN 熔丝位不可访问。
CKOPT 熔丝位功能由 CKSEL 位设置决定，详见 P31“ 时钟源 ” 。
BOOTSZ1..0 默认值为最大 Boot 大小，详见 P167Table 78。
Table 84. 熔丝位低位字节
熔丝位低位字节
说明
默认值
BODLEVEL
7
BOD 触发电平
1 ( 未编程 )
BODEN
6
BOD 使能
1 ( 未编程， BOD 禁用 )
SUT1
5
选择启动时间
1 ( 未编程 )(1)
SUT0
4
选择启动时间
0 ( 已编程 )(1)
CKSEL3
3
选择时钟源
0 ( 已编程 )(2)
CKSEL2
2
选择时钟源
0 ( 已编程 )(2)
CKSEL1
1
选择时钟源
0 ( 已编程 )(2)
CKSEL0
0
选择时钟源
1 ( 未编程 )(2)
Notes:
170
位号
1. 对于默认时钟源，SUT1..0 的默认值给出最大的起动时间。详细内容见 P35Table 13。
2. CKSEL3..0的默认设置导致了片内RC振荡器运行于1 MHz。详细内容见 P31Table 5。
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
熔丝位的状态不受芯片擦除命令的影响。如果锁定位 1(LB1) 被编程则熔丝位被锁定。在
编程锁定位前先编程熔丝位。
锁存熔丝位
芯片进入编程模式时熔丝位的值被锁存。其间熔丝位的改变不会生效，直到芯片退出编程
模式。不过这不适用于 EESAVE 熔丝位。它一旦被编程立即起作用。在正常工作模式中
器件上电时熔丝位也被锁存。
标识字节
所有的 Atmel 微控制器都具有一个三字节的标识代码用来区分器件型号。这个代码可以通
过串行和并行模式读取，也可以在芯片被锁定时读取。这三个字节分别存储于三个独立的
地址空间。
ATmega8515 标识字节为：
1. $000: $1E ( 表示由 Atmel 公司生产 )
2. $001: $93 ( 表示芯片包含 8KB Flash 存储器 )
3. $002: $06 ( 当 $001 字节的内容为 $93 时表示这是 ATmega8515 )
标定字节
ATmega8515 内部 RC 振荡器的校准值保存于校准字节。这个字节位于标识地址空间
0x000 的高位字节。在复位期间，该字节被自动写入 OSCCAL 寄存器以确保校准的 RC 振
荡器频率的正确性。
标定字节
ATmega8515 内部 RC 振荡器的有四个不同的校准值保存于校准字节。这个字节位于标识
地址空间 0x000、0x0001、0x0002 及 0x0003 的高位字节，分别标定 1、 2、4、 8 MHz。
在复位期间， 1 MHz 的标定值被自动写入 OSCCAL 寄存器。若需要其他频率标定值，则
需手动完成，详见 P35“ 振荡器标定寄存器 – OSCCAL” 。
171
2512F–AVR–12/03
并行编程参数，引脚映射及 这部分描述了如何对 ATmega8515 的 Flash 程序存储器， EEPROM 数据存储器，存储
锁定位及熔丝位进行并行编程和校验。除非另有说明，脉冲宽度至少为 250 ns。
命令
信号名称
在这一节ATmega8515的相关引脚以并行编程信号的名称进行引用，如Figure 75和Table
85 中所示。表中没有描述的引脚沿用原来的称谓。
XA1/XA0 决定了给 XTAL1 引脚一个正脉冲时所执行的操作。具体编码请见 Table 87。
给 WR 或 OE 输入脉冲时所加载的命令决定了要执行的操作。具体命令请参见 Table 88。
Figure 75. 并行编程
+5V
RDY/BSY
PD1
OE
PD2
WR
PD3
BS1
PD4
XA0
PD5
XA1
PD6
PAGEL
PD7
VCC
DATA
PB7 - PB0
+12 V
BS2
RESET
PA0
XTAL1
GND
Table 85. 引脚名称映射
172
编程模式信号的名称
引脚名称
I/O
功能
RDY/BSY
PD1
O
0: 芯片忙于编程 , 1: 芯片等待新的
命令。
OE
PD2
I
输出使能 ( 低电平有效 ).
WR
PD3
I
写脉冲 ( 低电平有效 ).
BS1
PD4
I
字节选择 1(“0” 选择低位字节 , “1”
选择高位字节 ).
XA0
PD5
I
XTAL 动作位 0
XA1
PD6
I
XTAL 动作位 1
PAGEL
PD7
I
加载程序存储器和 EEPROM 数据
页
BS2
PA0
I
字节选择 2(“0” 选择低位字节 , “1”
选择第二个高位字节 )
DATA
PB7-0
I/O
双向数据总线 (OE 为低时输出 )
ATmega8515(L)
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ATmega8515(L)
进入编程模式所需要的引脚值
Table 86.
引脚
符号
数值
PAGEL
Prog_enable[3]
0
XA1
Prog_enable[2]
0
XA0
Prog_enable[1]
0
BS1
Prog_enable[0]
0
Table 87. XA1 和 XA0 的编码
给 XTAL1 施加脉冲激发的动作
XA1
XA0
0
0
加载 Flash 或 EEPROM 地址 ( 通过 BS1 确定是高位还是低位字节 )
0
1
加载数据 ( 通过 BS1 决定是高位还是低位闪存数据字节 )
1
0
加载命令
1
1
无操作，空闲
Table 88. 命令字节编码
命令字节
执行的命令
1000 0000
芯片擦除
0100 0000
写熔丝位
0010 0000
写锁定位
0001 0000
写 Flash
0001 0001
写 EEPROM
0000 1000
读标识字节和校准字节
0000 0100
读熔丝位和锁定位
0000 0010
读 Flash
0000 0011
读 EEPROM
Table 89. 一页包含的字和 Flash 中的页数
Flash 大小
4K 字 (8K 字节 )
页大小
PCWORD
页号
PCPAGE
PCMSB
32 字
PC[4:0]
128
PC[11:5]
11
Table 90. 一页包含的字和 EEPROM 中的页数
EEPROM 大小
页大小
PCWORD
页数
PCPAGE
EEAMSB
512 字节
4 字节
EEA[1:0]
128
EEA[8:2]
8
173
2512F–AVR–12/03
并行编程
进入编程模式
通过下面的算法进入并行编程模式：
1. 在 VCC 及 GND 之间提供 4.5 - 5.5V 的电压 , 再等待至少 100 µs。
2. 将 RESET 拉低，等待至少 100 µs 并至少改变 XTAL1 电平 6 次。
3. 将 P173Table 86 中列出的的 Prog_enable 引脚置为 "0000"，并等待至少 100 ns。
4. 给 RESET 提供 11.5 - 12.5V 的电压。在向 RESET 提供 +12V 电压后的 100 ns 内，
Prog_enable 引脚的任何行为都会导致芯片无法进入编程模式。
如果选择外部晶体或外部 RC，它不可能提供合格的 XTAL1 脉冲。在这种情况下，应采
取如下算法：
1. 设置列于 P173Table 86 的 Prog_enable 引脚为 “0000”。
2. 在 VCC 与 GND 间提供电压 4.5 - 5.5V 同时在 RESET 上提供 11.5 - 12.5V 电压。
3. 等待 100 ns。
4. 对熔丝位重编程，保证外部时钟源作为系统时钟 (CKSEL3:0 = 0b0000)。如果锁
定位已编程，在改变熔丝前必须执行芯片擦除指令。
5. 通过降低器件功率或置 RESET 引脚为 0b0 来退出编程模式。
6. 用前面讲到的算法进入编程模式。
进行高效编程需要考虑的问题
芯片擦除
在编程过程中，加载的命令及地址保持不变。为了实现高效的编程应考虑以下因素：
• 对多个存储单元进行读或写操作时，命令仅需加载一次
•
当需要写入的数据为 0xFF 时可以跳过，因为这就是执行全片擦除命令后 Flash 及
EEPROM( 除非 EESAVE 熔丝位被编程 ) 的内容。
•
只有在编程或读取 Flash 及 EEPROM 中新的 256 字时才需要用到地址高位字节。在读
标识字节时也需考虑这一点。
芯片擦除操作会擦除 Flash 及 EEPROM(1) 存储器以及锁定位。程序存储器没有擦除结束
之前锁定位不会复位。全片擦除不影响熔丝位。芯片擦除命令必须在编程 Flash 或
EEPROM 之前完成。
Note:
1. 如果 EESAVE 熔丝位被编程，那么在芯片擦除时 EEPRPOM 不受影响。
加载 " 芯片擦除 " 命令的过程：
1. 将 XA1、 XA0 置为 "10” 以启动命令加载。
2. 将 BS1 置为 "0”。
3. DATA 赋值为 “1000 0000”。 这是芯片擦除命令。
4. 给 XTAL1 提供一个正脉冲，进行命令加载。
5. 给 WR 提供一个负脉冲，启动芯片擦除。 RDY/BSY 变低。
6. 等待 RDY/BSY 变高，然后才能加载新的命令。
对 Flash 进行编程
Flash是以页的形式组织起来的，如P173Table 89所示。编程Flash时，程序数据被锁存到
页缓冲区中。这样一整页的程序数据可以同时得到编程。下面的步骤描述了如何对 Flash
进行编程：
A. 加载 " 写 Flash" 命令
1. 将 XA1、 XA0 置为 "10"，启动命令加载。
2. 将 BS1 置 "0”。
3. DATA 赋值为 “0001 0000”，这是写 Flash 命令。
4. 给 XTAL1 提供一个正脉冲以加载命令。
B. 加载地址低位字节
174
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
1. 将 XA1、 XA0 置为 "00"，启动地址加载。
2. 将 BS1 置 "0”，选择低位地址。
3. DATA 赋值为地址低位字节 (0x00 - 0xFF)。
4. 给 XTAL1 提供一个正脉冲，加载地址低位字节。
C. 加载数据低位字节
1. 将 XA1、 XA0 置为 "01"，启动数据加载。
2. DATA 赋值为数据低位字节 (0x00 - 0xFF)。
3. 给 XTAL1 提供一个正脉冲，加载数据字节。
D. 加载数据高位字节
1. 将 BS1 置为 "1”，选择数据高位字节。
2. 将 XA1、 XA0 置为 "01"，启动数据加载。
3. DATA 赋值为数据高位字节 (0x00 - 0xFF)。
4. 给 XTAL1 提供一个正脉冲，进行数据字节加载。
E. 锁存数据
1. 将 BS1 置为 "1”，选择数据高位字节。
2. 给 PAGEL 提供一个正脉冲，锁存数据 ( 见 Figure 77 信号波形 )。
F. 重复 B 到 E 操作，直到整个缓冲区填满或此页中所有的数据都已加载。
地址信息中的低位用于页内寻址，高位用于 Flash 页的寻址，详见 P176Figure 76。如果
页内寻址少于 8 位( 页地址 < 256)，那么进行页写操作时地址低字节中的高位用于页寻址。
G. 加载地址高位字节
1. 将 XA1、 XA0 置为 "00”，启动地址加载操作。
2. 将 BS1 置为 "1”，选择高位地址。
3. DATA 赋值为地址高位字节 (0x00 - 0xFF)。
4. 给 XTAL1 提供一个正脉冲，加载地址高位字节。
H. 编程一页数据
1. 置 BS1 = “0”。
2. 给 WR 提供一个负脉冲，对整页数据进行编程， RDY/BSY 变低。
3. 等待 RDY/BSY 变高 ( 见 Figure 77 的信号波形 ) 。
I. 重复 B 到 H 的操作，直到整个 Flash 编程结束或者所有的数据都被编程。
J. 结束页编程
1. 1. 将 XA1、 XA0 置为 "10”，启动命令加载操作。
2. DATA 赋值为 "0000 0000"，这是不操作指令。
3. 给 XTAL1 提供一个正脉冲，加载命令，内部写信号复位。
175
2512F–AVR–12/03
Figure 76. 对以页为组织单位的 Flash 进行寻址 (1)
PCMSB
PROGRAM
COUNTER
PAGEMSB
PCPAGE
PCWORD
PAGE ADDRESS
WITHIN THE FLASH
WORD ADDRESS
WITHIN A PAGE
PROGRAM MEMORY
PAGE
PAGE
PCWORD[PAGEMSB:0]:
00
INSTRUCTION WORD
01
02
PAGEEND
1. PCPAGE 及 PCWORD 见 P173Table 89。
Note:
Figure 77. Flash 编程波形
F
A
DATA
$10
B
ADDR. LOW
C
D
E
DATA LOW
DATA HIGH
XX
B
ADDR. LOW
C
DATA LOW
D
DATA HIGH
E
XX
G
ADDR. HIGH
H
XX
XA1
XA0
BS1
XTAL1
WR
RDY/BSY
RESET +12V
OE
PAGEL
BS2
Note:
对 EEPROM 进行编程
不用考虑 "XX"，各个大写字母对应于前面描述的 Flash 编程阶段
如 P173Table 90 所示， EEPROM 也以页为单位。编程 EEPROM 时，编程数据锁存于
页缓冲区中。这样可以同时对一页数据进行编程。 EEPROM 数据存储器编程算法如下 (
命令、地址及数据加载的细节请参见 P174“ 对 Flash 进行编程 ” )：
1. A：加载命令 “0001 0001”。
2. G：加载地址高位字节 (0x00 - 0xFF)。
3. B：加载地址低位字节 (0x00 - 0xFF)。
176
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
4. C：加载数据 (0x00 - 0xFF)。
5. E：锁存数据 ( 给 PAGEL 提供一个正脉冲 )。
K：重复步骤 3 到 5，直到整个缓冲区填满。
L： 对 EEPROM 页进行编程
1. 将 BS1 置 “0”。
2. 给 WR 提供一个负脉冲，开始对 EEPROM 页进行编程， RDY/BSY 变低。
3. 等到 RDY/BSY 变高再对下一页进行编程 ( 信号波形见 Figure 78 )。
Figure 78. EEPROM 编程波形
K
A
DATA
$11
G
ADDR. HIGH
B
ADDR. LOW
C
E
DATA
XX
B
ADDR. LOW
C
DATA
E
L
XX
XA1
XA0
BS1
XTAL1
WR
RDY/BSY
RESET +12V
OE
PAGEL
BS2
读取 Flash
读 Flash 存储器的过程如下 ( 命令及地址加载细节见 P174“ 对 Flash 进行编程 ” )：
1. A：加载命令 “0000 0010”。
2. G：加载地址高位字节 (0x00 - 0xFF)。
3. B：加载地址低位字节 (0x00 - 0xFF)。
4. 将 OE 置 “0”， BS1 置 “0”，然后从 DATA 读出 Flash 字的低位字节。
5. 将 BS1 置 “1”，然后从 DATA 读出 Flash 字的高位字节。
6. 将 OE 置 “1”。
读取 EEPROM
读存储器的步骤如下 ( 命令及地址加载细节见 P174“ 对 Flash 进行编程 ” )：
1. A：加载命令 “0000 0011”。
2. G：加载地址高位字节 (0x00 - 0xFF)。
3. B：加载地址低位字节 (0x00 - 0xFF)。
4. 将 OE 置 "0”， BS1 置 "0”，然后从 DATA 读出 EEPROM 数据字节。
5. 将 OE 置 ”1”。
对熔丝位的低位进行编程
对熔丝低位的编程步骤如下 ( 命令及数据装在细节见 P174“ 对 Flash 进行编程 ” )：
1. A：加载命令 “0100 0000”。
2. C：加载数据低字节，若某一位为 "0” 表示需要进行编程，否则需要擦除。
177
2512F–AVR–12/03
3. 置 BS1 为 “0”， BS2 为 “0”。
4. 给 WR 提供一个负脉冲，并等待 RDY/BSY 变高。
对熔丝位的高位进行编程
对熔丝高位的编程步骤如下 ( 命令及数据装在细节见 P174“ 对 Flash 进行编程 ” )：
1. A：加载命令 “0100 0000”。
2. C：加载数据高字节，若某一位为 "0” 表示需要进行编程，否则需要擦除。
3. 将 BS1 置 "1”、 BS2 置 "0”，选择高位数据字节。
4. 给 WR 提供一个负脉冲并等待 RDY/BSY 变高。
5. 将 BS1 置 "0”，选择低位字节。
Figure 79. 熔丝位编程波形
Write Fuse Low byte
DATA
A
C
$40
DATA
XX
Write Fuse High byte
A
C
$40
DATA
XX
XA1
XA0
BS1
XTAL1
WR
RDY/BSY
RESET +12V
OE
PAGEL
BS2
对锁定位进行编程
锁定位编程步骤如下 ( 命令及数据装在细节见 P174“ 对 Flash 进行编程 ” )：
1. A：加载命令 “0010 0000”。
2. C：加载数据低字节，某位为 "0” 表示此锁定位需要编程。
3. 给 WR 提供一个负脉冲并等待 RDY/BSY 变高。
锁定位只能通过芯片擦除命令来清除。
读取熔丝位和锁定位
读取熔丝位及锁定位的步骤如下 ( 命令加载细节见 P174“ 对 Flash 进行编程 ” )：
1. A：加载命令 “0000 0100”。
2. 将 OE、BS2 和 BS1 置 "0”，然后从 DATA 读取熔丝低位的状态 ("0” 表示已编程 )。
3. 将OE置"0”，BS2和BS1置“1”，然后从DATA读取熔丝高位的状态("0”表示已编程)。
4. 将 OE 置 "0”，BS2 置 "0”，BS1 置 “1”，然后从 DATA 读取锁定位的状态 ("0” 表示已
编程 )。
5. 将 OE 置 “1”。
178
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 80. 读操作过程中 BS1、 BS2 与熔丝位及锁定位的对应关系
Fuse Low Byte
0
DATA
0
Lock Bits
1
Fuse High Byte
BS1
1
BS2
读取标识字节
读取标识字节的算法如下 ( 命令与地址加载参考 P174“ 对 Flash 进行编程 ” )：
1. A：加载命令 “0000 1000”。
2. B： 加载地址低字节 0x00 - 0x02。
3. 将 OE 、 BS1 置 "0”，然后从 DATA 读取标识字节。
4. 将 OE 置 "1”。
读取标定字节
读取校准字节的算法如下 ( 命令与地址加载参考 P174“ 对 Flash 进行编程 ” )：
1. A：加载命令 “0000 1000”。
2. B： 加载地址低字节。
3. 将 OE 置 "0”， BS1 置 “1”， 然后从 DATA 读取校准字节。
4. 将 OE 置 “1”。
并行编程特性
Figure 81. 并行编程时序，包括一些常规的时序要求
tXLWL
tXHXL
XTAL1
tDVXH
tXLDX
Data & Contol
(DATA, XA0/1, BS1, BS2)
tPLBX t BVWL
tBVPH
PAGEL
tWLBX
tPHPL
tWLWH
WR
tPLWL
WLRL
RDY/BSY
tWLRH
179
2512F–AVR–12/03
Figure 82. 并行编程时序，有时序要求的加载序列 (1)
LOAD ADDRESS
(LOW BYTE)
LOAD DATA LOAD DATA
(HIGH BYTE)
LOAD DATA
(LOW BYTE)
tXLPH
t XLXH
LOAD ADDRESS
(LOW BYTE)
tPLXH
XTAL1
BS1
PAGEL
DATA
ADDR0 (Low Byte)
DATA (Low Byte)
DATA (High Byte)
ADDR1 (Low Byte)
XA0
XA1
Note:
1. Figure 81 给出的时序要求 ( 即 tDVXH、 tXHXL 及 tXLDX) 也适用于加载操作。
Figure 83. 并行编程时序，有时序要求的读序列 ( 同一页 )(1)
LOAD ADDRESS
(LOW BYTE)
READ DATA
(LOW BYTE)
READ DATA
(HIGH BYTE)
LOAD ADDRESS
(LOW BYTE)
tXLOL
XTAL1
tBVDV
BS1
tOLDV
OE
DATA
tOHDZ
ADDR0 (Low Byte)
DATA (Low Byte)
ADDR1 (Low Byte)
DATA (High Byte)
XA0
XA1
Note:
1. Figure 81 给出的时序要求 ( 即 tDVXH、 tXHXL 及 tXLDX) 也适用于读操作。
Table 91. 并行编程参数， VCC = 5V ± 10%
180
符号
参数
最小
值
典型
值
最大
值
单位
VPP
编程使能电压
11.5
12.5
V
IPP
编程使能电流
250
µA
tDVXH
在 XTAL1 为高之前数据及控制有效
67
ns
tXLXH
从 XTAL1 低到 XTAL1 高
200
ns
tXHXL
XTAL1 为高时的脉宽
150
ns
tXLDX
XTAL1 为低之后数据及控制保持
67
ns
tXLWL
从 XTAL1 低到 WR 低
0
ns
tXLPH
从 XTAL1 低到 PAGEL 高
0
ns
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Table 91. 并行编程参数， VCC = 5V ± 10% (Continued)
符号
参数
最小
值
tPLXH
从 PAGEL 低到 XTAL1 高
150
ns
tBVPH
PAGEL 为高之前 BS1 有效
67
ns
tPHPL
PAGEL 为高时的脉宽
150
ns
tPLBX
PAGEL 为低之后 BS1 保持
67
ns
tWLBX
WR 为低之后 BS2/1 保持
67
ns
tPLWL
从 PAGEL 低到 WR 为低
67
ns
tBVWL
BS1 有效至 WR 为低
67
ns
tWLWH
WR 为低时的脉宽
150
ns
tWLRL
从 WR 低到 RDY/BSY 为低
tWLRH
从 WR 低到 RDY/BSY 为高 (1)
(2)
单位
1
µs
3.7
4.5
ms
7.5
9
ms
从 WR 低到 RDY/BSY 为高，芯片擦除操作
tXLOL
从 XTAL1 低到 OE 为低
0
tBVDV
BS1 有效至 DATA 有效
0
tOLDV
tOHDZ
1.
2.
最大
值
0
tWLRH_CE
Notes:
典型
值
ns
250
ns
从 OE 低到 DATA 有效
250
ns
从 OE 低到 DATA 为高阻态
250
ns
在进行 Flash、 EEPROM、熔丝位及锁定位写操作时 tWLRH 有效。
在执行芯片擦除操作时 tWLRH_CE 有效。
181
2512F–AVR–12/03
串行下载
当 RESET 为低电平时，可以通过串行 SPI 总线对 Flash 及 EEPROM 进行编程。串行接
口包括 SCK、 MOSI( 输入 ) 及 MISO( 输出 )。 RESET 为低之后，应在执行编程／擦除
操作之前执行编程允许指令。
Note:
串行编程引脚映射
Table 92 给出 SPI 编程时的引脚情况。不是所有芯片都使用 SPI 引脚专用于内部 SPI 接口。
Table 92. 串行编程映射
符号
引脚
I/O
说明
MOSI
PB5
I
连续数据输入
MISO
PB6
O
连续数据输出
SCK
PB7
I
连续时钟
当 RESET 为低电平时，可以通过串行 SPI 总线对 Flash 及 EEPROM 进行编程。串行接
口包括 SCK、 MOSI( 输入 ) 及 MISO( 输出 )。 RESET 为低之后，应在执行编程／擦除
操作之前执行编程允许指令。 P182Table 92 列出了 SPI 编程所需引脚的映射。不是所有
的器件都使用 SPI 引脚专用于内部 SPI 接口。
Figure 84. 串行编程及校验 (1)
VCC
MOSI
MISO
SCK
XTAL1
RESET
GND
Note:
1. 如果芯片由片内振荡器提供时钟，那么就不用在 XTAL1 引脚上连接时钟源。
编程 EEPROM 时， MCU 在自定时的编程操作中会插入一个自动擦除周期，从而无需执
行芯片擦除命令。芯片擦除操作将程序存储器及 EEPROM 的内容都擦除为 0xFF。
时钟通过 CKSEL 熔丝位确定。串行时钟 (SCK) 的最小低电平时间和最小高电平时间要满
足如下要求：
低：> fck < 12 MHz 时为 2 个 CPU 时钟周期，fck ≥ 12 MHz 时为 3 个 CPU 时钟周期。
高：> fck < 12 MHz 时为 2 个 CPU 时钟周期，fck ≥ 12 MHz 时为 3 个 CPU 时钟周期。
串行编程算法
向 ATmega8515 串行写入数据时，数据在 SCK 的上升沿得以锁存。
从 ATmega8515 读取数据时，数据在 SCK 的下降沿输出。时序细节见 Figure 85。
在串行编程模式下对 ATmega8515 进行编程及校验时，应遵循以下的步骤 ( 见 Table 94
中的 4 字节指令格式 )：
1. 上电顺序：
在 RESET 及 SCK 为 "0” 时，向 VCC 及 GND 供电。在一些系统中，编程器不能
182
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
保证在上电时 SCK 保持为低。在这种情况下，SCK 拉低之后应在 RESET 加一正
脉冲，而且这个脉冲至少要维持 2 个 CPU 时钟周期。
2. 上电之后等待至少 20 ms，然后向 MOSI 引脚输入串行编程使能指令以使能串行编
程。
3. 通信不同步将造成串行编程指令不工作。同步之后，在发送编程使能指令的第三
个字节时，第二个字节的内容 (0x53) 将被反馈回来。不论反馈的内容正确与否，
指令的 4 个字节必须全部传输。如果 0x53 未被反馈，则需要向 RESET 提供一个
正脉冲以开始新的编程使能指令。
4. Flash的编程以一次一页的方式进行，页大小见 P173Table 89。在执行加载程序存
储页指令时，通过 5 LSB 的地址信息，数据以字节为单位加载到存储页。为保证
加载的正确性，应先向给定地址传送数据低字节，之后是高字节。程序存储页通
过地址的高 7 位以及写程序存储器页指令获得数据。如果不使用查询的方式，那
么在操作下一页数据之前应等待至少 tWD_FLASH 的时间 ( 见 Table 93)。在 Flash 写
操作完成之前访问串行编程接口会导致编程错误。
5. 提供了地址及数据信息之后，适合的写指令将以字节为单位对 EEPROM 编程。
EEPROM 存储单元总是在写入新数据之前自动擦除。如果不使用查询的方式，那
么在操作下一页数据之前应等待至少 tWD_EEPROM 的时间 ( 见 Table 93) 。对于全
片擦除之后的芯片，数据为 0xFF 的不需要编程。
6. 可通过读指令来校验任何一个存储单元的内容。数据从串行输出口 MISO 输出。
7. 编程结束后可以将 RESET 拉高开始正常操作。
8. 下电序列 ( 如果需要 )：
将 RESET 置 “1”。
切断 VCC。
Flash 的数据轮询
当 Flash 正处于某一页的编程状态时，读取此页中的内容将得到 0xFF。编程结束后，被
编程的数据即可以正确读出。通过这种方法可以确定何时可以写下一页。由于整个页是同
时编程的，这一页中的任何一个地址都可以用来查询。 Flash 数据查询不适用于数据
0xFF。因此，在编程 0xFF 时，用户至少要等待 tWD_FLASH 才能进行下一页的编程。由于全
片擦除将所有的单元擦为 0xFF，所以编程数据为 0xFF 时可以跳过这个操作。 tWD_FLASH
的值见 Table 93 。
EEPROM 的数据轮询
当 EEPROM 正在处理一个字节的编程操作时，读取此地址将返回 0xFF。编程结束后，
被编程的数据即可以正确读出。这一方法可用来判断何时可以写下一个字节。数据查询对
数据 0xFF 无效。但用户应该考虑到， 全片擦除将所有的单元擦为 0xFF，所以编程数据
为 0xFF 时可以跳过这个操作。不过这不适用于全片擦除时 EEPROM 内容被保留的情况。
用 户若 在 此 时编 程 0xFF，在 进 行 下一 字 节 编程 之 前 至少 等 待 tWD_EEPROM 的 时 间。
tWD_EEPROM 的值见 Table 93。
Table 93. 写下一个 Flash 或 EEPROM 单元之前的最小等待时间
符号
最小等待时间
tWD_FUSE
4.5 ms
tWD_FLASH
4.5 ms
tWD_EEPROM
9.0 ms
tWD_ERASE
9.0 ms
183
2512F–AVR–12/03
Figure 85. 串行编程波形图
SERIAL DATA INPUT
(MOSI)
MSB
LSB
SERIAL DATA OUTPUT
(MISO)
MSB
LSB
SERIAL CLOCK INPUT
(SCK)
SAMPLE
184
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Table 94. 串行编程指令集
指令格式
指令
字节 1
字节 2
字节 3
字节 4
编程使能
1010 1100
0101 0011
xxxx xxxx
xxxx xxxx
RESET 拉低后使能串行编程
全片擦除
1010 1100
100x xxxx
xxxx xxxx
xxxx xxxx
擦除 EEPROM 及 Flash
读程序存储器
0010 H000
0000 aaaa
bbbb bbbb
oooo oooo
从字地址为 a:b 的程序存储器读取
H( 高或低字节 ) 数据的 o
加载程序存储器页
0100 H000
0000 xxxx
xxxb bbbb
iiii iiii
向字地址为 b 的程序存储页 H( 高或
低字节 ) 写入数据 i。应先写低字节
再写高字节
写程序存储器页
0100 1100
0000 aaaa
bbbx xxxx
xxxx xxxx
在地址 a:b 加载程序存储页
读 EEPROM 存储器
1010 0000
00xx xxxa
bbbb bbbb
oooo oooo
从 EEPROM 的地址 a:b 处读出数
据o
写 EEPROM 存储器
1100 0000
00xx xxxa
bbbb bbbb
iiii iiii
向 EEPROM 地址 a:b 处中写入数
据i
读锁定位
0101 1000
0000 0000
xxxx xxxx
xxoo oooo
读锁定位。 ”0” 为已编程， "1” 为未
编程。详见 P169Table 81。
写锁定位
1010 1100
111x xxxx
xxxx xxxx
11ii iiii
写锁定位。写 “0” 表示编程锁定位。
详见 P169Table 81。
读标识字节
0011 0000
00xx xxxx
xxxx xxbb
oooo oooo
从地址 b 读取标识字节 o
写熔丝位
1010 1100
1010 0000
xxxx xxxx
iiii iiii
“0” 表示已编程， “1” 表示未编程。
详见 P170Table 84 。
写高熔丝位
1010 1100
1010 1000
xxxx xxxx
iiii iiii
“0” 表示已编程， “1” 表示未编程。
详见 P170Table 83。
读熔丝位
0101 0000
0000 0000
xxxx xxxx
oooo oooo
读熔丝位。 “0” 表示已编程， “1” 表
示未编程。详见 P170Table 84 。
0101 1000
0000 1000
xxxx xxxx
oooo oooo
读熔丝高位。 “0” 表示已编程， “1”
表示未编程。详见 P170Table
83 。
0011 1000
00xx xxxx
0000 0000
oooo oooo
读校准字节
读高熔丝位
读校准字节
Note:
操作
a = 地址高位
b = 地址低位
H = 0 - 低字节， 1 - 高字节
o = 数据输出 t
i = 数据输入
x = 任意值
185
2512F–AVR–12/03
电气特性
绝对极限值 *
工作温度 ........................................................-55°C ～ +125°C
*NOTICE:
存储温度 ........................................................ -65°C ～ +150°C
除 RESET 外，各个引脚对地的电压........... -0.5V ～ VCC+0.5V
RESET 引脚对地的电压.................................. -0.5V ～ +13.0V
如果强制芯片在超出 “ 绝对极限值” 表中所列的
条件之下工作可能造成器件的永久损坏。这仅是
工作应力的极限。并不表示器件可以工作于表中
所列条件之下，或是那些超越工作范围明确规定
的其他条件之下。长时间工作于绝对极限值可能
会影响器件的寿命。
最大工作电压 .................................................................... 6.0V
每个 I/O 引脚上的直流电流 ......................................... 40.0 mA
VCC 与 GND 引脚上的直流电流................................ 200.0 mA
直流特性
TA = -40°C ～ 85°C, VCC = 2.7V ～ 5.5V ( 除非另外说明 )
符号
参数
条件
VIL
输入低电压
除 XTAL1 引脚
VIL1
输入低电压
XTAL1 引脚，外部时钟
VIH
输入高电压
除了 XTAL1 和 RESET 引
脚
VIH1
输入高电压
XTAL1 引脚，外部时钟
VIH2
输入高电压
RESET 引脚
VOL
输出低电压
( 端口 A,B,C,D,E)
IOL = 20 mA, VCC = 5V
IOL = 10 mA, VCC = 3V
VOH
输出高电压 (4)
( 端口 A,B,C,D,E)
IOH = -20 mA, VCC = 5V
IOH = -10 mA, VCC = 3V
IIL
输入泄露电流
I/O 引脚
VCC = 5.5V, 引脚为低电平
( 绝对值 )
1
µA
IIH
输入泄露电流
I/O 引脚
VCC = 5.5V, 引脚为高电平
( 绝对值 )
1
µA
RRST
Reset 引脚上拉电阻
30
60
kΩ
Rpu
I/O 引脚上拉电阻
20
50
kΩ
正常 ,4 MHz, VCC = 3V
(ATmega8515L)
4
mA
正常 ,8 MHz, VCC = 5V
(ATmega8515)
12
mA
空闲 ,4 MHz, VCC = 3V
(ATmega8515L)
1.5
mA
空闲 ,8 MHz, VCC = 5V
(ATmega8515)
5.5
mA
WDT 使能 , VCC = 3V
< 13
µA
WDT 禁止 , VCC = 3V
<2
µA
(3)
工作电流
ICC
掉电模式 (5)
186
最小值
典型值
最大值
单位
0.2 VCC
(1)
V
0.1 VCC
(1)
V
0.6 VCC(2)
VCC + 0.5
V
0.8 VCC(2)
VCC + 0.5
V
(2)
VCC + 0.5
V
0.7
0.5
V
V
-0.5
-0.5
0.9 VCC
4.2
2.2
V
V
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
直流特性 (Continued)
TA = -40°C ～ 85°C, VCC = 2.7V ～ 5.5V ( 除非另外说明 )
符号
参数
条件
VACIO
模拟比较器
输入偏置电压
VCC = 5V
Vin = VCC/2
IACLK
模拟比较器
输入泄漏电流
VCC = 5V
Vin = VCC/2
tACID
模拟比较器
传输延迟
VCC = 2.7V
VCC = 4.0V
Notes:
最小值
典型值
-50
750
500
最大值
单位
40
mV
50
nA
ns
1. “ 最大值” 表示保证引脚读取数值为低时的最高值
2. “ 最小值” 表示保证引脚读取数值为高时的最低值
3. 虽然在稳定状态条件(非瞬态)下每个I/O端口都可以吸收比测试条件下更多的电流(20 mA，VCC = 5V 以及10 mA，VCC = 3V) ，
但是需要遵循以下要求：
1] 所有端口的 IOL 总和不能超过 300 mA。
2] 端口 B0 - B7, D0 - D7 及 XTAL2 的 IOL 总和不能超过 150 mA。
3] 端口 A0 - A7, E0 - E2 及 C0 - C7 的 IOL 总和不能超过 150 mA。
4. 虽然在稳定状态条件(非瞬态)下每个I/O端口都可以输出比测试条件下更多的电流(20 mA，VCC = 5V 以及10 mA，VCC = 3V) ，
但是需要遵循以下要求：
1] 所有端口的 IOL 总和不能超过 300 mA。
2] 端口 B0 - B7, D0 - D7 及 XTAL2 的 IOL 总和不能超过 150 mA。
3] 端口 A0 - A7, E0 - E2 及 C0 - C7 的 IOL 总和不能超过 150 mA。
5. 掉电模式下的最小 VCC 为 2.5V。
187
2512F–AVR–12/03
外部时钟驱动波形
Figure 86. 外部时钟驱动波形
V IH1
V IL1
外部时钟驱动
Table 95. 外部时钟驱动
VCC = 2.7V - 5.5V
VCC = 4.5V - 5.5V
最小值
最大值
最小值
最大值
单位
0
8
0
16
MHz
符号
参数
1/tCLCL
振荡器频率
tCLCL
时钟周期
125
62.5
ns
tCHCX
高电平时间
50
25
ns
tCLCX
低电平时间
50
25
ns
tCLCH
上升时间
1.6
0.5
µs
tCHCL
下降时间
1.6
0.5
µs
∆tCLCL
时钟周期的变化
2
2
%
Note:
1. 详见 P36“ 外部时钟 ” 。
Table 96. 外部 RC 振荡器，典型频率 (VCC = 5V)
Notes:
188
R [kΩ](1)
C [pF]
f(2)
100
47
87 kHz
33
22
650 kHz
10
22
2.0 MHz
1. R 的取值范围为 3 kΩ - 100 kΩ， C 至少应该为 20 pF。
2. 引脚电容随封装形式而变化。
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
SPI 时序特性
具体见 Figure 87 和 Figure 88。
Table 97. SPI 时序参数
模式
1
SCK 周期
主机
见 Table 58
2
SCK 高 / 低电平
主机
占空比 50%
3
上升 / 下降时间
主机
3.6
4
建立时间
主机
10
5
保持时间
主机
10
6
输出到 SCK
主机
0.5 • tSCK
7
SCK 到输出
主机
10
8
SCK 到输出高电平
主机
10
9
SS 低到输出
从机
15
10
SCK 周期
从机
4 • tck
11
SCK 高 / 低电平
从机
2 • tck
12
上升 / 下降时间
从机
13
建立时间
从机
10
14
保持时间
从机
tck
15
SCK 到输出
从机
16
SCK 到 SS 高
从机
17
SS 高到三态
从机
18
SS 低到 SCK
从机
Note:
最小值
最大
值
说明
典型值
ns
1.6
µs
15
ns
20
10
2 • tck
1. 在 SPI 编程模式中，最小 SCK 高 / 低电平周期为：
- fCK < 12 MHz 2 tCLCL
- fCK >12 MHz 3 tCLCL
Figure 87. SPI 接口时序要求 ( 主机模式 )
SS
6
1
SCK
(CPOL = 0)
2
2
SCK
(CPOL = 1)
4
MISO
(Data Input)
5
3
MSB
...
LSB
7
MOSI
(Data Output)
MSB
8
...
LSB
189
2512F–AVR–12/03
Figure 88. SPI 接口时序要求 ( 从机模式 )
18
SS
10
9
16
SCK
(CPOL = 0)
11
11
SCK
(CPOL = 1)
13
MOSI
(Data Input)
14
12
MSB
...
LSB
15
MISO
(Data Output)
190
MSB
17
...
LSB
X
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
外部数据存储器时序
Table 98. 外部数据存储器特性 , 4.5 - 5.5 V, 无等待状态
8 MHz 振荡器
最小值
可变振荡器
符号
参数
最大值
最小值
最大值
单位
0
1/tCLCL
振荡器频率
0.0
16
MHz
1
tLHLL
ALE 脉宽
115
1.0tCLCL-10
ns
2
tAVLL
ALE 为低地址 A 有效
57.5
0.5tCLCL-5(1)
ns
3a
tLLAX_ST
写访问时， ALE 为低后地址保持
5
5
ns
3b
tLLAX_LD
读访问时， ALE 为低后地址保持
5
5
4
tAVLLC
ALE 为低地址 C 有效
5
tAVRL
6
ns
57.5
(1)
0.5tCLCL-5
ns
RD 为低地址有效
115
1.0tCLCL-10
ns
tAVWL
WR 为低地址有效
115
1.0tCLCL-10
tLLWL
WR 为低 ALE 为低
8
tLLRL
RD 为低 ALE 为低
47.5
9
tDVRH
RD 为高数据启动
40
10
tRLDV
电平为低时读入数据有效
11
tRHDX
RD 为高后数据保持
12
tRLRH
13
7
47.5
67.5
67.5
0.5tCLCL-15
(2)
0.5tCLCL-15
(2)
ns
(2)
ns
(2)
ns
0.5tCLCL+5
0.5tCLCL+5
40
ns
75
1.0tCLCL-50
ns
0
0
ns
RD 脉宽
115
1.0tCLCL-10
ns
tDVWL
WR 为低数据启动
42.5
0.5tCLCL-20(1)
ns
14
tWHDX
WR 为高数据保持
115
1.0tCLCL-10
ns
15
tDVWH
WR 为高数据有效
125
1.0tCLCL
ns
16
tWLWH
WR 脉宽
115
1.0tCLCL-10
ns
Notes:
1. 假设占空比为 50%。外部时钟 XTAL1 的半个周期为高电平。
2. 假设占空比为 50%。外部时钟 XTAL1 的半个周期为低电平。
Table 99. 外部数据存储器特性 , 4.5 - 5.5 V, 1 周期等待状态
8 MHz 振荡器
最小值
可变振荡器
符号
参数
最大值
最小值
最大值
单位
0
1/tCLCL
振荡器频率
0.0
16
MHz
10
tRLDV
电平为低时读入数据有效
12
tRLRH
RD 脉宽
240
2.0tCLCL-10
ns
15
tDVWH
WR 为高数据有效
240
2.0tCLCL
ns
16
tWLWH
WR 脉宽
240
2.0tCLCL-10
ns
200
2.0tCLCL-50
ns
191
2512F–AVR–12/03
Table 100. 外部数据存储器特性 , 4.5 - 5.5 V, SRWn1 = 1, SRWn0 = 0
4 MHz 振荡器
最小值
可变振荡器
符号
参数
最大值
最小值
最大值
单位
0
1/tCLCL
振荡器频率
0.0
16
MHz
10
tRLDV
电平为低时读入数据有效
12
tRLRH
RD 脉宽
365
3.0tCLCL-10
ns
15
tDVWH
WR 为高数据有效
375
3.0tCLCL
ns
16
tWLWH
WR 脉宽
365
3.0tCLCL-10
ns
325
3.0tCLCL-50
ns
Table 101. 外部数据存储器特性 , 4.5 - 5.5 V, SRWn1 = 1,SRWn1 = 1, SRWn0 = 1
4 MHz 振荡器
最小值
可变振荡器
符号
参数
最大值
最小值
最大值
单位
0
1/tCLCL
振荡器频率
0.0
16
MHz
10
tRLDV
电平为低时读入数据有效
12
tRLRH
RD 脉宽
365
3.0tCLCL-10
ns
14
tWHDX
WR 为高数据保持
240
2.0tCLCL-10
ns
15
tDVWH
WR 为高数据有效
375
3.0tCLCL
ns
16
tWLWH
WR 脉宽
365
3.0tCLCL-10
ns
325
3.0tCLCL-50
ns
Table 102. 外部数据存储器特性 , 2.7 - 5.5 V, 无等待状态
4 MHz 振荡器
符号
参数
0
1/tCLCL
振荡器频率
1
tLHLL
ALE 脉宽
235
tCLCL-15
ns
2
tAVLL
ALE 为低地址 A 有效
115
0.5tCLCL-10(1)
ns
3a
tLLAX_ST
写访问时， ALE 为低地址保持
5
5
ns
3b
tLLAX_LD
读访问时， ALE 为低地址保持
5
5
ns
4
tAVLLC
ALE 为低地址 C 有效
115
0.5tCLCL-10(1)
ns
5
tAVRL
RD 为低地址有效
235
1.0tCLCL-15
ns
6
tAVWL
WR 为低地址有效
235
1.0tCLCL-15
7
tLLWL
WR 为低 ALE 为低
115
130
0.5tCLCL-10
8
tLLRL
RD 为低 ALE 为低
115
130
0.5tCLCL-10(2)
9
tDVRH
RD 为高数据启动
45
10
tRLDV
电平为低时读入数据有效
11
tRHDX
RD 为高时数据保持
12
tRLRH
13
tDVWL
192
最小值
可变振荡器
最大值
最小值
最大值
单位
0.0
8
MHz
(2)
ns
(2)
ns
0.5tCLCL+5(2)
ns
0.5tCLCL+5
45
190
ns
1.0tCLCL-60
ns
0
0
ns
RD 脉宽
235
1.0tCLCL-15
ns
WR 为低时数据启动
105
0.5tCLCL-20(1)
ns
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Table 102. 外部数据存储器特性 , 2.7 - 5.5 V, 无等待状态 (Continued)
4 MHz 振荡器
符号
参数
14
tWHDX
WR 为高数据保持
235
1.0tCLCL-15
ns
15
tDVWH
WR 为高数据有效
250
1.0tCLCL
ns
16
tWLWH
WR 脉宽
235
1.0tCLCL-15
ns
Notes:
最小值
可变振荡器
最大值
最小值
最大值
单位
1. 假设占空比为 50%。外部时钟 XTAL1 的半个周期为高电平。
2. 假设占空比为 50%。外部时钟 XTAL1 的半个周期为低电平。
Table 103. 外部数据存储器特性 , 2.7 - 5.5 V, SRWn1 = 0, SRWn0 = 1
4 MHz 振荡器
最小值
可变振荡器
符号
参数
最大值
最小值
最大值
单位
0
1/tCLCL
振荡器频率
0.0
8
MHz
10
tRLDV
电平为低时读入数据有效
12
tRLRH
RD 脉宽
485
2.0tCLCL-15
ns
15
tDVWH
WR 为高数据有效
500
2.0tCLCL
ns
16
tWLWH
WR 脉宽
485
2.0tCLCL-15
ns
440
2.0tCLCL-60
ns
Table 104. 外部数据存储器特性 , 2.7 - 5.5 V, SRWn1 = 1, SRWn0 = 0
4 MHz 振荡器
最小值
可变振荡器
符号
参数
最大值
最小值
最大值
单位
0
1/tCLCL
振荡器频率
0.0
8
MHz
10
tRLDV
电平为低时读入数据有效
12
tRLRH
RD 脉宽
735
3.0tCLCL-15
ns
15
tDVWH
WR 为高数据有效
750
3.0tCLCL
ns
16
tWLWH
WR 脉宽
735
3.0tCLCL-15
ns
690
3.0tCLCL-60
ns
Table 105. 外部数据存储器特性 , 2.7 - 5.5 V, SRWn1 = 1, SRWn0 = 1
4 MHz 振荡器
最小值
可变振荡器
符号
参数
最大值
最小值
最大值
单位
0
1/tCLCL
振荡器频率
0.0
8
MHz
10
tRLDV
电平为低时读入数据有效
12
tRLRH
RD 脉宽
735
3.0tCLCL-15
ns
14
tWHDX
WR 为高数据保持
485
2.0tCLCL-15
ns
15
tDVWH
WR 为高数据有效
750
3.0tCLCL
ns
16
tWLWH
WR 脉宽
735
3.0tCLCL-15
ns
690
3.0tCLCL-60
ns
193
2512F–AVR–12/03
Figure 89. 外部存储器时序 (SRWn1 = 0, SRWn0 = 0
T1
T2
T3
T4
System Clock (CLKCPU )
1
ALE
4
A15:8
7
Prev. Addr.
Address
15
DA7:0
Prev. Data
3a
Address
13
XX
Data
14
16
6
Write
2
WR
9
3b
DA7:0 (XMBK = 0)
Data
5
Read
Address
11
10
8
12
RD
Figure 90. 外部存储器时序 (SRWn1 = 0, SRWn0 = 1)
T1
T2
T3
T4
T5
System Clock (CLKCPU )
1
ALE
4
A15:8
7
Prev. Addr.
Address
15
3a
DA7:0
Prev. Data
Address
13
Data
XX
14
16
6
Write
2
WR
3b
9
Address
11
Data
5
Read
DA7:0 (XMBK = 0)
10
8
12
RD
194
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 91. 外部存储器时序 (SRWn1 = 1, SRWn0 = 0)
T1
T2
T3
T5
T4
T6
System Clock (CLKCPU )
1
ALE
4
A15:8
7
Address
Prev. Addr.
15
DA7:0
Prev. Data
3a
Address
13
XX
Data
14
16
6
Write
2
WR
9
3b
DA7:0 (XMBK = 0)
Address
11
5
Read
Data
10
8
12
RD
Figure 92. 外部存储器时序 (SRWn1 = 1, SRWn0 = 1)(1)
T1
T2
T3
T4
T6
T5
T7
System Clock (CLKCPU )
1
ALE
4
A15:8
7
Address
Prev. Addr.
15
Prev. Data
Address
XX
Data
14
16
6
Write
DA7:0
13
3a
2
WR
9
3b
Address
11
Data
5
Read
DA7:0 (XMBK = 0)
10
8
12
RD
Note:
1. 只有在下面一条指令访问 RAM 时，才会在 T4-T7 周期出现 ALE 脉冲。
195
2512F–AVR–12/03
ATmega8515 典型特性
下面图表给出了典型数据。这些数据在产生过程没有进行测试。所有的电流测量数据都是
在所有的 I/O 引脚配置为输入且内部上拉电阻使能的条件下测得的。时钟源为外部正弦波
发生器产生的满幅值正弦波。
掉电模式下的电流与时钟无关。
电流与多个因素有关，如：工作电压、工作频率、 I/O 引脚的负载及电平转换频率、执行
的代码和环境温度。主要因素为工作电压和工作频率。
容性负载引脚的电流可以通过公式 CL*VCC*f 进行估计。式中， CL 为负载电容， VCC 为工
作电压， f 为引脚的平均开关频率。
器件的特性参数为比测试上限更高的频率下的数据。但是不保证器件在比定货信息标明
的工作频率更高的频率功能正常工作。
掉电模式下看门狗使能与看门狗禁止之间的电流差异即是看门狗定时器所需的工作电
流。
工作电流
Figure 93. 工作电流和工作频率 (0.1 - 1.0 MHz) 的关系
ACTIVE SUPPLY CURRENT vs. FREQUENCY
0.1 - 1.0 MHz
1.6
5.5 V
1.4
5.0 V
4.5 V
4.0 V
3.3 V
3.0 V
2.7 V
1.2
ICC (mA)
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Frequency (MHz)
196
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 94. 工作电流和工作频率 (1 - 20 MHz) 的关系
ACTIVE SUPPLY CURRENT vs. FREQUENCY
1 - 20 MHz
25
5.5 V
20
5.0 V
ICC (mA)
4.5 V
15
4.0V
10
3.3V
5
3.0V
2.7V
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Frequency (MHz)
Figure 95. 工作电流和 VCC 的关系 ( 内部 RC 振荡器， 8 MHz)
ACTIVE SUPPLY CURRENT vs. VCC
INTERNAL RC OSCILLATOR, 8 MHz
14
-40 °C
25 °C
85 °C
12
ICC (mA)
10
8
6
4
2
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
197
2512F–AVR–12/03
Figure 96. 工作电流和 VCC 的关系 ( 内部 RC 振荡器 ， 4 MHz)
ACTIVE SUPPLY CURRENT vs. VCC
INTERNAL RC OSCILLATOR, 4 MHz
8
-40°C
85°C
25°C
7
6
ICC (mA)
5
4
3
2
1
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
Figure 97. 工作电流和 VCC 的关系 ( 内部 RC 振荡器 ， 2 MHz)
ACTIVE SUPPLY CURRENT vs. VCC
INTERNAL RC OSCILLATOR, 2 MHz
4
85°C
-40°C
25°C
3.5
3
ICC (mA)
2.5
2
1.5
1
0.5
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
198
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 98. 工作电流和 VCC 的关系 ( 内部 RC 振荡器 ， 1 MHz)
ACTIVE SUPPLY CURRENT vs. VCC
INTERNAL RC OSCILLATOR, 1 MHz
2.5
ICC (mA)
2
85°C
-40°C
25°C
1.5
1
0.5
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
Figure 99. 工作电流和 VCC 的关系 (32 kHz 外部晶振 )
ACTIVE SUPPLY CURRENT vs. VCC
32kHz EXTERNAL OSCILLATOR
100
90
80
25°C
ICC (uA)
70
60
50
40
30
20
10
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
199
2512F–AVR–12/03
空闲模式电流
Figure 100. 空闲模式电流和工作频率 (0.1 - 1.0 MHz) 的关系
IDLE SUPPLY CURRENT vs. FREQUENCY
0.1 - 1.0 MHz
0.45
5.5 V
ICC (mA)
0.4
0.35
5.0 V
0.3
4.5 V
0.25
4.0 V
0.2
3.3 V
3.0 V
2.7 V
0.15
0.1
0.05
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Frequency (MHz)
Figure 101. 空闲模式电流和工作频率 (1 - 20 MHz) 的关系
IDLE SUPPLY CURRENT vs. FREQUENCY
1 - 20 MHz
10
ICC (mA)
9
8
5.5V
7
5.0V
6
4.5V
5
4
4.0V
3
3.3V
2
3.0V
1
2.7V
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Frequency (MHz)
200
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 102. 空闲模式电流和 VCC 的关系 ( 内部 RC 振荡器， 8 MHz)
IDLE SUPPLY CURRENT vs. VCC
INTERNAL RC OSCILLATOR, 8 MHz
6
-40°C
25°C
85°C
5
ICC (mA)
4
3
2
1
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
Figure 103. 空闲模式电流和 VCC 的关系 ( 内部 RC 振荡器， 4 MHz)
IDLE SUPPLY CURRENT vs. VCC
INTERNAL RC OSCILLATOR, 4 MHz
3
-40°C
25°C
85°C
2.5
ICC (mA)
2
1.5
1
0.5
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
201
2512F–AVR–12/03
Figure 104. 空闲模式电流和 VCC 的关系 ( 内部 RC 振荡器， 2 MHz)
IDLE SUPPLY CURRENT vs. VCC
INTERNAL RC OSCILLATOR, 2 MHz
1.4
85°C
25°C
-40°C
1.2
ICC (mA)
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
Figure 105. 空闲模式电流和 VCC 的关系 ( 内部 RC 振荡器， 1 MHz)
IDLE SUPPLY CURRENT vs. VCC
INTERNAL RC OSCILLATOR, 1 MHz
0.7
85°C
25°C
-40°C
0.6
ICC (mA)
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
202
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 106. 空闲模式电流和 VCC 的关系 (32 kHz 外部晶振 )
IDLE SUPPLY CURRENT vs. VCC
32kHz EXTERNAL OSCILLATOR
50
45
25°C
40
ICC (uA)
35
30
25
20
15
10
5
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
掉电模式电流
Figure 107. 掉电模式电流和 VCC 的关系 ( 看门狗定时器禁用 )
POWER-DOWN SUPPLY CURRENT vs. VCC
WATCHDOG TIMER DISABLED
2
1.8
85°C
1.6
ICC (uA)
1.4
-40°C
1.2
25°C
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
203
2512F–AVR–12/03
Figure 108. 掉电模式电流和 VCC 的关系 ( 看门狗定时器使能 )
POWER-DOWN SUPPLY CURRENT vs. VCC
WATCHDOG TIMER ENABLED
20
85°C
-40°C
25°C
18
16
ICC (uA)
14
12
10
8
6
4
2
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
Standby 模式电流
Figure 109. Standby 模式电流和 VCC 的关系 (455 kHz 谐振器，看门狗定时器禁用 )
STANDBY SUPPLY CURRENT vs. VCC
455 kHz RESONATOR, WATCHDOG TIMER DISABLED
80
70
60
ICC (uA)
50
40
30
20
10
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
204
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 110. Standby 模式电流和 VCC 的关系 (1 MHz 谐振器，看门狗定时器禁用 )
STANDBY SUPPLY CURRENT vs. VCC
1 MHz RESONATOR, WATCHDOG TIMER DISABLED
60
50
ICC (uA)
40
30
20
10
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
Figure 111. Standby 模式电流和 VCC 的关系 (2 MHz 谐振器，看门狗定时器禁用 )
STANDBY SUPPLY CURRENT vs. VCC
2 MHz RESONATOR, WATCHDOG TIMER DISABLED
90
80
70
ICC (uA)
60
50
40
30
20
10
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
205
2512F–AVR–12/03
Figure 112. Standby 模式电流和 VCC 的关系 (2 MHz Xtal，看门狗定时器禁用 )
STANDBY SUPPLY CURRENT vs. VCC
2 MHz XTAL, WATCHDOG TIMER DISABLED
100
90
80
70
ICC (uA)
60
50
40
30
20
10
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
Figure 113. Standby 模式电流和 VCC 的关系 (4 MHz 谐振器，看门狗定时器禁用 )
STANDBY SUPPLY CURRENT vs. VCC
4 MHz RESONATOR, WATCHDOG TIMER DISABLED
140
120
ICC (uA)
100
80
60
40
20
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
206
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 114. Standby 模式电流和 VCC 的关系 (4 MHz XTAL，看门狗定时器禁用 )
STANDBY SUPPLY CURRENT vs. VCC
4 MHz XTAL, WATCHDOG TIMER DISABLED
140
120
ICC (uA)
100
80
60
40
20
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
Figure 115. Standby 模式电流和 VCC 的关系 (6 MHz 谐振器，看门狗定时器禁用 )
STANDBY SUPPLY CURRENT vs. VCC
6 MHz RESONATOR, WATCHDOG TIMER DISABLED
160
140
120
ICC (uA)
100
80
60
40
20
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
207
2512F–AVR–12/03
Figure 116. Standby 模式电流和 VCC 的关系 (6 MHz XTAL，看门狗定时器禁用 )
STANDBY SUPPLY CURRENT vs. VCC
6 MHz XTAL, WATCHDOG TIMER DISABLED
200
180
160
ICC (uA)
140
120
100
80
60
40
20
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
引脚上拉
Figure 117. I/O 引脚上拉电阻电流和输入电压的关系 (VCC = 5V)
I/O PIN PULL-UP RESISTOR CURRENT vs. INPUT VOLTAGE
Vcc = 5 V
160
85°C
140
25°C
120
-40°C
IOP (uA)
100
80
60
40
20
0
0
1
2
3
VOP (V)
208
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 118. I/O 引脚上拉电阻电流和输入电压的关系 (VCC = 2.7V)
I/O PIN PULL-UP RESISTOR CURRENT vs. INPUT VOLTAGE
Vcc = 2,7 V
80
85°C
25°C
70
60
-40°C
IOP (uA)
50
40
30
20
10
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
VOP (V)
Figure 119. 复位 (Reset) 引脚上拉电阻电流和 Reset 引脚电压的关系 (VCC = 5V)
RESET PULL-UP RESISTOR CURRENT vs. RESET PIN VOLTAGE
Vcc = 5V
120
-40°C
25°C
100
85°C
IRESET (uA)
80
60
40
20
0
0
1
2
3
4
5
6
VRESET (V)
209
2512F–AVR–12/03
Figure 120. 复位 (Reset) 引脚上拉电阻电流和 Reset 引脚电压的关系 (VCC = 2.7V)
RESET PULL-UP RESISTOR CURRENT vs. RESET PIN VOLTAGE
Vcc = 2.7V
60
-40°C
25°C
50
85°C
IRESET (uA)
40
30
20
10
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
VRESET (V)
驱动能力
Figure 121. I/O 引脚源电流和输出电压的关系 (VCC = 5V)
I/O PIN SOURCE CURRENT vs. OUTPUT VOLTAGE
Vcc = 5 V
90
80
-40°C
70
25°C
IOH (mA)
60
85°C
50
40
30
20
10
0
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VOH (V)
210
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 122. I/O 引脚源电流和输出电压的关系 (VCC = 2.7V)
I/O PIN SOURCE CURRENT vs. OUTPUT VOLTAGE
Vcc = 2,7 V
30
-40°C
25
85°C
25°C
IOH (mA)
20
15
10
5
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
VOH (V)
Figure 123. I/O 引脚吸收电流和输出电压的关系 (VCC = 5V)
I/O PIN SINK CURRENT vs. OUTPUT VOLTAGE
Vcc = 5 V
90
-40°C
80
70
25°C
60
IOL (mA)
85°C
50
40
30
20
10
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
VOL (V)
211
2512F–AVR–12/03
Figure 124. I/O 引脚吸收电流和输出电压的关系 (VCC = 2.7V)
I/O PIN SINK CURRENT vs. OUTPUT VOLTAGE
Vcc = 2,7 V
35
-40°C
30
25°C
25
IOL (mA)
85°C
20
15
10
5
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
VOL (V)
引脚门限及滞后
Figure 125. I/O 引脚输入门限电压和 VCC 的关系 (VIH, I/O 引脚读出值为 '1')
I/O PIN INPUT THRESHOLD VOLTAGE vs. VCC
VIH, IO PIN READ AS '1'
2.5
-40°C
85°C
25°C
Threshold (V)
2
1.5
1
0.5
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
212
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 126. I/O 引脚输入门限电压和 VCC 的关系 (VIL, I/O 引脚读出值为 '0')
I/O PIN INPUT THRESHOLD VOLTAGE vs. VCC
VIL, IO PIN READ AS '0'
2.5
Threshold (V)
2
-40°C
25°C
85°C
1.5
1
0.5
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
Figure 127. I/O 引脚输入迟滞和 VCC 的关系
I/O PIN INPUT HYSTERESIS vs. VCC
Threshold (V)
0.3
0.25
85°C
0.2
25°C
-40°C
0.15
0.1
0.05
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
213
2512F–AVR–12/03
Figure 128. Reset 输入门限电压和 VCC 的关系 (VIH,Reset 引脚读出值为 '1')
RESET INPUT THRESHOLD VOLTAGE vs. VCC
VIH, RESET PIN READ AS '1'
2.5
2
Threshold (V)
-40°C
1.5
25°C
85°C
1
0.5
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
Figure 129. Reset 输入门限电压和 VCC 的关系 (VIL,Reset 引脚读出值为 '0')
RESET INPUT THRESHOLD VOLTAGE vs. VCC
VIL, RESET PIN READ AS '0'
2.5
85°C
25°C
-40°C
Threshold (V)
2
1.5
1
0.5
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
214
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 130. Reset 输入迟滞和 VCC 的关系
RESET INPUT PIN HYSTERESIS vs. VCC
0.6
-40°C
0.5
Threshold (V)
0.4
25°C
0.3
0.2
85°C
0.1
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
BOD 门限值与模拟比较器偏移
量
Figure 131. BOD 门限值和温度的关系 (BOD 电平为 4.0V)
BOD THRESHOLDS vs. TEMPERATURE
BODLEVEL IS 4.0V
4.3
4.2
Threshold (V)
Rising VCC
4.1
4
Falling VCC
3.9
3.8
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Temperature (C)
215
2512F–AVR–12/03
Figure 132. BOD 门限值和温度的关系 (BOD 电平为 2.7V)
BOD THRESHOLDS vs. TEMPERATURE
BODLEVEL IS 2.7V
3.1
3
Threshold (V)
Rising VCC
2.9
2.8
Falling VCC
2.7
2.6
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Temperature (C)
Figure 133. 能隙电压和 VCC 的关系
BANDGAP VOLTAGE vs. VCC
1.27
-40°C
Bandgap Voltage (V)
1.265
25°C
1.26
85°C
1.255
1.25
1.245
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
Vcc (V)
216
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 134. 模拟比较器偏置电压和共模电压的关系 (VCC = 5V)
ANALOG COMPARATOR OFFSET VOLTAGE vs. COMMON MODE VOLTAGE
Vcc = 5V
0.002
Comparator Offset Voltage (V)
0.001
0
-0.001
-0.002
85°C
-0.003
25°C
-0.004
-40°C
-0.005
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
Common Mode Voltage (V)
Figure 135. 模拟比较器偏置电压和共模电压的关系 (VCC = 2.7V)
ANALOG COMPARATOR OFFSET VOLTAGE vs. COMMON MODE VOLTAGE
Vcc = 2.7V
0.002
Comparator Offset Voltage (V)
0.001
0
-0.001
-0.002
85°C
25°C
-0.003
-40°C
-0.004
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Common Mode Voltage (V)
217
2512F–AVR–12/03
内部振荡器速率
Figure 136. 看门狗振荡器频率和温度的关系
WATCHDOG OSCILLATOR FREQUENCY vs. TEMPERATURE
1300
1250
FWDT (kHz)
5.5V
5.0V
1200
4.5V
4.0V
1150
3.3V
3.0V
2.7V
1100
-50
-30
-10
10
30
50
70
90
Temp (˚C)
Figure 137. 看门狗振荡器频率和 VCC 的关系
WATCHDOG OSCILLATOR FREQUENCY vs. VCC
1300
-40°C
25°C
85°C
FRC (kHz)
1250
1200
1150
1100
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
218
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 138. 校准的 8 MHz RC 振荡器频率和温度的关系
CALIBRATED 8 MHz RC OSCILLATOR FREQUENCY vs. TEMPERATURE
9
8.5
FRC (MHz)
8
5.5V
7.5
4.0V
7
2.7V
6.5
6
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
Temp (˚C)
Figure 139. 校准的 8 MHz RC 振荡器频率和 VCC 的关系
CALIBRATED 8 MHz RC OSCILLATOR FREQUENCY vs. VCC
9
8.5
-40°C
25°C
FRC (MHz)
8
85°C
7.5
7
6.5
6
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
219
2512F–AVR–12/03
Figure 140. 校准的 8 MHz RC 振荡器频率和 Osccal 数值的关系
CALIBRATED 8 MHz RC OSCILLATOR FREQUENCY vs. OSCCAL VALUE
16
14
FRC (MHz)
12
10
8
6
4
0
16
32
48
64
80
96
112 128 144 160 176 192 208 224 240
OSCCAL VALUE
Figure 141. 校准的 4 MHz RC 振荡器频率和温度的关系
CALIBRATED 4 MHz RC OSCILLATOR FREQUENCY vs. TEMPERATURE
4.2
4.1
4
FRC (MHz)
5.5V
3.9
3.8
4.0V
3.7
3.6
2.7V
3.5
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
Temp (˚C)
220
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 142. 校准的 4 MHz RC 振荡器频率和 VCC 的关系
CALIBRATED 4 MHz RC OSCILLATOR FREQUENCY vs. VCC
4.2
4.1
-40°C
4
25°C
85°C
FRC (MHz)
3.9
3.8
3.7
3.6
3.5
3.4
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
Figure 143. 校准的 4 MHz RC 振荡器频率和 Osccal 数值的关系
CALIBRATED 4 MHz RC OSCILLATOR FREQUENCY vs. OSCCAL VALUE
8
7
FRC (MHz)
6
5
4
3
2
0
16
32
48
64
80
96
112 128 144 160 176 192 208 224 240
OSCCAL VALUE
221
2512F–AVR–12/03
Figure 144. 校准的 2 MHz RC 振荡器频率和温度的关系
CALIBRATED 2 MHz RC OSCILLATOR FREQUENCY vs. TEMPERATURE
2.15
2.1
2.05
FRC (MHz)
2
5.5V
1.95
1.9
4.0V
1.85
2.7V
1.8
1.75
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
Temp (˚C)
Figure 145. 校准的 2 MHz RC 振荡器频率和 VCC 的关系
CALIBRATED 2 MHz RC OSCILLATOR FREQUENCY vs. VCC
2.1
-40°C
2.05
25°C
2
85°C
FRC (MHz)
1.95
1.9
1.85
1.8
1.75
1.7
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
222
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 146. 校准的 2 MHz RC 振荡器频率和 Osccal 数值的关系
CALIBRATED 2 MHz RC OSCILLATOR FREQUENCY vs. OSCCAL VALUE
4
3.5
FRC (MHz)
3
2.5
2
1.5
1
0
16
32
48
64
80
96
112 128 144 160 176 192 208 224 240
OSCCAL VALUE
Figure 147. 校准的 1 MHz RC 振荡器频率和温度的关系
CALIBRATED 1 MHz RC OSCILLATOR FREQUENCY vs. TEMPERATURE
1.1
FRC (MHz)
1.05
1
5.5V
4.0V
0.95
2.7V
0.9
0.85
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
Temp (˚C)
223
2512F–AVR–12/03
Figure 148. 校准的 1 MHz RC 振荡器频率和 VCC 的关系
CALIBRATED 1 MHz RC OSCILLATOR FREQUENCY vs. VCC
1.1
1.05
FRC (MHz)
-40°C
25°C
1
85°C
0.95
0.9
0.85
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
Figure 149. 校准的 1 MHz RC 振荡器频率和 Osccal 数值的关系
CALIBRATED 1 MHz RC OSCILLATOR FREQUENCY vs. OSCCAL VALUE
2
1.75
FRC (MHz)
1.5
1.25
1
0.75
0.5
0
16
32
48
64
80
96
112 128 144 160 176 192 208 224 240
OSCCAL VALUE
224
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
外围设备耗电流
Figure 150. 模拟比较器电路与 VCC 的关系
ANALOG COMPARATOR CURRENT vs. VCC
250
85°C
200
ICC (uA)
25°C
-40°C
150
100
50
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
Figure 151. BOD 电流和 VCC 的关系
BROWNOUT DETECTOR CURRENT vs. VCC
25
ICC (uA)
20
-40°C
25°C
85°C
15
10
5
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
225
2512F–AVR–12/03
Figure 152. 编程电流和 VCC 的关系
PROGRAMMING CURRENT vs. VCC
10
9
-40°C
ICC (mA)
8
7
25°C
6
85°C
5
4
3
2
1
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
复位与复位脉宽电流消耗
Figure 153. 复位电流与 VCC 的关系 (0.1 - 1.0 MHz，包括通过复位上拉电阻的电流 )
RESET SUPPLY CURRENT vs. VCC
0.1 - 1.0 MHz, EXCLUDING CURRENT THROUGH THE RESET PULLUP
3
5.5V
2.5
5.0V
ICC (mA)
2
4.5V
4.0V
1.5
3.3V
3.0V
2.7V
1
0.5
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Frequency (MHz)
226
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
Figure 154. 复位电流与 VCC 的关系 (1 - 20 MHz，包括通过复位上拉电阻的电流 )
RESET SUPPLY CURRENT vs. VCC
1 - 20 MHz, EXCLUDING CURRENT THROUGH THE RESET PULLUP
20
18
5.5V
16
5.0V
14
4.5V
ICC (mA)
12
10
4.0V
8
3.3V
6
3.0V
4
2.7V
2
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Frequency (MHz)
Figure 155. 复位脉宽与 VCC 的关系
RESET PULSE WIDTH vs. VCC
1200
1000
Pulsewidth (ns)
800
600
85°C
25°C
400
-40°C
200
0
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VCC (V)
227
2512F–AVR–12/03
寄存器概述
地址
名称
Bit 7
Bit 6
Bit 5
Bit 4
Bit 3
Bit 2
Bit 1
Bit 0
$3F ($5F)
SREG
I
T
H
S
V
N
Z
C
页码
8
$3E ($5E)
SPH
SP15
SP14
SP13
SP12
SP11
SP10
SP9
SP8
10
$3D ($5D)
SPL
SP7
SP6
SP5
SP4
SP3
SP2
SP1
SP0
10
$3C ($5C)
保留
$3B ($5B)
GICR
INT1
INT0
INT2
-
-
-
IVSEL
IVCE
53, 74
$3A ($5A)
GIFR
INTF1
INTF0
INTF2
-
-
-
-
-
75
$39 ($59)
TIMSK
TOIE1
OCIE1A
OCIE1B
-
TICIE1
-
TOIE0
OCIE0
88, 115
88, 115
-
$38 ($58)
TIFR
TOV1
OCF1A
OCF1B
-
ICF1
-
TOV0
OCF0
$37 ($57)
SPMCR
SPMIE
RWWSB
-
RWWSRE
BLBSET
PGWRT
PGERS
SPMEN
159
$36 ($56)
EMCUCR
SM0
SRL2
SRL1
SRL0
SRW01
SRW00
SRW11
ISC2
26,38,74
$35 ($55)
MCUCR
SRE
SRW10
SE
SM1
ISC11
ISC10
ISC01
ISC00
25,37,73
$34 ($54)
MCUCSR
-
-
SM2
-
WDRF
BORF
EXTRF
PORF
37,45
$33 ($53)
TCCR0
FOC0
WGM00
COM01
COM00
WGM01
CS02
CS01
CS00
86
$32 ($52)
$31 ($51)
TCNT0
T/C0 (8 位 )
OCR0
T/C0 输出比较寄存器
$30 ($50)
SFIOR
-
XMBK
XMM2
XMM1
87
88
XMM0
PUD
-
PSR10
27,62,90
$2F ($4F)
TCCR1A
COM1A1
COM1A0
COM1B1
COM1B0
FOC1A
FOC1B
WGM11
WGM10
110
$2E ($4E)
TCCR1B
ICNC1
ICES1
-
WGM13
WGM12
CS12
CS11
CS10
113
$2D ($4D)
TCNT1H
T/C1 - 计数器寄存器高字节
113
$2C ($4C)
TCNT1L
T/C1 - 计数器寄存器低字节
113
$2B ($4B)
OCR1AH
T/C1 - 输出比较寄存器 A 高字节
114
$2A ($4A)
OCR1AL
T/C1 - 输出比较寄存器 A 低字节
114
$29 ($49)
OCR1BH
T/C1 - 输出比较寄存器 B 高字节
114
$28 ($48)
OCR1BL
T/C1 - 输出比较寄存器 B 低字节
114
$27 ($47)
保留
-
-
$26 ($46)
保留
-
-
$25 ($45)
ICR1H
T/C1 - 输入捕获寄存器高字节
115
$24 ($44)
ICR1L
T/C1 - 输入捕获寄存器低字节
115
$23 ($43)
保留
-
-
$22 ($42)
保留
-
$21 ($41)
WDTCR
-
UBRRH
URSEL
-
-
-
UCSRC
URSEL
UMSEL
UPM1
$1F ($3F)
EEARH
-
-
-
$1E ($3E)
EEARL
EEPROM 地址寄存器低字节
$1D ($3D)
EEDR
EEPROM 数据寄存器
$1C ($3C)
EECR
-
-
-
-
EERIE
EEMWE
EEWE
EERE
$1B ($3B)
PORTA
PORTA7
PORTA6
PORTA5
PORTA4
PORTA3
PORTA2
PORTA1
PORTA0
71
$1A ($3A)
DDRA
DDA7
DDA6
DDA5
DDA4
DDA3
DDA2
DDA1
DDA0
71
71
$20(1) ($40)(1)
-
-
WDCE
WDE
WDP2
WDP1
WDP0
UPM0
USBS
UCSZ1
UCSZ0
UCPOL
146
-
-
-
-
EEAR8
17
UBRR[11:8]
47
149
17
18
18
$19 ($39)
PINA
PINA7
PINA6
PINA5
PINA4
PINA3
PINA2
PINA1
PINA0
$18 ($38)
PORTB
PORTB7
PORTB6
PORTB5
PORTB4
PORTB3
PORTB2
PORTB1
PORTB0
71
$17 ($37)
DDRB
DDB7
DDB6
DDB5
DDB4
DDB3
DDB2
DDB1
DDB0
71
$16 ($36)
PINB
PINB7
PINB6
PINB5
PINB4
PINB3
PINB2
PINB1
PINB0
71
$15 ($35)
PORTC
PORTC7
PORTC6
PORTC5
PORTC4
PORTC3
PORTC2
PORTC1
PORTC0
71
$14 ($34)
DDRC
DDC7
DDC6
DDC5
DDC4
DDC3
DDC2
DDC1
DDC0
71
$13 ($33)
PINC
PINC7
PINC6
PINC5
PINC4
PINC3
PINC2
PINC1
PINC0
72
$12 ($32)
PORTD
PORTD7
PORTD6
PORTD5
PORTD4
PORTD3
PORTD2
PORTD1
PORTD0
72
$11 ($31)
DDRD
DDD7
DDD6
DDD5
DDD4
DDD3
DDD2
DDD1
DDD0
72
$10 ($30)
PIND
PIND7
PIND6
PIND5
PIND4
PIND3
PIND2
PIND1
PIND0
$0F ($2F)
SPDR
SPI 数据寄存器
72
123
$0E ($2E)
SPSR
SPIF
WCOL
-
-
-
-
-
SPI2X
123
$0D ($2D)
SPCR
SPIE
SPE
DORD
MSTR
CPOL
CPHA
SPR1
SPR0
121
USART I/O 数据寄存器
$0C ($2C)
UDR
$0B ($2B)
UCSRA
RXC
TXC
UDRE
$0A ($2A)
UCSRB
RXCIE
TXCIE
UDRIE
$09 ($29)
UBRRL
$08 ($28)
ACSR
ACD
ACBG
ACO
ACI
$07 ($27)
PORTE
-
-
-
$06 ($26)
DDRE
-
-
-
$05 ($25)
PINE
-
-
-
-
$04 ($24)
OSCCAL
Notes:
228
145
FE
DOR
PE
U2X
MPCM
145
RXEN
TXEN
UCSZ2
RXB8
TXB8
146
ACIE
ACIC
ACIS1
ACIS0
154
-
-
PORTE2
PORTE1
PORTE0
72
-
-
DDE2
DDE1
DDE0
72
PINE2
PINE1
PINE0
USART 波特率寄存器低字节
振荡器标定寄存器
149
72
35
1. 如何访问 UBRRH 与 UCSRC 请参见 USART 部分。
2. 为了和将来器件兼容，访问保留位时应该写 0。保留的 I/O 地址不可以执行写操作。
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
3. 一些状态标志可以通过写入逻辑1来清除。需要注意的是，CBI和SBI 指令对I/O寄存器的所有位有效，因此可以对那些包含标
志位的寄存器进行操作。CBI 和 SBI 指令可使用的范围只能是地址为 0x00 - 0x1F 的寄存器。
229
2512F–AVR–12/03
指令集概述
标志
操作数
说明
操作
ADD
Rd, Rr
无进位加法
Rd ← Rd + Rr
Z,C,N,V,H
ADC
Rd, Rr
带进位加法
Rd ← Rd + Rr + C
Z,C,N,V,H
1
ADIW
Rdl,K
立即数与字相加
Rdh:Rdl ← Rdh:Rdl + K
Z,C,N,V,S
2
SUB
Rd, Rr
无进位减法
Rd ← Rd - Rr
Z,C,N,V,H
1
SUBI
Rd, K
减立即数
Rd ← Rd - K
Z,C,N,V,H
1
SBC
Rd, Rr
带进位减法
Rd ← Rd - Rr - C
Z,C,N,V,H
1
SBCI
Rd, K
带进位减立即数
Rd ← Rd - K - C
Z,C,N,V,H
1
SBIW
Rdl,K
从字中减立即数
Rdh:Rdl ← Rdh:Rdl - K
Z,C,N,V,S
2
AND
Rd, Rr
逻辑与
Rd ← Rd • Rr
Z,N,V
1
ANDI
Rd, K
与立即数的逻辑与操作
Rd ← Rd • K
Z,N,V
1
OR
Rd, Rr
逻辑或
Rd ← Rd v Rr
Z,N,V
1
指令
# 时钟数
算数和逻辑指令
1
ORI
Rd, K
与立即数的逻辑或操作
Rd ← Rd v K
Z,N,V
1
EOR
Rd, Rr
异或
Rd ← Rd ⊕ Rr
Z,N,V
1
COM
Rd
1 的补码
Rd ← $FF − Rd
Z,C,N,V
1
NEG
Rd
2 的补码
Rd ← $00 − Rd
Z,C,N,V,H
1
SBR
Rd,K
设置寄存器的位
Rd ← Rd v K
Z,N,V
1
CBR
Rd,K
寄存器位清零
Rd ← Rd • ($FF - K)
Z,N,V
1
INC
Rd
加一操作
Rd ← Rd + 1
Z,N,V
1
DEC
Rd
减一操作
Rd ← Rd − 1
Z,N,V
1
TST
Rd
测试是否为零或负
Rd ← Rd • Rd
Z,N,V
1
CLR
Rd
寄存器清零
Rd ← Rd ⊕ Rd
Z,N,V
1
SER
Rd
寄存器置位
Rd ← $FF
None
1
MUL
Rd, Rr
无符号数乘法
R1:R0 ← Rd x Rr
Z,C
2
MULS
Rd, Rr
有符号数乘法
R1:R0 ← Rd x Rr
Z,C
2
MULSU
Rd, Rr
有符号数与无符号数乘法
R1:R0 ← Rd x Rr
Z,C
2
FMUL
Rd, Rr
无符号小数乘法
R1:R0 ← (Rd x Rr) <<
Z,C
2
FMULS
Rd, Rr
有符号小数乘法
Z,C
2
FMULSU
Rd, Rr
有符号小数与无符号小数乘法
1
R1:R0 ← (Rd x Rr) << 1
R1:R0 ← (Rd x Rr) << 1
Z,C
2
相对跳转
PC ← PC + k + 1
None
2
间接跳转到 (Z)
PC ← Z
None
2
跳转指令
RJMP
k
IJMP
相对子程序调用
PC ← PC + k + 1
None
3
ICALL
间接调用 (Z)
PC ← Z
None
3
RET
子程序返回
PC ← STACK
None
4
RETI
中断返回
PC ← STACK
I
Rd,Rr
比较，相等则跳过下一条指令
if (Rd = Rr) PC ← PC + 2 or 3
None
CP
Rd,Rr
比较
Rd − Rr
Z, N,V,C,H
1
CPC
Rd,Rr
带进位比较
Rd − Rr − C
Z, N,V,C,H
1
CPI
Rd,K
与立即数比较
Rd − K
Z, N,V,C,H
SBRC
Rr, b
寄存器位为 "0” 则跳过下一条指令
if (Rr(b)=0) PC ← PC + 2 or 3
None
RCALL
CPSE
k
4
1/2/3
1
1/2/3
SBRS
Rr, b
寄存器位为 "1” 则跳过下一条指令
if (Rr(b)=1) PC ← PC + 2 or 3
None
1/2/3
SBIC
P, b
I/O 寄存器位为 "0” 则跳过下一条指令
if (P(b)=0) PC ← PC + 2 or 3
None
1/2/3
SBIS
P, b
I/O 寄存器位为 "1” 则跳过下一条指令
if (P(b)=1) PC ← PC + 2 or 3
None
1/2/3
BRBS
s, k
状态寄存器位为 "1” 则跳过下一条指令
if (SREG(s) = 1) then PC←PC+k + 1
None
BRBC
s, k
状态寄存器位为 "0” 则跳过下一条指令
if (SREG(s) = 0) then PC←PC+k + 1
None
1/2
1/2
BREQ
k
相等则跳转
if (Z = 1) then PC ← PC + k + 1
None
1/2
BRNE
k
不相等则跳转
if (Z = 0) then PC ← PC + k + 1
None
1/2
BRCS
k
进位位为 "1” 则跳转
if (C = 1) then PC ← PC + k + 1
None
1/2
BRCC
k
进位位为 "0” 则跳转
if (C = 0) then PC ← PC + k + 1
None
1/2
BRSH
k
大于或等于则跳转
if (C = 0) then PC ← PC + k + 1
None
1/2
BRLO
k
小于则跳转
if (C = 1) then PC ← PC + k + 1
None
1/2
BRMI
k
负则跳转
if (N = 1) then PC ← PC + k + 1
None
1/2
BRPL
k
正则跳转
if (N = 0) then PC ← PC + k + 1
None
1/2
BRGE
k
有符号数大于或等于则跳转
if (N ⊕ V= 0) then PC ← PC + k + 1
None
1/2
BRLT
k
有符号数负则跳转
if (N ⊕ V= 1) then PC ← PC + k + 1
None
1/2
BRHS
k
半进位位为 "1” 则跳转
if (H = 1) then PC ← PC + k + 1
None
1/2
BRHC
k
半进位位为 "0” 则跳转
if (H = 0) then PC ← PC + k + 1
None
1/2
BRTS
k
T 为 "1” 则跳转
if (T = 1) then PC ← PC + k + 1
None
1/2
BRTC
k
T 为 "0” 则跳转
if (T = 0) then PC ← PC + k + 1
None
1/2
BRVS
k
溢出标志为 "1” 则跳转
if (V = 1) then PC ← PC + k + 1
None
1/2
BRVC
k
溢出标志为 "0” 再跳转
if (V = 0) then PC ← PC + k + 1
None
1/2
BRIE
k
中断使能再跳转
if ( I = 1) then PC ← PC + k + 1
None
1/2
BRID
k
中断禁用再跳转
if ( I = 0) then PC ← PC + k + 1
None
1/2
230
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
标志
操作数
说明
操作
MOV
Rd, Rr
寄存器间复制
MOVW
Rd, Rr
复制寄存器字
Rd ← Rr
Rd+1:Rd ← Rr+1:Rr
LDI
Rd, K
加载立即数
Rd ← K
None
1
LD
Rd, X
加载间接寻址数据
Rd ← (X)
None
2
LD
Rd, X+
加载间接寻址数据，然后地址加一
Rd ← (X), X ← X + 1
None
2
LD
Rd, - X
地址减一后加载间接寻址数据
X ← X - 1, Rd ← (X)
None
2
LD
Rd, Y
加载间接寻址数据
Rd ← (Y)
None
2
LD
Rd, Y+
加载间接寻址数据，然后地址加一
Rd ← (Y), Y ← Y + 1
None
2
LD
Rd, - Y
地址减一后加载间接寻址数据
Y ← Y - 1, Rd ← (Y)
None
2
LDD
Rd,Y+q
加载带偏移量的间接寻址数据
Rd ← (Y + q)
None
2
LD
Rd, Z
加载间接寻址数据
Rd ← (Z)
None
2
LD
Rd, Z+
加载间接寻址数据，然后地址加一
Rd ← (Z), Z ← Z+1
None
2
LD
Rd, -Z
地址减一后加载间接寻址数据
Z ← Z - 1, Rd ← (Z)
None
2
LDD
Rd, Z+q
加载带偏移量的间接寻址数据
Rd ← (Z + q)
None
2
LDS
Rd, k
从 SRAM 加载数据
Rd ← (k)
None
2
ST
X, Rr
以间接寻址方式存储数据
(X) ← Rr
None
2
ST
X+, Rr
以间接寻址方式存储数据，然后地址加一
(X) ← Rr, X ← X + 1
None
2
ST
- X, Rr
地址减一后以间接寻址方式存储数据
X ← X - 1, (X) ← Rr
None
2
ST
Y, Rr
加载间接寻址数据
(Y) ← Rr
None
2
ST
Y+, Rr
加载间接寻址数据，然后地址加一
(Y) ← Rr, Y ← Y + 1
None
2
ST
- Y, Rr
地址减一后加载间接寻址数据
Y ← Y - 1, (Y) ← Rr
None
2
STD
Y+q,Rr
加载带偏移量的间接寻址数据
(Y + q) ← Rr
None
2
ST
Z, Rr
加载间接寻址数据
(Z) ← Rr
None
2
ST
Z+, Rr
加载间接寻址数据，然后地址加一
(Z) ← Rr, Z ← Z + 1
None
2
ST
-Z, Rr
地址减一后加载间接寻址数据
Z ← Z - 1, (Z) ← Rr
None
2
STD
Z+q,Rr
加载带偏移量的间接寻址数据
(Z + q) ← Rr
None
2
STS
k, Rr
从 SRAM 加载数据
(k) ← Rr
None
2
加载程序空间的数据
R0 ← (Z)
None
3
指令
# 时钟数
数据传送指令
LPM
None
1
None
1
LPM
Rd, Z
加载程序空间的数据
Rd ← (Z)
None
3
LPM
Rd, Z+
加载程序空间的数据，然后地址加一
Rd ← (Z), Z ← Z+1
None
3
保存程序空间的数据
(Z) ← R1:R0
None
-
None
1
SPM
IN
Rd, P
从 I/O 端口读数据
Rd ← P
OUT
P, Rr
输出端口
P ← Rr
None
1
PUSH
Rr
将寄存器推入堆栈
STACK ← Rr
None
2
POP
Rd
将寄存器从堆栈中弹出
Rd ← STACK
None
2
位和位测试指令
SBI
P,b
I/O 寄存器位置位
I/O(P,b) ← 1
None
2
CBI
P,b
I/O 寄存器位清零
I/O(P,b) ← 0
None
2
LSL
Rd
逻辑左移
Rd(n+1) ← Rd(n), Rd(0) ← 0
Z,C,N,V
1
LSR
Rd
逻辑右移
Rd(n) ← Rd(n+1), Rd(7) ← 0
Z,C,N,V
1
ROL
Rd
带进位循环左移
Rd(0)←C,Rd(n+1)← Rd(n),C←Rd(7)
Z,C,N,V
1
ROR
Rd
带进位循环右移
Rd(7)←C,Rd(n)← Rd(n+1),C←Rd(0)
Z,C,N,V
1
ASR
Rd
算术右移
Rd(n) ← Rd(n+1), n=0..6
Z,C,N,V
1
SWAP
Rd
高低半字节交换
Rd(3..0)←Rd(7..4),Rd(7..4)←Rd(3..0)
None
1
BSET
s
标志置位
SREG(s) ← 1
SREG(s)
1
BCLR
s
标志清零
SREG(s) ← 0
SREG(s)
1
BST
Rr, b
从寄存器将位赋给 T
T ← Rr(b)
T
1
BLD
Rd, b
将 T 赋给寄存器位
Rd(b) ← T
None
1
SEC
进位位置位
C←1
C
1
CLC
进位位清零
C←0
C
1
SEN
负标志位置位
N←1
N
1
CLN
负标志位清零
N←0
N
1
SEZ
零标志位置位
Z←1
Z
1
CLZ
零标志位清零
Z←0
Z
1
SEI
全局中断使能
I←1
I
1
CLI
全局中断禁用
I←0
I
1
SES
符号测试标志位置位
S←1
S
1
CLS
符号测试标志位清零
S←0
S
1
SEV
2 的补码溢出标志置位
V←1
V
1
CLV
2 的补码溢出标志清零
V←0
V
1
SET
SREG 的 T 置位
T←1
T
1
CLT
SREG 的 T 清零
T←0
T
1
SEH
CLH
SREG 的半进位标志置位
SREG 的半进位标志清零
H←1
H←0
H
H
1
1
MCU 控制指令
231
2512F–AVR–12/03
指令
操作数
说明
操作
标志
# 时钟数
NOP
空操作
None
1
SLEEP
休眠
( 休眠功能见 specific descr. )
None
1
WDR
复位看门狗
(WDR/timer 见 specific descr.)
None
1
232
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
产品信息
速度 (MHz)
8
16
Note:
所需电源
2.7 - 5.5V
4.5 - 5.5V
产品号
封装
工作范围
ATmega8515L-8AC
ATmega8515L-8PC
ATmega8515L-8JC
ATmega8515L-8MC
44A
40P6
44J
44M1
商业级
(0°C － 70°C)
ATmega8515L-8AI
ATmega8515L-8PI
ATmega8515L-8JI
ATmega8515L-8MI
44A
40P6
44J
44M1
工业级
(-40°C － 85°C)
ATmega8515-16AC
ATmega8515-16PC
ATmega8515-16JC
ATmega8515-16MC
44A
40P6
44J
44M1
商业级
(0°C － 70°C)
ATmega8515-16AI
ATmega8515-16PI
ATmega8515-16JI
ATmega8515-16MI
44A
40P6
44J
44M1
工业级
(-40°C － 85°C)
1. 产品也可以 wafer 的形式提供，订货信息细节以及最小定货量请与 Atmel 当地机构联系。
封装类型
44A
44- 引线，薄 (1.0 mm)TQFP
40P6
40- 引线，0.600” 宽， PDIP
44J
44- 引线， PLCC
44M1
44- 焊垫， 7 x 7 x 1.0 mm 大小，线距 0.50 mm， MLF
233
2512F–AVR–12/03
封装信息
44A
PIN 1
B
PIN 1 IDENTIFIER
E1
e
E
D1
D
C
0˚~7˚
A1
A2
A
L
COMMON DIMENSIONS
(Unit of Measure = mm)
MIN
NOM
MAX
A
–
–
1.20
A1
0.05
–
0.15
SYMBOL
Notes:
1. This package conforms to JEDEC reference MS-026, Variation ACB.
2. Dimensions D1 and E1 do not include mold protrusion. Allowable
protrusion is 0.25 mm per side. Dimensions D1 and E1 are maximum
plastic body size dimensions including mold mismatch.
3. Lead coplanarity is 0.10 mm maximum.
A2
0.95
1.00
1.05
D
11.75
12.00
12.25
D1
9.90
10.00
10.10
E
11.75
12.00
12.25
E1
9.90
10.00
10.10
B
0.30
–
0.45
C
0.09
–
0.20
L
0.45
–
0.75
e
NOTE
Note 2
Note 2
0.80 TYP
10/5/2001
R
234
2325 Orchard Parkway
San Jose, CA 95131
TITLE
44A, 44-lead, 10 x 10 mm Body Size, 1.0 mm Body Thickness,
0.8 mm Lead Pitch, Thin Profile Plastic Quad Flat Package (TQFP)
DRAWING NO.
REV.
44A
B
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
40P6
D
PIN
1
E1
A
SEATING PLANE
A1
L
B
B1
e
E
0º ~ 15º
C
eB
Notes:
COMMON DIMENSIONS
(Unit of Measure = mm)
REF
1. This package conforms to JEDEC reference MS-011, Variation AC.
2. Dimensions D and E1 do not include mold Flash or Protrusion.
Mold Flash or Protrusion shall not exceed 0.25 mm (0.010").
SYMBOL
MIN
NOM
MAX
A
–
–
4.826
A1
0.381
–
–
D
52.070
–
52.578
E
15.240
–
15.875
E1
13.462
–
13.970
B
0.356
–
0.559
B1
1.041
–
1.651
L
3.048
–
3.556
C
0.203
–
0.381
eB
15.494
–
17.526
e
NOTE
Note 2
Note 2
2.540 TYP
09/28/01
R
2325 Orchard Parkway
San Jose, CA 95131
TITLE
40P6, 40-lead (0.600"/15.24 mm Wide) Plastic Dual
Inline Package (PDIP)
DRAWING NO.
40P6
REV.
B
235
2512F–AVR–12/03
44J
1.14(0.045) X 45˚
PIN NO. 1
1.14(0.045) X 45˚
0.318(0.0125)
0.191(0.0075)
IDENTIFIER
E1
E
D2/E2
B1
B
e
A2
D1
A1
D
A
0.51(0.020)MAX
45˚ MAX (3X)
COMMON DIMENSIONS
(Unit of Measure = mm)
SYMBOL
Notes:
1. This package conforms to JEDEC reference MS-018, Variation AC.
2. Dimensions D1 and E1 do not include mold protrusion.
Allowable protrusion is .010"(0.254 mm) per side. Dimension D1
and E1 include mold mismatch and are measured at the extreme
material condition at the upper or lower parting line.
3. Lead coplanarity is 0.004" (0.102 mm) maximum.
MIN
MAX
NOM
A
4.191
–
4.572
A1
2.286
–
3.048
A2
0.508
–
–
D
17.399
–
17.653
D1
16.510
–
16.662
E
17.399
–
17.653
E1
16.510
–
16.662
D2/E2
14.986
–
16.002
B
0.660
–
0.813
B1
0.330
–
0.533
e
NOTE
Note 2
Note 2
1.270 TYP
10/04/01
R
236
2325 Orchard Parkway
San Jose, CA 95131
TITLE
44J, 44-lead, Plastic J-leaded Chip Carrier (PLCC)
DRAWING NO.
REV.
44J
B
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
44M1
D
Marked Pin# 1 ID
E
SEATING PLANE
A1
TOP VIEW
A3
A
L
Pin #1 Corner
D2
SIDE VIEW
COMMON DIMENSIONS
(Unit of Measure = mm)
E2
SYMBOL
MIN
NOM
MAX
A
0.80
0.90
1.00
A1
–
0.02
0.05
A3
b
0.25 REF
0.18
D
e
b
D2
E2
5.00
L
0.30
5.20
5.40
7.00 BSC
5.00
e
Notes: 1. JEDEC Standard MO-220, Fig. 1 (SAW Singulation) VKKD-1.
0.23
7.00 BSC
E
BOTTOM VIEW
NOTE
5.20
5.40
0.50 BSC
0.35
0.55
0.75
01/15/03
R
2325 Orchard Parkway
San Jose, CA 95131
TITLE
44M1, 44-pad, 7 x 7 x 1.0 mm Body, Lead Pitch 0.50 mm
Micro Lead Frame Package (MLF)
DRAWING NO.
44M1
REV.
C
237
2512F–AVR–12/03
勘误表
本节的版本号与 ATmega8515 芯片的版本号相同。
ATmega8515(L) Rev. B
该版本无勘误。
238
ATmega8515(L)
2512F–AVR–12/03
ATmega8515(L)
ATmega8515 数据变更
日志
请注意本节中所提及的页码为手册中所对应的页码。请参看相应的版本号。
从版本 Rev. 2512F-12/03
到版本 Rev. 2512E-09/03
的变化
1. 更新 P35“ 标定的片内 RC 振荡器 ” 。
从版本 Rev. 2512D-02/03
到版本 Rev. 2512E-09/03
的变化
1. 从手册中删除 “ 预备 ” 部分。
2. 更新 P42Table 18 及 P186“ 电气特性 ” 中 “ 最大值速率 ” 与 “ 直流特性 ” 。
3. 更新章节 P196“ATmega8515 典型特性 ” 。
从版本 Rev. 2512C-10/02
到版本 Rev. 2512D-02/03
的变化
1. 添加 P20“ 在掉电休眠模式下的 EEPROM 写操作 ” 。
2. 修改 P83“ 相位修正 PWM 模式 ” 的说明方式。
3. 修正 P103Figure 53 OCn 波形。
4. 在 P163“装载临时缓冲器(页加载)” 中添加关于在SPM页载入过程中写EEPROM的
注意事项。
5. 更新 P183Table 93。
6. 更新 P234“ 封装信息 ” 。
从版本 Rev. 2512B-09/02
到版本 Rev. 2512C-10/02
的变化
1. 添加 P27“ 使用小于 64 KB 的外部存储器 ” 。
2. 删除所有 TBD。
3. 添加关于标定值为 2, 4,8 MHz 的说明。
4. 在 P36“ 外部时钟 ” 中添加频率改变部分。
5. 在 P42Table 18 中添加有关 VBOT 的注意事项。
6. 更新 P60“ 未连接引脚的处理 ” 。
7. 更新 P91“16 位定时器 / 计数器 1” 、 P110Table 51 及 P111Table 52。
8. 更新 P174“ 进入编程模式 ” 、P174“ 芯片擦除 ” 、P176Figure 77 及 P177Figure 78。
9. 更新 P186“ 电气特性 ” 、P188“ 外部时钟驱动 ” 、P188Table 96、 P189Table 97、
P189“SPI 时序特性 ” 及 P191Table 98。
10. 添加 P238“ 勘误表 ” 。
从版本 Rev. 2512A-04/02
到版本 Rev. 2512B-09/02
的变化
1. 将 Flash 的寿命改为 10,000 写入 / 擦除次。
239
2512F–AVR–12/03
Atmel Corporation
2325 Orchard Parkway
San Jose, CA 95131, USA
Tel: 1(408) 441-0311
Fax: 1(408) 487-2600
Regional Headquarters
Europe
Atmel Sarl
Route des Arsenaux 41
Case Postale 80
CH-1705 Fribourg
Switzerland
Tel: (41) 26-426-5555
Fax: (41) 26-426-5500
Asia
Room 1219
Chinachem Golden Plaza
77 Mody Road Tsimshatsui
East Kowloon
Hong Kong
Tel: (852) 2721-9778
Fax: (852) 2722-1369
Japan
9F, Tonetsu Shinkawa Bldg.
1-24-8 Shinkawa
Chuo-ku, Tokyo 104-0033
Japan
Tel: (81) 3-3523-3551
Fax: (81) 3-3523-7581
Atmel Operations
Memory
2325 Orchard Parkway
San Jose, CA 95131, USA
Tel: 1(408) 441-0311
Fax: 1(408) 436-4314
Microcontrollers
2325 Orchard Parkway
San Jose, CA 95131, USA
Tel: 1(408) 441-0311
Fax: 1(408) 436-4314
La Chantrerie
BP 70602
44306 Nantes Cedex 3, France
Tel: (33) 2-40-18-18-18
Fax: (33) 2-40-18-19-60
ASIC/ASSP/Smart Cards
Zone Industrielle
13106 Rousset Cedex, France
Tel: (33) 4-42-53-60-00
Fax: (33) 4-42-53-60-01
RF/Automotive
Theresienstrasse 2
Postfach 3535
74025 Heilbronn, Germany
Tel: (49) 71-31-67-0
Fax: (49) 71-31-67-2340
1150 East Cheyenne Mtn. Blvd.
Colorado Springs, CO 80906, USA
Tel: 1(719) 576-3300
Fax: 1(719) 540-1759
Biometrics/Imaging/Hi-Rel MPU/
High Speed Converters/RF Datacom
Avenue de Rochepleine
BP 123
38521 Saint-Egreve Cedex, France
Tel: (33) 4-76-58-30-00
Fax: (33) 4-76-58-34-80
1150 East Cheyenne Mtn. Blvd.
Colorado Springs, CO 80906, USA
Tel: 1(719) 576-3300
Fax: 1(719) 540-1759
Scottish Enterprise Technology Park
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2512F–AVR–12/03