atmega16单片机介绍
　　atmega16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，atmega16 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。
　　atmega16 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。
　　atmega16 有如下特点:16k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，1k 字节sram，32 个通用i/o 口线，32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的jtag 接口，支持片内调试与编程，三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，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(tqfp 封装) 的adc ，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个spi 串行端口，以及六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usart、两线接口、a/d 转换器、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；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态； adc 噪声抑制模式时终止cpu 和除了异步定时器与adc 以外所有i/o 模块的工作，以降低adc 转换时的开关噪声； 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；扩展standby 模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。
　　本芯片是以atmel 高密度非易失性存储器技术的。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(applicationflash 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， atmega16 成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用了灵活而低成本的解决方案。atmega16 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。
2.1.1 atmega16产品特性
　　u 高性能、低功耗的8位avr微处理器
　　l 先进的risc 结构
　　l 131条指令
　　l 大多数指令执行时间为单个时钟周期
　　l 32个8位通用工作寄存器
　　l 全静态工作
　　l 工作于16mhz时性能高达16mips
　　l 只需两个时钟周期的硬件乘法器
　　l 非易失性程序和数据存储器
　　l 16k 字节的系统内可编程flash，擦写寿命: 10,000次
　　l 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
　　l 512 字节的eeprom，擦写寿命: 100,000次
　　l 1k字节的片内sram
　　l 可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密
　　l jtag 接口( 与ieee 1149.1 标准兼容)
　　l 符合jtag 标准的边界扫描功能
　　l 支持扩展的片内调试功能
　　l 通过jtag 接口实现对flash、eeprom、熔丝位和锁定位的编程
　　外设特点
　　u 两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器
　　l 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
　　l 具有独立振荡器的实时计数器rtc
　　l 四通道pwm
　　l 8路10位adc，8个单端通道，2个具有可编程增益（1x, 10x, 或200x）的差分通道
　　l 面向字节的两线接口
　　l 两个可编程的串行usart
　　l 可工作于主机/ 从机模式的spi 串行接口
　　l 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器
　　l 片内模拟比较器
　　u 特殊的处理器特点
　　l 上电复位以及可编程的掉电检测
　　l 片内经过标定的rc振荡器
　　l 片内/片外中断源
　　l 6种睡眠模式: 空闲模式、adc 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、standby 模式以及扩展的standby模式
　　u i/o和封装
　　l 32个可编程的i/o口
　　l 40引脚pdip封装, 44引脚tqfp封装, 与44引脚mlf封装
　　u 工作电压:
　　l atmega16l：2.7 - 5.5v
　　l atmega16：4.5 - 5.5v
　　u 速度等级
　　l 8mhz atmega16l
　　l 0-16mhz atmega16
　　u atmega16l在1mhz, 3v, 25°c时的功耗
　　l 正常模式: 1.1 ma
　　l 空闲模式: 0.35 ma
　　l 掉电模式: < 1 μa
2.1.2 atmega16引脚功能
引脚名称引脚功能说明
　　vcc 电源正
　　gnd 电源地
　　端口a(pa7..pa0) 端口a 做为a/d 转换器的模拟输入端。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 也可以用做其他不同的特殊功能.
　　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。如果jtag接口使能，即使复位出现引脚 pc5(tdi)、 pc3(tms)与 pc2(tck)的上拉电阻被激活。端口c 也可以用做其他不同的特殊功能.
　　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 也可以用做其他不同的特殊功能.
　　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p36table 15。持续时间小于门限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。
　　avcc avcc是端口a与a/d转换器的电源。不使用adc时，该引脚应直接与vcc连接。使用adc时应通过一个低通滤波器与vcc 连接。
　　aref a/d 的模拟基准输入引脚。
2.1.3 atmega16内核介绍
　　右边为avr 结构的方框图
　　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。
　　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。