Микроконтроллеры AVR семейства Classic фирмы ATMEL

А. В. Евстифеев

Микроконтроллеры AVR
семейства Classic
фирмы ATMEL

7е издание, электронное

Москва 
ДМК Пресс, Додэка, 2023

МИРОВАЯ
ЭЛЕКТРОНИКА

С Е Р И Я

УДК 004.312 (035.5)
ББК 32.844.1я2
Е26

Е26
Евстифеев, А. В.
Микроконтроллеры AVR семейства Classic фирмы ATMEL / А. В. Евстифеев. — 
7-е изд., эл. — 1 файл pdf : 287 с. — Москва : ДМК Пресс, Додэка-
XXI, 2023. — (Мировая электроника). — Систем. требования: Adobe Reader 
XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : электронный.
ISBN 978-5-89818-588-6

Книга представляет собой справочное издание по применению микроконтроллеров 
AVR семейства Classic фирмы ATMEL. Рассмотрены особенности архитектуры, 
приведены основные электрические параметры. Подробно описаны система 
команд, периферия, а также способы программирования.
Предназначена для разработчиков радиоэлектронной аппаратуры, инженеров, 
студентов технических вузов.

УДК 004.312 (035.5) 
ББК 32.844.1я2

Электронное издание на основе печатного издания: Микроконтроллеры AVR семейства Classic 
фирмы ATMEL / А. В. Евстифеев. — 6-е изд. — Москва : ДМК Пресс, Додэка-XXI, 2015. — 
286 с. — (Мировая электроника). — ISBN 978-5-97060-260-7. — Текст : непосредственный.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами 
защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.


ISBN 978-5-89818-588-6
© Издательский дом «ДодэкаXXI»
© Издание, ДМК Пресс, 2015
® Серия «Мировая электроника»

— 3 —

ПРЕДИСЛОВИЕ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

ГЛАВА 1. ЗНАКОМСТВО С СЕМЕЙСТВОМ CLASSIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
1.2. ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
1.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЯДРА МИКРОКОНТРОЛЛЕРА  . . . . . . . . . . . . . .10
1.4. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОДСИСТЕМЫ ВВОДА/ВЫВОДА . . . . . . . . . . .10
1.5. ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
1.6. АРХИТЕКТУРА ЯДРА  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
1.7. ЦОКОЛЕВКА И ОПИСАНИЕ ВЫВОДОВ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

ГЛАВА 2. АРХИТЕКТУРА МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ 
СЕМЕЙСТВА CLASSIC  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
2.2. ОРГАНИЗАЦИЯ ПАМЯТИ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
2.2.1. Память программ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
2.2.2. Память данных  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
2.2.2.1. Статическое ОЗУ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
2.2.2.2. Регистры общего назначения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
2.2.2.3. Регистры ввода/вывода  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
2.2.2.4. Способы адресации памяти данных  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
2.2.3. Энергонезависимая память данных  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
2.2.3.1. Организация доступа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
2.2.3.2. Меры предосторожности при работе  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
2.3. СЧЕТЧИК КОМАНД И ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОГРАММЫ . . . . . . . . . . . .67
2.3.1. Функционирование конвейера  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67

ОГЛАВЛЕНИЕ

— 4 —

2.3.2. Задержки в конвейере  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69
2.3.3. Счетчик команд  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70
2.3.4. Kоманды типа «проверка/пропуск»  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70
2.3.5. Kоманды условного перехода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
2.3.6. Kоманды безусловного перехода  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
2.3.7. Kоманды вызова подпрограмм  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73
2.3.8. Kоманды возврата из подпрограмм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
2.4. СТЕК  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
2.4.1. Стек в микроконтроллере AT90S1200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
2.4.2. Стек в старших моделях микроконтроллеров  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76

ГЛАВА 3. СИСТЕМА КОМАНД . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77
3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77
3.2. ОПЕРАНДЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77
3.3. ТИПЫ КОМАНД  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79
3.3.1. Kоманды логических операций  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79
3.3.2. Kоманды арифметических операций и команды сдвига . . . . . . . . . . .80
3.3.3. Kоманды операций с битами  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80
3.3.4. Kоманды пересылки данных  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81
3.3.5. Kоманды передачи управления  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81
3.3.6. Kоманды управления системой  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83
3.4. СВОДНЫЕ ТАБЛИЦЫ КОМАНД  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84
3.5. ОПИСАНИЕ КОМАНД . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89

ГЛАВА 4. УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .147
4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .147
4.2. ТАКТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148
4.3. РЕЖИМЫ ПОНИЖЕННОГО ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ  . . . . . . . . . . .150
4.3.1. Режим Idle  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151
4.3.2 Режим Power Down  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151
4.3.3 Режим Power Save . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152
4.4. СБРОС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .153
4.4.1. Сброс по включении питания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154
4.4.2. Аппаратный сброс  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157
4.4.3. Сброс от сторожевого таймера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157
4.4.4. Сброс при снижении напряжения питания (BrownOut)  . . . . . . . . .158
4.4.5. Управление схемой сброса  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159
4.5. ПРЕРЫВАНИЯ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166
4.5.1. Таблица векторов прерываний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .167
4.5.2. Обработка прерываний  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .168
4.5.3. Внешние прерывания; регистры GIMSK и GIFR  . . . . . . . . . . . . . . .170
4.5.4. Прерывания от таймеров; регистры TIMSK и TIFR  . . . . . . . . . . . . .172

СОДЕРЖАНИЕ

— 5 —

ГЛАВА 5. ПОРТЫ ВВОДА/ВЫВОДА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .177
5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .177
5.2. ОБРАЩЕНИЕ К ПОРТАМ ВВОДА/ВЫВОДА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178
5.3. KОНФИГУРИРОВАНИЕ ПОРТОВ ВВОДА/ВЫВОДА  . . . . . . . . . . . . .182

ГЛАВА 6. ТАЙМЕРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .183
6.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .183
6.2. НАЗНАЧЕНИЕ ВЫВОДОВ ТАЙМЕРОВ/СЧЕТЧИКОВ  . . . . . . . . . . . .184
6.3. ТАЙМЕР/СЧЕТЧИК T0  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .185
6.4. ТАЙМЕР/СЧЕТЧИК T1  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187
6.4.1. Выбор источника тактового сигнала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .192
6.4.2. Режим таймера  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193
6.4.2.1. Функция захвата (Capture)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193
6.4.2.2. Функция сравнения (Compare)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195
6.4.3. Режим ШИМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .197
6.5. ТАЙМЕР/СЧЕТЧИК T2  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200
6.5.1. Управление тактовым сигналом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .202
6.5.2. Режим таймера  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .202
6.5.3. Режим ШИМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .203
6.5.4. Асинхронный режим работы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .205
6.6. СТОРОЖЕВОЙ ТАЙМЕР  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .208

ГЛАВА 7. АНАЛОГОВЫЙ КОМПАРАТОР  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .211
7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .211
7.2. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ КОМПАРАТОРА  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .212

ГЛАВА 8. АНАЛОГОЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ  . . . . . . . . . . . . . . . .215
8.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .215
8.2. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ МОДУЛЯ АЦП  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .216
8.3. ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ  . . . . . . . . . . . . . . . .221
8.4. ПАРАМЕТРЫ АЦП  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .223

ГЛАВА 9. УНИВЕРСАЛЬНЫЙ АСИНХРОННЫЙ
ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .225
9.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .225
9.2. УПРАВЛЕНИЕ РАБОТОЙ UART  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .226
9.3. ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .229
9.4. ПРИЕМ ДАННЫХ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .230
9.5. МУЛЬТИПРОЦЕССОРНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ UART  . . . . . . . . . . . .233
9.6. СКОРОСТЬ ПРИЕМА/ПЕРЕДАЧИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .234

СОДЕРЖАНИЕ

— 6 —

ГЛАВА 10.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ПЕРИФЕРИЙНЫЙ 
ИНТЕРФЕЙС SPI  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .237
10.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .237
10.2. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ МОДУЛЯ SPI  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .238
10.3. РЕЖИМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .242
10.4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫВОДА F65 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .244

ГЛАВА 11. ПРОГРАММИРОВАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ . . . . . . . . . .245
11.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .245
11.2. ЗАЩИТА КОДА И ДАННЫХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .246
11.3. KОНФИГУРАЦИОННЫЕ ЯЧЕЙКИ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .246
11.4. ИДЕНТИФИКАТОР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .247
11.5. РЕЖИМ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ  . . . . . . . . . . .248
11.5.1. Переключение в режим параллельного программирования . . . . . .252
11.5.2. Стирание кристалла  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .253
11.5.3. Программирование FLASHпамяти  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .254
11.5.4. Программирование EEPROMпамяти  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .256
11.5.5. Kонфигурирование микроконтроллера  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .256
11.6. РЕЖИМЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ  . . .258
11.6.1. Режим последовательного программирования при высоком
напряжении (модели AT90S/LS2323 и AT90S/LS2343)  . . . . . . . . . . . . . . . .258
11.6.2. Программирование по последовательному каналу  . . . . . . . . . . . . .264

ПРИЛОЖЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .271
Приложение I. Сводная таблица микроконтроллеров AVR 
семейства Classic  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .272
Приложение II. Чертежи корпусов микроконтроллеров AVR 
семейства Classic  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .276
Приложение III. Электрические параметры микроконтроллеров AVR
семейства Classic  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .279

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .282

СОДЕРЖАНИЕ

— 7 —

ПРЕДИСЛОВИЕ

Российские специалисты, занимающиеся разработкой электронной аппаратуры, несомненно, знакомы с продукцией фирмы «Atmel». Основанная в 1984 г., фирма «Atmel Corp.» (США) на данный момент является одним из признанных лидеров в области производства широкого спектра микроэлектронных компонентов: микросхем энергонезависимой памяти,
микроконтроллеров общего назначения и микросхем программируемой
логики. 
Начиная с середины 90х годов, фирма «Atmel» начала активно развивать новое направление в своей деятельности — производство высокопроизводительных 8разрядных RISCмикроконтроллеров для встраиваемых
приложений, объединенных общим названием AVR. Kнига, которую вы
держите сейчас в руках, является первой из серии, посвященной этим микроконтроллерам.
За последние годы микроконтроллеры AVR приобрели большую популярность, привлекая разработчиков достаточно выгодным соотношением
показателей «цена/быстродействие/энергопотребление», удобными режимами программирования, доступностью программноаппаратных
средств поддержки и широкой номенклатурой выпускаемых кристаллов.
Микроконтроллеры этой серии представляют собой удобный инструмент
для создания современных высокопроизводительных и экономичных
встраиваемых контроллеров многоцелевого назначения. В частности, они
используются в автомобильной электронике, бытовой технике, сетевых
картах и материнских платах компьютеров, в мобильных телефонах нового поколения и т.д.
В рамках единой базовой архитектуры AVRмикроконтроллеры подразделяются на три семейства:

• Classic AVR — базовая линия микроконтроллеров; 
• Mega AVR — микроконтроллеры для сложных приложений, требующих большого объема памяти программ и данных; 
• Tiny AVR — низкостоимостные микроконтроллеры в 8выводном исполнении.
Данная книга посвящена первому из них — семейству Classic. В составе этого семейства имеются микроконтроллеры с различным сочетанием
периферийных узлов, различными объемами встроенной памяти и различным количеством выводов. Это дает разработчику возможность выбрать именно то, что ему нужно, и не переплачивать за неиспользуемые
узлы. При этом все микроконтроллеры семейства поддерживают несколько режимов пониженного энергопотребления, имеют блок прерываний,
сторожевой таймер и допускают программирование непосредственно в готовом устройстве через последовательный интерфейс SPI (к модели
AT90C8534 последнее не относится).
В предлагаемой вашему вниманию книге представлена вся информация, необходимая для изучения микроконтроллеров AVR семейства
Classic. Однако следует заметить, что справочником данная книга не является, хотя и написана на основе документации, предоставленной фирмой
«Atmel». Поэтому, прежде чем приступить к практическому использованию рассматриваемых микроконтроллеров, настоятельно рекомендуется
обратиться к официальной информации, расположенной на Webсайтах
фирмы (www.atmel.com, www.atmel.ru).

— 8 —

ПРЕДИСЛОВИЕ

— 9 —

1.1. Общие сведения

Микроконтроллеры этого семейства (впрочем, как и все микроконтроллеры AVR фирмы «Atmel») являются 8разрядными микроконтроллерами, предназначенными для встраиваемых приложений. Микроконтроллеры изготавливаются по малопотребляющей KМОПтехнологии, которая в
сочетании с усовершенствованной RISCархитектурой позволяет достичь
наилучшего соотношения показателей быстродействие/энергопотребление. Благодаря тому, что подавляющее большинство команд выполняется
за один такт, быстродействие этих микроконтроллеров может достигать
значения 1 MIPS (миллионов операций в секунду) на 1 МГц тактовой частоты. В семейство Classic входят микроконтроллеры с различным сочетанием периферийных устройств, различными объемами встроенной памяти
и различным количеством выводов. Такое разнообразие дает разработчику
возможность сделать оптимальный выбор и использовать именно тот микроконтроллер, который наилучшим образом подходит для его нужд.

1.2. Отличительные особенности

Основные особенности микроконтроллеров данного семейства:
• возможность вычислений со скоростью до 1 MIPS/МГц;
• FLASHпамять программ объемом от 1 до 8 Kбайт (число циклов
стирания/записи не менее 1000);
• память данных на основе статического ОЗУ (SRAM) объемом до 512
байт;
• память данных на основе ЭСППЗУ (EEPROM) объемом от 64 до 512
байт (число циклов стирания/записи не менее 100000);

Глава 1. Знакомство 
с семейством CLASSIC

— 10 —

• возможность защиты от чтения и модификации памяти программ и
данных (в EEPROM); 
• программирование в параллельном (с использованием программатора) либо в последовательном (непосредственно в системе через последовательный SPIинтерфейс) режимах1;
• различные способы синхронизации: встроенный RCгенератор,
внешний сигнал синхронизации или внешний резонатор (пьезокерамический или кварцевый)2;
• наличие нескольких режимов пониженного энергопотребления.

1.3. Характеристики ядра контроллера

Основными характеристиками центрального процессора микроконтроллеров рассматриваемого семейства являются:
• полностью статическая архитектура; минимальная тактовая частота
равна нулю;
• АЛУ подключено непосредственно к регистрам общего назначения;
• большинство команд выполняется за один машинный цикл;
• многоуровневая система прерываний; поддержка очереди прерываний;
• от 3 до 16 источников прерываний3 (из них до 2 внешних);
• наличие программного стека4.

1.4. Характеристики подсистемы ввода/вывода

Основными характеристиками подсистемы ввода/вывода являются:
• программное конфигурирование и выбор портов ввода/вывода;
• каждый вывод может быть запрограммирован как входной или как
выходной независимо от других;
• входные буферы с триггером Шмитта на всех выводах; 
• возможность подключения ко всем входам внутренних подтягивающих
резисторов (сопротивление резисторов составляет 35…120 кОм);
• нагрузочная способность всех выходов составляет до 20 мА, что позволяет непосредственно управлять светодиодными индикаторами.

1. Знакомство с семейством Classic

1 Kроме AT90C8534; эта модель допускает программирование только в параллельном режиме.
2 Зависит от конкретной модели микроконтроллера.
3 Зависит от конкретной модели микроконтроллера.
4 Kроме AT90S1200, в этой модели имеется 3уровневый аппаратный стек.

— 11 —

1.5. Периферийные устройства

Микроконтроллеры семейства Classic обладают достаточно развитой
периферией. Набор периферийных устройств, имеющихся в составе того
или иного микроконтроллера, зависит от конкретной модели и может
быть определен по сводной таблице Приложения 1. Перечислим все периферийные устройства, так или иначе встречающиеся в микроконтроллерах семейства:
• 8разрядный таймер/счетчик с предделителем (таймер T0)1;
• 16разрядный таймер/счетчик с предделителем (таймер T1);
• 8разрядный таймер/счетчик с возможностью работы в асинхронном
режиме (таймер T2);
• сторожевой таймер (WDT)1;
• одноили двухканальный 8…10разрядный генератор сигнала с широтноимпульсной модуляцией (ШИМ)2;
• одноканальный 8разрядный генератор сигнала с ШИМ3;
• аналоговый компаратор;
• 10разрядный АЦП (6 или 8 каналов);
• полнодуплексный универсальный асинхронный приемопередатчик
(UART);
• последовательный синхронный интерфейс SPI.

1.6. Архитектура ядра

Ядро микроконтроллеров AVR выполнено по усовершенствованной
RISC (enhanced RISC) архитектуре (Рис. 1.1), в которой используется ряд решений, направленных на повышение быстродействия микроконтроллеров. 
Арифметикологическое устройство (АЛУ), выполняющее все вычисления, непосредственно подключено к 32 рабочим регистрам, объединенным в регистровый файл. Благодаря этому АЛУ выполняет одну операцию
(чтение содержимого регистров, выполнение операции и запись результата обратно в регистровый файл) за один машинный цикл.
В микроконтроллерах AVR практически все команды (за исключением
команд, у которых одним из операндов является 16разрядный адрес) занимают одну ячейку памяти программ.

1. Знакомство с семейством Classic

1 Присутствует во всех моделях.
2 Один из режимов работы таймера T1.
3 Один из режимов работы таймера T2.

— 12 —

Микроконтроллеры AVR построены по Гарвардской архитектуре, которая характеризуется раздельной памятью программ и данных, каждая из
которых имеет собственные шины доступа к ним. Такая организация позволяет одновременно работать как с памятью программ, так и с памятью
данных. Разделение шин доступа (см. Рис. 1.1) позволяет использовать для
каждого типа памяти шины данных различной разрядности, а также реализовать конвейеризацию. Kонвейеризация заключается в том, что во
время исполнения текущей команды производится выборка из памяти и
дешифрация кода следующей команды.
В отличие от RISCмикроконтроллеров других фирм, в микроконтроллерах AVR используется 2уровневый конвейер, а длительность машинного цикла составляет всего один период колебаний кварцевого резонатора. В результате они могут обеспечивать ту же производительность, что и RISCмикроконтроллеры других фирм, при более низкой
тактовой частоте. 

1. Знакомство с семейством Classic

Рис. 1.1. Архитектура ядра микроконтроллеров AVR

ПЗУ
(EEPROM)

Последовательный
синхронный
интерфейс SPI

32 регистра
общего
назначения

ПЗУ
(FLASH)

ОЗУ

Регистр
команд

Регистры
управления

Таймеры

АЦП

Аналоговый
компаратор

Сторожевой
таймер (WDT)

Порты
ввода/вывода

Модуль
прерываний

UART

Счетчик
команд

Дешифратор
команд

АЛУ

— 13 —

1.7. Цоколевка и описание выводов

В семейство Classic входит в общей сложности 17 моделей микроконтроллеров. Все они выпускаются в корпусах различных типов, что позволяет выбрать модель, наилучшим образом отвечающую требованиям по компоновке. Все модели микроконтроллеров можно условно разделить на 7
групп (модели, входящие в одну группу, имеют одинаковый набор периферийных устройств, но разные объемы памяти программ и данных):
• AT90S1200 (Рис. 1.2) имеет FLASHпамять программ объемом
1 Kбайт и EEPROMпамять данных объемом 64 байта. Kоличество
контактов ввода/вывода равно 15;
• AT90S2313 (Рис. 1.3) имеет FLASHпамять программ объемом
2 Kбайт, EEPROMпамять данных объемом 128 байт и ОЗУ объемом
128 байт. Kоличество контактов ввода/вывода равно 15;
• AT90S2323/AT90LS2323, AT90S2343/AT90LS2343 (Рис. 1.4) имеют
FLASHпамять программ объемом 2 Kбайт, EEPROMпамять данных
объемом 128 байт и ОЗУ объемом 128 байт. Kоличество контактов ввода/вывода равно 3 (AT90xx2323) или 5 (AT90xx2343);
• AT90S2333/AT90LS2333, AT90S4433/AT90LS4433 (Рис. 1.5) имеют
FLASHпамять программ объемом 2 или 4 Kбайт, EEPROMпамять
данных  объемом 128 или 256 байт и ОЗУ объемом 128 байт. Kоличество контактов ввода/вывода равно 20;
• AT90S4434/AT90LS4434, AT90S8535/AT90LS8535 (Рис. 1.6) имеют
FLASHпамять программ объемом 4 или 8 Kбайт, EEPROMпамять
данных  объемом 256 или 512 байт и ОЗУ объемом 256 или 512 байт.
Kоличество контактов ввода/вывода равно 32;
• AT90S4414, AT90S8515 (Рис. 1.7) имеют FLASHпамять программ
объемом 4 или 8 Kбайт, EEPROMпамять данных объемом 256 или
512 байт и ОЗУ объемом 256 или 512 байт. Kоличество контактов ввода/вывода равно 32;
• AT90C8534 (Рис. 1.8) имеют FLASHпамять программ объемом
8 Kбайт, EEPROMпамять данных объемом 512 байт и ОЗУ объемом
256 байт. Kоличество контактов ввода/вывода равно 15.
Для сравнения различных моделей вашему вниманию предлагается
Табл. 1.1, в которой приводятся такие основные параметры микроконтроллеров, как объем памяти (программ и данных), количество контактов ввода/вывода, тип корпуса, диапазон рабочих частот и напряжение питания.

1. Знакомство с семейством Classic

Полная информация по каждой модели приведена в Приложении I. Дополнительно следует отметить, что все микроконтроллеры семейства Classic выпускаются как в коммерческом (диапазон рабочих температур 0...+70°C), так и в
промышленном (диапазон рабочих температур –40...+85°C) исполнениях.

В Табл. 1.2…1.8 для каждой группы микроконтроллеров приведены названия выводов и указаны их функции (как основные, так и дополнительные). Kроме того, для каждого вывода в таблицах указан его тип (вход, выход, вход/выход, вывод питания).
В таблицах использованы следующие обозначения:
I — вход;
O — выход;
I/O — вход/выход;
P — выводы питания.

— 14 —

1. Знакомство с семейством Classic

Таблица 1.1. Основные параметры микроконтроллеров AVR семейства Classic

VQFP48

DIP40, PLCC44,
TQFP44

DIP40, PLCC44,
TQFP44

DIP40, PLCC44,
TQFP44

0…1.5

0…8

0…8

0…4

3.3…6.0

2.7…6.0

2.7…6.0

2.7…6.0

15

32

32

32

256

512

256

512

512

512

256

512

8

8

4

8

AT90C8534

AT90S8515

AT90S4414

AT90LS8535

DIP40, PLCC44,
TQFP44
0…8
4.0…6.0
32
512
512
8
AT90S8535

DIP40, PLCC44,
TQFP44
0…4
2.7…6.0
32
256
256
4
AT90LS4434

DIP40, PLCC44,
TQFP44
0…8
4.0…6.0
32
256
256
4
AT90S4434

DIP28, TQFP32
0…4
2.7…6.0
20
128
256
4
AT90LS4433

DIP28, TQFP32
0…8
4.0…6.0
20
128
256
AT90S4433

DIP28, TQFP32
0…4
2.7…6.0
20
128
128
2
4

AT90LS2333

DIP28, TQFP32
0…8
4.0…6.0
20
128
128
2
AT90S2333

DIP8, SOIC8
0…4
2.7…6.0
5
128
128
2
AT90LS2343

DIP8, SOIC8
0…10
4.0…6.0
5
128
128
2
AT90S2343

DIP8, SOIC8
0…4
2.7…6.0
3
128
128
2
AT90LS2323

DIP8, SOIC8
0…10
4.0…6.0
3
128
128
2
AT90S2323

DIP20, SOIC20
0…10
2.7… 6.0
15
128
2
AT90S2313

DIP20, SOIC20,
SSOP20
0…12
2.7…6.0
15
—

128

64
1
AT90S1200

Тип 
корпуса

[МГц]

Тактовая
частота

[В]

Напряжение
питания

Kоличество
контактов
ввода/
вывода
[байт]

Объем 
ОЗУ 

[байт]

Память данных (EEPROM)

[Kбайт]

Память
программ
(FLASH)
Обозначение