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

在電子設計領域，選擇一款合適的微控制器對于項目的成功至關重要。Atmel的ATtiny87/ATtiny167 8位AVR微控制器憑借其高性能、低功耗以及豐富的功能特性，成為眾多嵌入式控制應用的理想選擇。今天，我們就來深入了解一下這款微控制器。

文件下載：ATTINY167-A15XZ.pdf

一、特性概覽

高性能低功耗架構

ATtiny87/ATtiny167采用Atmel AVR? 8位微控制器的先進RISC架構，擁有123條強大指令，多數指令可在單時鐘周期內執行。32 x 8通用工作寄存器以及全靜態操作，確保了高效的數據處理能力。

非易失性存儲器

• 閃存（Flash）：ATtiny87具備8K字節的系統內可編程（ISP）程序存儲器，ATtiny167則擁有16K字節，閃存的耐久性可達10,000次寫/擦除循環。
• EEPROM：512字節的系統內可編程EEPROM，耐久性高達100,000次寫/擦除循環。
• SRAM：512字節的內部SRAM，為數據處理提供了快速存儲的空間。

外設功能豐富

• LIN/UART控制器：支持LIN 2.1和1.3協議，或作為8位UART使用（LIN 2.1認證）。
• 定時器/計數器：8位異步定時器/計數器0，具有10位時鐘預分頻器和1個輸出比較或8位PWM通道；16位同步定時器/計數器1，具有10位時鐘預分頻器、外部事件計數器和2個輸出比較單元或16位PWM通道，可驅動多達4個輸出引腳。
• 串行接口：主/從SPI串行接口和通用串行接口（USI），帶有起始條件檢測器（主/從SPI、TWI）。
• ADC：10位ADC，擁有11個單端通道和8個差分ADC通道對，可編程增益為8x或20x。
• 模擬比較器：片上模擬比較器，具有可選的電壓參考和100μA ±10%電流源（用于LIN節點識別）。
• 溫度傳感器：片上溫度傳感器，可實時監測溫度變化。
• 看門狗定時器：可編程看門狗定時器，帶有獨立的片上振蕩器。

特殊微控制器特性

• 動態時鐘切換：支持外部/內部RC/看門狗時鐘的動態切換，用于電源控制和降低電磁兼容性（EMC）。
• 調試功能：Debug WIRE片上調試（OCD）系統，方便開發和調試。
• 硬件系統內編程：通過SPI端口實現硬件系統內可編程（ISP）。
• 中斷和喚醒功能：外部和內部中斷源，支持引腳變化中斷和喚醒。
• 低功耗模式：具備低功耗空閑、ADC噪聲降低和掉電模式，有效降低功耗。
• 復位和檢測電路：增強的上電復位電路和可編程欠壓檢測電路，確保系統穩定運行。
• 振蕩器：內部校準的8MHz RC振蕩器，以及4 - 16MHz和32KHz晶體/陶瓷諧振器振蕩器。

I/O和封裝

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

工作電壓和速度等級

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

二、ATtiny87和ATtiny167的比較

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

三、AVR CPU核心

架構概述

AVR采用哈佛架構，具有獨立的程序和數據存儲器及總線，通過單級流水線執行程序指令，實現每時鐘周期執行一條指令。快速訪問的寄存器文件包含32 x 8位通用工作寄存器，支持單周期算術邏輯單元（ALU）操作。

ALU和狀態寄存器

• ALU：高性能的AVR ALU與32個通用工作寄存器直接相連，可在單時鐘周期內執行通用寄存器之間或寄存器與立即數之間的算術運算。
• 狀態寄存器（SREG）：包含最近執行的算術指令結果的信息，可用于改變程序流程以執行條件操作。SREG的各個位具有不同的功能，如全局中斷使能位（I）、位復制存儲位（T）、半進位標志（H）等。

通用寄存器文件

寄存器文件針對AVR增強RISC指令集進行了優化，支持多種輸入/輸出方案。其中，R26 - R31寄存器可作為16位間接地址寄存器指針，用于數據空間尋址。

堆棧指針

堆棧主要用于存儲臨時數據、局部變量和中斷及子程序調用后的返回地址。堆棧指針寄存器始終指向堆棧頂部，堆棧從高內存地址向低內存地址增長。

指令執行時序

AVR CPU由CPU時鐘驅動，采用哈佛架構和快速訪問寄存器文件概念，實現并行指令取指和執行，基本流水線概念可實現每MHz高達1MIPS的處理能力。

復位和中斷處理

AVR提供多種中斷源，每個中斷和復位向量在程序內存空間中都有獨立的程序向量。中斷優先級由中斷向量地址決定，地址越低，優先級越高。中斷發生時，全局中斷使能I位被清除，用戶軟件可設置I位以啟用嵌套中斷。

四、AVR存儲器

系統內可重編程閃存程序存儲器

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

SRAM數據存儲器

ATtiny87/167的SRAM內存組織復雜，數據內存位置可尋址寄存器文件、I/O內存、擴展I/O內存和內部數據SRAM。數據內存支持五種不同的尋址模式，包括直接尋址、帶位移的間接尋址、間接尋址、帶預遞減的間接尋址和帶后遞增的間接尋址。

五、總結

Atmel ATtiny87/ATtiny167微控制器以其高性能、低功耗、豐富的外設功能和靈活的內存配置，為嵌入式控制應用提供了強大而可靠的解決方案。無論是在汽車電子、工業控制還是消費電子領域，這款微控制器都能發揮重要作用。在實際設計中，電子工程師可以根據項目需求選擇合適的型號，并充分利用其特性來優化系統性能和降低成本。你在使用類似微控制器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。