AT90S8535微控制器：功能、特性与应用全解析

在嵌入式系统设计领域，选择一款性能卓越、功能丰富且稳定可靠的微控制器至关重要。AT90S8535作为Atmel公司推出的一款经典8位微控制器，凭借其独特的架构和丰富的外设功能，在众多应用场景中得到了广泛应用。今天，我们就来深入探讨一下AT90S8535的功能特性、内部结构以及编程方法。

文件下载：AT90S8535-8JI.pdf

一、AT90S8535概述

AT90S8535是一款基于AVR RISC架构的低功耗CMOS 8位微控制器。它具有高性能、低功耗的特点，能够在单个时钟周期内执行强大的指令，实现接近1 MIPS/MHz的吞吐量，这使得系统设计师可以在功耗和处理速度之间进行优化。

（一）主要特性

1. 高性能架构：拥有118条强大的指令，大多数指令可在单个时钟周期内执行，同时具备32个8位通用工作寄存器，数据处理能力出色。
2. 丰富的存储器：包含8K字节的系统内可编程闪存（Flash）、512字节的EEPROM和512字节的内部SRAM，满足不同数据存储需求。
3. 多样化的外设：具备8通道10位ADC、可编程UART、主/从SPI串行接口、多个定时器/计数器以及片上模拟比较器等，可适应各种复杂的应用场景。
4. 低功耗模式：支持空闲、省电和掉电三种睡眠模式，有效降低系统功耗。

（二）电气特性

1. 工作电压：AT90S8535的工作电压范围为4.0 - 6.0V，而AT90LS8535为2.7 - 6.0V，可根据不同的应用需求选择合适的型号。
2. 速度等级：AT90S8535的速度等级为0 - 8 MHz，AT90LS8535为0 - 4 MHz。

二、内部架构解析

（一）寄存器文件

AT90S8535的寄存器文件包含32个8位通用工作寄存器，这些寄存器可以在单个时钟周期内访问。其中，6个寄存器可作为3个16位间接地址寄存器指针（X、Y、Z寄存器），用于数据空间寻址，大大提高了地址计算的效率。

（二）算术逻辑单元（ALU）

ALU与所有32个通用工作寄存器直接连接，能够在单个时钟周期内执行寄存器之间的算术和逻辑运算。其操作主要分为算术、逻辑和位操作三大类。

（三）存储器结构

1. 程序存储器：采用8K字节的片上系统内可编程闪存，组织形式为4K x 16。该闪存具有至少1000次的写/擦除周期，程序计数器（PC）为12位，可寻址4096个程序存储器地址。
2. 数据存储器：包括512字节的SRAM，支持直接、间接带位移、间接、间接预递减和间接后递增五种寻址模式，方便数据的访问和处理。

（四）中断系统

AT90S8535提供16种不同的中断源，每个中断源都有独立的中断向量。中断优先级由中断向量地址决定，地址越低，优先级越高。同时，还配备了全局中断使能位（I-bit），可对中断进行统一控制。

三、外设功能详解

（一）定时器/计数器

AT90S8535拥有三个通用定时器/计数器，包括两个8位和一个16位定时器/计数器。定时器/计数器2可选择异步时钟，适用于实时时钟（RTC）应用。

1. 定时器/计数器0和1：可选择CK、预分频CK或外部引脚作为时钟源，支持四种不同的预分频选择（CK/8、CK/64、CK/256和CK/1024）。
2. 定时器/计数器2：时钟源为PCK2，默认连接到主系统时钟（CK）。通过设置ASSR中的AS2位，可使其异步时钟来自PC6（TOSC1）引脚。

（二）SPI串行接口

SPI接口支持全双工、3线同步数据传输，可工作在主或从模式，数据传输支持LSB或MSB优先，具有四个可编程位速率。此外，还具备传输结束中断标志和写冲突标志保护功能，可在空闲模式下唤醒。

（三）UART

UART为全双工通信接口，具有波特率发生器，可生成多种波特率。支持8或9位数据传输，具备噪声过滤、溢出检测、帧错误检测和虚假起始位检测等功能，还提供发送完成、发送数据寄存器空和接收完成三个独立的中断。

（四）模拟比较器

模拟比较器用于比较PB2（AIN0）和PB3（AIN1）引脚的输入电压。当PB2电压高于PB3时，输出（ACO）置位。比较器输出可触发定时器/计数器1的输入捕获功能，也可触发独立的中断。

（五）ADC

ADC为10位逐次逼近型，具有8个多路复用输入通道，支持单转换和自由运行两种模式。在转换完成时可触发中断，还具备睡眠模式噪声消除功能，提高了模拟测量的准确性。

四、编程与配置

（一）寄存器操作

AT90S8535的寄存器操作指令可直接访问所有寄存器，除了部分常量算术和逻辑指令（如SBCI、SUBI、CPI、ANDI和ORI）以及LDI指令，这些指令仅适用于寄存器文件的后半部分（R16 - R31）。

（二）编程模式

该微控制器支持高压并行编程模式和低压串行编程模式。在编程过程中，需要根据不同的编程模式设置相应的引脚和参数，确保程序和数据的正确写入。

（三）熔丝位和锁定位

AT90S8535具有两个熔丝位（SPIEN和FSTRT）和两个锁定位。熔丝位用于控制串行编程和数据下载以及启动时间选择，锁定位可提供不同级别的内存保护。

五、应用场景与注意事项

（一）应用场景

AT90S8535适用于各种嵌入式控制应用，如工业自动化、智能家居、消费电子等。其丰富的外设功能和低功耗特性使其能够满足不同应用的需求。

（二）注意事项

1. EEPROM保护：在低电压情况下，EEPROM数据可能会损坏。为避免这种情况，可采取保持AVR RESET激活、将AVR核心置于掉电睡眠模式或使用闪存存储常量等措施。
2. 定时器/计数器异步操作：在切换定时器/计数器2的时钟源时，需要按照特定的步骤进行操作，以避免寄存器数据损坏。同时，在使用定时器/计数器2唤醒设备时，需要注意写入寄存器后的等待时间，确保设备能够正常唤醒。

AT90S8535以其高性能、低功耗和丰富的外设功能，为嵌入式系统设计提供了一个强大而灵活的解决方案。通过深入了解其内部结构和功能特性，我们可以更好地发挥其优势，开发出更加高效、稳定的应用系统。在实际应用中，还需要根据具体需求进行合理的配置和优化，确保系统的可靠性和性能。你在使用AT90S8535过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。