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

在电子设计领域，选择一款合适的微控制器对于项目的成功至关重要。Atmel的ATtiny87/ATtiny167 8位AVR微控制器凭借其高性能、低功耗以及丰富的功能特性，成为众多嵌入式控制应用的理想选择。今天，我们就来深入了解一下这款微控制器。

文件下载：ATTINY167-A15XZ.pdf

一、特性概览

高性能低功耗架构

ATtiny87/ATtiny167采用Atmel AVR® 8位微控制器的先进RISC架构，拥有123条强大指令，多数指令可在单时钟周期内执行。32 x 8通用工作寄存器以及全静态操作，确保了高效的数据处理能力。

非易失性存储器

• 闪存（Flash）：ATtiny87具备8K字节的系统内可编程（ISP）程序存储器，ATtiny167则拥有16K字节，闪存的耐久性可达10,000次写/擦除循环。
• EEPROM：512字节的系统内可编程EEPROM，耐久性高达100,000次写/擦除循环。
• SRAM：512字节的内部SRAM，为数据处理提供了快速存储的空间。

外设功能丰富

• LIN/UART控制器：支持LIN 2.1和1.3协议，或作为8位UART使用（LIN 2.1认证）。
• 定时器/计数器：8位异步定时器/计数器0，具有10位时钟预分频器和1个输出比较或8位PWM通道；16位同步定时器/计数器1，具有10位时钟预分频器、外部事件计数器和2个输出比较单元或16位PWM通道，可驱动多达4个输出引脚。
• 串行接口：主/从SPI串行接口和通用串行接口（USI），带有起始条件检测器（主/从SPI、TWI）。
• ADC：10位ADC，拥有11个单端通道和8个差分ADC通道对，可编程增益为8x或20x。
• 模拟比较器：片上模拟比较器，具有可选的电压参考和100µA ±10%电流源（用于LIN节点识别）。
• 温度传感器：片上温度传感器，可实时监测温度变化。
• 看门狗定时器：可编程看门狗定时器，带有独立的片上振荡器。

特殊微控制器特性

• 动态时钟切换：支持外部/内部RC/看门狗时钟的动态切换，用于电源控制和降低电磁兼容性（EMC）。
• 调试功能：Debug WIRE片上调试（OCD）系统，方便开发和调试。
• 硬件系统内编程：通过SPI端口实现硬件系统内可编程（ISP）。
• 中断和唤醒功能：外部和内部中断源，支持引脚变化中断和唤醒。
• 低功耗模式：具备低功耗空闲、ADC噪声降低和掉电模式，有效降低功耗。
• 复位和检测电路：增强的上电复位电路和可编程欠压检测电路，确保系统稳定运行。
• 振荡器：内部校准的8MHz RC振荡器，以及4 - 16MHz和32KHz晶体/陶瓷谐振器振荡器。

I/O和封装

• I/O引脚：16个可编程I/O线，提供了丰富的接口资源。
• 封装形式：提供20引脚SOIC、32引脚QFN和20引脚TSSOP三种封装形式，满足不同应用场景的需求。

工作电压和速度等级

• 工作电压：ATtiny87/167的工作电压范围为2.7 - 5.5V。
• 速度等级：在2.7 - 5.5V电压下，速度范围为0 - 8MHz（汽车温度范围：–40°C至 +125°C）；在4.5 - 5.5V电压下，速度范围为0 - 16MHz（汽车温度范围：–40°C至 +125°C）。

二、ATtiny87和ATtiny167的比较

ATtiny87和ATtiny167在硬件和软件上兼容，主要区别在于内存大小。ATtiny167的闪存为16K字节，而ATtiny87为8K字节，EEPROM和SRAM均为512字节，中断向量大小均为2指令字/向量。

三、AVR CPU核心

架构概述

AVR采用哈佛架构，具有独立的程序和数据存储器及总线，通过单级流水线执行程序指令，实现每时钟周期执行一条指令。快速访问的寄存器文件包含32 x 8位通用工作寄存器，支持单周期算术逻辑单元（ALU）操作。

ALU和状态寄存器

• ALU：高性能的AVR ALU与32个通用工作寄存器直接相连，可在单时钟周期内执行通用寄存器之间或寄存器与立即数之间的算术运算。
• 状态寄存器（SREG）：包含最近执行的算术指令结果的信息，可用于改变程序流程以执行条件操作。SREG的各个位具有不同的功能，如全局中断使能位（I）、位复制存储位（T）、半进位标志（H）等。

通用寄存器文件

寄存器文件针对AVR增强RISC指令集进行了优化，支持多种输入/输出方案。其中，R26 - R31寄存器可作为16位间接地址寄存器指针，用于数据空间寻址。

堆栈指针

堆栈主要用于存储临时数据、局部变量和中断及子程序调用后的返回地址。堆栈指针寄存器始终指向堆栈顶部，堆栈从高内存地址向低内存地址增长。

指令执行时序

AVR CPU由CPU时钟驱动，采用哈佛架构和快速访问寄存器文件概念，实现并行指令取指和执行，基本流水线概念可实现每MHz高达1MIPS的处理能力。

复位和中断处理

AVR提供多种中断源，每个中断和复位向量在程序内存空间中都有独立的程序向量。中断优先级由中断向量地址决定，地址越低，优先级越高。中断发生时，全局中断使能I位被清除，用户软件可设置I位以启用嵌套中断。

四、AVR存储器

系统内可重编程闪存程序存储器

ATtiny87/167的片上闪存用于程序存储，由于AVR指令为16或32位宽，闪存组织为16位宽。闪存的耐久性至少为10,000次写/擦除循环，程序计数器（PC）用于寻址程序内存位置。

SRAM数据存储器

ATtiny87/167的SRAM内存组织复杂，数据内存位置可寻址寄存器文件、I/O内存、扩展I/O内存和内部数据SRAM。数据内存支持五种不同的寻址模式，包括直接寻址、带位移的间接寻址、间接寻址、带预递减的间接寻址和带后递增的间接寻址。

五、总结

Atmel ATtiny87/ATtiny167微控制器以其高性能、低功耗、丰富的外设功能和灵活的内存配置，为嵌入式控制应用提供了强大而可靠的解决方案。无论是在汽车电子、工业控制还是消费电子领域，这款微控制器都能发挥重要作用。在实际设计中，电子工程师可以根据项目需求选择合适的型号，并充分利用其特性来优化系统性能和降低成本。你在使用类似微控制器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。