断。通过设置MCU 控制寄存器MCUCR 与MCU 控制与状态寄存器MCUCSR，中断可以由下降沿、上升沿，或者是低电平触发(INT2 为边沿触发中断)。当外部中断使能并且配置为电平触发( INT0/INT1)，只要引脚电平为低，中断就会产生。若要求INT0 与INT1 在信号下降沿或上升沿触发， I/O 时钟必须工作。INT0/INT1的中断条件检测INT2 则是异步的。I/O 端口 作为通用数字I/O 使用时，所有AVR I/O 端口都具有真正的读- 修改- 写功能。输出缓冲器具有对称的驱动能力，可以输出或吸收大电流，直接驱动LED。所有的端口引脚都具有与电压无关的上拉电阻。并有保护二极管与VCC 和地相连。 2.8 具有PWM功能的8位定时器/ 计时器
T/C 是一个通用的单通道8 位定时器/ 计数器模块。其主要特点如下： ? 单通道计数器
? 比较匹配发生时清除定时器( 自动加载) ? 无干扰脉冲，相位正确的PWM ? 频率发生器 ? 外部事件计数器 ? 10 位的时钟预分频器
? 溢出和比较匹配中断源 (TOV0 和 OCF0)
T/C 可以由内部同步时钟或外部异步时钟驱动。时钟源是由时钟选择逻辑决定的，而时钟选择逻辑是由位于T/C 控制寄存器TCCR0 的时钟选择位CS02:0 控制的根据不同的工作模式，计数器针对每一个CLKT0 实现清零、加一或减一操作。CLKT0 可以由内部时钟源或外部时钟源产生，具体由时钟选择位CS02:0 确定。没有选择时钟源时(CS02:0 = 0) 定时器即停止。但是不管有没有CLKT0，CPU 都可以访问TCNT0。CPU 写操作比计数器其他操作( 如清零、加减操作) 的优先级高。计数序列由T/C 控制寄存器 (TCCR0) 的WGM01 和WGM00 决定。计数器计数行为与输出比较OC0 的波形有紧密的关系。T/C溢出中断标志TOV0根据WGM01:0 设定的工作模式来设置。TOV0可以用于产生CPU中断。输出比较单元8位比较器持续对TCNT0和输出比较寄存器OCR0进行比较。一旦TCNT0等于OCR0，比较器就给出匹配信号。在匹配发生的下一个定时器时钟周期输出比较标志OCF0 置位。若此时OCIE0 = 1 且SREG 的全局中断标志I 置位，CPU 将产生输出比较中断。执行中断服务程序时OCF0 自动清零，或者通过软件写“1” 的方式来清零。根据由WGM21:0 和COM01:0 设定的不同的工作模式，波形发生器利用匹配信号产生不同的波形。同时，波形发生器还利用max 和bottom 信号来处理极值条件下的特殊情况
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2.9 比较输出模式和波形产生
波形发生器利用COM01:0 的方法在普通模式、CTC 模式和PWM 模式下有所区别。对
于所有的模式，设置COM01:0 = 0 表明比较匹配发生时波形发生器不会操作OC0 寄存器。非PWM模式的比较输出，快速PWM的比较输出和相位修正PWM 的比较输出是不同的我们需要特别注意。改变COM01:0 将影响写入数据后的第一次比较匹配。对于非PWM 模式，可以通过使用FOC0 来立即产生效果。
在普通模式下，TOV0 标志的置位发生在计数器从MAX 变为0x00 的定时器时钟周期。快速PWM 模式(WGM01:0 = 3) 可用来产生高频的PWM波形。快速PWM模式与其他PWM模式的不同之处是其单斜坡工作方式。计数器从BOTTOM计到MAX，然后立即回到BOTTOM重新开始。对于普通的比较输出模式，输出比较引脚OC0在TCNT0与OCR0匹配时清零，在BOTTOM 时置位；对于反向比较输出模式， OC0 的动作正好相反。由于使用了单斜坡模式，快速PWM 模式的工作频率比使用双斜坡的相位修正PWM 模式高一倍。此高频操作特性使得快速PWM 模式十分适合于功率调节，整流和DAC 应用。高频可以减小外部元器件( 电感，电容) 的物理尺寸，从而降低系统成本。工作于快速PWM 模式时，计数器的数值一直增加到MAX，然后在后面的一个时钟周期清零。在本设计中为了产生40khz的超声波，我们可以通过设置单片机波形发生器产生40khz占空比时 50% 的方波。为此我们须对产生波形进行对比，更好产生标准的波形。程序如下：
图2.3 T/C0的CTC 模式的时序图
为了在CTC 模式下得到波形输出，可以设置OC0 在每次比较匹配发生时改变逻辑电平。这可以通过设置COM01:0 = 1 来完成。在期望获得OC0 输出之前，首先要将其端口设置为输出。波形发生器能够产生的最大频率为fOC0 = fclk_I/O/2 (OCR0 = 0x00)。频率由如下公式确定：
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focn?fclk?IO
2?N?(1?OCRn)变量N 代表预分频因子(1、8、64、或1024)。
图2.4 T/C0的快速PWM 模式时序图
工作于快速PWM 模式时，比较单元可以在OC0 引脚上输出PWM 波形。设置COM01:0为2 可以产生普通的PWM 信号；为3 则可以产生反向PWM 波形，要想在引脚上得到输出信号还必须将OC0 的数据方向设置为输出。产生PWM 波形的机理是OC0 寄存器在OCR0 与TCNT0 匹配时置位( 或清零)，以及在计数器清零( 从MAX变为BOTTOM) 的那一个定时器时钟周期清零( 或置位)。输出的PWM 频率可以通过如下公式计算得到
focnPWM?fclk?IO256?N
变量N 代表分频因子(1、 8、 64、 256 或1024)
工作于相位修正PWM 模式时，比较单元可以在OC0 引脚产生PWM 波形：将COM01:0设置为2 产生普通相位的PWM，设置COM01:0 为3 产生反向PWM信号。要想在引脚上得到输出信号还必须将OC0 的数据方向设置为输出。OCR0和 TCNT0比较匹配发生时OC0 寄存器将产生相应的清零或置位操作，从而产生PWM 波形。工作于相位修正模式时PWM 频率可由下式公式获得：
focnPCPWMfclk?IO?510?N
变量N 表示预分频因子 (1、 8、 64、256 或1024)。
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图2.5 T/C0的相位修正PWM 模式的时序
2.10 T/C0 与T/C1 的预分频器
T/C1 与T/C0 共用一个预分频模块，但它们可以有不同的分频设置。下述内容适用于T/C1与T/C0。内部时钟源当CSn2:0 = 1 时，系统内部时钟直接作为T/C 的时钟源，这也是T/C 最高频率的时钟源F-CLK_I/O，与系统时钟频率相同。预分频器可以输出4个不同的时钟信号fCLK_I/O/8、fCLK_I/O/64、 fCLK_I/O/256 或 fCLK_I/O/1024。分频器复位预分频器是独立运行的。也就是说，其操作独立于T/C 的时钟选择逻辑，且它由T/C1 与T/C0 共享。由于预分频器不受T/C 时钟选择的影响，预分频器的状态需要包含预分频时钟被用到何处这样的信息。一个典型的例子发生在定时器使能并由预分频器驱动(6 >CSn2:0 > 1)的时候：从计时器使能到第一次开始计数可能花费 1 到N+1个系统时钟周期，其中N 等于预分频因子(8、64、256 或1024)。 2.11 串行外设接口－ SPI
串行外设接口SPI 允许ATmega16 和外设或其他AVR 器件进行高速的同步数据传输。由于在本设计中应用不到，所以只是简单介绍。 ATmega16 SPI 的特点如下： ? 全双工，3 线同步数据传输 ? 主机或从机操作 ? 7 种可编程的比特率
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2.12 串行外设接口－USART
通用同步和异步串行接收器和转发器(USART) 是一个高度灵活的串行通讯设备。主要特点为：
? 全双工操作( 独立的串行接收和发送寄存器) ? 异步或同步操作
? 主机或从机提供时钟的同步操作 ? 高精度的波特率发生器
? 支持5, 6, 7, 8, 或9个数据位和1个或2个停止位 ? 硬件支持的奇偶校验操作 ? 数据过速检测 ? 帧错误检测
? 噪声滤波，包括错误的起始位检测，以及数字低通滤波器
? 三个独立的中断：发送结束中断, 发送数据寄存器空中断，以及接收结束中断 ? 多处理器通讯模式 ? 倍速异步通讯模式
USART 分为了三个主要部分: 时钟发生器，发送器和接收器。控制寄存器由三个单元共享。时钟发生器包含同步逻辑，通过它将波特率发生器及为从机同步操作所使用的外部输入时钟同步起来。XCK ( 发送器时钟) 引脚只用于同步传输模式。发送器包括一个写缓冲器，串行移位寄存器，奇偶发生器以及处理不同的帧格式所需的控制逻辑。写缓冲器可以保持连续发送数据而不会在数据帧之间引入延迟。由于接收器具有时钟和数据恢复单元，它是USART 模块中最复杂的。恢复单元用于异步数据的接收。除了恢复单元，接收器还包括奇偶校验，控制逻辑，移位寄存器和一个两级接收缓冲器UDR。接收器支持与发送器相同的帧格式，而且可以检测帧错误，数据过速和奇偶校验错误。时钟产生逻辑为发送器和接收器产生基础时钟。USART支持4种模式的时钟: 正常的异步模式，倍速的异步模式，主机同步模式，以及从机同步模式。在本设计中我们要用到串口和PC机进行数据交换。 2.13 模数转换器 ? 10 位 精度
? 0.5 LSB 的非线性度 ? ± 2 LSB 的绝对精度
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