學(xué)單片機(jī)那么久了，感覺(jué)想要深入，還得看匯編語(yǔ)言，至少得了解單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
下面就以ATmega16為例，介紹一下AVR單片機(jī)結(jié)構(gòu)和匯編語(yǔ)言。
AVR單片機(jī)的CPU內(nèi)核結(jié)構(gòu)
如上兩圖，左圖是虛線框內(nèi)AVR CPU的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，右圖是AVR單片機(jī)內(nèi)核結(jié)構(gòu)的方框圖，可以看出AVR單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線(CPU字長(zhǎng))是8位的，也就說(shuō)它是8位單片機(jī)。
AVR采用了Harvard結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)和程序總線，CPU在執(zhí)行一條指令的同時(shí)，就將PC中指定的下一條指令取出，構(gòu)成了一級(jí)流水線運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令，數(shù)據(jù)吞吐量高達(dá)1MIPS/MHz。
AVR CPU內(nèi)核由幾個(gè)重要的部分組成，它們分別是：
A.算數(shù)邏輯單元ALU(Arithmetic Logic Unit)
AVR ALU與32個(gè)通用工作寄存器直接相連。寄存器與寄存器之間、寄存器與立即數(shù)之間的ALU運(yùn)算只需要一個(gè)時(shí)鐘周期。ALU操作分為3類：算術(shù)、邏輯和位操作，此外還提供了支持無(wú)/有符號(hào)數(shù)和分?jǐn)?shù)乘法的乘法器，操作結(jié)果的狀態(tài)將影響到狀態(tài)寄存器SREG(Status Register)。
B.程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器和指令譯碼器
程序計(jì)數(shù)器PC用來(lái)存放下一條需要執(zhí)行指令在程序存儲(chǔ)器(ROM)空間的地址（指向FlashROM空間），取出的指令存放在指令寄存器中，然后送入指令譯碼器中產(chǎn)生各種控制信號(hào)，控制CPU的運(yùn)行（執(zhí)行指令）。
AVR一條指令的長(zhǎng)度大多數(shù)為16位，還有少部分為32位，因此AVR的程序存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)實(shí)際上是以字（16位）為一個(gè)存儲(chǔ)單元的。
ATmega16單片機(jī)的程序計(jì)數(shù)器為13位，正好滿足了對(duì)片內(nèi)8K字（及16K字節(jié)）的Flash程序存儲(chǔ)器空間直接尋址的需要。
C.通用寄存器General Purpose Registers
在AVR中，由命名為R0~R31的32個(gè)8位通用工作寄存器構(gòu)成一個(gè)“通用快速工作寄存器組”，為ALU提供操作數(shù)。它們的在RAM的映射空間地址是$0000~$001F，其中有6個(gè)寄存器($001A-$001F)可以合并為3個(gè)16位間接尋址寄存器指針，分別被稱為X寄存器，Y寄存器，和Z寄存器，用于對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(SRAM)進(jìn)行間接尋址。
D.狀態(tài)寄存器-SREG
狀態(tài)寄存器SREG是一個(gè)8位標(biāo)志寄存器，用來(lái)存放指令執(zhí)行后的有關(guān)狀態(tài)和結(jié)果的標(biāo)志，各位狀態(tài)通常是在指令執(zhí)行過(guò)程中自動(dòng)產(chǎn)生的，但也可以由用戶根據(jù)需要用專用指令加以改變。
位7-I：全局中斷使能位
當(dāng)I位被置位時(shí)，表示CPU可以響應(yīng)中斷請(qǐng)求，反之，則所有中斷被禁止。I位可以通過(guò)SEI和CLI指令來(lái)置位和清零，在中斷發(fā)生后，I位由硬件清除，并由RETI（中斷返回）指令置位。
位6-T：位拷貝存儲(chǔ)
位拷貝指令BLD和BST利用T作為目的或源地址。BST把寄存器的某一位拷貝到T，而B(niǎo)LD把T拷貝到寄存器的某一位。
位5-H：半進(jìn)位標(biāo)志 半進(jìn)位標(biāo)志H表示算術(shù)操作發(fā)生了半進(jìn)位，此標(biāo)志對(duì)于BCD運(yùn)算非常有用。
位4-S：符號(hào)位 S=N⊕V，S為負(fù)數(shù)標(biāo)志N與2的補(bǔ)碼溢出標(biāo)志V的異或
位3-V：2的補(bǔ)碼溢出標(biāo)志，支持2的補(bǔ)碼運(yùn)算
位2-N：負(fù)數(shù)標(biāo)志 表明算術(shù)或邏輯操作結(jié)果為負(fù)
位1-Z：零標(biāo)志 表明算術(shù)或邏輯操作結(jié)果為零
位0-C：進(jìn)位標(biāo)志 表明算術(shù)或邏輯操作發(fā)生了進(jìn)位
E.堆棧指針寄存器SP(Stack Point)
堆棧指針主要用來(lái)保存臨時(shí)數(shù)據(jù)、局部變量和中斷/子程序的返回地址。堆棧指針總是指向堆棧的頂部，AVR的堆棧是向下生長(zhǎng)的，即新的數(shù)據(jù)推入堆棧時(shí)，堆棧指針的數(shù)值將減小。
處在I/O地址空間的&3E($005E)和$3D($005D)的兩個(gè)8位寄存器構(gòu)成了AVR單片機(jī)的16位堆棧指針寄存器SP，分別為SPH，SPL。
堆棧指針指向數(shù)據(jù)SRAM堆棧區(qū)，必須指向高于0x60的地址空間，所以通常初始化時(shí)將SP的指針設(shè)在SRAM最高處。
使用PUSH指令將數(shù)據(jù)推入堆棧時(shí)指針減一；而子程序或中斷返回地址推入堆棧時(shí)指針將減二。
使用POP指令將數(shù)據(jù)彈出堆棧時(shí)，堆棧指針加一；而用RET或RETI指令從子程序或中斷返回時(shí)堆棧指針加二。
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史海拾趣
對(duì)于能判斷障礙物的機(jī)器人電路，網(wǎng)友可能還有以下幾個(gè)問(wèn)題及其相應(yīng)回答：
問(wèn)題一：機(jī)器人通常使用哪些傳感器來(lái)判斷障礙物？
回答：
機(jī)器人通常使用多種傳感器來(lái)判斷障礙物，主要包括但不限于以下幾種：
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超聲波傳感器：這是最常見(jiàn)的一種傳感器，通過(guò)發(fā)射超聲波并接收其反射回來(lái)的信號(hào)，根據(jù)信號(hào)的時(shí)間差和波速計(jì)算障礙物的距離。超聲波傳感器在檢測(cè)大范圍、非接觸式的障礙物時(shí)非常有效。
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紅外傳感器：紅外傳感器通過(guò)發(fā)射紅外光并接收其反射光來(lái)判斷障礙物的存在和距離。紅外傳感器在近距離和快速檢測(cè)中表現(xiàn)優(yōu)異，且成本相對(duì)較低。
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激光傳感器：激光傳感器利用激光束進(jìn)行測(cè)距，具有高精度、長(zhǎng)距離測(cè)量的特點(diǎn)。但相比超聲波和紅外傳感器，激光傳感器的成本更高，適用于對(duì)精度要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景。
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視覺(jué)傳感器：一些高級(jí)的機(jī)器人還配備了視覺(jué)傳感器，如攝像頭，通過(guò)圖像處理技術(shù)來(lái)識(shí)別并判斷障礙物。這種方法可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的場(chǎng)景理解和避障策略。
問(wèn)題二：如何設(shè)計(jì)能判斷障礙物的機(jī)器人電路？
回答：
設(shè)計(jì)能判斷障礙物的機(jī)器人電路需要考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：
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選擇合適的傳感器：根據(jù)機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景、成本預(yù)算和精度要求選擇合適的傳感器。
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設(shè)計(jì)信號(hào)處理電路：將傳感器采集到的原始信號(hào)（如電壓、電流等）進(jìn)行放大、濾波等處理，以便于后續(xù)的數(shù)字處理或微控制器讀取。
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微控制器編程：根據(jù)傳感器的輸出信號(hào)編寫(xiě)微控制器的程序，實(shí)現(xiàn)障礙物的判斷、避障策略的制定和執(zhí)行。
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執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制：通過(guò)微控制器控制機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電機(jī)、舵機(jī)等），實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動(dòng)和避障動(dòng)作。
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整體調(diào)試與優(yōu)化：對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化，確保機(jī)器人能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定地判斷障礙物并執(zhí)行避障動(dòng)作。
問(wèn)題三：如何提高機(jī)器人判斷障礙物的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性？
回答：
提高機(jī)器人判斷障礙物的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性可以從以下幾個(gè)方面入手：
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選用高質(zhì)量的傳感器：高質(zhì)量的傳感器具有更高的精度和穩(wěn)定性，能夠減少誤判和漏判的情況。
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優(yōu)化信號(hào)處理電路：通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)和元器件選擇，減少信號(hào)噪聲和干擾，提高信號(hào)的信噪比和可靠性。
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算法優(yōu)化：對(duì)微控制器的算法進(jìn)行優(yōu)化，采用更先進(jìn)的算法或策略來(lái)提高障礙物的判斷精度和避障效果。
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多傳感器融合：利用多種傳感器進(jìn)行融合處理，可以彌補(bǔ)單一傳感器的不足，提高整個(gè)系統(tǒng)的魯棒性和可靠性。
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實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與迭代優(yōu)化：通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和迭代優(yōu)化，不斷調(diào)整和優(yōu)化機(jī)器人的參數(shù)和算法，以提高其判斷障礙物的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)取得一定成功后，Avasem公司開(kāi)始實(shí)施國(guó)際化戰(zhàn)略，以進(jìn)一步拓展全球市場(chǎng)份額。公司首先在歐洲和北美等成熟市場(chǎng)設(shè)立了研發(fā)中心和銷售網(wǎng)點(diǎn)，以便更好地了解當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)需求和消費(fèi)者偏好。隨后，Avasem公司通過(guò)與當(dāng)?shù)睾献骰锇榻?zhàn)略聯(lián)盟，共同推廣其產(chǎn)品和技術(shù)。這一戰(zhàn)略不僅提升了公司在全球市場(chǎng)的知名度，還為其帶來(lái)了可觀的收益增長(zhǎng)。
A/D Electronics Inc深知人才是企業(yè)發(fā)展的核心力量。因此，公司高度重視研發(fā)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)和人才培養(yǎng)。通過(guò)引進(jìn)國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀人才和加大研發(fā)投入，公司不斷提升研發(fā)團(tuán)隊(duì)的實(shí)力和創(chuàng)新能力。同時(shí)，公司還建立了完善的培訓(xùn)體系，為員工提供持續(xù)的學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)機(jī)會(huì)，激發(fā)了員工的創(chuàng)造力和工作熱情。
EOS POWER INDIA Pvt公司成立于1991年，由美國(guó)加利福尼亞州幾位電力電子領(lǐng)域的先驅(qū)創(chuàng)立。成立之初，EOS就致力于電力電子技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，特別是在電源解決方案方面。通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)和工藝，EOS在印度市場(chǎng)上逐步建立起自己的品牌形象，并開(kāi)始為本地客戶提供優(yōu)質(zhì)的電源產(chǎn)品和服務(wù)。
隨著產(chǎn)品技術(shù)的不斷成熟，致強(qiáng)科技開(kāi)始積極尋求市場(chǎng)拓展。2016年，致強(qiáng)科技攜手上海晟霆電子科技有限公司，共同致力于致強(qiáng)品牌合金電阻在中國(guó)內(nèi)地市場(chǎng)的推廣與銷售。這一合作不僅擴(kuò)大了致強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)覆蓋范圍，還通過(guò)本地化服務(wù)提升了客戶滿意度。通過(guò)精準(zhǔn)的市場(chǎng)定位和高效的營(yíng)銷策略，致強(qiáng)電阻迅速在內(nèi)地市場(chǎng)占據(jù)了一席之地，成為眾多電子企業(yè)信賴的合作伙伴。
面對(duì)電子行業(yè)的快速發(fā)展和市場(chǎng)需求的不斷變化，致強(qiáng)科技始終保持敏銳的市場(chǎng)洞察力。公司積極尋求與上下游企業(yè)的跨界合作，共同推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和技術(shù)創(chuàng)新。通過(guò)與知名電子廠商、科研機(jī)構(gòu)及高校等建立緊密的合作關(guān)系，致強(qiáng)科技不斷引入新技術(shù)、新工藝和新材料，為產(chǎn)品的升級(jí)換代提供了有力支持。同時(shí)，公司還積極拓展新業(yè)務(wù)領(lǐng)域，如車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新興領(lǐng)域，為公司的未來(lái)發(fā)展開(kāi)辟了更廣闊的空間。
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