ADC (Analog to Digital Convertor) 是類比轉數位的模組。ADC 受底下這幾個暫存器控制:
ADC 可以用中斷的方式運作，不過不在本文的討論範圍。
底下簡介各個暫存器:
首先是 ADMUX – ADC Multiplexer Selection Register:
利用 PWM (Pulse Width Modulation, 脈衝寬度調變) 控制 LED 燈光亮度。
這篇內容大部份出自 Ken Shirriff "Secrets of Arduino PWM" 一文，所有 credits 均屬 Ken Shirriff。
ATmega168/328 晶片有三個 PWM timers，控制 6 個 PWM 輸出。直接操控晶片的 timer 暫存器，你會獲得比 analogWrite() 函式更多的控制權。
ATmega328 有三個 Timer: Timer0, Timer1 以及 Timer2。每個 Timer 都有兩個控制 PWM 輸出寬度的 output compare 暫存器: 當 timer 到達 compare 暫存器的值時，對應的輸出就會切換。每個 timer 的兩個輸出的頻率通常是一樣的，不過 duty cycle 可以不一樣，取決於各自的 output compare 暫存器。
每個 Timer 都有一個可以產生 timer clock 的 prescaler，prescaler 提供除頻的效果，除率 (prescale factor) 諸如 1, 8, 64, 246 或 1024。Arduino 的 CPU clock 為 16 MHz，而 timer clock 將是 CPU clock 除以 prescale factor。注意，相較於其它 timers，Timer2 有不一樣的 prescale 設定值。
PWM (Pulse-width modulation，脈衝寬度調變) 是一種利用數位訊號來控制類比輸出的技術。
數位輸出 (Digital Output) 可以控制訊號的開跟關，開 (ON) 意味著通電，關 (OFF) 意味著斷電，假如我們進一步控制通電的時間比例，就能讓類比輸出產生變化。Arduino 的數位輸出電壓是 5V，如果腳位 ON 的時間佔整個週期 (Period) 的 50%，那麼平均電壓就是 2.5V。
Duty Cycle 為每一個週期通電時間 (ON) 所佔的比例，中文稱為工作週期或責任週期，在大陸地區稱為占空比。Duty Cycle 的變化可以從 0% 到 100%:
這篇將示範如何使用 USART 收資料。
首先，先看使用 Arduino 的版本:
程式很簡單，所以就不解釋了。接著我們改用直接控制 USART 暫存器來接收資料。
底下這支程式會從 Serial Port 接收資料，並且把收到的資料回傳回去 (Echo back):
這篇將示範如何使用 USART 傳輸資料。
首先，先看使用 Arduino 的版本:
程式很簡單，就不解釋了。接著讓我們改用直接控制 USART 暫存器來傳輸資料。
底下這支程式會在 Serial Port 印出 "Hello World" 訊息:
練習把 Timer1 當成 Counter 使用。
簡單地說，Timer 是計時器，可以用來量時間。
來自石英振盪器脈衝 (pulse) 每一個 clock 會來一次，Timer 的內容會跟著計數遞增。所以，如果使用的是 16 MHz 的振盪器，Timer 的內容會每 62.5 ns (奈秒) 改變一次。
根據解析度的不同，Timer 通常有 8-bit 和 16-bit 兩種。如果是 8-bit Timer，那麼可以寫入的最大數值是 255 (16-bit 的話是 65535)，假如超過了最大數值，Timer 就會自動 reset 為 0，這種情況稱為溢位 (overflow)。Timer overflow 的時候可以引發中斷，如果啟用了 Timer overflow 中斷，那麼你就必須在程式裏提供 ISR 處理中斷。
Timer 也可以當成一般的計數器 (Counter) 使用，或者是做 PWM 訊號輸出以及捕捉外部脈衝寬度 (Input Capture)。
Prescaler (預除器) 是一個用來提供 clock 給 Timer 的電路。如你所知，CPU clock 頻率通常是 1 MHz, 8 MHz, 16 MHz，而 Precaler 的用途則是除頻。
USBasp 是給 AVR microcontrollers 使用的 USB 燒錄器 (in-circuit programmer)。USBasp 只需要 ATMega8, ATMega48 或 ATMega88 等 MCU 和少量的被動元件，除了電路圖和韌體原始碼外，官網上還提供多種 PCB Layouts 讓使用者下載。USBasp 可以搭配 avrdude 使用，因此可以跟 Arduino IDE 整合，見「整合 USBasp 與 Arduino IDE」一文。
USBasp 可以在底下的網址取得:
USBasp 驅動程式:
底下是 USBasp 的參考電路，由於 USB D+ 和 D- 用 3.3V 的電壓，因此在 D+ 和 D- 上使用稽納二極體 (Zener diodes)。你必須確保 D- 準位在 2.5V 與 3.6V 之間。
▲ 註: JP3 用來選擇低速燒錄
USBasp 可以跟 Arduino IDE 整合，方法是在 "arduino-00xx/hardware/programmers.txt" 裏加上底下這幾行：
usbasp.name=USBasp
usbasp.communication=usb
usbasp.protocol=usbasp
如下圖，然後 Arduino IDE 選單「Tools > Burn Bootloader 」底下會多一個 "w/ USBasp" 選項，你就可以直接在 Arduino IDE 用 USBasp 燒錄 Bootloader：
用 _BV() 巨集把程式變得清晰易讀
前一篇的程式，如果用 _BV() 巨集改寫的話，會變得比較清晰易讀:
BV 是 Bit Value 的縮寫。_BV() 巨集的定義為:
所以 _BV(5) 就是 bit 5，由此我們馬上可以聯想到，DDRB |= _BV(5) 這行代表的是「把 PB5 這支腳位設置設 OUTPUT」(註: 1 是 OUTPUT，0 是 INPUT)。
Arduino 板子所用的晶片 (以 ATmega8 和 ATmega168/328 為例) 有三個 8-bit 的 PORTs :
底下這張圖顯示 Arduino 跟 ATmega8 之間的腳位對應關係:
▲ 圖片來源: arduino.cc
例如，Arduino 的 pin 13 對應的腳位為 PB5。
AVR 是 ATmel 這家公司設計的 8 位元晶片，晶片架構來自於 Alf-Egil Bogen 和 Vegard Wollan 的構想。AVR 是 Alf (Egil Bogen) and Vegard (Wollan) 's Risc processor 的縮寫。
AVR 目前大概可分為下列幾個家族:
排愈後面的等級愈高，主要是記憶體較大、速度較快、腳位和周邊也比較多。
如果沒有特別聲明，這系列教學中提到的 AVR 指的都是 8 位元的晶片。
前面說過，Arduino 用的就是 AVR 的晶片，你可以在 Arduino 板子上找到 AVR 晶片，以 Arduino UNO 為例，晶片所在的位置如下圖所示:
▲ Arduino UNO
單晶片微電腦 (Single Chip Microcomputer)，或稱微控制器 (Microcontroller，縮寫為 µC 或 MCU)，是一個將 CPU、記憶體、I/O Port 等周邊電路全部整合為一體的晶片。不像微處理器需要外部電路連接周邊，微控制器的應用只要少許的電路就可以運作，因為所有必要的周邊它都內建了。微控制器主要用在嵌入式系統，例如汽車電子、工業控制、機械控制等領域。
著名的 Arduino 板子上也有一顆微控制器，它是 AVR 的晶片，例如 Arduino UNO, Duemilanove 用的是 ATmega328，Arduino Diecimila 的是 ATmega168，而早期的 Arduino USB 則是使用 ATmega8。
Arduino 在歐美非常流行，因為它超簡單，很快就可以上手，我認為從 Arduino 到 AVR 是一條進入單晶片韌體開發的捷徑，因此著手撰寫這一系列的教學文件，希望這可以幫助想學單晶片韌體開發的新手，也希望能夠拋磚引玉，藉此引出高手發表佳文，同時也希望路過的先進不吝指教。
我假設讀者你是單晶片新手，我不打算一次把所有與單晶片有關的東西全塞到你腦袋裏，因為這麼做其實是揠苗助長，適得其反，因此這系列的教學將維持 Arduino 一貫的簡約風格，點到為止。這系列教學的目標為：
