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ATmega16 是基于增强的AVR RISC结构的低功耗 8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达 1MIPS/MHz（MIPS表示M（条）指令/s），从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
ATmega16 AVR内核具有丰富的指令集和 32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算术逻辑单元（ALU）相连，使得一条指令可在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至 10 倍的数据吞吐率。
ATmega16 有如下特点：16KB的系统内可编程Flash，512 字节EEPROM，1KB SRAM，32 个通用I/O口线，32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，3 个具有比较模式的灵活的定时/计数器（T/C），片内/外中断，可编程串行USART，通用两线串行接口，8 路 10 位具有可选差分输入级可编程增益的A/D转换器（ADC），具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口及 6 个可以通过软件进行选择的省电模式，如图 1-1 所示为ATmega16 的内部组成框图。
图 1-1 ATmega16 内部组成框图
ATmega16 有两种封装形式：一种是 40 脚封装的DIP40；另一种是 44 脚封装的TQFP44。其引脚功能如图 1-2 所示。
① V CC ：电源正。
② GND：电源地。
③ 端口A（PA7～PA0）：端口A为 8 位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，端口A处于高阻状态；端口A的第二功能是作为A/D转换器的模拟输入端。
图 1-2 ATmega16 的两种封装形式
④ 端口B（PB7～PB0）：端口B为 8 位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，端口B处于高阻状态。端口B还可用于其他不同的用途，具体情况将在后面章节中进行介绍。
⑤ 端口C（PC7～PC0）：端口C为 8 位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，端口C 处于高阻状态。如果JTAG接口使能，引脚PC5（TDI）、PC3（TMS）与PC2（TCK）的上拉电阻被激活。端口C还可用于其他不同的用途，具体情况将在后面章节中进行介绍。
⑥ 端口D（PD7～PD0）：端口D为 8 位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，端口D处于高阻状态。端口D还可用于其他不同的用途，具体情况将在后面章节中进行介绍。
⑦ RESET：复位输入引脚。持续时间超过最小阈值时间的低电平将引起系统复位，持续时间小于阈值间的脉冲不能保证可靠复位。
⑧ XTAL1：反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。
⑨ XTAL2：反向振荡放大器的输出端。
⑩ AVCC：端口A与A/D转换器的电源。不使用A/D转换器时，该引脚应直接与V CC 连接。使用A/D转换器时应通一个低通滤波器与V CC 连接。
⑪ AREF：A/D转换器的模拟基准输入引脚。