AVR單片機(jī)原理與應(yīng)用

前言

　　作者連續(xù)多年擔(dān)任“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程的教學(xué)工作，教學(xué)中深深體會(huì)到單片機(jī)是當(dāng)今電子技術(shù)的一個(gè)極為重要的組成部分，一個(gè)電子類專業(yè)的學(xué)生，如果畢業(yè)后還沒(méi)能掌握單片機(jī)，根本算不上一個(gè)合格的畢業(yè)生。另一方面，也深感目前高校的教學(xué)內(nèi)容和教材已經(jīng)跟不上技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)的需求。　　目前，大部分學(xué)校仍以20世紀(jì)80年代開(kāi)始流行的MCS一5l系列單片機(jī)為載體，以匯編語(yǔ)言為編程工具，以并行擴(kuò)展為核心講述單片機(jī)的原理及應(yīng)用。盡管MCS-51在實(shí)際應(yīng)用中還占有相當(dāng)大的市場(chǎng)，但隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種新型數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的出現(xiàn)和新器件的推出，傳統(tǒng)5l單片機(jī)由于自身結(jié)構(gòu)的原因，在數(shù)據(jù)處理能力、系統(tǒng)擴(kuò)展方面等多個(gè)方面顯得不能適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展，而且通過(guò)匯編語(yǔ)言來(lái)介紹單片機(jī)技術(shù)，對(duì)于電子類的學(xué)生，顯得難度太大，并且容易偏離介紹單片機(jī)技術(shù)這個(gè)主題，這些原因使得選用51單片機(jī)作為載體講授單片機(jī)技術(shù)已不再是最好的選擇?！　VR作為增強(qiáng)型基于RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，在運(yùn)行速度、內(nèi)存容量，內(nèi)部集成功能模塊、基于串行接口的外圍擴(kuò)展、高級(jí)語(yǔ)言編程支持、仿真調(diào)試技術(shù)等諸多方面都比傳統(tǒng)51單片機(jī)先進(jìn)，比較充分、全面地代表了當(dāng)前8位單片機(jī)和嵌入式應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向。因此本書(shū)選擇了AVR單片機(jī)系列的Atmega48為載體來(lái)講述單片機(jī)軟硬件開(kāi)發(fā)中的基礎(chǔ)知識(shí)?！　∧壳埃珹VR的高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)中，有兩種業(yè)界廣泛使用的c語(yǔ)言編譯器：IAR和Gcc其中使用IAR需要高昂的價(jià)格購(gòu)買(mǎi)許可，而Gcc作為自由軟件很自然作為教學(xué)中的首選。但比較遺憾的是尚未發(fā)現(xiàn)一本以GCC作為編譯器的適合高職類學(xué)生的AVR單片機(jī)教材本書(shū)力圖填補(bǔ)這一空白。　　本書(shū)是作者在多年的教學(xué)實(shí)踐和大量實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，作為“單片機(jī)原理與應(yīng)用”的教材而編寫(xiě)的，作者希望它能促進(jìn)國(guó)內(nèi)單片機(jī)教學(xué)的發(fā)展，為培養(yǎng)更多高質(zhì)量、應(yīng)用型人才做出微薄的貢獻(xiàn)。　　全書(shū)共分為11章，第1章介紹單片機(jī)入門(mén)所需要的一些基礎(chǔ)知識(shí)，第2章從整體上對(duì)AVR單片機(jī)做一個(gè)概要性的介紹，第3章介紹AVR單片機(jī)開(kāi)發(fā)所需要的軟硬件環(huán)境，是學(xué)習(xí)后續(xù)章節(jié)的重要基礎(chǔ)；第4章一第7章介紹AVR單片機(jī)的基本接口和常用功能模塊，包括I／O口的應(yīng)用、中斷、定時(shí)器、A／D等，這些內(nèi)容是所有單片機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)，是學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)的重中之重。第8章講述單片機(jī)通用程序設(shè)計(jì)，主要目的在于介紹單片機(jī)程序設(shè)計(jì)中一種通用而規(guī)范的設(shè)計(jì)方法；第9章一第11章對(duì)串行通信和串行接口進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，包括了USART、SPI、I2c等；這些串行接口在目前的單片機(jī)開(kāi)發(fā)中有著廣泛的應(yīng)用。

內(nèi)容概要

　　以Atmel公司AVR單片機(jī)Atmega48為載體，由淺入深，全面介紹了初學(xué)單片機(jī)所必須掌握的相關(guān)專業(yè)知識(shí)，同時(shí)配以大量的圖示和實(shí)例程序，力求深入淺出，使讀者通過(guò)實(shí)際動(dòng)手操作在愉悅中完成專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。　　《AVR單片機(jī)原理與應(yīng)用》首先介紹了計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，然后介紹以GCC+AVR Studio作為AVR的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，接著循序漸進(jìn)地介紹了AVR單片機(jī)的常用片內(nèi)模塊的結(jié)構(gòu)原理和應(yīng)用設(shè)計(jì)方法?！　　禔VR單片機(jī)原理與應(yīng)用》附帶光盤(pán)收錄了書(shū)中AVR開(kāi)發(fā)中所需用到的軟件工具、所有實(shí)例的源代碼、芯片技術(shù)資料、相關(guān)技術(shù)規(guī)范和協(xié)議，以及Atmel公司針對(duì)AVR的應(yīng)用筆記資料?！　　禔VR單片機(jī)原理與應(yīng)用》可作為高等學(xué)校電子、自動(dòng)化、機(jī)電一體化等相關(guān)專業(yè)的單片機(jī)原理課程的教材，也可作為AVR單片機(jī)的培訓(xùn)教材，供相關(guān)技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考。

書(shū)籍目錄

引論單片機(jī)技術(shù)引論第一節(jié) 認(rèn)識(shí)單片機(jī)第二節(jié) 計(jì)算機(jī)中信息的表示第三節(jié) 計(jì)算機(jī)如何工作第一章 AVR單片機(jī)概述第一節(jié) AVR單片機(jī)簡(jiǎn)介第二節(jié) 單片機(jī)的基本組成第三節(jié) ATmega48單片機(jī)的組成第四節(jié) ATmega48的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和地址空間第二章 AVR單片機(jī)的開(kāi)發(fā)環(huán)境第一節(jié) AVR開(kāi)發(fā)環(huán)境的組成第二節(jié) AVR高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)平臺(tái)第三節(jié) AVRstudi0集成開(kāi)發(fā)環(huán)境第四節(jié) AVR單片機(jī)的最小系統(tǒng)第五節(jié) 構(gòu)建自己的AVR實(shí)驗(yàn)板第六節(jié) AVR可執(zhí)行代碼的下載第三章 通用I／O端口的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用第一節(jié) 通用I／0端口的結(jié)構(gòu)第二節(jié) AVR單片機(jī)I／／O端口的編程第三節(jié) 實(shí)例1跑馬燈第四節(jié) 端口的位操作第五節(jié) 數(shù)碼管顯示第六節(jié) 實(shí)例2一位數(shù)碼管的靜態(tài)顯示第七節(jié) 多位LED數(shù)碼管顯示第八節(jié) 實(shí)例3動(dòng)態(tài)掃描的多位數(shù)碼管顯示第九節(jié) 實(shí)例4用延時(shí)實(shí)現(xiàn)的時(shí)鐘系統(tǒng)第十節(jié) 鍵盤(pán)輸入接口第十一節(jié) 實(shí)例5矩陣鍵盤(pán)第四章 中斷系統(tǒng)及其基本應(yīng)用第一節(jié) 什么是中斷第二節(jié) 中斷的特性第三節(jié) ATmega48單片機(jī)中斷源和中斷向量第四節(jié) 如何編寫(xiě)中斷服務(wù)程序代碼第五節(jié) AVR單片機(jī)中斷的開(kāi)關(guān)控制第六節(jié) AVR單片機(jī)中斷標(biāo)志位第七節(jié) AVR的中斷優(yōu)先級(jí)第八節(jié) ATmega48的外部中斷第九節(jié) 實(shí)例6按鍵控制的1位LED數(shù)碼管顯示第五章 定時(shí)／計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用第一節(jié) 單片機(jī)定時(shí)的原理第二節(jié) ATmega48的定時(shí)器0(Timer／Counter0)第三節(jié) 編寫(xiě)第一個(gè)定時(shí)器程序第四節(jié) 重加載的方法控制定時(shí)中斷周期第五節(jié) CTC模式控制定時(shí)中斷周期第六節(jié) 實(shí)例7采用WC0硬件定時(shí)器的數(shù)字時(shí)鐘第七節(jié) 實(shí)例8用單片機(jī)演奏音樂(lè)第八節(jié) PWM波及其應(yīng)用簡(jiǎn)介第九節(jié) 實(shí)例9會(huì)呼吸的燈第六章 ADC接口第一節(jié) 逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器的工作原理第二節(jié) ATmega，48的A／D轉(zhuǎn)換器第三節(jié) ATmega48單片機(jī)中與A／D相關(guān)的引腳第四節(jié) ATmega48單片機(jī)中與A／D相關(guān)的寄存器第五節(jié) ADC應(yīng)用要點(diǎn)第六節(jié) 編寫(xiě)ADC轉(zhuǎn)換程序第七節(jié) 實(shí)例10簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表第八節(jié) ADC噪聲抑制第七章 單片機(jī)通用程序設(shè)計(jì)第一節(jié) 實(shí)例11電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)第二節(jié) 有限狀態(tài)機(jī)的概念及其實(shí)現(xiàn)方法第八章 串行SPI接口應(yīng)用第一節(jié) 串行接口與串行通信基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié) SPI串行總線介紹第三節(jié) AVR的SPI接口原理第四節(jié) 與SPI相關(guān)的寄存器第五節(jié) SPI接口設(shè)計(jì)的應(yīng)用要點(diǎn)第六節(jié) 編寫(xiě)SPI基本操作函數(shù)第七節(jié) 實(shí)例12端口擴(kuò)展第九章 異步通信與USART接口基礎(chǔ)第一節(jié) 異步通信的基本概念第二節(jié) AVR的異步傳輸接口usART第三節(jié) USART的基本操作第四節(jié) 基于USART接口基本通信的實(shí)現(xiàn)與測(cè)試第五節(jié) 實(shí)例13USART自發(fā)自收測(cè)試第六節(jié) AVR與PC機(jī)的串口通信第七節(jié) 采用通信緩沖區(qū)的IJSART底層驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)第八節(jié) 利用標(biāo)準(zhǔn)I/O流調(diào)試程序第十章 串行TWI(I2C)接口應(yīng)用第一節(jié) I2C串行總線介紹第二節(jié) AVR的TWI接口與使用第三節(jié) 使用TWI總線第四節(jié) 基于狀態(tài)機(jī)的TWI通信模塊第五節(jié) 實(shí)例14存儲(chǔ)器24002的讀寫(xiě)附錄I ATmega48常用熔絲的作用及配置方法附錄Ⅱ IntelHEX文件格式參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　在知道什么是單片機(jī)后，再來(lái)說(shuō)說(shuō)為什么學(xué)單片機(jī)。也許不同的人對(duì)這個(gè)問(wèn)題有不同的答案，如果要寫(xiě)下這些理由，可能可以洋洋灑灑寫(xiě)出幾千言。不管答案如何，這些理由最終都可以歸結(jié)為幾個(gè)字：有趣、神奇、有用。　　先來(lái)說(shuō)說(shuō)有趣，因?yàn)閱纹瑱C(jī)本身的特點(diǎn)，決定了它是新時(shí)代電子愛(ài)好者的“玩物”。在過(guò)去由于條件所限，今天已五六十歲的電子愛(ài)好者用簡(jiǎn)陋的元件制造出只能用耳機(jī)聽(tīng)音的礦石收音機(jī)，這曾令他們興奮不已；三四十歲的電子愛(ài)好者用半導(dǎo)體分立元件制作再生來(lái)復(fù)式或超外差晶體管收音機(jī)，也曾讓他們享受一把成功的喜悅；而當(dāng)今新生代電子愛(ài)好者卻擁有一個(gè)前所未用的大好時(shí)機(jī)和廉價(jià)豐富的物質(zhì)條件，不僅可以用芯片制作集成電路收音機(jī)，還可以用單片機(jī)制作許多帶智能的小電器，可以更容易地圓自己一個(gè)創(chuàng)新發(fā)明和創(chuàng)造專利的成功之夢(mèng)。一只固化有專用軟件的單片機(jī)芯片，配上一只液晶顯示屏和幾只小按鈕，再裝入一只小塑料殼，就可構(gòu)成一只妙趣無(wú)窮的電子寵物（是一位日本女工程師發(fā)明的），其成本只不過(guò)幾元，但市場(chǎng)售價(jià)竟一度高達(dá)一二百元。理由在于它是具備高科技背景的產(chǎn)品，技術(shù)含量高，其中的軟件凝聚著開(kāi)發(fā)者的聰明和智慧。不僅如此，我們可以用單片機(jī)完成各種各樣的創(chuàng)意電子產(chǎn)品，這可以給我們的生活帶來(lái)很多的趣味性。　　對(duì)于一名單片機(jī)初學(xué)者或電子愛(ài)好者，一旦掌握了單片機(jī)的理論知識(shí)和開(kāi)發(fā)應(yīng)用技術(shù)，就進(jìn)入了一個(gè)嶄新而又廣闊的創(chuàng)作天地，任由自己去發(fā)揮想象力和創(chuàng)造靈感，使得我們不僅能夠充分享受到成就感，而且可以提高自己的業(yè)務(wù)素質(zhì)，增強(qiáng)自己的創(chuàng)新能力，增加自己的就業(yè)機(jī)會(huì)，而對(duì)于單片機(jī)，定會(huì)有相見(jiàn)恨晚之感?！　‘?dāng)然，要學(xué)好單片機(jī)，與電子制作中常用的TTL或CMOs通用數(shù)字集成電路以及其他專用集成電路（ASIC）相比，它掌握起來(lái)不太容易，問(wèn)題在于單片機(jī)具有智能化功能，不光需要學(xué)習(xí)其硬件電路，還需要學(xué)習(xí)其特有的指令系統(tǒng)、配置的語(yǔ)言工具和開(kāi)發(fā)環(huán)境軟件、配套的硬件仿真器和程序燒寫(xiě)器等工具，而且軟件設(shè)計(jì)需要有一定的創(chuàng)造性。這雖然給學(xué)習(xí)單片機(jī)的人帶來(lái)一定的難度，但這也正是它的迷人之處。創(chuàng)作者可以把單片機(jī)作為一種載體，將自己的知識(shí)和智慧嵌人和固化其中，不僅可以創(chuàng)造自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)和專利技術(shù)，還能夠使其數(shù)倍甚至數(shù)十倍地升值，來(lái)創(chuàng)造社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益?！　≡賮?lái)說(shuō)說(shuō)單片機(jī)的神奇和有用性。今天，我們的生活環(huán)境和工作環(huán)境中有越來(lái)越多稱之為單片機(jī)的小電腦為我們服務(wù)，可我們并沒(méi)有意識(shí)到這些“小精靈”的存在。比如：當(dāng)我們每天用遙控器操縱電視機(jī)或VCD享受其豐富功能的時(shí)候，正是單片機(jī)在接收我們的遙控命令；單片機(jī)在尋呼機(jī)和移動(dòng)電話手機(jī)中也發(fā)揮著不可替代的重要作用；就連曾經(jīng)一度令許多青少年朋友癡迷的電子寵物，也是單片機(jī)在大顯神威。時(shí)下，家用電器和辦公設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化、智能化、遙控化、模糊控制化已成為發(fā)展趨勢(shì)，而這些高性能幾乎無(wú)一不是靠單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)能夠在如此廣闊的領(lǐng)域發(fā)揮其神奇的功能，不能不令人感嘆——太神奇、太有用了。同時(shí)也以事實(shí)向我們表明，如果我們不具備單片機(jī)方面的知識(shí)、不掌握單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)，對(duì)這些電器設(shè)備的日常保養(yǎng)和故障維修都會(huì)形成很大的障礙，就更不用說(shuō)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)以單片機(jī)為控制核心的各種電子電路和電器產(chǎn)品了。

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