AVR單片機嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實踐

第1篇  基礎(chǔ)與入門
第1章  單片機嵌入式系統(tǒng)概述
1.1 嵌入式系統(tǒng)簡介2
1.1.1 嵌入式計算機系統(tǒng)2
1.1.2 單片機嵌入式系統(tǒng)4
1.1.3 單片機的發(fā)展歷史5
1.1.4 單片機的發(fā)展趨勢6
1.2 單片機嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用領(lǐng)域9
1.2.1 單片機嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)9
1.2.2 單片機嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域10
1.3 AVR單片機簡介11
1.3.1 ATMEL公司的單片機簡介11
1.3.2 AVR單片機的主要特點13
1.3.3 AVR單片機系列簡介14
1.3.4 AVR與51單片機18
思考與練習(xí)19
第2章  AVR單片機的基本結(jié)構(gòu)
2.1 單片機的基本組成20
2.1.1 單片機的基本組成結(jié)構(gòu)20
2.1.2 單片機的基本單元與作用21
2.2 Atmega16單片機的組成24
2.2.1 AVR單片機的內(nèi)核結(jié)構(gòu)24
2.2.2 ATmega16的特點26
2.2.3 ATmage16的外部引腳與封裝27
2.3 ATmega16單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)29
2.3.1 中央處理器CPU29
2.3.2 系統(tǒng)時鐘部件32
2.3.3 CPU的工作時序33
2.3.4 存儲器35
2.3.5 I/O端口35
2.4 存儲器結(jié)構(gòu)和地址空間35
2.4.1 支持ISP的Flash程序存儲器35
2.4.2 數(shù)據(jù)存儲器SRAM空間 36
2.4.3 內(nèi)部EEPROM存儲器36
2.5 通用寄存器組與I/O寄存器37
2.5.1 通用寄存器組37
2.5.2 I/O寄存器38
2.5.3 狀態(tài)寄存器和堆棧指針寄存器41
2.6 Atm ega16單片機的工作狀態(tài)43
2.6.1 AVR單片機最小系統(tǒng)44
2.6.2 AVR的復(fù)位源和復(fù)位方式45
2.6.3 對AVR的編程下載49
2.6.4 ATmega16的熔絲位50
2.6.5 AVR單片機的工作狀態(tài)52
2.6.6 支持ISP編程的最小系統(tǒng)設(shè)計53
2.7 AVR單片機內(nèi)部資源的擴展和剪裁55
思考與練習(xí)55
第3章  AVR的指令與匯編系統(tǒng)
3.1 ATmega16指令綜述57
3.1.1 指令格式及3種表示方式58
3.1.2 AVR指令系統(tǒng)中使用的符號59
3.1.3 AVR指令的尋址方式和尋址空間60
3.1.4 AVR指令操作結(jié)果對標(biāo)志位的影響66
3.2 算術(shù)和邏輯指令66
3.2.1 加法指令66
3.2.2 減法指令67
3.2.3 取反碼指令68
3.2.4 取補碼指令68
3.2.5 比較指令69
3.2.6 邏輯“與”指令69
3.2.7 邏輯“或”指令70
3.2.8 邏輯“異或”指令71
3.2.9 乘法指令71
3.3 跳轉(zhuǎn)指令73
3.3.1 無條件跳轉(zhuǎn)指令73
3.3.2 條件跳轉(zhuǎn)指令74
3.3.3 子程序調(diào)用和返回指令80
3.4 數(shù)據(jù)傳送指令81
3.4.1 直接尋址數(shù)據(jù)傳送指令81
3.4.2 間接尋址數(shù)據(jù)傳送指令82
3.4.3 從程序存儲器中取數(shù)裝入寄存器指令84
3.4.4 寫程序存儲器指令86
3.4.5 I/O口數(shù)據(jù)傳送指令86
3.4.6 堆棧操作指令86
3.5 位操作和位測試指令87
3.5.1 帶進位邏輯操作指令87
3.5.2 位變量傳送指令88
3.5.3 位變量修改指令88
3.6 MCU控制指令91
3.7 AVR匯編語言系統(tǒng)92
3.7.1 匯編語言語句格式93
3.7.2 匯編器偽指令93
3.7.3 表達式98
3.7.4 器件定義頭文件m16def.inc100
第4章  AVR單片機的系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)工具
4.1 單片機嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計103
4.1.1 單片機嵌入式系統(tǒng)開發(fā)所需的基礎(chǔ)知識和技能103
4.1.2 單片機嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程105
4.2 單片機嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)工具與環(huán)境108
4.2.1 單片機嵌入式系統(tǒng)的程序設(shè)計語言108
4.2.2 單片機嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)軟件平臺109
4.2.3 單片機嵌入式系統(tǒng)的硬件開發(fā)工具110
4.2.4 AVR單片機嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺113
4.2.5 AVR實驗開發(fā)板118
4.3 自制ISP下載電纜124
4.4 AVR開發(fā)環(huán)境的建立127
4.4.1 AVR研發(fā)型開發(fā)環(huán)境127
4.4.2 AVR學(xué)習(xí)型實驗開發(fā)環(huán)境127
思考與練習(xí)128
第5章  實戰(zhàn)練習(xí)（一）
5.1 秒節(jié)拍顯示器系統(tǒng)的設(shè)計129
5.1.1 秒節(jié)拍顯示器硬件設(shè)計129
5.1.2 秒節(jié)拍顯示器軟件設(shè)計思路131
5.1.3 秒節(jié)拍顯示器匯編源程序131
5.1.4 通用延時子程序分析132
5.2 AVR Studio匯編語言集成開發(fā)環(huán)境的使用133
5.2.1 AVR Studio和其他輔助工具的安裝134
5.2.2 系統(tǒng)工程文件與AVR匯編源程序文件的建立、編譯134
5.2.3 使用軟件模擬仿真調(diào)試程序138
5.3 CVAVR+AVR Studio——高級語言集成開發(fā)環(huán)境的使用142
5.3.1 秒節(jié)拍顯示器的高級C語言源程序142
5.3.2 系統(tǒng)工程文件與源程序文件的建立、編譯143
5.3.3 在CVAVR中使用AVR Studio進行軟件模擬仿真調(diào)試程序146
5.4 AVR熔絲位的設(shè)置和執(zhí)行代碼下載147
5.4.1 AVR51多功能板的硬件連接148
5.4.2 AVR熔絲位的配置148
5.4.3 執(zhí)行代碼文件的下載151
5.5 一個比較復(fù)雜的AVR匯編語言實例153
5.5.1 系統(tǒng)功能與硬件設(shè)計153
5.5.2 AVR匯編源代碼154
思考與練習(xí)162
第2篇  基本功能單元的應(yīng)用
第6章  通用I/O接口的基本結(jié)構(gòu)與輸出應(yīng)用
6.1 通用I/O接口的基本結(jié)構(gòu)與特性164
6.1.1 I/O接口的基本結(jié)構(gòu)164
6.1.2 I/O接口寄存器167
6.1.3 通用數(shù)字I/O接口的設(shè)置與編程168
6.2 通用I/O接口的輸出應(yīng)用171
6.2.1 通用I/O接口的輸出設(shè)計要點171
6.2.2 LED發(fā)光二極管的控制171
6.2.3 繼電器控制174
6.2.4 步進電機控制175
6.3 LED數(shù)碼顯示器的應(yīng)用177
6.3.1 單個LED數(shù)碼管控制177
6.3.2 多位LED數(shù)碼管顯示180
6.3.3 點陣LED顯示控制188
6.4 LCD液晶顯示器的應(yīng)用190
6.4.1 LCD的特點與分類191
6.4.2 通用點陣字符LCD顯示器的應(yīng)用191
思考與練習(xí)197
第7章  中斷系統(tǒng)與基本應(yīng)用
7.1 中斷的基本概念198
7.1.1 中斷處理過程198
7.1.2 中斷源、中斷信號和中斷向量199
7.1.3 中斷優(yōu)先級和中斷嵌套200
7.1.4 中斷響應(yīng)條件與中斷控制201
7.2 Atmega16的中斷系統(tǒng)203
7.2.1 ATmega16的中斷源和中斷向量203
7.2.2 ATmega16的中斷控制205
7.2.3 AVR的中斷響應(yīng)過程207
7.3 中斷服務(wù)程序的編寫209
7.3.1 匯編語言AVR中斷程序的編寫209
7.3.2 CodeVision中斷程序的編寫214
7.4 ATmega16的外部中斷217
7.4.1 外部中斷的觸發(fā)方式和特點217
7.4.2 與外部中斷相關(guān)的寄存器和標(biāo)志位218
7.5 外部中斷應(yīng)用實例221
思考與練習(xí)232
第8章  定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用
8.1 定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)233
8.1.1 8位定時/計數(shù)器T/C0的結(jié)構(gòu)234
8.1.2 8位T/C0的工作模式242
8.1.3 8位T/C0的計數(shù)工作時序246
8.2 8位定時/計數(shù)器T/C0的應(yīng)用248
8.2.1 外部事件計數(shù)器248
8.2.2 定時器應(yīng)用設(shè)計253
8.3 PWM脈寬調(diào)制波的產(chǎn)生和應(yīng)用258
8.3.1 PWM脈寬調(diào)制波258
8.3.2 基于比較匹配輸出的脈沖寬度調(diào)制PWM260
8.4 16位定時/計數(shù)器T/C1的應(yīng)用263
8.4.1 16位T/C1增強功能介紹264
8.4.2 16位T/C1應(yīng)用示例267
思考與練習(xí)272
第9章  鍵盤輸入接口與狀態(tài)機設(shè)計
9.1 通用I/O數(shù)字輸入接口設(shè)計273
9.1.1 I/O輸入接口硬件設(shè)計要點273
9.1.2 I/O輸入接口軟件設(shè)計要點275
9.2 基于狀態(tài)機的按鍵輸入接口設(shè)計276
9.2.1 簡單的按鍵輸入硬件接口與分析276
9.2.2 基于狀態(tài)機的按鍵輸入軟件接口設(shè)計278
9.3 矩陣鍵盤輸入接口設(shè)計291
9.3.1 矩陣鍵盤的工作原理和掃描確認(rèn)方式292
9.3.2 定時掃描方式的鍵盤接口程序293
思考與練習(xí)301
第10章  模擬比較器和ADC接口
10.1 模擬比較器302
10.1.1 與模擬比較器相關(guān)的寄存器和標(biāo)志位302
10.1.2 模擬比較器的應(yīng)用設(shè)計305
10.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC306
10.2.1 10位ADC結(jié)構(gòu)307
10.2.2 與ADC相關(guān)的I/O寄存器309
10.2.3 ADC應(yīng)用設(shè)計要點313
10.2.4 ADC的應(yīng)用設(shè)計315
10.2.5 ADC應(yīng)用設(shè)計的深入討論318
思考與練習(xí)321
第11章  實踐練習(xí)（二）
11.1 頻率測量和簡單頻率計的設(shè)計與實現(xiàn)322
11.1.1 頻率測量原理322
11.1.2 測頻法測量頻率323
11.1.3 測周法測量頻率326
11.1.4 頻率測量小結(jié)330
11.2 基于T/C1捕捉功能實現(xiàn)高精度的周期測量330
11.3 帶校時和音樂報時功能時鐘的設(shè)計與實現(xiàn)338
思考與練習(xí)344
第3篇  串行接口與通信
第12章  串行數(shù)據(jù)接口概述
12.1 串行接口與串行通信基礎(chǔ)知識348
12.1.1 并行傳輸348
12.1.2 串行傳輸349
12.1.3 常見的串行傳輸和通信接口350
12.2 數(shù)字I/O口的串行擴展351
12.2.1 串行擴展并行輸出口352
12.2.2 串行擴展并行輸入口355
12.2.3 數(shù)字I/O口串行擴展設(shè)計要點357
思考與練習(xí)357
第13章  異步通信與USART接口基礎(chǔ)
13.1 異步傳輸?shù)幕靖拍?59
13.1.1 異步傳輸?shù)淖址麛?shù)據(jù)幀格式359
13.1.2 異步通信361
13.2 AVR的異步傳輸接口USART362
13.2.1 概述363
13.2.2 串行時鐘發(fā)生器364
13.2.3 數(shù)據(jù)幀格式366
13.2.4 USART寄存器367
13.2.5 串行通信波特率的設(shè)置與偏差372
13.3 USART的基本操作375
13.3.1 USART的初始化375
13.3.2 數(shù)據(jù)發(fā)送376
13.3.3 數(shù)據(jù)接收379
13.4 基于USART接口基本通信的實現(xiàn)與測試382
13.4.1 USART的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收382
13.4.2 RS232C總線標(biāo)準(zhǔn)介紹386
13.4.3 AVR系統(tǒng)的RS232C傳輸接口的實現(xiàn)與測試388
13.4.4 異步通信中易產(chǎn)生的問題與AVR系統(tǒng)時鐘的選擇394
13.5 AVR USART接口特性的進一步說明394
13.5.1 使用獨立的高精度波特率發(fā)生器394
13.5.2 數(shù)據(jù)接收采用3級接收緩沖器結(jié)構(gòu)395
13.5.3 硬件自動處理校驗位及錯誤檢測395
13.5.4 USART數(shù)據(jù)接收的硬件掃描檢測和接收時序395
思考與練習(xí)397
第14章  USART實用設(shè)計基礎(chǔ)
14.1 異步通信接口應(yīng)用設(shè)計要點399
14.1.1 接口的硬件設(shè)計399
14.1.2 上層應(yīng)用通信協(xié)議和規(guī)范的制定401
14.1.3 典型USART底層驅(qū)動+中間層軟件結(jié)構(gòu)示例402
14.2 一個USART應(yīng)用的完整示例407
14.2.1 硬件系統(tǒng)構(gòu)成407
14.2.2 通信協(xié)議的制定408
14.2.3 下位機系統(tǒng)程序409
14.2.4 測試和上位機程序413
14.3 基于異步通信接口實現(xiàn)多機通信414
14.3.1 多機通信實現(xiàn)原理414
14.3.2 多機通信實現(xiàn)方式一415
14.3.3 多機通信的通用實現(xiàn)方式417
思考與練習(xí)422
第15章  串行SPI接口應(yīng)用
15.1 SPI串行總線介紹424
15.1.1 SPI總線的組成424
15.1.2 SPI通信的工作模式和時序425
15.1.3 多機SPI通信427
15.2 AVR的SPI接口原理與使用428
15.2.1 SPI接口的結(jié)構(gòu)和功能428
15.2.2 與SPI相關(guān)的寄存器431
15.2.3 SPI接口的設(shè)計應(yīng)用要點433
15.3 SPI接口應(yīng)用實例435
15.3.1 SPI接口基本方式的應(yīng)用435
15.3.2 典型SPI底層驅(qū)動+中間層軟件結(jié)構(gòu)示例443
思考與練習(xí)445
第16章  串行TWI(I2C)接口應(yīng)用
16.1 I2C串行總線介紹447
16.1.1 I2C總線結(jié)構(gòu)和基本特性447
16.1.2 I2C總線時序與數(shù)據(jù)傳輸448
16.1.3 I2C總線尋址與通信過程450
16.2 AVR的TWI(I2C)接口與使用452
16.2.1 TWI模塊概述452
16.2.2 TWI寄存器454
16.2.3 使用TWI總線458
16.2.4 TWI(I2C)接口設(shè)計應(yīng)用要點466
16.3 TWI接口應(yīng)用實例467
16.3.1 24C256的結(jié)構(gòu)特點468
16.3.2 AVR讀/寫24C256應(yīng)用設(shè)計471
16.4 專用鍵盤/LED驅(qū)動器ZLG7290的應(yīng)用485
16.4.1 ZLG7290簡介485
16.4.2 AVR與ZLG7290的連接486
思考與練習(xí)488
第4篇  進入實戰(zhàn)
第17章  AVR片內(nèi)資源應(yīng)用補遺
17.1 AVR熔絲位的功能與配置491
17.1.1 AVR熔絲位的正確配置492
17.1.2 ATmega16中重要熔絲位的配置493
17.1.3 JTAG口的使用與配置494
17.1.4 提高系統(tǒng)可靠性的熔絲位配置496
17.1.5 片內(nèi)WDT的應(yīng)用497
17.2 片內(nèi)EEPROM的應(yīng)用501
17.2.1 EEPROM的讀/寫訪問操作501
17.2.2 寄存器描述502
17.2.3 簡單的讀/寫EEPROM例程504
17.2.4 高級語言開發(fā)環(huán)境中使用EEPROM506
17.3 外部并行擴展接口507
17.3.1 關(guān)于單片機嵌入式系統(tǒng)的并行接口擴展問題的討論507
17.3.2 AVR的并行接口擴展509
17.4 AVR中斷應(yīng)用設(shè)計要點511
17.4.1 AVR中斷設(shè)計注意點511
17.4.2 AVR的中斷優(yōu)先級與中斷嵌套處理512
17.4.3 高級語言開發(fā)環(huán)境中的中斷服務(wù)程序的編寫513
17.5 AVR實戰(zhàn)應(yīng)用要點513
第18章  迎奧運倒計時時鐘設(shè)計實例
18.1 系統(tǒng)功能分析517
18.2 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計518
18.2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計518
18.2.2 應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計518
18.2.3 系統(tǒng)面板設(shè)計519
18.2.4 DS1302介紹520
18.3 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計523
18.4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計要點524
附錄A ATmega16熔絲位匯總528
附錄B AVR51多功能實驗開發(fā)板電原理圖537
附錄C 本書所附光盤內(nèi)容簡介540
附錄D 自制USBISP下載線
D．1 問題的提出541
D．2 自制USB下載線542
參考文獻544