AVR单片机开发与应用实例

本书从工程实践角度出发,全面、 系统地讲解了 AVR 单片机的基础知识、 硬件结构、 各典型接口应用以及多 个综合系统应用的设计和分析等。 本书共分为 11章 ,第 1 章介绍了 AVR 单 片 机 的 基 础 知 识; 第 2 章 ~ 第 8 章 以 ATmega128单 片机为例讲解了 AVR 单片机的系统开发 工 具、 硬 件 结 构、 指 令 系 统 和 各 典 型 接 口 的 应 用 等, 其 中 还穿插讲解了 C语言编程基础;第 9章讲解了 AVR 单片机在电气控制系统中的应用实例; 第 10 章讲解 了 各 种 传 感器的应用实例;第 11章 的内容讲解了 AVR 单片机的综合应用设计实例。
本书内容丰富、 深入浅出、 图文并茂,书中收集了大量的 AVR 单片机设计实例电路图及程序案例, 并配以详 尽的文字讲解,适合从事单片机技术的开发人员使用,同时可作为相关专业在校师生的参考用书。

前言
第1章 AVR 单片机的基础知识 1
1.1 AVR 单片机特点与种类 1
1.1.1 AVR 单片机的特点 1
1.1.2 封装和引脚功能 3
1.1.3 AVR 种类与标识 6
1.1.4 AVR 单片机的基本结构 7
1.2 ATmega16/32/128系列单片机 9
1.2.1 ATmega16单 片内部结构 9
1.2.2 封装与引脚功能 11
1.2.3 ATmega128系 列单片机 13
1.2.4 AVR 程序下载 18
1.2.5 ATmega128单 片机熔丝位 19
第2章 AVR 单片机的系统开发工具 23
2.1 AVR 单片机系统的软硬件开发工具 23
2.1.1 AVR 单片机系统的硬件开发工具 23
2.1.2 AVR 单片机系统的软件开发平台 26
2.1.3 AVR 单片机的开发板及下载线 30
2.2 AVR 单片机 C语言编程基础 33
2.2.1 C语言的构成及特点 34
2.2.2 运算符和表达式 36
2.2.3 C语言的语句及程序结构 38
2.2.4 数组 43
2.2.5 指针变量和指针运算符 44
2.2.6 函数与参数传递 45
2.2.7 编译预处理 48
2.2.8 结构体与链表 52
2.2.9 运算符 54
2.3 CVAVR 编译器开发环境 55
2.3.1 开发环境简介 56
2.3.2 开发环境的应用 56
2.3.3 代码生成器 66
ICCAVR 集成开发环境 71
2.4.1 概述 72
ICCAVR 的安装与注册
ICCAVR 的IDE 环境
ICCAVR 的设置与使用 79
ICCAVR 的函数库 88
AVR 的编程 94
2.5 AVRStudio集成开发环境 101
AVRStudio概 述 101
AVRStudio的IDE 108
设置 AVRStudio 116
2.5.4 查看和修改状态 122
AVR 汇编器
AVR 下载线 126
第3章 ATmega128单片机的指令系统 131
3.1 AVR 单片机指令系统的特点与指令种类 131
3.2 AVR 系列单片机的指令格式 132
3.2.1 指令符号 132
3.2.2 函数表达式 136
3.2.3 AVR 指令与标志位的关系 137
3.3 AVR 单片机的寻址方式 137
3.3.1 程序直接寻址
3.3.2 程序间接寻址
3.3.3 程序相对寻址 138
3.3.4 程序取常量寻址 139
3.3.5 单寄存器直接寻址 140
3.3.6 双寄存器直接寻址 140
3.3.7 堆栈寄存器间接寻址 140
3.3.8 I/O 寄存器直接寻址 141
3.3.9 数据存储器直接寻址 141
3.3.10 数据存储器间接寻址 141录
3.3.11 程序存储器数据寻址
3.3.12 数据存储器间接寻址 142
3.3.13 程序存储器带后增量的空间取常量寻址 143
3.4 数据传输指令 144
3.4.1 数据传输至寄存器的指令 145
3.4.2 数据传输至 SRAM 中的指令 152
3.4.3 写程序存储器指令 156
3.4.4 堆栈操作指令
3.5 算术和逻辑指令 157
3.5.1 加法指令
3.5.2 减法指令
3.5.3 乘法指令 161
3.5.4 逻辑与指令
3.5.5 逻辑或指令
3.5.6 逻辑异或指令
3.5.7 取反码指令
3.5.8 取补码指令 169
3.6 转移和跳转指令 170
3.6.1 无条件跳转指令 171
3.6.2 调用和返回指令 172
3.6.3 条件跳转指令 174
3.7 位指令和位测试指令 183
3.7.1 位变量修改指令 184
3.7.2 带进位逻辑操作指令 189
3.7.3 位变量传送指令 191
3.8 MCU 控制指令
3.9 汇编语言的应用
3.9.1 汇编语言格式 193
3.9.2 汇编语言应用实例 194
第4章 ATmega128单片机I/O 端口的应用 207
4.1 ATmega128单片机的I/O 端口 207
4.1.1 ATmega128单 片机I/O 端口结构与特点 207
4.1.2 各端口说明 211
4.2 I/O 寄存器的设置与编程 221
4.2.1 I/O 寄存器的操作特点 221
4.2.2 I/O 寄存器的 C语言程序 221
4.2.3 特殊功能I/O 寄存器 SFIOR 222

4.2.4 通用I/O 口的设置与编程 222
4.3 I/O 口控制应用实例 224
4.3.1 I/O 口控制 LED 发光二极管应用实例 224
4.3.2 I/O 口控制 LED 数码管应用实例 228
4.3.3 I/O 口控制 LED 点阵应用实例 232
4.3.4 I/O 口键盘扫描电路应用实例 237
4.3.5 I/O 口控制 1602液 晶显示应用实例 241
4.3.6 I/O 口控制 12864中 文液晶显示应用实例 245
第5章 ATmega128单片机定时/计数器的应用 250
5.1 定时/计数器作用与使用注意事项 250
5.1.1 定时器的作用 250
5.1.2 使用定 时/计 数器时需要注意的问题 250
5.2 预分频器 251
5.2.1 T/C0的 预分频器 252
5.2.2 T/C1、T/C2和 T/C3的 预分频器 252
5.2.3 特殊功能寄存器 252
5.3 8位定时/计数器 T/C0 253
5.3.1 8位定 时/计 数器 T/C0的 结构 253
5.3.2 T/C0定 时/计 数器的相关寄存器 256
5.3.3 T/C0定 时/计 数器的工作模式 259
5.3.4 T/C0定 时/计 数器的时序图 263
5.4 8位定时/计数器 T/C2 264
5.4.1 T/C2定 时/计 数器的结构 264
5.4.2 定 时/计 数器 T/C2的 相关寄存器 266
5.4.3 T/C2定 时/计 数器的工作模式 267
5.5 16位定时/计数器 T/C1和 T/C3 268
5.5.1 T/C1和 T/C3定 时/计 数器的结构 269
5.5.2 T/C1和 T/C3定 时/计 数器的相关寄存器 273
5.5.3 T/C1和 T/C3定 时/计 数器的工作模式 281
5.5.4 T/C1和 T/C3定 时/计 数器的时序图 287
5.6 定时/计数器的应用 288
5.6.1 利用定 时/计 数器实现秒表的应用实例 288
5.6.2 利用定 时/计 数器实现 PWM 输出的应用实例 293
第6章 ATmega128单片机模数转换器和模拟比较器的应用 296
6.1 模数转换器 296
6.1.1 模数转换器种类与特点 296
6.1.2 ATmega128单 片机模数转换器的结构和特点 298
6.1.3 A/D 转换器相关寄存器 306
6.2 模拟比较器 310
6.2.1 模拟比较器概述 310
6.2.2 模拟比较器相关寄存器 310
6.2.3 多路输入 312
6.3 A/D 转换器应用实例 312
6.3.1 利用 A/D 转换器构成简易电压表的应用实例 312
6.3.2 双通道 A/D 采样应用在液晶显示器上实例 315
6.4 模拟比较器应用实例 323
6.4.1 模拟信号的比较应用实例 (一) 323
6.4.2 模拟信号的比较应用实例 (二) 324
6.4.3 模拟比较器应用实例 (三) 324
第7章 ATmega128单片机中断系统的基本应用 327
7.1 中断系统工作原理 327
7.1.1 中断系统的定义与中断过程 327
7.1.2 控制寄存器 334
7.2 外部中断 335
7.2.1 外部中断触发方式 335
7.2.2 外部中断寄存器 335
7.3 中断程序编写与应用实例 337
7.3.1 使用ICCAVR 开发环境编写中断程序 337
7.3.2 外部中断系统应用实例 339
第8章 ATmega128单片机串行接口的应用 342
8.1 同步串行接口 SPI 342
8.1.1 同步串行通信 342
8.1.2 ATmega128单 片机的同步串行接口 SPI 345
8.1.3 ATmega128单 片机 SPI相 关寄存器 348
8.1.4 SPI的 编程 350
8.1.5 SPI应 用实例 352
USART 接口
8.2.1 异步通信基础 355
ATmega128单 片机的 USART 接口 357
访问 USART 361
USART 相关寄存器 369
8.3 ATmega128单片机 USART 接口的应用实例 374
8.3.1 串口通信应用实例 374
8.3.2 利用串口控制微型打印机应用实例 378

8.4 两线串行接口 TWI 385
8.4.1 串行通信基础知识 385
8.4.2 I2C 总线协议 385
8.4.3 ATmega128单 片机的 TWI接 口 388
8.5 ATmega128单片机 TWI接口应用实例 403
8.5.1 利用 TWI口 对存储器进行操作的应用实例 403
8.5.2 I2C 总线接口日历时钟芯片应用实例 407
第9章 AVR 单片机在电气控制系统中的应用实例 416
9.1 电动机类控制电路的应用实例 416
9.1.1 步进电动机的应用实例 416
9.1.2 舵机的应用实例 419
9.1.3 电动机调速系统设计实例
9.2 人机对话控制电路的应用 425
9.2.1 键盘的应用实例 425
9.2.2 触摸屏人机接口的应用实例 432
第10章 各种传感器的应用实例 436
10.1 红外遥控器的解码应用 436
10.1.1 红外线 436
10.1.2 红外遥控系统原理 436
10.1.3 红外遥控器的解码实例 438
10.2 红外测距传感器的应用 442
10.2.1 硬件设计 442
10.2.2 程序设计 443
10.3 超声测距传感器的应用 446
10.3.1 硬件设计 446
10.3.2 程序设计 447
10.4 气体传感器的应用 449
10.4.1 气体传感器模块 449
10.4.2 气体传感器应用实例 450
10.5 加速度传感器的应用 453
10.5.1 型加速度传感器模块 453
10.5.2 加速度传感器应用实例 454
10.6 光照传感器的应用 456
10.6.1 硬件设计 457
10.6.2 程序设计 457
10.7 温度传感器应用实例 459
10.7.1 硬件设计 459
10.7.2 软件设计 459
第11章 AVR 单片机的综合应用设计实例 464
11.1 基于 ATmega128单片机的轮式机器人设计 464
11.1.1 硬件设计 464
11.1.2 软件设计 466
11.2 基于 ATmega128单片机的交通信号机设计 471
11.2.1 硬件设计 471
11.2.2 软件设计 474

AVR 单片机是于1997年由 Atmel公司研发出的， 增强型内置 Flash的 RISC (ReducedIn- structionSetCPU)精简指令集高速8 位单片机。 AVR 单片机具有可靠性高、 功能强、 高速 度、 低功耗等优点， 广泛应用于计算机外部设备、 工业实时控制、 仪器仪表、 通信设备、 家用电器等各个领域。
本书以 AVR 单片 机 中 的 高 档 系 列——ATmega128 单 片 机 为 蓝 本， 全 面、 系 统 地 讲 解 了 AVR 单片机的基础知识、 系统开发工具、 硬件结构、 各典型接口应用以及多个综合系统应 用的设计和分析等知识。 本书以实例为主， 偏重于实用性， 书中每个案例都经过了实践验 证， 具有很强的工程实践指导性， 使读者能举一反三， 从而掌握 AVR 单片机的开发与应用 技术。
本书由张校铭主编， 参 加 本 书 编 写 的 还 有 寇 志 万、 杨 欢、 赵 春 霞、 王 建 薇、 李 娟、 崔颖、 张 国 发、 崔 二 立、 王 志 永、 袁 建 国、 李 维 忠、 许 振 兴、 裴 广 龙、 王 彦 伦、 郑 号、 张珺、 周波、 周俞、 李亚旭、 刘兴 杰、 马 绪 滨、 张 颖 伟、 张 伯 虎 等。 本 书 在 编 写 过程中还参考了相关书籍和资料， 在此对以上编写人员及文献作者一并表示感谢！
由于作者水 平 有 限， 加 之 时 间 仓 促， 本 书 难 免 有 错 误 和 不 足 之 处， 望 广 大 读 者 批 评 指正。

编者