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第1篇 基础与入门2

第1章 单片机嵌入式系统概述2

1.1嵌入式系统简介2

1.1.1嵌入式计算机系统2

1.1.2单片机嵌入式系统4

1.1.3单片机的发展历史5

1.1.4单片机的发展趋势6

1.2单片机嵌入式系统的结构与应用领域9

1.2.1单片机嵌入式系统的结构9

1.2.2单片机嵌入式系统的应用领域10

1.3 AVR单片机简介11

1.3.1 ATMEL公司的单片机简介11

1.3.2 AVR单片机的主要特点13

1.3.3 AVR系列单片机简介14

1.3.4 AVR与51单片机18

思考与练习19

第2章 AVR单片机的基本结构20

2.1单片机的基本组成20

2.1.1单片机的基本组成结构20

2.1.2单片机的基本单元与作用21

2.2 ATmega16单片机的组成24

2.2.1 AVR单片机的内核结构24

2.2.2 ATmega16的特点26

2.2.3 ATmega16的外部引脚与封装27

2.3 ATmega16单片机的内部结构29

2.3.1中央处理器CPU29

2.3.2系统时钟部件32

2.3.3 CPU的工作时序33

2.3.4存储器35

2.3.5 I/O端口35

2.4存储器结构和地址空间35

2.4.1支持ISP的Flash程序存储器35

2.4.2数据存储器SRAM空间36

2.4.3内部EEPROM存储器36

2.5通用寄存器组与I/O寄存器37

2.5.1通用寄存器组37

2.5.2 I/O寄存器38

2.5.3状态寄存器和堆栈指针寄存器41

2.6 ATmega16单片机的工作状态43

2.6.1 AVR单片机最小系统44

2.6.2 AVR的复位源和复位方式45

2.6.3对AVR的编程下载49

2.6.4 ATmega16的熔丝位50

2.6.5 AVR单片机的工作状态52

2.6.6支持ISP编程的最小系统设计53

2.7 AVR单片机内部资源的扩展和剪裁55

思考与练习55

第3章 AVR的指令与汇编系统57

3.1 ATmega16指令综述57

3.1.1指令格式及3种表示方式58

3.1.2 AVR指令系统中使用的符号59

3.1.3 AVR指令的寻址方式和寻址空间60

3.1.4 AVR指令操作结果对标志位的影响66

3.2算术和逻辑指令66

3.2.1加法指令66

3.2.2减法指令67

3.2.3取反码指令68

3.2.4取补码指令68

3.2.5比较指令69

3.2.6逻辑“与”指令69

3.2.7逻辑“或”指令70

3.2.8逻辑“异或”指令71

3.2.9乘法指令71

3.3跳转指令73

3.3.1无条件跳转指令73

3.3.2条件跳转指令74

3.3.3子程序调用和返回指令80

3.4数据传送指令81

3.4.1直接寻址数据传送指令81

3.4.2间接寻址数据传送指令82

3.4.3从程序存储器中取数装入寄存器指令84

3.4.4写程序存储器指令86

3.4.5 I/O口数据传送指令86

3.4.6堆栈操作指令87

3.5位操作和位测试指令87

3.5.1带进位逻辑操作指令87

3.5.2位变量传送指令88

3.5.3位变量修改指令89

3.6 MCU控制指令92

3.7 AVR汇编语言系统92

3.7.1汇编语言语句格式93

3.7.2汇编器伪指令94

3.7.3表达式98

3.7.4器件定义头文件m16def.inc100

第4章 AVR单片机的系统设计与开发工具103

4.1单片机嵌入式应用系统设计103

4.1.1单片机嵌入式系统开发所需的基础知识和技能103

4.1.2单片机嵌入式系统开发过程105

4.2单片机嵌入式系统的开发工具与环境108

4.2.1单片机嵌入式系统的程序设计语言108

4.2.2单片机嵌入式系统的开发软件平台109

4.2.3单片机嵌入式系统的硬件开发工具110

4.2.4 AVR单片机嵌入式系统的软件开发平台113

4.2.5 AVR实验开发板118

4.2.6 AVR编程调试工具124

4.3自制ISP下载电缆127

4.3.1 STK200/300并口ISP下载电缆128

4.3.2 USB-ISP下载电缆129

4.4 AVR开发环境的建立131

4.4.1 AVR研发型开发环境132

4.4.2 AVR学习型实验开发环境132

思考与练习133

第5章 实战练习（一）134

5.1秒节拍显示器系统的设计134

5.1.1秒节拍显示器硬件设计134

5.1.2秒节拍显示器软件设计思路136

5.1.3秒节拍显示器汇编源程序136

5.1.4通用延时子程序分析137

5.2 AVR Studio汇编语言集成开发环境的使用138

5.2.1 AVR Studio的安装和其他辅助工具的安装139

5.2.2系统工程文件与AVR汇编源程序文件的建立、编译139

5.2.3使用软件模拟仿真调试程序143

5.2.4下载执行代码实际运行147

5.3 CVAVR+AVR Studio——高级语言集成开发环境的使用147

5.3.1秒节拍显示器的高级C语言源程序代码148

5.3.2系统工程文件与源程序文件的建立、编译149

5.3.3在CVAVR中使用AVR Studio进行软件仿真调试程序152

5.4 AVR熔丝位的设置和执行代码下载156

5.4.1 AVR-51多功能板的硬件连接156

5.4.2 AVR熔丝位的配置157

5.4.3执行代码文件的下载161

5.5一个比较复杂的AVR汇编语言实例162

5.5.1系统功能与硬件设计162

5.5.2 AVR汇编源代码163

思考与练习171

第2篇 基本功能单元的应用173

第6章 通用I/O接口的基本结构与输出应用173

6.1通用I/O接口的基本结构与特性173

6.1.1 I/O接口的基本结构173

6.1.2 I/O接口寄存器176

6.1.3通用数字I/O接口的设置与编程177

6.2通用I/O接口的输出应用180

6.2.1通用I/O接口的输出设计要点180

6.2.2 LED发光二极管的控制180

6.2.3继电器控制183

6.2.4步进电机控制184

6.3 LED数码显示器的应用186

6.3.1单个LED数码管控制186

6.3.2多位LED数码管显示189

6.3.3点阵LED显示控制197

6.4 LCD液晶显示器的应用199

6.4.1 LCD的特点与分类200

6.4.2通用点阵字符LCD显示器的应用200

思考与练习206

第7章 中断系统与基本应用207

7.1中断的基本概念207

7.1.1中断处理过程207

7.1.2中断源、中断信号和中断向量208

7.1.3中断优先级和中断嵌套209

7.1.4中断响应条件与中断控制210

7.2 ATmega16的中断系统212

7.2.1 ATmega16的中断源和中断向量212

7.2.2 ATmega16的中断控制214

7.2.3 AVR的中断响应过程216

7.3中断服务程序的编写218

7.3.1汇编语言AVR中断程序的编写218

7.3.2 CodeVision中断程序的编写223

7.4 ATmega16的外部中断226

7.4.1外部中断的触发方式和特点226

7.4.2与外部中断相关的寄存器和标志位227

7.5外部中断应用实例230

思考与练习241

第8章 定时/计数器的结构与应用242

8.1定时/计数器的结构242

8.1.1 8位定时/计数器T/C0的结构243

8.1.2 8位T/C0的工作模式251

8.1.3 8位T/C0的计数工作时序255

8.2 8位定时/计数器T/C0的应用257

8.2.1外部事件计数器257

8.2.2定时器应用设计262

8.3 PWM脉宽调制波的产生和应用267

8.3.1 PWM脉宽调制波267

8.3.2基于比较匹配输出的脉冲宽度调制PWM269

8.4 16位定时/计数器T/C1的应用272

8.4.1 16位T/C1增强功能介绍273

8.4.2 16位T/C1应用示例276

思考与练习281

第9章 键盘输入接口与状态机设计282

9.1通用I/O数字输入接口设计282

9.1.1 I/O输入接口硬件设计要点282

9.1.2 I/O输入接口软件设计要点284

9.2基于状态机的按键输入接口设计285

9.2.1简单的按键输入硬件接口与分析285

9.2.2基于状态机的按键输入软件接口设计287

9.3矩阵键盘输入接口设计300

9.3.1矩阵键盘的工作原理和扫描确认方式301

9.3.2定时扫描方式的键盘接口程序302

思考与练习310

第10章 模拟比较器和ADC接口311

10.1模拟比较器311

10.1.1与模拟比较器相关的寄存器和标志位311

10.1.2模拟比较器的应用设计314

10.2模/数转换器ADC315

10.2.1 10位ADC结构316

10.2.2与ADC相关的I/O寄存器318

10.2.3 ADC应用设计要点322

10.2.4 ADC的应用设计324

10.2.5 ADC应用设计的深入讨论327

思考与练习330

第11章 实战练习（二）331

11.1频率测量和简单频率计的设计与实现331

11.1.1频率测量原理331

11.1.2测频法测量频率332

11.1.3测周法测量频率335

11.1.4频率测量小结339

11.2基于T/C1捕捉功能实现高精度的周期测量339

11.3带校时和音乐报时功能时钟的设计与实现346

思考与练习353

第3篇 串行接口与通信355

第12章 串行数据接口概述355

12.1串行接口与串行通信基础知识356

12.1.1并行传输356

12.1.2串行传输357

12.1.3常见的串行传输和通信接口358

12.2数字I/O口的串行扩展359

12.2.1串行扩展并行输出口360

12.2.2串行扩展并行输入口363

12.2.3数字1/O口串行扩展设计要点365

思考与练习365

第13章 异步通信与USART接口基础367

13.1异步传输的基本概念367

13.1.1异步传输的字符数据帧格式367

13.1.2异步通信369

13.2 AVR的异步传输接口USART370

13.2.1概述371

13.2.2串行时钟发生器372

13.2.3数据帧格式374

13.2.4 USART寄存器375

13.2.5串行通信波特率的设置与偏差380

13.3 USART的基本操作383

13.3.1 USART的初始化383

13.3.2数据发送384

13.3.3数据接收387

13.4基于USART接口基本通信的实现与测试390

13.4.1 USART的数据发送和接收390

13.4.2 RS-232C总线标准介绍394

13.4.3 AVR系统的RS-232C传输接口的实现与测试396

13.4.4异步通信中易产生的问题与AVR系统时钟的选择401

13.5 AVR USART接口特性的进一步说明402

13.5.1使用独立的高精度波特率发生器402

13.5.2数据接收采用3级接收缓冲器结构402

13.5.3硬件自动处理校验位及错误检测403

13.5.4 USART数据接收的硬件扫描检测和接收时序403

思考与练习405

第14章 USART实用设计基础406

14.1异步通信接口应用设计要点406

14.1.1接口的硬件设计406

14.1.2上层应用通信协议和规范的制定408

14.1.3典型USART底层驱动+中间层软件结构示例409

14.2一个USART应用的完整示例414

14.2.1硬件系统构成415

14.2.2通信协议的制定415

14.2.3下位机系统程序417

14.2.4测试和上位机程序420

14.3基于异步通信接口实现多机通信422

14.3.1多机通信实现原理422

14.3.2多机通信实现方式一423

14.3.3多机通信的通用实现方式425

思考与练习430

第15章 串行SPI接口应用432

15.1 SPI串行总线介绍432

15.1.1 SPI总线的组成432

15.1.2 SPI通信的工作模式和时序433

15.1.3多机SPI通信435

15.2 AVR的SPI接口原理与使用436

15.2.1 SPI接口的结构和功能436

15.2.2与SPI相关的寄存器439

15.2.3 SPI接口的设计应用要点441

15.3 SPI接口应用实例443

15.3.1 SPI接口基本方式的应用443

15.3.2典型SPI底层驱动+中间层软件结构示例451

思考与练习453

第16章 串行TWI（I2C）接口应用455

16.1 I2C串行总线介绍455

16.1.1 I2C总线结构和基本特性455

16.1.2 I2C总线时序与数据传输456

16.1.3 I2C总线寻址与通信过程458

16.2 AVR的TWI（I2C）接口与使用460

16.2.1 TWI模块概述460

16.2.2 TWI寄存器462

16.2.3使用TWI总线466

16.2.4 TWI（I2C）接口设计应用要点474

16.3 TWI接口应用实例475

16.3.1 24C256的结构特点476

16.3.2 AVR读/写24C256应用设计479

16.4专用键盘/LED驱动器ZLG7290的应用493

16.4.1 ZLG7290简介493

16.4.2 AVR与ZLG7290的连接494

思考与练习496

第4篇 进入实战499

第17章 AVR片内资源应用补遗499

17.1 AVR熔丝位的功能与配置499

17.1.1 AVR熔丝位的正确配置500

17.1.2 ATmega16中重要熔丝位的配置501

17.1.3 JTAG口的使用与配置502

17.1.4提高系统可靠性的熔丝位配置504

17.1.5片内WDT的应用505

17.2片内EEPROM的应用509

17.2.1 EEPROM的读/写访问操作509

17.2.2寄存器描述510

17.2.3简单的读/写EEPROM例程512

17.2.4高级语言开发环境中使用EEPROM514

17.3外部并行扩展接口515

17.3.1关于单片机嵌入式系统的并行接口扩展问题的讨论515

17.3.2 AVR的并行接口扩展517

17.4 AVR中断应用设计要点519

17.4.1 AVR中断设计注意点519

17.4.2 AVR的中断优先级与中断嵌套处理520

17.4.3高级语言开发环境中的中断服务程序的编写521

17.5 AVR实战应用要点521

第18章 迎奥运倒计时时钟设计实例525

18.1系统功能分析525

18.2应用系统设计526

18.2.1系统方案设计526

18.2.2应用系统结构设计526

18.2.3系统面板设计527

18.2.4 DS1302介绍528

18.3控制系统的硬件设计531

18.4控制系统软件设计要点532

第19章 实用公交车语音报站器——WAVE播放器536

19.1用单片机实现WAVE数字音频播放536

19.1.1数字音频基础知识介绍536

19.1.2 WAVE数字音频文件格式537

19.1.3从wav文件中获取PCM音频数据539

19.1.4简易WAVE播放器的设计与实现541

19.2实用公交车语音报站器545

19.2.1系统方案设计546

19.2.2系统硬件电路546

19.2.3 SD卡和SD卡接口548

19.2.4 SD卡物理接口层550

19.2.5 SD卡操作命令层552

19.2.6文件系统层556

19.2.7实用公交车语音报站器系统实现559

附录A ATmega16熔丝位汇总562

附录B AVR-51多功能实验开发板电原理图571

附录C 本书共享资料内容简介574

附录D 自制USBISP下载线575

D.1问题的提出575

D.2自制USB下载线576

参考文献578