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1、E&C College AVR Training 2005Slide 1AVR单片机技术单片机技术AVR Microcontroller主讲 李正中E&C College AVR Training 2005Slide 2课程安排课程安排Course scheduleo第一讲：单片机及其开发工具简介第一讲：单片机及其开发工具简介o第二讲：第二讲：AVR硬件电路设计教程硬件电路设计教程o第三讲：第三讲：AVR开发环境的建立，数字逻辑与开发环境的建立，数字逻辑与C语言程序设计基础语言程序设计基础知识知识o第四讲：流水灯、蜂鸣器、数码管的程序设计第四讲：流水灯、蜂鸣器、数码管的程序设计o第五讲：普通按
2、键与矩阵键盘的程序设计第五讲：普通按键与矩阵键盘的程序设计o第六讲：外部中断、定时器的应用第六讲：外部中断、定时器的应用o第七讲：第七讲：USART的应用的应用o第八讲：第八讲：ADC的应用的应用o第九讲：项目应用实例第九讲：项目应用实例-循迹小车循迹小车E&C College AVR Training 2005Slide 3o单片机就是一台微型电脑。单片机就是一台微型电脑。麻雀虽小，五脏俱全，单麻雀虽小，五脏俱全，单片机将微型电脑的所有基片机将微型电脑的所有基本部分都集成在一片硅片本部分都集成在一片硅片上。上。o构成单片机的基本要素：构成单片机的基本要素：CPU核核ROMRAM片上外设片上外
3、设总线总线单片机概念单片机概念E&C College AVR Training 2005Slide 4片上系统的概念片上系统的概念System on Chip，SoC AVR单片机是完全集成的混合信号系统级芯片（SoC），具有单指令RISC内核，片内集成了数据采集和控制系统中常用的模拟、数字外设及其他功能部件；内置FLASH程序存储器、内部RAM。AVR单片机具有片内调试电路，通过4脚的JTAG接口可以进行非侵入式、全速的在系统调试。E&C College AVR Training 2005Slide 5CPU核核o相当于电脑的相当于电脑的CPU，执行，执行从从ROM中取出指令中取出指令o性能
4、指标：性能指标：主频：主频：CPU时钟的频率，时钟的频率，类似于电脑的主频。类似于电脑的主频。指令集：复杂指令集指令集：复杂指令集CISC与精简指令集与精简指令集RISC，后者，后者比前者执行效率高很多。比前者执行效率高很多。字长：一次处理的二进制数字长：一次处理的二进制数据位数。据位数。价格价格详相近的几种相近的几种单片机之比片机之比较CPU类类型型AT、STC系列系列51MSP430F1系系列列AVR系系列列主主频频2MHz8MHz20MHz指令集指令集CISCRISCRISC字字长长8位位16位位8位位E&C College AVR Training 2005Slide 6ROM（只（只
5、读存存储器）器）价格价格详相近的几种相近的几种单片机之比片机之比较单片机片机型号型号STC89C52MSP430F1101ATmega16Flash容容量量8KB1KB16KB自自编编程程能力能力不具不具备备具具备备具具备备o目标代码存储器，相当于硬盘，目标代码存储器，相当于硬盘，用于存储运行在单片机上的程用于存储运行在单片机上的程序代码序代码o目前大多数单片机为目前大多数单片机为Flash结结构构o基本性能指标：容量，单位一基本性能指标：容量，单位一般为般为KB（千字节）（千字节）o高级的指标：自编程能力高级的指标：自编程能力E&C College AVR Training 2005Slid
6、e 7RAM（随机存（随机存储器）器）o数据存储器，相当于内存，数据存储器，相当于内存，ROM中的程序在运行时快速的存取数中的程序在运行时快速的存取数据据o目前大多数单片机为目前大多数单片机为SRAM结构结构o性能指标：容量，单位一般为性能指标：容量，单位一般为B（字节）或（字节）或KB（千字节）（千字节）E&C College AVR Training 2005Slide 8RAM（随机存（随机存储器）器）o数据存储器，相当于内存，数据存储器，相当于内存，ROM中的程序在运行时快中的程序在运行时快速的存取数据速的存取数据o目前大多数单片机为目前大多数单片机为SRAM结构结构o性能指标：容量，
7、单位一般性能指标：容量，单位一般为为B（字节）或（字节）或KB（千字（千字节）节）价格价格详相近的几种相近的几种单片机之比片机之比较单片机型号片机型号STC89C52MSP430F1101ATmega16(AVR)SRAM容量容量512字字节节128字字节节1KBE&C College AVR Training 2005Slide 9片上外片上外设o相当于电脑的键盘鼠标接相当于电脑的键盘鼠标接口、显示器接口等口、显示器接口等o常见的片上外设模块有外常见的片上外设模块有外部中断、定时部中断、定时/计数器、计数器、UART、SPI、IIC、ADC、模拟比较器等、模拟比较器等价格价格详相近的几种相近
8、的几种单片机之比片机之比较单片机片机型号型号STC89C52MSP430F1101ATmega16(AVR)片上外片上外设设外部中外部中断断定定时时/计计数器数器UART外部中外部中断断定定时时/计计数数器器ADC外部中断外部中断定定时/计数数器器UART、SPI、IICADC、模、模拟比比较器器E&C College AVR Training 2005Slide 10总线o用于在以上四部分之间传输数据用于在以上四部分之间传输数据的通道，相当于硬盘的通道，相当于硬盘IDE线、光线、光驱线等驱线等E&C College AVR Training 2005Slide 11单片机的片机的应用用o单片
9、机无所不能！单片机无所不能！o所谓所谓“微电脑控制微电脑控制”场合的核心就是单片机场合的核心就是单片机o涵盖工业生产、日常生活、军事设备、科研仪表仪器等涵盖工业生产、日常生活、军事设备、科研仪表仪器等所有智能化应用场合所有智能化应用场合E&C College AVR Training 2005Slide 12智能洗衣机智能洗衣机定时完成洗衣、脱水等功能可以判断衣服的干净程度，实现“洗净即停”的功能蒸汽熨烫的功能刷卡、投币洗衣更加智能：LG公司的“iPod洗衣机”一边洗衣一边听歌 E&C College AVR Training 2005Slide 13LED显示屏示屏LED发光二极管构成显示屏
10、的像素点单片机负责逐点或逐行扫描，并与电脑通信获取图片信息E&C College AVR Training 2005Slide 14PH/ORP仪表表 用于环境监测、工矿企业、科学研究、水产养殖场等场合的pH值的测定读取pH传感器的模拟信号，内部处理后显示在LCD上E&C College AVR Training 2005Slide 15各种数码产品各种数码产品E&C College AVR Training 2005Slide 16智能小车智能小车巡线避障电视机遥控器遥控LCD显示E&C College AVR Training 2005Slide 17单片机的开发工具单片机的开发工具编程器
11、（烧写器）：将编译出来的目标代码固化到单片机的ROM内下载线：作用与编程器相同，但可以在线下载仿真器：对单片机的程序进行单步调试、设置断点等，便于查找程序中的错误。其中Jtag仿真器可以在线仿真调试。E&C College AVR Training 2005Slide 18AVR单片机片机简介介AVR的性价比远高于MCS51：高速、RISC：主频最高达24MHz低功耗，宽电压：1.8V5.5V，最低全速运行功耗300uAIO口驱动能力强：推拉电流能力均达40mA，可以直接驱动蜂鸣器、继电器等片内资源丰富：外部中断、定时/计数器、UART、SPI、IIC、ADC、模拟比较器型号齐全，而且40脚以
12、下的AVR均具有DIP的封装形式E&C College AVR Training 2005Slide 19精彩的精彩的AVR世界世界8脚系列：ATtiny13、25、45、85；14脚系列：ATtiny2420脚系列：AtTiny26，2313；28脚系列：ATmega8，48，88，168；32脚系列：AT90PWM3；40脚系列：ATmega16，32，162，163，169，8515，8535；以上几个系列均有DIP双列直插封装64脚系列：ATmega64，128；100脚系列：ATmega1280，2560；E&C College AVR Training 2005Slide 20精彩
13、的精彩的AVR世界世界E&C College AVR Training 2005Slide 21AVR单片机的开片机的开发工具工具软件开发环境编辑与编译软件：WinAVR仿真调试软件：AVR Studio下载软件：CAVR硬件开发环境仿真调试工具：JTAG ICE下载线工具：STK500/300学习板一块：AVR综合实训平台技术手册AVR官方中文版技术手册AVR 单片机与片机与GCC 编程程E&C College AVR Training 2005Slide 22AVR单片机优势单片机优势 Advantage工业的高级 8-bit 性能实时 8-Bit RISC 架构低功耗(空闲模式/掉电模式
14、/省电模式)MCU的大家族(超过 50个产品)多种外围设备卓越的C语言编码效率系统内可编程 SRAM巨大的应用数据库低开发成本8 Bit RISC MCUE&C College AVR Training 2005Slide 23从零开始学习从零开始学习AVR：学单片机就要学学单片机就要学AVR！选择AVR作为单片机入门的几点理由：最小系统设计容易：只需要连接电源、焊接晶振就可以工作 很多概念初学者理解起来更容易：例如AVR的时钟源（晶振、内部RC等）不经过分频直接提供给CPU使用，而51的CPU主频等于晶振的12分频 AVR既具有简单的、可以自制的ISP下载线和Jtag仿真器，又有DIP直插的
15、封装形式 AVR的C语言编程与C语言教科书上学习的标准C语言语法是几乎一样的，不像51的C语言，一些bit、srf之类的变量定义在教科书中是找不到的，有利于后续嵌入式系统的学习 E&C College AVR Training 2005Slide 24新手入门入门第一个例子新手入门入门第一个例子闪烁的灯闪烁的灯请观看老师操作演示E&C College AVR Training 2005Slide 25领先的领先的8位结构位结构StructureRISC结构，精简指令集Harvard 结构程序存储器和数据存储器分开直接访问8M 字节程序存储器和8M 字节数据存储器E&C College AVR
16、Training 2005Slide 26极快的处理速度极快的处理速度Speed单周期指令执行时间一个时钟执行一条指令1MIPS/MHZRegister FileALUE&C College AVR Training 2005Slide 27MEGA16单片机管脚排列单片机管脚排列PinE&C College AVR Training 2005Slide 28AVR外围设备外围设备Peripheral ModuleI/ORSTTimer2Timer0Timer18 Bit RISC MCUOSCAC WDT SPI JTAGUARTA/D2-WireITE&C College AVR Trai
17、ning 2005Slide 29外围设备外围设备ACI/ORSTTimer2Timer0Timer18 Bit RISC MCUOSCAC WDT SPI JTAGUARTA/D2-WireIT模拟比较器模拟比较器多输入源中断功能捕获功能E&C College AVR Training 2005Slide 30MEGA AVR产品综述产品综述Products从4K字节到512K字节容量FLASH产品系列自编程存储器64字节到4K字节容量EEPROM存储器硬件乘法器E&C College AVR Training 2005Slide 31AVR MEGA 产品型号产品型号(ATMEGA系列）系
18、列）Product Selector E&C College AVR Training 2005Slide 32ATMEGAE&C College AVR Training 2005Slide 33ATMEGA Product Selector E&C College AVR Training 2005Slide 34ATmega picoPower AVR SeriesProduct Selector E&C College AVR Training 2005Slide 35ATmega picoPower AVR SeriesProduct SelectorE&C College AVR
19、Training 2005Slide 36AVR Tiny 产品型号产品型号 Product Selector E&C College AVR Training 2005Slide 37AVR Tiny 产品型号产品型号 Product SelectorE&C College AVR Training 2005Slide 38AVR Tiny 产品型号产品型号 Product SelectorE&C College AVR Training 2005Slide 39Automotive AVRE&C College AVR Training 2005Slide 40CAN AVRE&C Col
20、lege AVR Training 2005Slide 41Lighting/Pulse Width Modulation AVRE&C College AVR Training 2005Slide 42LCD Control AVRE&C College AVR Training 2005Slide 43USB Controllers AVRE&C College AVR Training 2005Slide 44Z-Link(ZigBee)AVRE&C College AVR Training 2005Slide 45AVR32 32-bit MicrocontrollersE&C Col
21、lege AVR Training 2005Slide 46AVR系统开发流程系统开发流程Develop ProcessAVR Studio can be used with Assembly or C to debug codeA HEX file is then used to program the AVR AVR Studio 调试及软调试及软件模拟平台件模拟平台8 Bit RISC MCUAVR Studio 是第一个免费的、具备完整是第一个免费的、具备完整功能的集成开发环境功能的集成开发环境/仿真器仿真器E&C College AVR Training 2005Slide 47C语
22、言编写代码益处语言编写代码益处AdvantageAVR单片机是唯一一个针对C和高级语言设计的MCU相比其他处理器，AVR的代码可缩小50%相对于汇编语言，C代码几乎不会有性能差别，但大大缩短开发时间维护代码所需工程成本更低以更直接的方式编写代码代码可以重复使用，节省开发时间E&C College AVR Training 2005Slide 48C 编译器支持编译器支持C CompilerIAR()Approx.$1500ImageCraft()Approx.$200Codevision V1.44A ()Approx.$150GCC FreeBASCOM()OtherE&C College
23、AVR Training 2005Slide 49仿真工具仿真工具Emulator ToolsJTAG仿真器，仿真具有仿真器，仿真具有JTAG接口器件接口器件:原装￥原装￥2800ICE50仿真器，仿真所有器件，￥仿真器，仿真所有器件，￥30000ICE200仿真器，仿真仿真器，仿真90系列系列1wire Debug仿真器仿真器ISP下载器下载器,￥980第三方仿真下载器，国内双龙电子等第三方仿真下载器，国内双龙电子等ATasicICE、ICE10、ICE200、ICE30、ICE40、ICE50、JtagICE,JtagICE mkII,AVRISP,ISPE&C College AVR T
24、raining 2005Slide 50课后制作课后制作ISP下载器制作下载器制作(并口）并口）Download Programmer（Parallel)E&C College AVR Training 2005Slide 51课后制作课后制作ISP下载器制作下载器制作2(直接并口）直接并口）Download Programmer（Parallel)E&C College AVR Training 2005Slide 52课后制作课后制作ISP下载器制作下载器制作3(串口）串口）Download Programmer（Serial）E&C College AVR Training 2005Slide 53参考网站参考网站WE&C College AVR Training 2005Slide 54专业词汇专业词汇GlossaryISP:In system Program 在线编程JTAG:在线测试接口UART:通用异步收发报机SPI:同步串行接口WDT:Watch Dog看门狗Risc:精简指令集计算机Cisc复杂指令集计算机PWM:Pulse Width Modulation 脉宽调制SOC：System on Chip 片上系统OSC：Oscillate 振荡器