《avr单片机》课件

单片机系统开发入门AVR单片机是一种广泛应用于电子产品中的位单片机它具有功能强大、价格AVR8低廉、功耗低等特点是工程师们进行单片机系统开发的理想选择本课程将全,面介绍单片机的基础知识、编程方法以及典型应用案例AVR作者M M课程介绍单片机技术简介课程内容概述实践驱动学习AVR单片机是一种较为流行的位微本课程将从单片机系统的组成、架构、外围课程注重理论与实践的结合安排了丰富的AVR8RISC,控制器广泛应用于各类电子产品的设计中接口等基础知识开始逐步深入探讨单课程实验帮助学员掌握单片机的实际开发,,,AVR,具有功能强大、性能卓越、硬件资源丰富等片机的各项功能模块和编程技巧并通过大流程和调试技巧,特点量实践案例进行讲解单片机系统组成单片机系统由三个主要部分组成中央处理器、存储器、输CPU入输出接口/I/O是单片机的核心负责程序指令的取、译、执行并进行运算和CPU,,数据传输操作存储器用于存储程序指令和数据接口则连接I/O外部设备实现单片机与外部世界的交互,单片机基本架构单片机的基本架构包括中央处理单元、存储器、输入输出接口等主CPU/I/O要部分负责执行程序指令并控制整个系统的运作存储器用于存储程序CPU代码和数据接口实现单片机与外部设备的数据交互这些部件通过内部总I/O线互连构成单片机系统的核心框架,内存系统程序存储器数据存储器片内资源共享存储空间扩展单片机拥有两种存储器类数据存储器用于存储单片机运单片机采用哈佛结构将对于需要大容量存储的应用AVR AVR,,型程序存储器和数据存储器行时需要的临时数据包括寄程序存储器和数据存储器分开还可以配合外部的或:,,SRAM程序存储器用于存储单片机的存器组和此外还有使得能并行访问指令和数存储器扩展单片机的存SRAM CPUFlash,指令代码通常采用闪存技术用于保存配置参数据提高运行效率储空间,EEPROM,系统I/O输入输出端口寄存器控制12单片机具有多个输入输出端口通过对端口的寄存器进行,I/O可以与外部设备进行连接和数读写可以控制端口的工作状态,据交换引脚复用外设接口34单片机的引脚能同时用作多种端口可以连接各种外设如I/O,功能提高了资源的利用率开关、、等实现对外,LED LCD,设的控制和监测中断系统中断概念中断优先级中断向量中断使能中断是单片机响应外部硬件或中断源拥有不同的优先级，高每个中断源都有自己的中断向用户可以根据需求开启或关闭内部事件的一种机制，可以暂优先级中断可以打断低优先级量地址，根据中断源跳转特定的中断源，控制中断的发CPU停主程序的执行来处理紧急任中断的处理过程到对应的中断服务程序执行生务定时器时间管理事件监测定时器可精确控制和管理各种定定时器可用于监测特定事件的发时操作如延迟执行、周期性触发生时间实现精准的时间戳记录和,,等提升系统响应效率分析,节能控制定时器可实现自动化的定时开关降低资源占用提升系统的节能性能,,串行通信串行通信基础异步串行通信同步串行通信通信USART串行通信是通过单根信号线上异步串行通信采用起始位、数同步串行通信需要发送端和接是单片机常用的异步串USART的连续数据流实现数据交换的据位、校验位和停止位的传输收端共享同步时钟信号在数据行通信接口提供灵活的波特率,,通讯方式它可靠、成本低，格式由发送端和接收端独立工传输过程中保持时间上的同步设置和全双工通信功能,广泛应用于各种设备和系统作不需要同步,模块ADC模数转换技术转换精度采样速率模块可将模拟信号转换为数字信号用的分辨率决定了模拟信号转换为数字的采样速率决定了模拟信号被采样的ADC,ADC ADC于测量各种模拟量如温度、光照强度等信号的精度分辨率越高可以捕获更细微频率需要根据采集信号的特性来确定合适,,,它是实现嵌入式系统感知外部环境的核心技的变化常见的分辨率有位、位、位的采样速率以避免采样失真81012,术等模块PWM什么是在单片机中的工作原理的特点PWM PWMAVR PWM PWM的应用（脉冲宽度调制）是一通过改变高电平和低电具有高效、体积小、集PWMPWMPWM种利用数字信号控制模拟量的单片机内置多路输平脉冲的相对时间来控制功率成度高、易于数字控制等优点AVR PWM技术它通过改变高电平和低出通道，可用于控制电机转速、输出占空比越大，功率输出在单片机控制系统中应用广泛，电平的占空比来实现对电压、调整亮度、控制伺服电机越高；占空比越小，功率输出是实现模拟量控制的有效手段LED电流或功率的控制等模块可提供灵活的越低之一PWM占空比调整和输出频率通信SPI高速同步通信简单灵活（串行外设接口）是一种高速、通信只需根信号线即可实现SPI SPI4全双工、同步的串行通信协议，主从设备之间的通信它配置灵可实现主机与从机之间的高速数活、传输效率高，广泛应用于单据交换片机、传感器等领域多主多从支持一个主设备与多个从设备之间的通信，适用于需要实现多设备互联SPI的应用场景通信I2C主从通信机制串行总线传输12使用主从设备通信机制主采用双线串行总线传输数I2C,I2C设备发起并控制通信过程从设据串行总线具有接口简单、连,,备根据主设备的指令被动响应接线少等优点地址识别广泛应用34每个从设备都有自己独特的地广泛应用于各种嵌入式系I2C址主设备通过地址识别来选择统如单片机、传感器、存储器,,与哪个从设备通信等设备的通信接口芯片型号及特点AVR芯片型号特点位单片机闪存ATmega88,8KB,1KBSRAM,512B EEPROM位单片机闪存ATmega1616,16KB,1KBSRAM,512B EEPROM位单片机闪存ATmega3232,32KB,2KBSRAM,1KB EEPROM闪存ATmega128128KB,4KB SRAM,4KB外设丰富EEPROM,不同型号的单片机在闪存容量、内存容量、外设等方面有所差异可根据具AVR,体应用需求选择合适的芯片开发工具AVR集成开发环境程序下载器模拟仿真工具调试器IDE、、、等下载器和的、等AVR StudioEclipse IARAVRISP USBASPProteus AtmelAVR JTAGICEmkII Dragon等集可将编译生成的文件直接都提供了强大的仿真功调试器可提供单步执行、断点Embedded Workbenchhex Studio成开发环境提供了代码编写、烧录到芯片上支持能可以在软件中模拟芯设置、变量监视等强大的调试AVR,AVR编译、仿真和下载等全面功能、等多种下载接口片的运行调试代码更加方便功能帮助开发者快速定位并JTAG ISP,,支持语言编程，支持解决问题C/C++各种芯片AVR引脚分配与原理图设计AVR在单片机系统中引脚的正确分配是关键需要根据系统需求AVR,合理规划各通信接口、外部中断源、模拟信号输入等同时还需,要设计电源管理、复位电路等基础电路并确保接地系统、信号隔,离等电气设计的可靠性在此基础上绘制出完整的硬件原理图并确保各部件之间的兼容性,,和正确连接为后续的电路布局和设计奠定基础,PCB程序编写流程AVR需求分析1确定程序的功能和目标设计算法2根据需求设计数据结构和程序逻辑编码实现3使用C语言编写源代码测试调试4分步检查并修正程序错误固件烧录5将编译后的程序下载到单片机AVR单片机程序编写是一个复杂而精细的过程,需要根据实际需求、功能目标合理设计算法和数据结构,并使用C语言编码实现在此基础上,还需要进行充分的测试调试,最后将编译后的固件烧录至单片机完成开发程序构建与烧录AVR编写源代码使用AVR开发工具编写C/C++源代码，实现所需功能对代码进行缩进、注释等规范化处理编译连接将源代码编译为可执行的机器码，并与系统库文件进行链接，生成最终的固件文件程序烧录将固件文件通过JTAG、ISP等接口下载到AVR单片机内部存储器中，完成程序烧录过程测试验证在实际硬件上运行程序，检查功能是否符合预期要求，并进行必要的调试和优化控制实例LED接线配置1将灯接入单片机引脚LED I/O初始化设置2配置引脚为输出模式I/O点亮LED3通过端口控制亮灭IO LED闪烁效果4编写延时程序实现闪烁LED控制是单片机入门实例的经典范例通过简单的硬件连接和软件控制可以实现的点亮、熄灭及闪烁效果了解单片机基本的输入输出操作LED,LED,这为后续更复杂的单片机应用程序奠定了基础实例蜂鸣器控制2电路连接1将蜂鸣器的正极连接到单片机的口引脚负极连接到地可以IO,使用常开或常闭的蜂鸣器编程控制2通过单片机的程序控制蜂鸣器的启动和停止可以实现不同的报,警提示音效应用场景3蜂鸣器广泛应用于各类电子产品中如报警器、倒计时器、门铃,等发出声音提示用户注意,实例数码管显示3数字显示1使用七段数码管显示数字1-9动态显示2通过扫描控制实现多个数码管动态显示计时器应用3用数码管实现简单的计时器功能数码管是由个独立的发光二极管组成的数字显示器件通过控制数码管上的各个线段可以显示数字以及部分字母和符号本实例演7,0-9示如何利用单片机控制数码管实现数字和时间的动态显示AVR步进电机控制驱动电路1利用驱动控制步进电机的转动IC正反转控制2通过控制驱动信号的顺序实现正反转角度控制3精确控制每步转动的角度，实现位置精准定位步进电机是一种常用的精密电机，可以精确控制转动角度和转动方向通过编程控制驱动电路，可以实现步进电机的正反转、角度精准定位等功能，广泛应用于各种智能设备和自动化系统中实例温湿度传感器读取5连接传感器将温湿度传感器的电源、地线和信号线分别连接到单片机的供电和I/O端口配置传感器根据传感器的型号和接口协议，在单片机程序中配置读取温湿度传感器的相关设置读取传感器数据调用传感器的读取函数，获取温度和湿度的实时数据处理传感器数据将读取的温度和湿度数据进行格式化和单位换算，以便后续的显示和应用显示传感器数据将温湿度数据通过串口、LCD显示屏或其他输出接口显示出来液晶显示屏控制LCD显示原理1液晶显示屏利用液晶材料的光学特性通过电场控制液晶分LCD,子的排列从而实现数字或图像的显示,硬件接口2显示屏通常通过并行数据总线与单片机进行连接可通过读LCD,写寄存器控制显示内容软件编程3单片机可编程控制的工作模式、显示位置、显示内容等实LCD,现灵活的显示功能实例的读写操作7EEPROM读取EEPROM1从中读取数据EEPROM写入EEPROM2将数据写入存储EEPROM验证数据3检查中数据是否正确EEPROM是一种可电子擦除和编程的只读存储器可以在不需要拆卸电路的情况下重复编程这使得它成为单片机应用中常用的数据存储EEPROM,器我们可以利用实现单片机程序运行期间的数据存储和加载如设置参数、记录历史数据等本实例将演示如何在单片机EEPROM,AVR上读写EEPROM实例红外遥控接收8检测红外信号利用红外接收模块接收来自遥控器的红外信号脉冲解析遥控命令解析接收到的遥控命令编码判断用户操作意图,执行相应动作根据遥控命令执行对应的操作如控制灯亮灭,LED无线通信433MHz发送端1将数据编码并调制至载波433MHz传输信道2利用无线电波进行传输433MHz接收端3解调并解码接收到的数据无线通信采用简单可靠的超外差收发机技术适用于短距离、低功耗的物联网应用通过射频模块的编码解码和调制解调可以实433MHz,,现远程信息的无线传输这种通信方式具有抗干扰性强、传输稳定可靠等特点是单片机广泛应用的一种常见方案,AVR实例设备编程10USB接口标准USB1设备编程需要遵循接口标准，包括协议、供电、数据USB USB传输等多方面要求开发环境配置2需要安装专门的驱动程序和集成开发环境，如USB Atmel或Studio AVR-GCC程序框架设计3设备编程要实现枚举、配置、控制传输、中断传输等功能USB模块的设计和测试课程总结与展望综合实践应用未来发展趋势通过一系列实例项目的实践学随着物联网、智能硬件等新兴技,生能够将所学知识应用到实际产术的兴起单片机必将在更,AVR品开发中提高动手能力和创新多应用场景中发挥重要作用,思维课程改进方向未来可适当增加更多边缘计算和无线通信相关的内容以更好地满足行业,需求。