AVR單片機(jī)學(xué)習(xí)（一）

一、基礎(chǔ)篇

 

單片機(jī)的基本要素

•    CPU核（如：51核   AVR核 M430核）
•    ROM（READ ONLY Memory 繞母）
•    RAM（random access Memory 隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)寄存器  ）
•    片上外設(shè)
•    總線(xiàn)  

CPU核：相當(dāng)于電腦的CPU吧、就是執(zhí)行從ROM中取指令。這東西有幾個(gè)指標(biāo)非常重要

一、主頻（如51核是2MHZ晶振12分頻過(guò)來(lái)就是2MHZ、AVR 是20MHZ（快達(dá)到DSP水平了）MSP430F1系列的是8MHZ）

二、指令集  （CISC(復(fù)雜) RISC（精簡(jiǎn)）當(dāng)然精簡(jiǎn)指令集比復(fù)雜執(zhí)行效率高很多個(gè)人覺(jué)得缺點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的功能少 ）

三、字長(zhǎng) （就是一次能處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)  我們單片機(jī)一般是8位  16位   AVR和51都是8位）

ROM:相當(dāng)于電腦的硬盤(pán)、存儲(chǔ)程序用的指標(biāo)就是容量   大多數(shù)是flash 結(jié)構(gòu)基本都混淆說(shuō)了

一、容量   單位一般KB位單位 

二、高級(jí)指標(biāo) 、自編能力(就是程序在運(yùn)行中可以自己擦出flash然后更改flash中的內(nèi)容的能力一般我們用不到)

如：51(不具備自編能力)-->8KB  

    MSP430F1101（具備）--> 1KB

    AVR（具備）---> 16KB

RAM：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的內(nèi)存、ROM中的程序在運(yùn)行時(shí)快速的存取數(shù)據(jù)、目前大多數(shù)單

     片機(jī)為SRAM結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)室SDRAM結(jié)構(gòu)。指標(biāo)也是容量 一般 B（字節(jié)）  KB（千字節(jié)）

一、容量  、

    如： 51單片機(jī)512字節(jié) 

        MSP430F1101 128字節(jié)

        AVR 1KB  1千字節(jié)

主要是程序運(yùn)行時(shí)調(diào)用一些變量啊調(diào)用一些數(shù)組等都是存在RAM中的。

片上外設(shè)：相當(dāng)于電腦的接口，鼠標(biāo)接口、顯示器接口等

    常見(jiàn)的片上外設(shè)模塊有外部中斷、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、URAT（異步串行）、SPI（同步）IIC（2線(xiàn)的串行口）ADC

    及模擬比較器等。

如：一下三種價(jià)格10元左右的單片機(jī)

    一、89C52就只有外部中斷   定時(shí)器計(jì)數(shù)器   UART

    二、MSP430F1101   外部中斷   定時(shí)器計(jì)數(shù)器  ADC

    三、AVR 外部中斷、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、URAT（異步串行）、SPI（同步串行）IIC（2線(xiàn)的串行口）ADC

    及模擬比較器。

總線(xiàn)：用于以上四部分之間的傳輸數(shù)據(jù)的通道、相當(dāng)于硬盤(pán)的IDE線(xiàn)、光驅(qū)線(xiàn)等。

   總線(xiàn)只是一個(gè)概念。沒(méi)有一個(gè)實(shí)際的這樣的一個(gè)東西、這個(gè)東西我也不太清楚可以理解為一束功能相近的導(dǎo)線(xiàn)

   的集合吧。
單片機(jī)能做什么？

單片機(jī)無(wú)所不能！

所謂的“微電腦控制控制”的核心就是單片機(jī)（微電腦控制比較時(shí)髦的）

覆蓋工業(yè)生產(chǎn)、日常生活、軍事設(shè)備、科研儀表儀器等所有智能化的應(yīng)用場(chǎng)合

例如：智能洗衣機(jī)（一般洗衣機(jī)不能完成的功能）

定時(shí)完成洗衣脫水功能。

可以判斷衣服的干凈程度。

實(shí)現(xiàn)洗凈既停的功能。

蒸汽熨燙的功能。

刷卡投幣洗衣

更加智能LG公司的"IPAD"洗衣機(jī)一邊洗衣一邊聽(tīng)歌。

例如：（LED顯示屏）

LED發(fā)光二極管構(gòu)成顯示屏的像素點(diǎn)

單片機(jī)負(fù)責(zé)逐點(diǎn)火逐行掃描，并與電腦通信獲取圖片信息。

例如：（PH/ORP儀表）

用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、工礦企業(yè)、科學(xué)研究、水產(chǎn)養(yǎng)殖等場(chǎng)合的PH值的測(cè)定

讀取PH傳感器的模擬信號(hào)、內(nèi)部處理后顯示在LCD上。（其實(shí)就是讀取液體的PH值）

還有很多數(shù)碼產(chǎn)品。。。

還有智能小車(chē)（我上大學(xué)時(shí)就做過(guò)這樣一個(gè)東西呵呵用ATMEGA8）

一、巡線(xiàn)

二、避障

三、電視機(jī)遙控器遙控（接受各個(gè)遙控器的鍵碼）

四、LCD顯示

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二、單片機(jī)的開(kāi)發(fā)工具

• 編程器（燒寫(xiě)器）：將編譯出來(lái)的目標(biāo)代碼固化到單片機(jī)的ROM內(nèi)。（老的把單片機(jī)插到編程器上）
• 下載線(xiàn)：作用與編程器相同（ISP 通過(guò)一條下載線(xiàn)4根線(xiàn)和單片機(jī)通信就可以把代碼下載到單片機(jī)、好處不需要把單片機(jī)從電路板拔下來(lái)）
• 仿真器：對(duì)單片機(jī)的程序進(jìn)行單步調(diào)試、設(shè)置斷點(diǎn)等，便于查找程序中的錯(cuò)誤。其中JTAG仿真器可以在線(xiàn)仿真調(diào)試（它也分為2種一種是傳統(tǒng)的需要把單片機(jī)拔下來(lái)然后把仿真器的仿真頭插到板子上、通過(guò)后再把代碼固化到單片機(jī)中然后把單片機(jī)放回板子上、最近新型的JTAG仿真器是屬于在線(xiàn)仿真左邊的、你只需要把單片機(jī)插到板子上把JTAG跟單片機(jī)相連接就可以進(jìn)行仿真與調(diào)試同事JTAG也具有把代碼固化到單片機(jī)中的能力、所以有仿真器的話(huà)下載線(xiàn)基本可以省了。）

• 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境

     編輯與編譯軟件：WinAVR

     仿真調(diào)試軟件：AVR Studio

     下載軟件：MuCode ISP

• 硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境

     仿真調(diào)試工具：JatgICE

     下載線(xiàn)工具：STK200/300

     學(xué)習(xí)板、開(kāi)發(fā)板一塊（型號(hào) *-**-M16）

 

 參考技術(shù)手冊(cè) AVR官方中文版技術(shù)手冊(cè)《AVR單片機(jī)與GCC編程》

 

AVR單片機(jī)簡(jiǎn)介

AVR單片機(jī)的性?xún)r(jià)比遠(yuǎn)高于51單片機(jī)

一、高速 、RISC、主頻最高可達(dá)20MHZ（首先主頻就快10倍 RISC又?jǐn)U大好幾倍。）

二、低功耗、寬電壓（1.8V---5.5V）。最低全速運(yùn)行功耗<300uA

三、I/O驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、推拉電流能力均達(dá)30mA ,可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器、蜂鳴器等。

    （51 拉電流強(qiáng)估計(jì)有小于10mA 推電流基本是0   幾百個(gè)微安了

四、片內(nèi)資源豐富：外部中斷、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、UART、SPI、IIC、ADC、模擬比較器。

    尤其值得一提的是AVR的定時(shí)器功能也是非常強(qiáng)的能夠?qū)崿F(xiàn)PWM功能或輸入捕獲功能、PWM功能

    是非常強(qiáng)的可以用于電機(jī)的控制。

五、型號(hào)齊全、而且40腳以下的AVR均具有DIP封裝形式。（8腳到100腳需要的領(lǐng)域基本都有

    相應(yīng)的產(chǎn)品了）如下圖。

ATMEGA系列中的ATmega16 應(yīng)該算是我們用的最多一款因?yàn)楹芏嗳硕际怯盟鼘W(xué)習(xí)AVR單片機(jī)學(xué)習(xí)的入門(mén)。

上圖三個(gè)是官方提供的開(kāi)發(fā)工具  MK2仿真器：

 JTAG   ICE:   這個(gè)可以自制

選擇AVR開(kāi)發(fā)有一下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)

1、最小系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)容易、只需要連接電源 焊接晶振就可以工作（當(dāng)然如果對(duì)時(shí)鐘要求不是很?chē)?yán)格的話(huà)

   連晶振都可以不要的不像51單片機(jī)需要晶振、EA腳上拉上電復(fù)位電路、而AVR單片機(jī)內(nèi)部自帶內(nèi)部上電復(fù)位

   電路的）。

2、很多概念符合初學(xué)者的思路、理解起來(lái)更容易：例如AVR時(shí)鐘源（晶振、內(nèi)部RC等）不經(jīng)過(guò)分頻直接提供

   給CPU使用，而51的主頻等于晶振的12分頻這個(gè)大家都知道的、所以這一點(diǎn)算定時(shí)器的時(shí)候非常方便，而51

   算就比較麻煩算定時(shí)周期就幻暈。

3、AVR即具有簡(jiǎn)單的、可以自制的ISP下載線(xiàn)和Jtage仿真器，又有DIP直插的封裝形式。（51占用一個(gè)串口，

   是不能仿真串口的，屬于軟仿真，DIP直插很容易讓初學(xué)者學(xué)習(xí)像430就沒(méi)有DIP）

4、AVR的C語(yǔ)言編程與C語(yǔ)言教科書(shū)上的標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言語(yǔ)法是幾乎一樣的，不像51的C語(yǔ)言，一些bit srf 之類(lèi)的變

   量定義在教科書(shū)中是找不到的，有利于后期的嵌入式學(xué)習(xí)。

實(shí)際例子：

電路圖可以看到8個(gè)發(fā)光二極管可以進(jìn)行閃爍和顯示二進(jìn)制顯示等。

    有圖中可以看到這是ATmega16 單片機(jī)，它的最小系統(tǒng)是非常簡(jiǎn)單的只要GND接地 VCC接+5V就可以了右邊

的AGND/AVCC/AREF這三個(gè)腳是你用到片內(nèi)模/數(shù)轉(zhuǎn)換 ADC或模擬比較器的時(shí)候需要把這三個(gè)腳接上電源，如果正常用不到可以懸空就可以了。還有RESET可以懸空。Hander6 是一個(gè)簡(jiǎn)易的下載線(xiàn)的接口 MOSI , MISO,  SCK,RESET共4根線(xiàn)、8個(gè)二極管的陽(yáng)極接PD0---PD7 （學(xué)過(guò)51的都知道一般都是陰極接I/O口這是因?yàn)?1的灌電流能力很強(qiáng)，拉電流很弱）。這樣陽(yáng)極接I/O口也比較符合初學(xué)者的思維，I/O口輸出1二極管是點(diǎn)亮的。

下面是如何用萬(wàn)用板焊接和編譯程序：

   焊接萬(wàn)用板就不說(shuō)了，太簡(jiǎn)單了只要小心翼翼就ok了。焊接完成后，把ATmega 16 插到插座上，我們往單片機(jī)固化的程序采用的是我們自制的一個(gè)下載線(xiàn)如下圖：

這個(gè)下載線(xiàn)電路還是比較簡(jiǎn)單的，只需要一片 74HC244(也可以直接跟并口相連，用244的原因是因?yàn)榉乐篃龎牟⒖谒�以接了一個(gè)緩沖器，其實(shí)就是用并口模擬的時(shí)序ISP)  然后插到計(jì)算機(jī)后面的并口上，標(biāo)準(zhǔn)的AVR單片機(jī)下載線(xiàn)是10芯的接口的，但是只有其中的6芯是有用的。所以我們自制了一個(gè)10芯轉(zhuǎn)6芯的一個(gè)線(xiàn)，把其中有用的6芯給引出來(lái)，順序跟我們電路圖上的一樣的。然后把這個(gè)6芯線(xiàn)插到單片機(jī)引出的下載線(xiàn)的6芯接口上。然后找來(lái)一個(gè)5V電源然后插到單片機(jī)上的電源供電口，然后把下載線(xiàn)的軟件下載軟件 MuCode ISP  如下圖是圖標(biāo)和打開(kāi)后的樣子：

下面我們編譯一個(gè)測(cè)試代碼：（打開(kāi)AVR studio下圖）

點(diǎn)擊：New Project 彈出下圖

第一項(xiàng)： ADORD  AVR assemble  這個(gè)是會(huì)變得 這個(gè)是新建一個(gè)匯編語(yǔ)言的項(xiàng)目

第二項(xiàng)：AVR GCC  這個(gè)是C語(yǔ)言的項(xiàng)目 Project name 起個(gè)項(xiàng)目名字 test0

最下面的location 這個(gè)是路徑   我們可以選擇放在桌面上 （桌面上新建一個(gè)文件夾放進(jìn)去就行了）

點(diǎn)擊：finish  完成

點(diǎn)擊：Next 下一步

下面的這步是選擇仿真調(diào)試的工具和將要開(kāi)發(fā)的單片機(jī)的型號(hào)：如下圖

調(diào)試工具由于我們小板上沒(méi)有喊JATG ICE接口 如果焊了我們可以選JTAG ICE 選項(xiàng)會(huì)如下圖：

因?yàn)闆](méi)有焊，我們直接下載到單片機(jī)運(yùn)行驗(yàn)證。所以我們不選 JTAG ICE 選AVR Standlitor 意思就是軟件仿真不用仿真器 然后右邊選AT mega 16  如下圖

點(diǎn)擊:finish  進(jìn)入環(huán)境 軟件自動(dòng)為我們建立一個(gè).C 文件

因?yàn)镃語(yǔ)言文件必須包含基本的頭文件

#include

int main (void ){ //avr GCC的語(yǔ)法呢  的這個(gè)main函數(shù)必須是int 類(lèi)型的 且沒(méi)有返回值的

//由于發(fā)光二極管陽(yáng)極是接在PD口上 屬于PD口輸出型的所以要把整個(gè)PD口都置為輸出

//PD端口方向寄存器 叫做  DORD =0XFF的時(shí)候

DDRD =0XFF；//0到7  都置為輸出

   while(1){//因?yàn)閱纹瑱C(jī)的程序不像PC機(jī)程序可以退出，所以單片機(jī)上電之后一般都是死循環(huán)的

      PORTD  =0b11100110； //這個(gè)表示TD口第一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器 給它賦值就等于賦值了

      //0b表示 二進(jìn)制   是從7位到第0位  左位高位

 

 

   

   }

}

//然后點(diǎn)擊編譯 如下圖

 

然后用 MuCode ISP   下載到單片機(jī)中 file ->open  flash

 點(diǎn)擊:progarm 如下圖

可以看到：如下圖所表現(xiàn)

下面加一些動(dòng)態(tài)效果能夠讓燈閃爍起來(lái) 無(wú)非是讓產(chǎn)生兩種狀態(tài)  還有就是這個(gè)所有位就是取反

#include

int main (void ){ //avr GCC的語(yǔ)法呢  的這個(gè)main函數(shù)必須是int 類(lèi)型的 且沒(méi)有返回值的

DDRD =0XFF；//方向寄存器

   while(1){

      int i =0,j=0;

      PORTD  =0b11100110；

      //其實(shí)執(zhí)行這條C語(yǔ)句大概需要2條匯編指令的周期 而這個(gè)單片機(jī)的時(shí)鐘周期是1MHZ  默認(rèn)的是內(nèi)部RC

      振蕩1MHZ 這樣也就是每條指令時(shí)us級(jí)  所以人的眼睛是看不到的。加延時(shí)

    for （j=0;j<10;j++） 

       for (i=0;i<10000;i++);//估算下這個(gè)for 循環(huán)消耗多長(zhǎng)時(shí)間  每條指令幾個(gè)微妙 而一個(gè)i++

       大概5條指令

     所以10000 * 5 *2 = 100000   大概50毫秒 所以讓這條for 執(zhí)行10次左右

      

 

      PORTD  =0b00011001；//執(zhí)行完了  加一個(gè)延時(shí)跟上面一樣

       for （j=0;j<10;j++） 

       for (i=0;i<10000;i++);//估算下這個(gè)for 循環(huán)消耗多長(zhǎng)時(shí)間  每條指令幾個(gè)微妙 而一個(gè)i++

       大概5條指令

   

   }

}

編譯驗(yàn)證下：

 

可以看到mucode isp 自動(dòng)就下載進(jìn)去了。 因?yàn)橛袀�(gè)選項(xiàng)是下圖

這個(gè)勾上后就沒(méi)當(dāng)這個(gè)文件更新之后就自動(dòng)下載到單片機(jī)里了。下面可以看到現(xiàn)象每隔1秒閃爍一次

 

由此說(shuō)明我們的程序是成功的。今天到此結(jié)束。  bye  !

最后送大家一句話(huà)： Nothing is impossible to a willing heart