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第一篇 开发基础篇1

第1章 AVR单片机概述1

1.1 认识单片机1

1.1.1 单片机的定义及特点1

1.1.2 单片机的发展历史1

1.1.3 单片机的系列2

1.1.4 单片机的开发技术2

1.2 单片机的应用领域及前景3

1.2.1 单片机的应用领域3

1.2.2 单片机的发展趋势3

1.3 AVR系列单片机概述5

1.3.1 AVR系列单片机的主要特征5

1.3.2 AVR系列单片机的选型6

1.4 ATmega16单片机概述6

1.4.1 ATmega16单片机的性能7

1.4.2 ATmega16单片机的封装与引脚9

1.4.3 ATmega16单片机的存储器结构11

第2章 ATmega16的开发环境与开发技巧13

2.1 AVR单片机开发工具概述13

2.2 ICCAVR开发编译环境13

2.2.1 ICCAVR简介14

2.2.2 ICCV8安装方法15

2.2.3 ICCV8快速入门16

2.2.4 ICCAVR的扩展关键字及库函数22

2.3 ISP编程器控制平台23

2.3.1 下载器23

2.3.2 编程平台26

2.4 ATmega16单片机学习板的设计与制作28

2.4.1 时钟电路设计29

2.4.2 复位电路设计29

2.4.3 I/O端口输出电路设计30

2.4.4 A/D转换滤波电路设计30

2.4.5 ISP下载接口电路设计31

2.4.6 电源电路设计31

2.5 ATmega16单片机系统开发技巧及开发流程32

2.5.1 AVR单片机的仿真调试32

2.5.2 基于ISP的AVR单片机调试技巧33

2.5.3 单片机应用系统开发流程34

第3章 AVR单片机C语言基础36

3.1 C语言的发展与特点36

3.1.1 C语言的产生及发展36

3.1.2 C语言的特点36

3.2 C语言程序组成37

3.2.1 C语言程序结构37

3.2.2 标识符与关键字37

3.3 C语言基本数据类型39

3.4 C语言常量、变量39

3.4.1 常量40

3.4.2 变量40

3.5 运算符与表达式41

3.5.1 算术运算符与算术表达式41

3.5.2 赋值运算符和赋值表达式42

3.5.3 关系运算符与关系表达式44

3.5.4 逻辑运算符与逻辑表达式45

3.5.5 位运算符与位运算表达式46

3.5.6 条件运算符与条件表达式48

3.5.7 逗号运算符与逗号表达式48

3.5.8 运算符的优先级和结合性48

3.6 程序基本结构及流程图49

3.6.1 顺序结构及其流程图49

3.6.2 选择结构及其流程图50

3.6.3 循环结构及其流程图52

3.7 C语言中的数组56

3.7.1 一维数组的定义和引用56

3.7.2 二维数组的定义和引用58

3.7.3 字符数组与字符串59

3.8 函数60

3.8.1 函数的定义61

3.8.2 函数的参数传递与返回值61

3.8.3 函数的调用62

3.8.4 函数的嵌套63

3.9 编译预处理65

3.9.1 宏定义65

3.9.2 文件包含67

3.9.3 条件编译67

第二篇 实战演练篇71

第4章 通用数字I/O端口及其应用71

4.1 通用数字I/O端口简介71

4.2 通用数字I/O端口的基本特性71

4.3 通用数字I/O端口相关寄存器72

4.3.1 数据方向寄存器DDRx73

4.3.2 数据寄存器PORTx73

4.3.3 端口输入引脚寄存器PINx73

4.4 通用数字I/O口的设置与编程73

4.5 8位LED灯显示系统75

4.5.1 硬件电路设计75

4.5.2 软件设计75

4.6 独立按键键值解读系统76

4.6.1 机械触点按键常识76

4.6.2 硬件电路设计76

4.6.3 软件设计77

4.7 多功能8位LED流水灯78

4.7.1 硬件电路设计78

4.7.2 软件设计78

4.7.3 系统调试82

4.8 多功能数码管显示器82

4.8.1 LED数码管介绍82

4.8.2 多位LED数码管动态显示83

4.8.3 硬件电路设计84

4.8.4 多功能数码管显示器软件设计84

4.8.5 下载调试86

第5章 中断系统及其应用88

5.1 中断和中断系统88

5.2 ATmega16单片机的中断系统89

5.2.1 ATmega16中断源和中断向量89

5.2.2 ATmega16中断响应过程90

5.2.3 ATmega16中断优先级90

5.2.4 ATmega16中断响应时间91

5.3 ATmega16单片机外部中断相关寄存器91

5.3.1 MCU控制寄存器MCUCR92

5.3.2 MCU控制与状态寄存器MCUCSR92

5.3.3 通用中断控制寄存器GICR93

5.3.4 通用中断标志寄存器GIFR93

5.4 利用外部中断方式实现多功能8位流水灯94

5.4.1 硬件电路设计94

5.4.2 软件设计95

5.4.3 下载调试99

第6章 SPI总线模块及其应用100

6.1 SPI总线简介100

6.1.1 SPI总线的构成及信号类型100

6.1.2 SPI总线的操作时序101

6.1.3 硬件SPI与软件SPI102

6.2 ATmega16单片机的SPI总线模块102

6.2.1 SPI总线接口及特点102

6.2.2 SPI总线的主从接口102

6.2.3 SS引脚的功能103

6.3 SPI总线模块相关寄存器104

6.3.1 SPI控制寄存器SPCR104

6.3.2 SPI状态寄存器SPSR105

6.3.3 SPI数据寄存器SPDR105

6.4 SPI总线模块时序106

6.5 基于SPI总线实现74HC595驱动多位数码管动态显示107

6.5.1 移位寄存器74HC595介绍107

6.5.2 硬件电路设计109

6.5.3 软件设计110

6.5.4 下载调试113

第7章 定时器／计数器及其应用114

7.1 ATmega16单片机定时器／计数器概述114

7.2 定时器／计数器0（T/C0）117

7.2.1 T/C0概述117

7.2.2 T/C0的工作模式118

7.2.3 T/C0的相关寄存器119

7.3 定时器／计数器1（T/C1）122

7.3.1 T/C1概述122

7.3.2 T/C1的工作模式123

7.3.3 T/C1的相关寄存器127

7.3.4 访问16位寄存器131

7.4.定时器／计数器2（T/C2）133

7.4.1 T/C2概述133

7.4.2 T/C2的工作模式134

7.4.3 T/C2的相关寄存器134

7.5 用T/C0实现流水灯的控制138

7.6 用T/C0产生占空比为15％的PWM波140

7.7 用T/C1实现LED滚动闪烁显示141

7.8 简易电子门铃144

7.8.1 蜂鸣器介绍144

7.8.2 硬件电路设计145

7.8.3 软件设计146

7.8.4 下载调试148

第8章 A/D转换模块及其应用150

8.1 A/D转换基础知识150

8.1.1 A/D转换基本原理150

8.1.2 单片机内部A/D转换的原理151

8.2 内置A/D转换模块的结构及特点151

8.2.1 A/D转换模块的结构151

8.2.2 A/D转换模块的特点153

8.3 ADC模块相关寄存器153

8.3.1 ADC多工选择寄存器ADMUX153

8.3.2 ADC控制和状态寄存器A（ADCSRA）155

8.3.3 ADC数据寄存器（ADCL和ADCH）156

8.3.4 ADC特殊功能I/O寄存器SFIOR157

8.4 ADC模块的使用157

8.4.1 启动一次转换157

8.4.2 ADC转换时序158

8.4.3 ADC输入通道和参考电源选择159

8.4.4 A/D转换结果160

8.5 简易数字电压表160

8.5.1 硬件电路设计161

8.5.2 软件设计161

8.5.3 系统调试165

第9章 异步通信模块及其应用166

9.1 单片机串行通信原理166

9.1.1 串行通信166

9.1.2 常用硬件通信协议168

9.2 USART模块概述169

9.2.1 USART模块特点169

9.2.2 USART模块的组成169

9.2.3 时钟发生器169

9.2.4 帧格式及校验位的计算171

9.3 USART模块相关寄存器172

9.3.1 USART数据寄存器UDR172

9.3.2 USART控制和状态寄存器A（UCSRA）172

9.3.3 USART控制和状态寄存器B（UCSRB）173

9.3.4 USART控制和状态寄存器C（UCSRC）174

9.3.5 USART波特率寄存器（UBRRL和 UBRRLH）175

9.4 USART模块的使用175

9.4.1 USART的初始化175

9.4.2 数据发送176

9.4.3 数据接收178

9.4.4 异步数据接收180

9.5 基于USB的PC机与单片机通信设计181

9.5.1 USB简介181

9.5.2 硬件电路设计181

9.5.3 软件设计183

9.5.4 系统调试186

第10章 TWI总线模块及其应用188

10.1 TWI总线概述188

10.1.1 I2C总线概述188

10.1.2 TWI总线连接及特点190

10.1.3 TWI模块的组成191

10.1.4 TWI数据传输和帧格式193

10.1.5 多主机总线仲裁和同步195

10.2 TWI总线模块相关寄存器195

10.2.1 TWI比特率寄存器TWBR（TWI Bit Rate Register）195

10.2.2 TWI控制寄存器TWCR196

10.2.3 TWI状态寄存器TWSR197

10.2.4 TWI数据寄存器TWDR197

10.2.5 TWI（从机）地址寄存器TWAR197

10.3 TWI总线模块工作时序及传输模式198

10.3.1 TWI总线工作时序198

10.3.2 TWI总线数据传输模式199

10.4 TWI总线读取AT24C02206

10.4.1 AT24C02介绍206

10.4.2 硬件电路设计207

10.4.3 软件设计207

第11章 复位系统及休眠模式212

11.1 ATmega16单片机的系统时钟212

11.1.1 时钟源的选择213

11.1.2 晶体振荡器213

11.1.3 低频晶体振荡器214

11.1.4 外部RC振荡器215

11.1.5 标定的片内RC振荡器215

11.1.6 外部时钟216

11.2 ATmega16单片机休眠模式与电源管理217

11.2.1 空闲模式217

11.2.2 ADC噪声抑制模式217

11.2.3 掉电模式217

11.2.4 省电模式217

11.2.5 Standby模式及扩展Standby模式218

11.2.6 休眠模式设置218

11.2.7 最小化功耗218

11.3 ATmega16单片机复位系统219

11.3.1 复位源219

11.3.2 MCU控制和状态寄存器MCUCSR222

11.3.3 看门狗定时器222

11.4 复位系统及休眠模式的应用实例224

第三篇 综合实践篇226

第12章 单片机音乐播放器226

12.1 单片机音乐播放器功能介绍226

12.2 单片机音乐播放器设计思路226

12.2.1 PWM原理226

12.2.2 单片机音乐播放器原理228

12.2.3 系统工作流程228

12.3 单片机音乐播放器硬件电路设计229

12.4 单片机音乐播放器软件设计229

12.4.1 软件工作流程229

12.4.2 软件应用代码230

12.5 下载调试237

第13章 基于ZLG7290B的键盘显示系统设计238

13.1 键盘显示系统介绍238

13.2 ZLG7290B芯片介绍238

13.2.1 引脚说明及典型应用电路239

13.2.2 寄存器介绍241

13.2.3 控制命令243

13.3 键盘显示系统硬件电路设计244

13.4 键盘显示系统软件设计245

13.4.1 ZLG7290驱动软件设计245

13.4.2 综合软件设计252

13.5 下载调试253

第14章 基于DS1302的电子时钟设计255

14.1 电子时钟系统介绍255

14.2 电子时钟系统设计思路255

14.3 DS1302时钟芯片介绍255

14.3.1 DS1302的结构和性能255

14.3.2 DS1302的控制字和数据读写时序256

14.3.3 DS1302的内部寄存器257

14.4 LCD1602液晶显示模块259

14.4.1 LCD1602基本参数及引脚说明259

14.4.2 LCD1602操作指令260

14.4.3 LCD1602操作时序261

14.4.4 LCD1602的标准字库表262

14.5 电子时钟硬件电路设计263

14.6 电子时钟软件设计264

14.6.1 软件流程264

14.6.2 DS1302驱动软件设计264

14.6.3 LCD1602驱动软件设计267

14.6.4 电子时钟综合软件设计270

14.7 下载调试272

第15章 基于超声波检测的智能避障小车设计273

15.1 智能避障小车介绍273

15.2 智能避障小车总体设计273

15.3 智能避障小车硬件电路设计274

15.3.1 超声波测距模块电路设计274

15.3.2 舵机及其控制系统设计275

15.3.3 机及其驱动系统设计275

15.3.4 电源电路设计278

15.3.5 智能避障小车硬件电路原理图278

15.4 智能避障小车软件设计279

15.4.1 软件流程图279

15.4.2 超声波测距程序设计279

15.4.3 避障算法设计280

15.4.4 电机驱动程序设计280

15.4.5 软件应用代码280

15.5 下载调试284

参考文献286