AVR单片机入门与速成攻略

　　本书通过对一个目标芯片的系统学习，DIY一个最小系统版，并结合一些常见模块开发一些扩展应用，把一个单片机零死角学通透是贯穿全书的核心理念。实践是任何工程技术学习的关键所在，对于初学者，通过DIY最小系统板既能节省成本，又能锻炼读者动手能力。在后续的实践中使用这个最小系统，既缩短了读者对于开发板的熟悉时间，还能让读者把更多的精力放在具体应用的实现上。这正是作者对于整个单片机开发学习过程和本书内容的精妙安排。

　　高显生，男，1972年出生，是一名骨灰级业余电子爱好者，长期热衷于单片机的公益培训和推广，倡导简捷易懂、立足实践的单片机学习方法。先后录制了《我和单片机的21天之旅》和《我的PIC日记》等多部视频教程，深受学生朋友及科研工作者的喜爱和好评。著有《我和PIC单片机：基于PICl8》一书。

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前言
第一篇 片上功能和开发环境
第1章 认识AVR
1.1 AVR系列单片机
1.2 ATmega32单片机简介
第2章 C语言入门
2.1 数据和运算
2.2 语句
2.3 函数
2.4 程序
2.5 预处理命令
2.6 构造类型数据
第3章 AVR的开发环境
3.1 AVR的硬件资源
3.2 Atmel Studio 6集成开发环境
3.3 第一个AVR程序
第4章 AVR的仿真
4.1 AVR的位操作
4.2 AVR CPU模拟器
第5章 系统控制与复位
5.1 熔丝位
5.2 锁定位
5.3 复位
5.4 看门狗定时器
第6章 时钟和电源管理
6.1 时钟源
6.2 睡眠模式
6.3 片内存储器
第二篇 单元模块
第7章 外部中断
7.1 中断系统
7.2 外部中断
第8章 定时/计数器0
8.1 认识T/C0
8.2 T/C0的控制
8.3 T/C0的编程应用
第9章 定时/计数器1
9.1 认识T/C1
9.2 T/C1的控制
9.3 T/C1的编程应用
第10章 定时/计数器2
10.1 认识T/C2
10.2 T/C2的控制
10.3 T/C2的编程应用
第11章 ADC模块
11.1 ADC模块的功能
11.2 ADC模块的控制
11.3 ADC模块的编程应用
第12章 模拟比较器
12.1 模拟比较器
12.2 比较器模块的编程应用
第13章 SPI模块
13.1 SPI模块
13.2 SPI模块的设置
13.3 存储器93C46
13.4 SPI模块的编程应用
第14章 TWI模块
14.1 TWI模块介绍
14.2 TWI模块的应用
14.3 DS1307实时时钟
第15章 USART模块
15.1 USART模块介绍
15.2 USART模块的控制
15.3 USART模块的应用
第三篇 扩展应用实例
第16章 步进电机的驱动
16.1 步进电机的特点
16.2 28BYJ48型步进电机
16.3 步进电机的驱动
第17章 DS1302实时时钟
17.1 DS1302的功能
17.2 DS1302的应用实例
第18章 红外线解码及发射
18.1 红外线遥控的编码方式
18.2 红外线解码与发射
18.3 红外线遥控编程实例
第19章 DS18B20数字温度传感器
19.1 DS18B20的功能介绍
19.2 DS18B20的读写方式
19.3 DS18B20的通信协议
19.4 DS18B20的应用
第20章 DHT11数字温湿度传感器
20.1 DHT11数字温湿度传感器的功能
20.2 DHT11的编程应用
第21章 1602字符型液晶显示器
21.1 1602液晶概述
21.2 1602液晶的功能
21.3 1602液晶编程实例
第22章 12864点阵型液晶显示器
22.1 12864点阵型液晶介绍
22.2 12864点阵型液晶显示方式
22.3 12864点阵型液晶应用实例
附录A ATmega32单片机系统板原理图
附录B 搭建系统板所需材料清单
附录C 时钟源及启动时间选择
附录D AVR_bronco实验板

　　前言
　　AVR单片机是美国ATMEL公司推出的增强型8位单片机，相对于51内核的单片机，AVR系列做出了重大的改进，它取消了机器周期的概念，采用精简指令集（RISC），指令长度以字为单位，使大部分的指令代码可以单周期完成。其改进的I/O口结构使引脚具有强大的驱动能力，这些改进都使AVR单片机在运算速度、功耗以及适用性方面有非常出色的表现，一经推出便在市场上获得了巨大的成功，在国内单片机市场上有着很高的占有率。近年来，ATMEL公司不断丰富自己的产品线，推出了配备有USB接口、CAN总线等新的型号，并且融合了物联网的全新理念，使其AVR系列产品在市场上始终保持着很强的竞争力。
　　相对于芯片优异的性能，AVR系列单片机在开发环境上也有不俗的表现。ATMEL公司于近期推出了经全新设计的Atmel Studio 6集成开发环境，软件内部集成了AVR GCC编译器，使AVR单片机的开发可以只用一个软件完成C语言代码编写、编译、仿真调试及烧写的全过程，大大降低了AVR系列单片机的开发复杂度。
　　本书是一本介绍如何使用ATMEL公司的集成开发环境Atmel Studio 6软件，配合AVR硬件开发工具AVRISP MKII，完成AVR系列单片机开发的书籍。全书以ATmega32单片机为目标芯片，对AVR系列单片机的片内功能、开发环境、单元模块以及接口电路等方面作全面的介绍。本书同样也是一本零基础学习单片机和C语言的入门教程，附有专门章节对C语言的知识点进行归纳和整理，是学习C语言开发的实践指导书。本书不拘泥于概念和原理，内容力求简洁生动，立足实际，从DIY制作AVR系统板开始，一章一练习、一段一总结、一个模块一套代码，低成本地完成AVR芯片所有模块的代码开发和测试任务，带领你快速入门AVR的开发。学习本书没有学历、基础知识等方面的限制，只要快乐阅读、勤于动手，读者都可以在短时间内成为AVR单片机开发的行家里手。
　　本书相关的视频教程是《迷人的AVR单片机》，读者可登录优酷网观看。本书在原有视频教程的基础上，进行了归纳和整理，是视频教程的凝练和升华。由于作者本人水平所限，加之交稿时间仓促，书中难免有诸多错误和不足，在此恳请有识之士给予批评斧正，也欢迎大家通过互联网与我分享AVR的开发经验。作者QQ:710878209。本书配套开发板可以关注睿芯美微淘宝网店，网址：//shop59521455.taobao.com。
　　本书得以出版，要特别感谢的是机械工业出版社华章公司的策划编辑张国强，对本书的选题、立意和编纂给予了大力的支持和指导。另外要感谢我的哥哥高显功，作为高级电气工程师的他，出于浓厚的亲情，在百忙的研发工作中，抽出了宝贵的时间，担任了本书初稿的审校工作，并对本书的编写提出了很多有价值的指导意见。最后要感谢的是我的家人，在我奋笔疾书的日日夜夜，照顾了我的生活起居，使我能更加专注于本书的创作。
　　通过本书的阅读和实践，相信可以把你头脑中萌发出的关于电子的新奇想法变为现实，这也许就是你走上研发道路的起点，慢慢地你会发现你的人生也会因此而变得更加精彩。

　　早在1997年，由ATMEL公司挪威设计中心的A先生与V先生利用ATMEL公司的Flash新技术，共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机，并将其命名为AVR。相对于早期的51系列单片机，AVR单片机的推出，彻底打破了传统单片机设计的格局，它废除了机器周期的概念，抛弃了复杂指令集(CISC)，提高了指令执行速度，克服了数据处理的瓶颈现象，配以功能强大的I/O接口和丰富的片上资源，一经推出，便在市场上获得了巨大的成功。经过多年的发展，AVR系列单片机已经形成了完整的产品线，并广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通信设备、家用电器等各个领域。为了能让你感受到ATMEL的无穷魅力，我们就从认识AVR系列开始。
　　所谓单片机，就是在一个芯片上集成了构成一个计算机系统最基本的单元，如CPU、程序存储器、数据存储器、各种类型的功能模块和输入/输出接口等，使其具有一台计算机的基本属性。由于单片机主要用于逻辑运算和系统控制，因此也称其为微型控制单元，即MCU（Micro Control Unit）。
　　美国ATMEL（爱特梅尔）公司是全球领先的半导体产品设计、制造和行销企业，其产品线涵盖工业、消费、安全、通信、计算和汽车等多个应用领域。在微处理器产品中，ATMEL公司有基于8051内核、AVR内核和ARM内核的三大系列多款单片机产品。
　　ATMEL公司把8051内核与其擅长的Flash存储器技术相结合，最早推出了片内集成可重复擦写1000次以上Flash程序存储器、采用低功耗CMOS工艺的8051兼容单片机。例如，家喻户晓的AT89C51、AT89C52、AT89C2051都是ATMEL公司基于8051内核的典型产品。在此基础上，ATMEL公司又推出了基于ISP在线编程技术的AT89SXX系列产品和低功耗、单周期的AT89LPXX系列产品。ATMEL基于8051内核的系列产品，对我国的单片机市场影响巨大，并且在市场上占有相当的份额。
　　由于8051内核结构的单片机采用的是复杂指令系统CISC(Complex Instruction Set Computer)体系，基于CISC结构的单片机存在着指令系统不等长、指令数多、CPU工作效率低、代码执行速度慢等诸多缺点，随着时代的发展，它已经不能满足高档消费类电子产品和嵌入式系统的应用需求。为此，ATMEL公司又创新地推出了全新配置的采用精简指令集RISC(Reduced Instruction Set CPU)结构的单片机，简称AVR系列单片机。
　　AVR系列单片机对C语言和汇编语言代码进行了优化，大大提高了代码的执行效率，使其在执行指令和数据吞吐能力方面比传统CISC结构的单片机要快很多倍。此外，AVR系列单片机还具有丰富的片内模拟和数字外设，具备系统内可编程的E2PROM和FLASH存储器，从而大大提高了其灵活性和适用性。
　　AVR系列的8位单片机产品结构如图1-1所示。
　　通过前面的介绍，你一定对AVR系列单片机有了最基本的认识。在8位AVR系列单片机中，megaAVR系列是极具性价比的产品，不乏像ATmega16这样的明星，几乎所有介绍AVR的书籍都是以它为例的。本书选取的目标芯片是megaAVR系列的ATmega32单片机，它与ATmega16在CPU、外围模块上大致相同，只在存储器配置和中断向量的排列顺序上有所差别。正因如此，本书的内容和示例代码同样适用于ATmega16。
　　ATmega32单片机片内资源配置如表1-1所示。为了便于对比，我们选取了同一系列的几款有代表性的产品一并列出。