AVR单片机系统实践教程

随着信息技术的发展,单片机因其高可靠性和高性价比,在工业控制系统、智能仪表、智能监控及智能接口等诸多领域得到了广泛的应用,极大地方便了人们的生产与生活。目前,业界对单片机技术人才需求十分旺盛,企业对单片机开发工程师的工程实践能力、经验要求也越来越重视,相应地,高校对单片机实验课的要求也越来越高。为了保持与主流技术同步,有效地提高学生的单片机应用系统设计能力,编写一本案例翔实的单片机实验教材十分必要。
本书以培养学生的单片机综合设计能力为宗旨,选用市场上广泛使用、性能优良的AVR系列ATmega 16单片机,采用C语言编程,使程序编写更加简单、高效。本书的特色主要体现在以下几方面。
(1) 由浅入深,理论与实践融会贯通,突出实战训练。
从ATmega 16单片机入手,在介绍单片机内部结构的基础上,设计了由基础到综合两个层次的多个实验项目。将单片机主要外围功能模块、多种传感器及电机控制的工作原理融合到各个实验中,便于读者在实践中学习相关理论及单片机应用技术。
(2) 实验项目案例丰富,内容规范,方便教学。
基础实验涉及单片机主要的外部接口操作。综合实验设计了丰富的面向应用的案例,运用到多种传感器与电机控制等技术,有系统完整的设计方案。每个实验项目都包括实验目的、实验内容、实验所用仪器及设备、实验原理、实验步骤及思考题六个部分,按照书中的指导,读者可以自行学习、动手设计和完成各个实验项目,并在此过程中逐步掌握单片机应用系统的设计开发技术。
(3) 有丰富的实验平台支持。
经过多年教学实践的积累,我们教学团队已经研发出一套“AVR Study v1.1实验系统”,形成一系列丰富的单片机应用案例,使得本实验系统在传感器使用方面得到大幅度的改进与提升,增加了许多应用接口模块,本书正是该套系统的配套实验指导书,并附有每个实验完整的硬件电路原理图和软件代码。
(4) 应用广泛。
本书可用于高等学校控制类和信息类相关专业微机原理、单片机技术等方面的实践课程,也可用于指导本科生单片机方面的设计竞赛,还可用于指导本科生创新创业训练项目。除此之外,本书还可作为相关专业工程技术人员的参考书。
本书由王粉花主持编写,王粉花制订本书主要内容、章节划分并负责全书的统稿和组织工作。第1～3章由王粉花编写,第4章由王粉花、李擎编写,第5章由王粉花、栗辉编写。
本书的编写得到北京科技大学教材建设经费的资助。
由于作者水平有限,书中难免存在缺点与疏漏,敬请广大读者批评指正。

作者2020年12月于北京科技大学

教材内容包括单片机基本原理介绍、软硬件开发环境介绍、基础实验和综合实验。基础实验包括 A43等多个实验；综合实验涉及到光电传感器、红外传感器、超声波传感器、触摸传感器、温湿度传感器、电机控制等技术，每一个实验都是一个实训项目，有系统完整的设计方案。 本书可作为信息类相关专业微机原理及应用、单片机原理及应用教材。也可供专业技术人员参考或者培训教材。

1、教学工作
（1）主讲课程本科生课程2门：微机原理及应用、嵌入式系统。

2、科研工作
（1）研究方向：嵌入式技术、智能信息处理及复杂生产过程的检测与智能控制；
（2）代表论著：发表计算机教育教学论文2篇、科学研究论文10多篇； 
（3）科研项目：主持多项横向科研项目；参与1项国家863项目：基于精确感知与智能决策的铝电解MES开发及应用；参与北京市教改项目2项。

3、曾经编写过的教材（教材名称、出版时间、字数、出版社、获奖情况等）
（1）王志良，王粉花，“十二五”*规划教材《物联网工程概论》，北京：机械工业出版社，2011.4，ISBN：978-7-111-33805-5，39.8元，426千字；
（2）王粉花，李擎，胡广大，北京市精品教材立项项目教材《嵌入式系统与单片机基础教程》，北京：清华大学出版社，2013.4，ISBN：978-7-302-31330-4，41元，620千字；
（3）王粉花，王志良，付洪威，姚红串，金波，21 世纪高等学校规划教材《嵌入式系统与单片机实践教程》，北京：清华大学出版社，2011.2，ISBN：978-7-302-24354-0，18元。
（4）王粉花，李擎，王尚

第1章AVR系列单片微型计算机1
1.1单片机的基本组成1
1.2AVR系列单片机简介4
本章小结4
习题与实践4

第2章ATmega 16单片机的基本结构5
2.1ATmega 16单片机简介5
2.1.1ATmega 16单片机的特点5
2.1.2ATmega 16单片机的引脚6
2.2ATmega 16单片机的内部结构8
2.2.1系统时钟部件13
2.2.2CPU的工作时序14
2.3存储器结构和地址空间15
2.3.1Flash程序存储器15
2.3.2SRAM数据存储器15
2.3.3内部E2PROM存储器16
2.4I/O寄存器空间19
2.4.1I/O寄存器19
2.4.2状态寄存器22
2.4.3堆栈指针23
2.5ATmega 16单片机的工作状态24
2.5.1ATmega 16单片机*小系统24
2.5.2ATmega 16单片机的复位25
2.5.3ATmega 16单片机的电源管理及休眠模式30
本章小结31
习题与实践32

第3章ATmega 16单片机开发环境33
3.1AVR_Study v1.1单片机实验系统简介33
3.2CodeVisionAVR集成开发工具简介39
3.3Progisp烧录软件简介44
本章小结48
习题与实践48

第4章基础实验49
4.1通用I/O口操作实验49
4.1.1实验目的49
4.1.2实验内容49
4.1.3实验所用仪器及设备49
4.1.4实验原理49
4.1.5实验步骤51
4.1.6思考题55
4.2数码管显示实验55
4.2.1实验目的55
4.2.2实验内容55
4.2.3实验所用仪表及设备55
4.2.4实验原理55
4.2.5实验步骤58
4.2.6思考题60
4.3按键控制实验60
4.3.1实验目的60
4.3.2实验内容61
4.3.3实验所用仪表及设备61
4.3.4实验原理61
4.3.5实验步骤63
4.3.6思考题64
4.4外部中断实验66
4.4.1实验目的66
4.4.2实验内容66
4.4.3实验所用仪表及设备66
4.4.4实验原理66
4.4.5实验步骤71
4.4.6思考题74
4.5定时器/计数器实验74
4.5.1实验目的74
4.5.2实验内容74
4.5.3实验所用仪表及设备74
4.5.4实验原理74
4.5.5实验步骤82
4.5.6思考题82
4.6PWM发声实验83
4.6.1实验目的83
4.6.2实验内容83
4.6.3实验所用仪表及设备83
4.6.4实验原理83
4.6.5实验步骤87
4.6.6思考题89
4.7A/D转换实验89
4.7.1实验目的89
4.7.2实验内容89
4.7.3实验所用仪表及设备89
4.7.4实验原理89
4.7.5实验步骤99
4.7.6思考题102
4.8UART实验102
4.8.1实验目的102
4.8.2实验内容102
4.8.3实验所用仪表及设备102
4.8.4实验原理102
4.8.5实验步骤110
4.8.6思考题115
本章小结115

第5章综合实验116
5.1闹表测温系统116
5.1.1实验目的116
5.1.2实验内容116
5.1.3实验所用仪表及设备117
5.1.4实验原理117
5.1.5实验步骤123
5.1.6思考题123
5.2智能感应灯125
5.2.1实验目的125
5.2.2实验内容126
5.2.3实验所用仪表及设备126
5.2.4实验原理126
5.2.5实验步骤128
5.2.6思考题130
5.3音乐播放器131
5.3.1实验目的131
5.3.2实验内容131
5.3.3实验所用仪表及设备131
5.3.4实验原理131
5.3.5实验步骤132
5.3.6思考题134
5.4自动加湿器134
5.4.1实验目的134
5.4.2实验内容134
5.4.3实验所用仪表及设备135
5.4.4实验原理135
5.4.5实验步骤138
5.4.6思考题140
5.5模拟钢琴140
5.5.1实验目的140
5.5.2实验内容141
5.5.3实验所用仪表及设备141
5.5.4实验原理141
5.5.5实验步骤142
5.5.6思考题143
5.6花盆小助手144
5.6.1实验目的144
5.6.2实验内容144
5.6.3实验所用仪表及设备145
5.6.4实验原理145
5.6.5实验步骤146
5.6.6思考题146
5.7打地鼠游戏机148
5.7.1实验目的148
5.7.2实验内容148
5.7.3实验所用仪表及设备148
5.7.4实验原理148
5.7.5实验步骤150
5.7.6思考题158
5.8贪吃蛇游戏机158
5.8.1实验目的158
5.8.2实验内容158
5.8.3实验所用仪表及设备158
5.8.4实验原理159
5.8.5实验步骤160
5.8.6思考题163
5.9智能风扇165
5.9.1实验目的165
5.9.2实验内容165
5.9.3实验所用仪表及设备165
5.9.4实验原理165
5.9.5实验步骤167
5.9.6思考题167
5.10智能节电密码锁169
5.10.1实验目的169
5.10.2实验内容170
5.10.3实验所用仪器及设备170
5.10.4实验原理170
5.10.5实验步骤170
5.10.6思考题173
5.11冷库监测报警装置173
5.11.1实验目的173
5.11.2实验内容173
5.11.3实验所用仪器及设备173
5.11.4实验原理173
5.11.5实验步骤174
5.11.6思考题174
本章小结177

参考文献178

教材内容包括单片机基本原理介绍、软硬件开发环境介绍、基础实验和综合实验。