AVR單片機實驗教材

單片機與接口技術(shù)實驗

劉東卓

西南大學電子信息工程學院

2019年9月

目錄

第1章實驗箱簡介...........................................................1

第2章單片機實驗箱資源....................................................2

2.1硬件資源............................................................2

2.2軟件資源............................................................3

第3章開發(fā)快速入門.........................................................4

3.1軟件安裝............................................................4

3.2程序編譯............................................................4

3.3下載程序............................................................6

3.4觀察效果............................................................9

3.5開發(fā)流程及仿真......................................................9

第4章硬件模塊說明.......................................................12

4.1電源模塊............................................................12

4.2ISP和JTAG接口...................................................12

4.38位獨立LED..............................................................................................................13

4.4晶振與復位.........................................................13

4.5串口-RS232..................................................................................................................13

4.6獨立按鍵...........................................................14

4.7矩陣鍵盤...........................................................14

4.8DS18B20及單總線接口..............................................15

4.9EEPROM24C01和時鐘PCF8563........................................................................16

4.10ADC：模數(shù)轉(zhuǎn)換...................................................17

4.11DAC：數(shù)模轉(zhuǎn)換...................................................18

4.12蜂鳴器............................................................18

4.135110液晶..........................................................18

4.148*8點陣...........................................................19

4.15七段數(shù)碼管........................................................20

4.16ULN2803輸出.....................................................20

4.17P521光耦輸入.....................................................21

4.18AT45DB041...............................................................................................................21

4.19擴展插槽...........................................................21

第5章跳線功能說明.......................................................23

第6章實驗項目...........................................................24

實驗一實驗環(huán)境熟悉....................................................24

實驗二匯編語言程序設計................................................25

實驗三基本的10實驗..................................................26

實驗四花樣流水燈實驗.................................................28

實驗五蜂鳴器操作實驗..................................................29

實驗六SPI驅(qū)動HC1648*8點陣實驗......................................31

實驗七Nokia3310/5510LCD顯示實驗...................................33

實驗八18B20測溫實驗..................................................34

實驗九定時器TIMER1定時1S實驗......................................35

實驗十簡單串口通信實驗...............................................36

實驗H■一AD轉(zhuǎn)換實驗36

第1章實驗箱簡介

單片機綜合實驗箱BigAVRM16-3.5是AVRVI集多年開發(fā)經(jīng)驗，精心設計生產(chǎn)的一款

AVR學習開發(fā)平臺。秉承模塊積木式架構(gòu)和資源完全開放的設計理念，集成了大量實用的

外圍電路和接口器件，配以豐富的實驗教學例程和獨具特色的課程設計項目，提供完整的源

代碼和詳細的開發(fā)文檔，涵蓋單片機基礎(chǔ)實驗教學，工程開發(fā)，用戶二次研發(fā)應用等領(lǐng)域，

由淺入深，面面俱到。本實驗箱可用于新手學習，工程師開發(fā)，加速產(chǎn)品開發(fā)進程，特別適

合高校實驗教學，電子大賽，課程設計和畢業(yè)設計，提高學生的自主學習和原始創(chuàng)新能力。

1

第2章單片機實驗箱資源

2.1硬件資源

1.電源模塊：在12V輸入電壓，開發(fā)板上提供高穩(wěn)定的3.3V、5V和12V的電源,

配有電源指示燈、極性保護電路及開關(guān)。同時板上有多個高頻和低頻的電源濾波電

容。

2.ISP下載接口：標準的10PIN的ISP下載接口，用于AVR程序的下載。

3.JTAG仿真接口：JTAG在線仿真調(diào)試接口，使用JTAGICE進行在線調(diào)試。

4.芯片插座：PORTA、PORTB、PORTC、PORTD分別引出32個插座，JTAG&ISP、

復位、晶振、電源引腳都直接鏈接與芯片連接。部分只能使用固定引腳的外部功能

通過跳線連接，如串口，I2C,AT45DB041。

5.晶振復位電路：開發(fā)板提供一個7.3728M晶振以及一個晶振插槽，可由實驗者自

己選用。

6.擴展插槽：板上預留三條擴展槽，按照Power>Control>Port>NC的格式進行預定

義，其中Power提供3.3V、5V和12V兩種。擴展槽與擴展功能板兼容，可以實

現(xiàn)其他的特殊功能擴展，完全兼容ATmegal28功能板。

7.串口：使用MAX232芯片作串口通訊控制，標準RS232接口。

8.4位獨立按鍵

9.4*4矩陣鍵盤：16個按鍵可以接成4x4的矩陣鍵盤，Int中斷接口，完全實現(xiàn)鍵盤

中斷掃描的要求。

10.8位獨立LED

11.18B20：溫度傳感器芯片。

12.24C01：外部擴展EEPROM,通過I2C方式與單片機通訊。

13.ADC：模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其中接有多個可調(diào)電阻用于分壓及測試。

14.DAC：數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，實現(xiàn)DDS功能?？梢杂糜诋a(chǎn)生正弦波，鋸齒波，方波以及

其他波形，模擬信號等

15.蜂鳴器：用一個PNP的三極管去控制的無源蜂鳴器，用于發(fā)出聲音，程序報警或播

放音樂。

2

16.5110：諾基亞5110液晶顯示屏，可用于顯示文字、圖片和動畫。

17.8*8點陣

18.4位七段數(shù)碼管：四位一體集成數(shù)碼管顯示，采用動態(tài)掃描實現(xiàn)顯示。

19.高驅(qū)動能力的I/O外接口：

1.ULN2803提供8路I/O接口。

2.P521提供4路光耦電路。

20.AT45DB041：外部4Mflash存儲芯片，通過SPI與單片機通訊。

2.2軟件資源

本實驗箱配套資料光盤提供如下內(nèi)容:

datasheet-板上用到的器件的數(shù)據(jù)手冊

democode-開發(fā)板配套例子程序，每個程序有說明和對應原理圖

software-開發(fā)軟件

Schematics-原理圖，提供SCH格式和PDF格式，可以直接用于項目中

AVR_Datasheet-AVR單片機數(shù)據(jù)手冊

Book-AVR單片機電子書

protel_libs-常見器件的protel封裝庫

并且贈送實驗講義一本，有各實驗的詳細說明。

注意，配套的實驗講義的每一個實驗通常對應多個例子程序，最主要和詳細的說明是

程序代碼中，大部分復雜一些的應用，都有模塊化的庫函數(shù)程序，直接將lib文件夾下的文

件復制到工程中即可進行項目設計，大大加快開發(fā)速度。

3

第3章開發(fā)快速入門

3.1軟件安裝

AVR的第三方開發(fā)軟件支持豐富，我們在實驗箱配套光盤\software目錄里面提供了四

種相關(guān)的軟件，并在軟件說明.txt里面有詳細說明。

iccavr6....aStudio4...SLISP_V1...WinAVR-2...串口調(diào)試助軟件說明.ICC注冊機

手.exetxt

一、安裝iccavr6.31A.exe,注意在下圖所示的界面中將路徑設為d:\icc以方便后面的操作。

安裝完成后可以按照ICC注冊機文件夾下的文件說明進行注冊。

二、安裝aStudio4.14b589.exe,全部默認即可。

三、（此步驟可選）安裝SLISP_V1527_plugs.exe,全部默認即可。

3.2程序編譯

一、將光盤內(nèi)的democode目錄復制到D:\avrvi\democode\,并且去掉只讀屬性，即光盤里面

的實驗說明文檔的路徑為D:\avrvi\democode\實驗說明.txt。重要，以避免路徑不同帶來的麻

4

二、運行ICCAVR,執(zhí)行菜單命令,project->open,打開D:\avrvi\democode\IO_1\source\main.prj

如下圖

四、查看程序代碼，編譯。可以用Project->Rebuildall命令或者點擊編譯圖標，或者快捷鍵

F9,以及Shift+F9。

五、以上操作即可完成程序編譯過程,并在信息窗口能看到編譯成功的信息,如果出現(xiàn)錯誤,

通常是路徑錯誤引起的。請檢查Project->options->paths,路徑和你安裝ICC的路徑以

及程序的路徑需要對應，所以為了避免這個麻煩，前面建議統(tǒng)一使用我們約定的路徑

5

D:\icc,D:\avrvi\democode.

六、編譯完成之后在D:\avrvi\democodeUO_l\output目錄下有main.hex文件，這個就是我們

用來燒錄到芯片里面的二進制文件，有main.cof文件，用來在AVRstudio里仿真。

3.3下載程序

這里以AVR單片機綜合實驗箱配的并口下載線為例，如果有購買其他仿真或者下載工

具，可以參看對應的說明書進行操作。

硬件鏈接：并口ISP下載線連接PC的并口和AVR實驗箱的ISP接口，并且用配套的

電源給實驗箱供電，打開開關(guān)，然后從計算機上進行操作。下圖所示為ISP下載接口

6

方法一、使用ICCAVR加AVRstudio下載，全部在ICCAVR軟件里面完成，方便。

執(zhí)行菜單Tools?EnvironmentOptions.......?ISP進入如下界面，根據(jù)您的安裝路徑為

STK500.EXE文件指定位置，默認在C:\ProgramFiles\Atmel\AVRTools\STK500\Stk500.exe

運行ICCAVR菜單Tools-〉Insystemprogrammer,進入到編程界面，按下圖所示進行設

置，點擊對應的按鈕進行可以對flash,eeprom,熔絲位，鎖定位等進行操作。

操作結(jié)果會在ICCAVR的信息窗口有提示，如果有錯誤請根據(jù)提示排錯。

7

InSysteaPrograaaiiigX

-ProgrammerInterface--AdvancedManualMode(Ox...forHEX)—

NOTE:NT/2KusersmusthaveLockBits:回Ml一

bSTK-2007300administrativeprivilegetousethe

parallelportinterface.

rSl-ProgFuseBits:回必「

FlashDesignICEssupported

rSTK-500ChipEraseNB:"1"-unprogrammed

underSTK200(PAR)andSl-Prog"0"-programmed

CDT-006(SER)modes.STK500requires

AVRStudiotobeinstalled.Pleaserefertothedevicespecific

CSTAVERdatasheetforlockbitsandfusebits

STAVERisfortheLawicel'sdescriptions.

LPTIstAVeRbootloadingmode.Itdoes

|notsupportEEPROMorverify

function.TargetDeviceSetting

ISPOptions…|

「UseProjects0ptions->Devicesetting

AdditionalSTK500.execommandlinearguments6PerformTargetSignatureCheck

-EEPROMOptions

FAutoProgramAfterCompile(withFlashfromproject0Programwithprojectfile.

...andselectedEEPROMoption)「Preserveexistingcontent

VerifyAfterProgramming「Manualselect

ManualProgramNOW!

—FLASHOptions「ManualSelectionFiles

Browse...I

「Programwithprojectoutputfiles.Select.hexfileforFLASH

6Manualselect|D:\avrvi\democode\l0_1\output\main.hex

ProgramFLASH/EEPROMBrowse...I

Select.eepfileforEEPROM

VerifyFLASH/EEPROM

Cancel

方法二、使用SLISP下載軟件，操作簡單。

運行SLISP下載軟件，按下圖所示方法進行設置，通訊模塊，芯片型號，要燒錄的HEX

文件路徑，然后點擊編程即可將程序?qū)懭氲絾纹瑱C中。

注：以上下載程序的過程，如果有購買其他的下載或者仿真工具，參看對應的說明書進

8

行操作。

3.4觀察效果

程序下載完成后，需要連接硬件才能觀察到運行效果。

開發(fā)板的每個實驗例程都有詳細說明，如本例中打開D:\avrvi\democode\IO_l\readme.txt

可以看到連接方式：PAO-LEDO,PAI-LED1,使用配套的實驗連接線按照說明連接，即可

看到LED交替閃爍的現(xiàn)象。

在每個實驗的SCH目錄下有實驗相對應的電路原理簡圖，如本實驗的原理圖路徑為:

D:\avrvi\democode\IO_1\sch\IO_l.pdf,如下圖。

露

料

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皿=ip

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A

ig1

PC3Tl

打±

2

一

3.5開發(fā)流程及仿真

通過以上對軟件安裝，程序編譯，程序下載，硬件連接，觀察效果的簡單說明，展示了

基于本實驗箱的軟件開發(fā)的一個基本流程，通過舉一反三，通讀其他實驗內(nèi)容，學習過程中

修改調(diào)試程序，學習硬件的連接方式，達到熟悉基于AVR單片機開發(fā)的目的。

有時為了系統(tǒng)的了解程序流程或者找出程序錯誤，需要對程序進行仿真，仿真可以有軟

件仿真和在線調(diào)試兩種方式，AVR的JTAG在線調(diào)試需要另行購買專用的AVR仿真器，操

作方法參考對應的說明書。軟件仿真方式可以使用AVRstudio進行，方法是運行AVRstudio,

File->open,打開前面提到的cof文件，按照提示下一步。

9

打開3兇

查找范圍H）：g國呼國▼

我最近的文檔

文件名魚）：|main.cof三]|打開?）|

文件類型1）：|mFiles三|取消

出現(xiàn)下面選擇仿真工具界面時選擇AVRsimulator和ATmegal6芯片。

點擊finish即可進入下圖的仿真界面。

：圖FileProjectBuildEditViewToolsDebugWindowHelp(5x

:口右IH§9上"白iT」電聃-MY//四率事?5]1」」50電?%氣｝顯胸.

;TraceDisabled

Processorfor(i=200：i>0;i—)I/OView▼xI

(有▼胃口

ProgramCounter0x000040V>for(j=200;j>0：j—)I

StackPointer0x045BName|Ad...|Value

Xpointer0x0060

+J?TIMER_C0UHTER_0

Ypointer0x044F

+J?TIMER_COUHTER_1

Zpointer0x0054

〃主函數(shù)程序從這里開始運行+JEXTERNAL_IHTERRUPT

CycleCounter54voidmain(void)+|虐)EEPROM

Frequency4.0000MKz{

+J(=)CPU

StopWatch13.50usPORTA=0x03;

DDRA=0x03;+J0TIMER_C0UNTER_2

SREG[T][T]i3[s][v]|

while(1)力器SPI

+]Registers

{+J^3USART

?PORTA=0x02;〃1腳為高，0腳為低，。腳公

Delay():〃延時土如TWI

PORTA=0x01;〃。腳為高，1腳為低士|OANAL0G_C0MPARAT0R

Delay();〃延時+JOAD_CONVERTER

〔Watch____________________________x+J^3JTAG

芻ProjectProcessorj+J昌B00T_L0AD

+J志PORTA

Message4-1乏PORTB

Loadedplugin.SLISP+|乏PORTC

LoadedpluginSTK500+J乏PORTD

+J或WATCHDOG

AVRSimulator：Pleasewaitwhileconfiguring

“IJd

ATmegal6AVRSimulatorAutoStopped0Ln30,Col15CAPr/

10

在這個界面有程序區(qū)，信息區(qū)，右側(cè)可以展開查看芯片的各種資源的運行狀態(tài)。你可以

通過菜單欄上的按鈕和命令進行單步調(diào)試，設置斷點，觀察變量，查看寄存器，查看程序空

間數(shù)據(jù)等操作。

AYRStudio—[Disasseabler],1□1x|

OFileProjectBuildEditViewToolsDebugWindowHelp_(5x

：TraceDisabled上不：醐儂’廣X親乂0圈■

Memoryx

ProgramCourt|Program▼|8/1abc.|Address:|0x00

StackPointe:

0000000C942A00FFFFNameAd...ValueBits

Xpointer

000003FFFFFFFFFFFFJ?TIMER_C0UNTER_0

Ypointer

000006FFFFFFFFFFFF

Zpointer

000009FFFFFFFFFFFFJ寫EXTERNAL_1HTE

CycleCounte:

00000CFFFFFFFFFFFF-|目EEPROM

Frequency

00000F,FFFFFFFFFFFFJ|=|CPU

StopWatch000012FFFFFFFFFFFF

SREG000015FFFFFFFFFFFF

謹SH

+|RegistersRegisterx

|-liSUSART

R00=0x00R01=0x00zJ

R02=0x00R03=0x00-

BB8A

RO4=0x00R05=0x00

C006主力AD_CONVERTER

R06=0x00R07=0x00

勺盟JTAG

2J_____0x00R09=0x00

+J目BOOT_LOAD

與ProjectProceR10=0x00Rll=0x00code\IC4>

R12-0x00R13=0x00二|更PORTA

IMessage▼x

RI4=0x00R15=0x00乏PORTA0x02□□□□□□■□

LoadedpluginR16=0xC8R17=0x00^DDRA0x03□□□□□□■■

LoadedpluginR18=0x00R19=0x00zl老BA0x02□□□□□□■□

R20=0x00R21=0x00+jgPORTB

AVRSimulatormulator...▼|

R22=nxnnR23=nxnnd+jgPORTC

+JSPORTD

iUBuildOMessage|司FindinFilesjQBreakpointsandTrace...勺以'WATCHDOG

ATmegal6AVRSimulatorAutoStopped一CAPI

如果您在學習開發(fā)中遇到任何問題，可以聯(lián)系我們解決，也可以到論壇發(fā)帖。

11

第4章硬件模塊說明

4.1電源模塊

電源部分使用兩片LM1117,穩(wěn)壓輸出5V和3.3V,引出VCC和GND兩個接線座。輸

入電壓范圍7?9V,默認標配電源7.5V,3.5標準圓孔插座，內(nèi)正外負。

POWER

4.2ISP和JTAG接口

實驗箱上有標準10針I(yè)SP下載接口，標準10針JTAG下載和仿真接口，用戶可以參考

設計。

ISP&JTAG

9XUSO

-SCKTCK

.RST

6

、MOS1

10_____R31

12

4.38位獨立LED

8位獨立LED通過電阻連接到VCC,引出8個接線座，低電平點亮，用于跑馬燈，LED

指示等實驗，并且可以用于大型程序調(diào)試的過程和狀態(tài)指示。

IO操作是學習任何一款芯片的基本功，學會了IO控制就懂了一半，通過對DDRn、

PORTn、PINn的設置和操作，實現(xiàn)單片機10口的輸入輸出，針對本部分配有多個實驗例程。

4.4晶振與復位

實驗箱上有晶振選擇電路，既可以使用板上已經(jīng)焊接好的7.3728M晶振，也可以自己根

據(jù)自己的需求擴展，晶振的切換通過跳線JP7實現(xiàn)。Y1方式（1和2連接）使用板載7.3728M晶振,

Y2方式（2和3連接）使用用戶擴展的晶振，默認Y1,使用板載晶振，另外，芯片時鐘的選擇

還和熔絲位有關(guān)。

復位電路可選晶振接口

4.5串口-RS232

串行通訊是電子類產(chǎn)品之間通訊常用的方法之一，比如儀器與計算機通訊，設備控制,

數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋瑫纹瑱C就一定要會串口通訊，串行接口也是幾乎每一種單片機必備的功能。

ATmegal6有1路USART接口，Max232電平轉(zhuǎn)換芯片有2路轉(zhuǎn)換電路，本實驗箱綜合

兩方面因素，最大限度的利用資源，將Max232的兩路接口均引出，在DB9座上，二三五

13

為一組,七八五為第二組,TTL電平端一路通過跳線JP3連接到AVR單片機的TXD和RXD

引腳，另外一路引出2個插座，通過JP1、JP2、JP3跳線可以控制其使用。

JP1和JP2的1和2連接，3和4連接為直連方式；1和3連接，2和4連接為交叉方式,

JP1和JP2分別控制一路。JP3短接用于連接Max232和AVR芯片。

4.6獨立按鍵

鍵盤是最常用的人機接口之一，是學習單片機必須掌握的知識，本實驗箱擁有4個獨立

按鍵，通過電阻接地，鍵盤按下時為低電平，釋放為高電平，直接連接使用，引出4個連接

座。

4.7矩陣鍵盤

當按鍵數(shù)量比較多時，獨立按鍵不能再滿足要求，實驗箱上設計了4x4矩陣鍵盤，可

以用8個10口掃描16個按鍵，加上組合按鍵可以實現(xiàn)更多的功能。

14

矩陣鍵盤的電路圖如下，鍵盤之間互相連接并且接入1k的限流電阻，四條線都通過二

極管接到INT連接座上，可以用于按鍵觸發(fā)中斷，設計中斷鍵盤，減少單片機查詢鍵盤的

時間消耗，矩陣鍵盤一共引出9個連接座，配套有模塊化的驅(qū)動程序，只需簡單配置即可應

用。

4.8DS18B20及單總線接口

本實驗箱有1-WIRE單總線接口，可以連接單總線設備，如DS18B20溫度傳感

器。接口在開發(fā)板的右上角處，使用標準KF396,使用方便，也可以直接插在板

子上的單排座中。使用傳感器時請根據(jù)圖示仔細辨別正負極，正確連線，此部分

電路引出一個接口座。

15

125c1W1REDS18B20

4.9EEPROM24C01和時鐘PCF8563

AT24c系列串行EEPROM具有12c總線接口功能，功耗小，寬電源電壓（根據(jù)不同型號

2.5V?6.0V）,工作電流約為3mA,靜態(tài)電流隨電源電壓不同為30卬\?是比較常用

的外部串行EEPROM,AVR單片機內(nèi)部EEPROM不夠用時，可以使用HC接口的外部串行

EEPROM保存掉電需要保留的數(shù)據(jù)，節(jié)省10口，性能穩(wěn)定。

PCF8663是常用時鐘芯片之一，同樣使用：HC接口，使用32.768Khz的晶振為

PCF8563提供時鐘，PCF8563可以用于精確電子鐘的設計。在各種有時間顯示的設

備上均可以應用，如電子大屏，倒計時牌，儀表等。

PCF8563和AT24C01一起掛接在TWI總線上，通過跳線JP12控制與主芯片的通斷，

PCF8663的INT和CLK引腳引出接線座，需要的時候可以連接到單片機上，方便編程。

16

vccsee

4.10ADC：模數(shù)轉(zhuǎn)換

ADC轉(zhuǎn)換是電子產(chǎn)品中最常用的功能之一，AVR單片機片內(nèi)集成10位AD轉(zhuǎn)換器，

ATmegal6有8路，這是AVR單片機優(yōu)勢之一，這里實驗箱引出其中兩路。

因需要測試的電壓通常不在。?