AVR单片机原理及测控工程应用 基于ATmega48/ATmega16PDF电子书下载

第1章 ATmega48/ATmega16单片机概述 1

1.1 AVR系列单片机概述 1

1.1.1 单片机与嵌入式系统知识问答 1

1.1.2 当代单片机内核结构的发展趋势 3

1.1.3 AVR单片机概述 5

1.1.4 AVR系列单片机选型 6

1.2 ATmega48/ATmega16单片机及其存储器结构 7

1.2.1 ATmega48/88/168与ATmega16/32单片机性能概述 8

1.2.2 ATmega48/ATmega16存储器结构 9

1.3 ATmega48/ATmega16最小系统与系统初始配置 11

1.3.1 ATmega48/ATmega16的引脚排列 11

1.3.2 ATmega48和ATmega16最小系统设计 15

1.3.3 ATmega48/ATmega16的系统时钟源及单片机熔丝配置 18

1.3.4 AVR单片机ISP全攻略及熔丝补救方法 20

1.3.5 ATmega48/ATmega16的掉电检测电路（BOD） 21

1.4 嵌入式C编程与AVR 22

1.4.1 AVR的C语言开发环境 23

1.4.2 C语言环境访问MCU寄存器 24

1.4.3 GCC编译器下E2 PROM和Flash存储器的访问 25

1.4.4 C语言下E2 PROM存储器的通用访问方法 28

1.4.5 AVR C编译器的在线汇编 31

1.4.6 标准C下位操作实现综述 32

1.4.7 GCCAVR的delay.h文件与延时 35

1.4.8 如何优化单片机系统设计的C代码 36

1.4.9 C语言宏定义技巧及常用宏定义总结 38

1.4.1 0从C51到AVR的C编程 40

1.4.1 1前后台式嵌入式软件结构 40

1.4.1 2基于时间触发模式的软件系统设计简介 41

1.5 AVR的开发工具与开发技巧 43

1.5.1 AVR单片机嵌入式系统的软件开发平台——AVR Studio 43

1.5.2 AVR的JTAG仿真调试与ISP 43

1.5.3 基于AVR Studio和GCCAVR的AVR单片机仿真调试 45

1.5.4 只具备ISP调试条件下的AVR单片机的调试技巧 50

1.5.5 单片机系统开发流程及要点 52

第2章 ATmega48/ATmega16单片机I/O接口、中断系统与人机接口技术 54

2.1 AVR单片机的GPIO 54

2.1.1 AVR的GPIO概述 54

2.1.2 AVR的GPIO应用技术要点 56

2.1.3 GPIO上下拉电阻的应用总结 60

2.2 人机接口——按键及其识别技术 62

2.2.1 机械触点按键常识 62

2.2.2 矩阵式键盘接口技术及编程 65

2.2.3 智能查询键盘程序设计与单片机测控系统的人机操作界面 69

2.3 LED显示技术原理与实现 74

2.3.1 数码管的译码显示 75

2.3.2 LED数码管驱动之静态显示和动态（扫描）显示及实例 75

2.3.3 LED点阵屏技术 78

2.4 ATmega48/ATmega16的中断系统 81

2.4.1 中断与中断系统 81

2.4.2 ATmega48/ATmega16中断源和中断向量 82

2.4.3 AVR单片机中断响应过程 84

2.4.4 AVR单片机中断优先级 85

2.4.5 AVR中断响应的时间 85

2.4.6 高级语言开发环境中中断服务程序的编写 86

2.5 ATmega48/ATmega16外中断及应用实例 87

2.5.1 INT0、INT1和INT2中断控制相关寄存器 87

2.5.2 ATmega48引脚电平变化中断寄存器 89

2.5.3 外中断实例 90

2.6 AVR的SPI通信接口及其应用 92

2.6.1 SPI串行总线接口 92

2.6.2 AVR单片机的硬件SPI通信接口 93

2.6.3 AVR单片机SPI通信相关寄存器结构 95

2.6.4 AVR单片机SPI通信驱动程序设计 97

2.6.5 基于SPI总线实现74HC595驱动多共阳数码管静态显示实例 98

2.6.6 AVR实现硬件SPI从机器件驱动8个数码管 101

2.7 AVR两线串行通信接口TWI（兼容I2C）及其应用 103

2.7.1 I2 C总线概述 103

2.7.2 AVR兼容I2 C的两线通信接口TWI及其相关寄存器 106

2.7.3 TWI的使用方法 112

2.7.4 通过TWI（I2C）主机接口操作AT24C02 113

2.7.5 软件模拟I2C主机读写AT24C02 118

2.7.6 ATmega48通过I2 C从机模式模拟AT24C02 122

2.8 1602字符液晶显示器及其接口技术 124

2.8.1 1602总线方式驱动接口及读/写时序 125

2.8.2 操作1602的11条指令详解 126

2.8.3 1602液晶驱动程序设计 129

2.9 ST7920（128×64点）图形液晶显示器及其接口技术 135

2.9.1 ST7920引脚及接口时序 135

2.9.2 ST7920显示RAM及坐标关系 136

2.9.3 ST7920指令集 138

2.9.4 ST7920的C例程 141

2.10 128×64点阵SPLC501液晶控制器及应用 146

2.10.1 128×64点阵图形液晶驱动芯片SPLC501 147

2.10.2 SPLC501程序设计举例 151

第3章 ATmega48/ATmega16单片机的定时器及相关技术应用 156

3.1 ATmega48/ATmega16的定时/计数器概述 156

3.2 ATmega48/ATmega16的定时/计数器0——T/C0 161

3.2.1 T/C0概述 161

3.2.2 ATmega48/ATmega16的T/C0相关寄存器 161

3.2.3 ATmega48/ATmega16的T/C0的定时应用举例 167

3.3 ATmega48/ATmega16的定时/计数器1——T/C1 168

3.3.1 T/C1概述 168

3.3.2 T/C1的输入捕捉单元 169

3.3.3 ATmega48/ATmega16的T/C1相关寄存器 170

3.3.4 利用ICP测量方波的周期 174

3.4 ATmega 48/ATmega 16的定时器/计数器2——T/C2 177

3.4.1 T/C2概述 177

3.4.2 ATmega48/ATmega16的T/C2相关寄存器 178

3.4.3 基于T/C2的RTC系统设计 185

3.5 频率测量及应用 190

3.5.1 频率的直接测量方法——定时计数 190

3.5.2 通过测量周期测量频率 192

3.5.3 等精度测频法 192

3.5.4 频率/电压（F/V）转换法测量频率 196

3.6 PWM技术及应用系统设计 197

3.6.1 PWM技术概述 197

3.6.2 PWM的频率控制应用 198

3.6.3 PWM的功率控制应用 198

3.6.4 基于PWM实现D/A 199

3.7 超声波测距仪的设计 203

3.7.1 超声波测距原理 203

3.7.2 基于单片机的超声波测距仪的设计 204

3.8 正交编码器的原理及设计 210

3.8.1 光电编码器 210

3.8.2 正交编码器 211

第4章 单片机测控系统与智能仪器 217

4.1 单片机测控系统与智能仪器概述 217

4.1.1 单片机测控系统及构成 217

4.1.2 传感器、检测技术、电子测量与智能化测量仪表 220

4.1.3 智能化测量仪表的自检功能及实现 222

4.2 信号调理与量程自动转换技术 223

4.2.1 信号调理技术 223

4.2.2 量程自动转换技术 224

4.3 智能多路数据采集系统 226

4.3.1 多路数据采集系统的基本构成 226

4.3.2 智能化多路数据采集系统原理 227

4.3.3 模拟开关、参考源与多路输入程控增益放大电路 230

4.4 ATmega48/ATmega16片上A/D转换器及其应用 233

4.4.1 A/D噪声抑制 234

4.4.2 片内基准电压 235

4.4.3 ATmega 48/ATmega 16与A/D转换器有关的寄存器详述 235

4.4.4 AVR的A/D转换应用举例 241

4.4.5 A/D键盘 242

4.5 高性能外围A/D器件——TLC2543、ICL7135和AD7705 245

4.5.1 具有11通道的12位串行模拟输入A/D转换器——TLC2543 245

4.5.2 高精度4 1/2位CMOs双积分型A/D转换器——ICL7135 251

4.5.3 内置PGA的16位∑-ΔA/D转换器——AD7705 256

4.6 单片机外围D/A器件——DAC0832和TLV5618 265

4.6.1 T型电阻网络与DAC0832 265

4.6.2 12位双路D/A——TLV5618 272

4.7 ATmega 48/ATmega 16片上模拟比较器与综合应用 274

4.7.1 片上模拟比较器的相关寄存器 274

4.7.2 片上模拟比较器软件设计 276

4.7.3 模拟比较器应用——超限监测 277

4.7.4 模拟比较器及ICP1综合应用——正弦波周期测量 279

4.8 单片机测控系统的抗干扰设计 280

4.8.1 单片机应用系统抗干扰设计的基本原则 281

4.8.2 单片机应用系统PCB布线的基本原则 282

4.8.3 单片机软件抗干扰技术——看门狗技术 284

4.8.4 单片机睡眠工作方式在抗干扰中的应用 289

4.8.5 软件抗干扰的健壮性设计 289

4.9 便携式设备的低功耗设计 290

4.9.1 延长单片机系统电池供电时间的几项措施 290

4.9.2 利用单片机的休眠与唤醒功能降低单片机系统功耗 292

4.10 智能测控系统的典型数据处理技术 295

4.10.1 概述 295

4.10.2 测量数据的标度变换 296

4.10.3 数字滤波技术 297

4.10.4 系统误差校正技术 309

4.10.5 测量结果的非数值处理方法——查表法 311

第5章 智能传感器与智能仪器设计——时域测量技术及应用 315

5.1 电阻电桥基础 315

5.1.1 基本直流电阻电桥配置 316

5.1.2 电阻电桥应用电路的几个关键技术 318

5.1.3 高精度∑-ΔA/D转换器与直流电桥 321

5.1.4 双电源供电电阻电桥实际应用技巧 322

5.1.5 硅应变计 323

5.1.6 电压驱动硅应变计 324

5.1.7 电流驱动硅应变计 329

5.2 基于恒流源的铂电阻智能测温仪表的设计 331

5.2.1 铂电阻温度传感器 331

5.2.2 铂电阻测温的基本电路 332

5.2.3 Pt100恒压分压式三线制测温电路 334

5.2.4 基于双恒流源的三线式铂电阻测温探头设计 335

5.2.5 基于ICL7135和双恒流源的铂电阻智能测温仪表的设计 338

5.3 精密数控电源的设计 339

5.3.1 精密数控对称双极性输出直流稳压电源的设计 339

5.3.2 精密数控恒流源技术 344

5.4 晶体三极管参数测试仪的设计 347

5.4.1 三极管β参数的测试 348

5.4.2 三极管输入、输出特性曲线的测量 348

第6章 智能传感器与智能仪器设计——频域测量相关技术及应用 352

6.1 正弦波参数测量技术 352

6.1.1 真有效值测量技术 352

6.1.2 正弦信号的幅度测量技术 356

6.1.3 正弦信号的相位测量技术 358

6.2 FFT与谐波分析技术及应用 360

6.2.1 FFT与谐波分析技术 360

6.2.2 基于FFT技术的失真度测量 366

6.2.3 基于FFT技术的双路同频正弦波参数测量 367

6.3 正弦波扫频信号源的设计 368

6.3.1 直接数字合成（DDS）信号源 368

6.3.2 DDS专用集成电路AD9833 369

6.4 线性网络频率响应测试仪的设计 375

6.4.1 频率响应测试仪概述 375

6.4.2 双12位A/D转换器——AD7862 376

6.4.3 基于扫频测试法及FFT技术实现频响测量 378

6.5 低频阻抗分析仪的设计 380

6.5.1 阻抗测量与应用概述 380

6.5.2 R、L、C阻抗元件的基本特性及电路模型 382

6.5.3 阻抗测量技术 385

6.6 电能质量测量仪的设计 389

6.6.1 电能质量测量仪总体方案论证 390

6.6.2 电能质量测量仪相关理论及分析 391

6.6.3 信号输入及调理电路设计 393

6.6.4 电源电路设计 395

6.6.5 软件设计及总结 396

第7章 基于模糊PID控制的计算机控制系统设计与应用 397

7.1 PID与控制系统 397

7.1.1 计算机控制技术及算法概述 397

7.1.2 PID控制技术 398

7.1.3 数字PID控制技术 400

7.1.4 PID参数的整定 403

7.2 基于数字PID的热水器恒温控制系统设计 406

7.2.1 恒温控制系统的构成 407

7.2.2 传感器的选择 407

7.2.3 温控器功率输出控制 408

7.2.4 温控器系统软件设计 409

7.3 模糊控制技术与嵌入式模糊控制系统设计 417

7.3.1 模糊数学与模糊控制概述 417

7.3.2 系统变量的模糊化 419

7.3.3 模糊推理及解模糊化 421

7.3.4 嵌入式模糊控制器 423

7.4 基于模糊PID控制的计算机控制系统设计 427

7.4.1 模糊PID控制器 428

7.4.2 智能PID控制器参数的智能调整 428

7.4.3 模糊自整定PID控制器原理 429

第8章 分布式智能测控系统及其应用 433

8.1 AVR的串行通信接口USART 433

8.1.1 串行通信常识 433

8.1.2 AVR的通用同步和异步串行接口USART 435

8.1.3 USART寄存器描述 436

8.1.4 自适应波特率技术 442

8.1.5 UART基本应用程序模块设计及说明 442

8.1.6 ATmega48 SPI模式下的USART——MSPIM 447

8.2 基于RS-232的通信系统设计 452

8.2.1 RS-232C介绍与PC硬件 453

8.2.2 UART电平协议转换芯片MAX232和MAX3232 455

8.2.3 单片机点对点RS-232通信设计举例 456

8.2.4 PC端Windows操作系统下RS-232通信程序设计 464

8.3 基于 RS-485的现场总线监控系统设计 468

8.3.1 RS-485总线系统 468

8.3.2 RS-485总线通信系统的可靠性分析及措施 471

8.3.3 基于RS-485和Modbus协议的分布式总线网络 476

8.3.4 循环冗余校验——CRC 480

8.3.5 基于Modbus和RS-485的网络节点软件设计 485

8.4 Bootloader及应用 491

8.5 基于DS18B20的多点温度巡回检测仪的设计 501

8.5.1 DS18B20概貌 501

8.5.2 DS18B20内部构成及测温原理 502

8.5.3 DS18B20的访问协议 503

8.5.4 DS18B20的自动识别技术 506

8.5.5 DS18B20的单总线读写时序 507

8.5.6 DS18B20使用中的注意事项 508

8.5.7 ATmega48读取单片DS18B20转换温度数据程序 509

8.6 一线通信技术及红外遥控应用 514

8.6.1 一线通信技术 514

8.6.2 红外遥控技术 516

附录 ASCII表 519

参考文献 520