avr单片机编程入门精品，新手学习必看（有典型实例哦）

单片机分为很多种，有什么avr单片机，stm32单片机等，随着单片机被广泛的使用，这些都是在单片机学习中需要接触的，有很多人问我：对于avr单片机编程来说，学习这个的时候很是迷茫，死活入不了门，到底avr单片机编程如何入门，这里就让我这个老鸟教会你。

首先要知道，avr单片机是什么?不然不了解这个，那接下来的学习也是白瞎，AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。

AVR单片机特点(ATmega16)：

1、131条机器指令，且大多数指令的执行时间为单个系统时钟周期;

2、32个8位通用工作寄存器;

3、工作在16MHz时具有16MIPS的性能;

4、配备只需要2个时钟周期的硬件乘法器。

AVR单片机优势：

AVR单片机是Atmel公司推出的较为新颖的单片机，其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。它取消机器周期，以时钟周期为指令周期，实行流水作 业。AVR单片机指令以字为单位，且大部分指令都为单周期指令。而单周期既可执行本指令功能，同时完成下一条指令的读取。通常时钟频率用4～8MHz，故 最短指令执行时间为250～125ns。

了解了这些，那接下来就通过一系列的实例，让你对avr单片机了解透彻

系统时钟：

ATmega16的片内含有4种频率(1/2/4/8M)的RC振荡源，可直接作为系统的工作时钟使用。同时片内还设有一个由反向放大器所构成的OSC(Oscillator)振荡电路，外围引脚XTAL1和XTAL2分别为OSC振荡电路的输入端和输出端，用于外接石英晶体等，构成高精度的或其它标称频率的系统时钟系统。

为ATmega16提供系统时钟源时，有三种主要的选择：(1)直接使用片内的1/2/4/8M的RC振荡源;(2)在引脚XTAL1和XTAL2上外接由石英晶体和电容组成的谐振回路，配合片内的OSC(Oscillator)振荡电路构成的振荡源;(3)直接使用外部的时钟源输出的脉冲信号。方式2和方式3的电路连接见图2-6(a)和2-6(b)。

内部看门狗：

在AVR片内还集成了一个1MHz独立的时钟电路，它仅供片内的看门狗定时器(WDT)使用。因此，AVR片内的WDT是独立硬件形式的看门狗，使用AVR可以省掉外部的WDT芯片。使用WDT可以有效的提高系统的可靠行。

avr单片机的工作流程：

AVR CPU的工作是由系统时钟直接驱动的，在片内不再进行分频。图2-7所示为Harvard结构和快速访问寄存器组的并行指令存取和指令执行时序。CPU在启动后第一个时钟周期T1取出第一条指令，在T2周期便执行取出的指令，并同时又取出第二条指令，依次进行。这种基于流水线形式的取指方式，使AVR可以以非常高的速度执行指令，获得高达1MIPS/MHz的效率。

存储器：

所有的I/O寄存器可以通过IN(I/O口输入)和OUT(输出到I/O口)指令访问，这些指令是在32个通用寄存器与I/O寄存器空间之间传输交换数据，指令周期为1个时钟周期。此外，I/O寄存器地址范围在$00-$1F之间的寄存器(前32个)还可通过指令实现bit位操作和bit位判断跳转。SBI(I/O寄存器中指定位置1)和CBI(I/O寄存器中指定位清零)指令可直接对I/O寄存器中的每一位进行位操作。使用SBIS(I/O寄存器中指定位为1跳行)和SBIC(I/O寄存器中指定位为0跳行)指令能够对这些I/O寄存器中的每一位的值进行检验判断，实现跳过一条指令执行下一条指令的跳转。

在I/O寄存器专用指令IN、OUT、SBI、CBI、SBIS和SBIC中使用I/O寄存器地址$OO～$3F。

当以SRAM方式寻址I/0寄存器时，必须将该其地址加上$0020，映射成在数据存储器空间的地址。

两个重要的寄存器：状态寄存器SREG和堆栈指针寄存器SP

堆栈是数据结构中所使用的专用名词，它是由一块连续的SRAM空间和一个堆栈指针寄存器组成，主要应用于快速便捷的保存临时数据、局部变量和中断调用或子程序调用的返回地址。堆栈在系统程序的设计和运行中起者非常重要的作用，只要程序中使用了中断和子程序调用，就必须正确的设置堆栈指针寄存器SP，在SRAM空间建立堆栈区。

处在I/O地址空间的$3E($005E)和$3D($005D)的两个8位寄存器构成了AVR单片机的16位堆栈指针寄存器SP。AVR单片机复位后堆栈寄存器的初始值为SPH=$00、SPL=$00，因此建议用户程序必须首先对堆栈指针寄存器SP进行初始化设置。

AVR的堆栈区是建立在SRAM空间的，16位的SP寄存器可以寻址的空间为64K。

由于AVR的堆栈是向下增长的，即新数据进入堆栈时栈顶指针的数据将减小(注意：这里与51不同，51的堆栈是向上增长的，即进栈操作时栈顶指针的数据将增加)，所以尽管原则上堆栈可以在SRAM的任何区域中，但通常初始化时将SP的指针设在SRAM最高处。

对于具体的ATmega16芯片，堆栈指针必须指向高于$0060的SRAM 地址空间，因为低于$0060的区域为寄存器空间。ATmega16片内集成有1K的SRAM，不支持外部扩展SRAM，所以堆栈指针寄存器SP的初始值应设在SRAM的最高端：$045F处。

根据上面所讲述，AVR的SP堆栈指针寄存器指示了在数据SRAM中堆栈区域的栈顶地址，一些临时数据、局部变量，以及子程序返回地址和中断返回地址将被放置在堆栈区域中。在数据SRAM中，该堆栈空间的顶部地址必须在系统程序初始化时由初始化程序定义和设置。

当执行PUSH指令，一个字节的数据被压入堆栈，堆栈指针(SP中的数据)将自动减1;当执行子程序调用指令CALL或CPU响应中断时，硬件会自动把返回地址(16位数据)压入堆栈中，同时将堆栈指针自动减2。反之，当执行POP指令，从堆栈顶部弹出一个字节的数据，堆栈指针将自动加1;当执行从子程序RET返回或从中断RETI返回指令时，返回地址将从堆栈顶部弹出，堆栈指针自动加2。

通过这些原理及实例，你是否对avr单片机编程有了更深入的了解呢，其实avr单片机学习并不难，只要你认真去学，把每一步每一个流程都掌握透彻，那你就在avr单片机编程方面就已经入门了，这些你是否get到了呢?

AVR单片机应用经验

AVR与传统类型的单片机相比，除了必须能实现原来的一些基本的功能，其在结构体系、功能部件、性能和可靠性等多方面有很大的提高和改善。

但使用更好的器件只是为设计实现一个好的系统创造了一个好的基础和可能性，如果还采用和沿袭以前传统的硬件和软件设计思想和方法的话，是不能用好AVR的，甚至也不能真正的了解AVR的特点和长处。

功能越好的器件，需要具备更高技术和能力的人来使用和驾驭它。就象一部好的F1赛车，只有具备高超技术的驾驶员才能充分体会到车的特点，并能最大限度的发挥出车的性能。

AVR具有上手入门快，开发方便简单的特点，但要充分体会和发挥AVR的优点，还需要应用工程师本身的硬软件设计开发能力的不断学习、实践提高。

“外行看热闹，内行看门道”，对于有一定基础的嵌入式和单片机系统设计开发的工程师，不妨先简单尝试一下AVR。

开发环境与工具：PC+下载线+实际的系统板

PC上的开发软件：

AVR Studio(Free)汇编+汇编调试+高级语言调试+软件仿真

ICC、CVAVR、BASCOM-AVR 高级语言程序开发+程序下载。其中一个购买正版全功能，作为主要的开发环境，其它使用DEMO版，作为辅助及参考。

AVR ISP下载线：

STK200 and STK200+ and STK300 ISP programmer。通过PC的打印机口，采用ISP技术将系统运行代码(HEX、BIN)和数据写入AVR芯片的Flash和EEProm中，编程AVR的配置熔丝位和加密位。支持决大多数的AVR芯片、以及ATMEL的51兼容芯片89S8252、89S52等。在ICC、CVAVR、BASCOM-AVR、BASCOM-8051中都内含对该下载线的支持程序。免费专用的下载程序：SLISP、PonyProg2000等。

尽量不使用仿真器的建议：

在开发和调试系统程序时，有许多人完全依赖于仿真器，一旦离开了仿真器时就感觉无从下手。其实，由于AVR的Flash存贮器可方便的使用ISP技术在线的多次擦写，因此建议尽量不使用(依赖)仿真器来开发和调试程序。

在实际开发过程中，程序的调试可以从下几方面入手：

现在的高级语言编译器(如C编译器)可以产生效率很高的机器代码，因此建议大家尽量使用高级语言编写系统程序。

使用Atmel公司提供AVR Studio软件模拟仿真环境，以及其他的软件模拟仿真环境(BASCOM-AVR)。

尽可能使用高级语言编写系统程序。

利用目标板上的LED、LCD或异步串口。见附件“没有仿真器的情况下如何开发AVR”的介绍。

提高硬件设计的合理性：

尽量合理和充分使用AVR片内的资源，如EEPROM、A/D、内部的RC振荡源。

尽量采用串口通信连接的外围器件，大容量的存储器、LCD控制器、打印机、不用8279(LED数码管+键盘)而使用7279等。除了必须外扩RAM(如语音和图象)，一般不提倡使用并行扩展(573+译码电路)，减小硬件和连线以及PCB板上错误的出现概率，同时也提高了系统的可靠性。并行扩展向串行扩展是发展趋势。现在有大量的新的外围器件采用高速的串行接口，如A/D、D/A、RTC、存储器等。

尽量使用以及在目标板上预留ISP程序下载接口，或使用IAP技术。

优点：ISP接口与I/O的兼容性比JETAG好。

缺点：不能在线调试

注意和掌握AVR配置熔丝位的使用：

.系统晶振的选择

.BOD的使用

.启动延时

.Mega8的PC6引脚，RESET与通用I/O的转换

.JETAG接口和通用I/O的转换

.启动向量的转换，BOOT-LOAT区大小的设置

提高硬件可靠性的考虑:

.尽量采用片内晶体、采用低频率的系统时钟、振荡电路的输出小幅度。

.选择合适的启动延时参数

.使用BOD、片内的看门狗

.合理休眠方式的使用

.不用I/O口设定输出低电平

.利用内部的EEProm和寄存器MCUCSR判断复位标志，进行不同的处理

提高软件设计的能力和水平:

尽量合理采用高级语言设计编写系统程序。有许多人认为使用汇编写程序比较精简，而用高级语言开发会浪费很多程序空间，其实这是一种误解。对一个有经验的，而且非常熟悉某种单片机的汇编高手而言，他是能写出比高级语言更精简的代码。而对汇编不是很熟的开发者、或突然更换了一种新的单片机，您能保证一定可以写出比高级语言更简练的代码吗?

高级语言的优越性是汇编语言不能比的：

.程序移植方便

.程序的坚固性

.数学运算的支持

.条理清晰的结构化编程，程序的可维护性。

.可协同开发软件，开发周期短。

现在的高级语言编译器(如C编译器)已可以产生代码效率很高的机器代码，因此建议大家能用高级语言实现的程序尽可能使用高级语言写，在对速度和时序要求特严的场合可以采用混合编程的方法来解决。

更深入和全面的掌握各种串行通信协议的规程:

嵌入式系统目前以大量的使用串行接口外围芯片和各种通信接口，如RS232、两线(I2C)、三线(SPI)、单总线、USB、CAN、TCP/IP等。开发人员和程序员应了解低层协议，熟悉硬件怎样和如何实现低层协议，如何定义可靠的上层应用协议，以及低层协议驱动同上层应用协议之间的接口设计(中间层软件的实现)等。

硬件工程师的软件编写能力要提高，采用标准程序编写方式、完善的软件整体框架的设计、良好的数据结构和程序结构系统。(计算机软件专业的程序设计员对硬件不熟悉、大部分是在操作系统支持下编写软件，对低层接口和协议的驱动层以及接口也不了解，往往也编写不出好的单片机系统程序。)

通信接口的编写应尽量

.采用中断+缓冲区，

.分层+结构化设计，

.尽量不使用轮循方式(降低AVR的效率)。参见URAT(RS232)驱动+中间层软件示例。

采用好的系统设计模式：

尽量不使用传统的前后台(中断)系统设计模式，任务之间相互影响和干扰，无法定时操作。如设计一个采用动态扫描方式驱动的8位LED数码管显示+动态扫描的4*4矩阵键盘。

采用TimeTip+状态机设计+CASE结构，实现多任务并行运行系统设计方法。或时间触发式的系统设计。(见：《时间触发嵌入式系统设计模式》中国电力出版社 2004.6)

移植小型嵌入式操作系统，如UCOS-II。在网上有些免费的基于AVR的简洁的操作系统。

提高C语言的编程能力和软件应用水平：

熟悉和用好C中的数据结构体、指针应用、内存管理等较高级的应用。

熟悉和了解你所使用的高级语言开发平台的特点。这些平台是针对某一类处理器的，包含许多特殊的不兼容的语句和扩展的结构、语句、函数等。尽管使用方便，但由于其不透明性和时间的不确定性，因此要合理使用。如C中的getchar()、putchar()等。

AVR有多个开发平台，每个都有其特点和不足。能够综合使用这些平台，相互互补，能够提高开发效率。如通过ICC、CVAVR的程序生成器CodeWizard学习和了解AVR的硬件设置，简化计算，快速的生成程序基本模块，如“一个URAT(RS232)低层驱动+中间层软件示例”。

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