AVR单片机市场角度

• 性价比：AVR大部分型号的性价比较高，性价比表现突出的型号有：atmega48、atmega8、atmega16、atmega169P。

• 供货方面：通用型号的AVR供货较为稳定，非常规型号的AVR样品及供货仍存在问题。

• 市场占有率：AVR的市场占有率还是不如PIC与51，但AVR的优点使得AVR的市场占有一直在扩展，AVR的年用量也一直在上涨。

AVR单片机应用区域

AVR已被广泛用于：

• 空调控制板

• 打印机控制板

• 智能电表

• 智能手电筒

• LED控制屏

• 医疗设备

• GPS

第1章 MCS-51系列单片机的起源和发展 1

1.1 MCS-51系列单片机的起源 2

1.1.1 单片机的诞生 2

1.1.2 单片机的历史 2

1.1.3 MCS-51单片机的历史 3

1.1.4 MCS-51系列单片机的特点 4

1.2 MCS-51系列单片机的发展现况 5

1.2.1 概述 5

1.2.2 最新51系列单片机介绍 6

1.3 小结 12

第2章 开发一个51系列单片机项目需要的资源 14

2.1 基础知识的学习 15

2.1.1 单片机基础知识 15

2.1.2 汇编语言 15

2.1.3 C语言 16

2.1.4 模拟电路和数字电路 16

2.2 硬件资源 17

2.2.1 单片机试验电路板 17

2.2.2 仿真器 17

2.2.3 仿真器的选择和安装 19

2.2.4 编程器（烧录器） 20

2.3 软件开发环境 21

2.3.1 软件编辑环境 21

2.3.2 KEIL软件的安装 21

2.3.3 KEIL软件的使用方法 22

2.4 单片机型号的选择 22

2.5 51单片机下载线的制作 23

2.5.1 硬件调试 24

2.5.2 使用方法 24

2.6 MON51仿真器的制作 25

2.6.1 原理图 25

2.6.2 Mon51硬件调试 26

2.6.3 软件调试 27

2.7 小结 27

第3章 单片机项目的开发流程和需要遵守的规范 28

3.1 单片机项目开发流程介绍 29

3.2 原理图设计规范 30

3.3 PCB图设计规范 31

3.4 汇编语言设计规范 32

3.5 C51语言设计规范 34

3.6 小结 38

第4章 51单片机的基本结构 39

4.1 单片机的基本结构 40

4.1.1 中央处理器（CPU） 41

4.1.2 存储器 43

4.1.3 定时器/计数器 45

4.1.4 中断控制系统 45

4.1.5 串行口、并行口 46

4.1.6 总线（BUS） 46

4.1.7 时钟电路 47

4.2 二进制、十进制、十六进制 47

4.3 哈佛结构与冯·诺伊曼结构 48

4.3.1 哈佛结构 48

4.3.2 冯·诺伊曼结构 49

4.4 单片机的指令系统 50

4.4.1 指令系统 50

4.4.2 寻址方式 51

4.4.3 程序的执行过程 52

4.5 复杂指令集与精简指令集 52

4.5.1 基本概念 52

4.5.2 复杂指令集与精简指令集的特点 52

4.6 小结 53

第5章 51系列单片机指令系统 54

5.1 指令和指令格式 55

5.2 寻址模式 56

5.2.1 直接寻址 56

5.2.2 寄存器寻址 57

5.2.3 寄存器间接寻址 57

5.2.4 立即寻址 57

5.2.5 变址寻址 58

5.2.6 位寻址 58

5.2.7 相对寻址 58

5.3 数据传送指令 58

5.4 算术运算指令 60

5.5 逻辑运算及移位指令 63

5.6 控制转移指令 64

5.7 布尔变量操作指令 66

5.8 小结 67

第6章 汇编语言编程 68

6.1 什么是宏汇编器（Macro Assembler） 69

6.2 汇编语言的开发环境 69

6.3 汇编语言的汇编过程 70

6.3.1 源文件（.ASM） 70

6.3.2 目标代码文件（.HEX） 70

6.3.3 列表输出文件（.LST） 70

6.3.4 汇编处理过程 71

6.3.5 常见的编译错误 72

6.4 51单片机汇编语言指令与伪指令 72

6.4.1 常用单位与术语 72

6.4.2 常量与数值运算 72

6.4.3 汇编语言指令 74

6.4.4 汇编语言伪指令 74

6.5 用汇编语言设计程序的步骤 79

6.5.1 汇编语言程序设计的步骤 79

6.5.2 编制程序流程图 79

6.6 程序设计结构 80

6.6.1 主程序和子程序 80

6.6.2 顺序程序设计 81

6.6.3 分支结构程序设计 82

6.6.4 循环结构程序设计 83

6.6.5 查表程序设计 86

6.6.6 子程序设计 88

6.7 程序设计举例 90

6.7.1 多字节算术运算程序 90

6.7.2 数制转换程序 91

6.7.3 多分支程序 93

6.8 小结 95

第7章 单片机C51语言编程 96

7.1 单片机C51语言概述 97

7.1.1 单片机C51语言的起源和发展 97

7.1.2 C51语言编程的优点 97

7.2 C51关键字和标识符 98

7.3 C51语言的数据类型 99

7.3.1 基本数据类型 99

7.3.2 构造型数据类型 101

7.4 常量、变量和指针 105

7.4.1 常量 105

7.4.2 变量 106

7.4.3 指针 108

7.4.4 存储类型和存储模式 109

7.5 C51的基本运算 112

7.5.1 C51的赋值运算 112

7.5.2 C51的算术运算 113

7.5.3 关系运算符 114

7.5.4 逻辑运算符 115

7.5.5 位运算符 116

7.6 函数 116

C51的库函数 121

7.7 程序结构 122

7.7.1 顺序控制结构 123

7.7.2 选择控制语句 123

7.7.3 循环语句 124

7.7.4 C51语言编程实例 127

7.8 C51语言与汇编语言混合编程 128

7.8.1 在C51语言函数中嵌入汇编语言 128

7.8.2 在C51项目中加入汇编语言文件 129

7.9 一个简单的C语言项目的实施 131

7.10 小结 135

第8章 一些简单的实例 136

8.1 建立一个单片机小系统 137

8.1.1 原理图设计 137

8.1.2 制作电路 139

8.1.3 调试 140

8.2 利用单片机的I/O口控制LED 140

8.2.1 原理图设计 140

8.2.2 制作电路 141

8.2.3 设计程序 141

8.2.4 仿真和调试 143

8.3 利用定时器控制LED闪烁 143

8.3.1 原理图设计 143

8.3.2 制作电路 143

8.3.3 设计程序 143

8.3.4 仿真和调试 145

8.4 控制蜂鸣器发声 145

8.4.1 工作原理 145

8.4.2 原理图设计 146

8.4.3 制作电路 146

8.4.4 程序设计 146

8.4.5 仿真调试 148

8.5 用一个按键控制LED闪烁 148

8.5.1 工作原理 148

8.5.2 原理图设计 148

8.5.3 制作电路 149

8.5.4 程序设计 149

8.5.5 仿真调试 152

8.6 制作LED数码管显示 152

8.6.1 LED数码管结构 152

8.6.2 工作原理 153

8.6.3 原理图设计 153

8.6.4 制作电路 154

8.6.5 程序设计 155

8.6.6 仿真调试 157

8.7 设计一个键盘 158

8.7.1 键盘工作原理 158

8.7.2 原理图设计 159

8.7.3 制作电路 161

8.7.4 程序设计 161

8.7.5 仿真调试 164

8.8 看门狗电路的设计 165

8.8.1 工作原理 165

8.8.2 原理图设计 166

8.8.3 制作电路 168

8.8.4 程序设计 168

8.8.5 仿真调试 171

8.9 小结 172

第9章 51单片机电源系统的设计 173

9.1 开关稳压电源和线性稳压电源的基本知识 174

9.2 线性稳压电源工作原理 174

9.2.1 串联反馈型稳压电源的工作过程 174

9.2.2 稳压电路的保护环节 175

9.3 开关稳压电源工作原理 176

9.3.1 开关电源的起源和发展趋势 176

9.3.2 开关电源的分类 177

9.3.3 开关电源的工作原理 178

9.3.4 开关电源的选用 185

9.4 常用电源转换芯片介绍 186

9.4.1 三端集成稳压器 186

9.4.2 低压差线性稳压器（LDO）的原理与应用 188

9.4.3 常用DC/DC开关稳压电源芯片的选择 191

9.5 设计一个简单的线性电源单片机供电系统 193

常用的三端集成稳压电源 193

9.6 DC/DC开关电源单片机供电系统的设计 194

9.6.1 工作原理 194

9.6.2 基本应用设计 195

9.7 用MC34063设计开关电源 198

9.7.1 MC34063性能简介 198

9.7.2 MC34063降压变换器电路 199

9.7.3 MC34063升压变换器电路 199

9.7.4 MC34063大电流降压变换器电路 200

9.7.5 MC34063大电流升压变换器电路 200

9.7.6 MC34063反向变换电路 201

9.8 小结 201

第10章 51单片机通信接口实例 202

10.1 单片机常用总线简述 203

10.1.1 芯片级总线 203

10.1.2 设备级总线 204

10.2 单片机系统数据的并行传送方式与串行传送方式 207

10.3 单片机系统和计算机之间实现串行通信 207

10.3.1 RS232串行通信工作原理 207

10.3.2 MCS-51系列单片机的串行口和控制寄存器 209

10.3.3 原理图设计 210

10.3.4 制作电路 212

10.3.5 程序设计 213

10.3.6 仿真调试 216

10.4 实现与其他器件间的I2C通信 216

10.4.1 I2C协议 216

10.4.2 原理图设计 220

10.4.3 制作电路 221

10.4.4 程序设计 221

10.4.5 仿真调试 228

10.5 添加一个实时时钟 229

10.5.1 工作原理 229

10.5.2 原理图设计 231

10.5.3 制作电路 232

10.5.4 程序设计 233

10.6 液晶显示模块接口实例 238

10.6.1 液晶显示模块简介 238

10.6.2 原理图设计 243

10.6.3 制作电路 243

10.6.4 程序设计 243

10.6.5 仿真调试 251

10.7 小结 251

第11章 51系列单片机的系统扩展 252

11.1 单片机系统扩展原理 253

11.1.1 为什么扩展系统 253

11.1.2 单片机系统扩展原理 253

11.1.3 程序存储器芯片的选择 257

11.1.4 数据存储器芯片的选择 259

11.1.5 扩展系统I/O接口 260

11.2 存储器系统扩展系统实例 260

11.2.1 扩展系统程序存储器 260

11.2.2 用SRAM扩展数据存储器举例 262

11.2.3 同时扩展数据存储器和程序存储器 264

11.2.4 并行接口Flash存储器扩展实例 265

11.2.5 串行接口Flash存储器扩展实例 274

11.3 系统扩展I/O口实例 278

11.3.1 利用译码器扩展I/O口 278

11.3.2 利用并口扩展芯片8255扩展I/O口 280

11.3.3 8155扩展并行I/O接口 282

11.3.4 利用串并位移寄存器芯片扩展I/O口 286

11.3.5 利用I2C接口扩展I/O口 289

11.4 小结 291

第12章 信号转换接口 292

12.1 单片机与A/D转换接口 293

12.1.1 A/D转换原理 293

12.1.2 A/D转换器的主要技术指标 294

12.1.3 A/D转换器的分类 295

12.1.4 A/D转换器的选择原则 298

12.2 A/D转换设计实例 299

12.2.1 ADC0809介绍 299

12.2.2 原理图设计 300

12.2.3 制作电路 301

12.2.4 程序设计 301

12.2.5 仿真调试 306

12.3 D/A转换原理 306

12.3.1 D/A转换原理 306

12.3.2 D/A转换器的主要技术指标 307

12.3.3 D/A转换器的分类 308

12.3.4 D/A转换器的选择 309

12.4 D/A转换设计实例 310

12.4.1 DAC0832芯片介绍 310

12.4.2 原理图设计 311

12.4.3 制作电路 312

12.4.4 程序设计 312

12.4.5 仿真调试 314

12.5 实现PWM控制 314

12.5.1 PWM原理 314

12.5.2 PWM的实现和应用 314

12.5.3 程序设计 315

12.6 小结 317

第13章 单片机综合实例 318

13.1 用DS18B20实现的温控加热模块 319

13.1.1 DS18B20性能简介 319

13.1.2 DSl8B20时序及工作过程 322

13.1.3 原理图设计 324

13.1.4 程序设计 326

13.1.5 仿真调试 332

13.2 直流电动机控制 333

13.2.1 C8051F300简介 333

13.2.2 原理图设计 334

13.2.3 程序设计 335

13.2.4 仿真调试 340

13.3 数据采集仪设计实例 340

13.3.1 C8051F020介绍 340

13.3.2 CP2102简介 342

13.3.3 原理图设计 343

13.3.4 程序设计 345

13.4 小结 365

附录A 80C51单片机 指令速查表 366

附录B ASIIC码表 3702100433B

AVR单片机名字由来

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，简称AVR。

AVR单片机功能特点

RISC 优先选取使用频率最高的简单指令，避免复杂指令：并固定指令宽度，减少指令格式和寻址方式的种类，从而缩短指令周期，提高运行速度。由于 AVR 采用了 RISC 的这种结构，使AVR系列单片机都具备了1MIPS/MHz（百万条指令每秒/兆赫兹）的高速处理能力。

早期单片机主要由于工艺及设计水平不高、功耗高和抗干扰性能差等原因，所以采取稳妥方案：即采用较高的分频系数对时钟分频，使得指令周期长，执行速度慢。以后的CMOS单片机虽然采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施，但这种状态并未被彻底改观(51以及51兼容)。此间虽有某些精简指令集单片机(RISC)问世，但依然沿袭对时钟分频的作法。

AVR单片机的推出，彻底打破这种旧设计格局，废除了机器周期，抛弃复杂指令计算机(CISC)追求指令完备的做法；采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中(指令集中占大多数的单周期指令都是如此)，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。当然这种速度上的升跃，是以高可靠性为其后盾的。

AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆(32个寄存器文件)和单体高速输入/输出的方案(即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑)。提高了指令执行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶颈现象，增强了功能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。故AVR单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。

AVR单片机内嵌高质量的Flash程序存储器，擦写方便，支持ISP和IAP，便于产品的调试、开发、生产、更新。内嵌长寿命的EEProm可长期保存关键数据，避免断电丢失。片内大容量的RAM不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效的支持使用高级语言开发系统程序，并可像MCS-51单片机那样扩展外部RAM。

AVR单片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定（初始）高阻输入、驱动能力强（可省去功率驱动器件）等特性，使的得I/O口资源灵活、功能强大、可充分利用。

AVR单片机片内具备多种独立的时钟分频器，分别供URAT、I2C、SPI使用。其中与8/16位定时器配合的具有多达10位的预分频器，可通过软件设定分频系数提供多种档次的定时时间。

AVR单片机独有的“以定时器/计数器（单）双向计数形成三角波，再与输出比较匹配寄存器配合，生成占空比可变、频率可变、相位可变方波的设计方法(即脉宽调制输出PWM)更是令人耳目一新。

增强性的高速同/异步串口，具有硬件产生校验码、硬件检测和校验侦错、两级接收缓冲、波特率自动调整定位（接收时）、屏蔽数据帧等功能，提高了通信的可靠性，方便程序编写，更便于组成分布式网络和实现多机通信系统的复杂应用，串口功能大大超过MCS-51/96单片机的串口，加之AVR单片机高速，中断服务时间短，故可实现高波特率通讯。

面向字节的高速硬件串行接口TWI、SPI。TWI与I2C接口兼容，具备ACK信号硬件发送与识别、地址识别、总线仲裁等功能，能实现主/从机的收/发全部4种组合的多机通信。SPI支持主/从机等4种组合的多机通信。

AVR单片机有自动上电复位电路、独立的看门狗电路、低电压检测电路BOD，多个复位源(自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、BOD复位)，可设置的启动后延时运行程序，增强了嵌入式系统的可靠性。

AVR单片机具有多种省电休眠模式，且可宽电压运行（5-2.7V），抗干扰能力强，可降低一般8位机中的软件抗干扰设计工作量和硬件的使用量。

AVR系列单片机的选型

AVR单片机系列齐全,可适用于各种不同场合的要求。

AVR单片机有3个档次：

低档Tiny系列：主要有Tiny11/12/13/15/26/28等；

中档AT90S系列：主要有AT90S1200/2313/8515/8535等；(正在淘汰或转型到Mega中)

高档ATmega：主要有ATmega8/16/32/64/128（存储容量为8/16/32/64/128KB）以及ATmega8515/8535等。

AVR器件引脚从8脚到64脚，还有各种不同封装供选择。

AVR单片机优势特征

高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位,一直是衡量单片机性能的重要指标，也是单片机占领市场、赖以生存的必要条件。

AVR单片机最大特点

与其它8-Bit MCU相比，AVR 8-Bit MCU最大的特点是：

1. 哈佛结构，具备1MIPS / MHz的高速运行处理能力；

2. 超功能精简指令集（RISC），具有32个通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用单一ACC进行处理造成的瓶颈现象；

3. 快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小、执行效率，部分型号FLASH非常大，特别适用于使用高级语言进行开发；

4. 作输出时与PIC的HI/LOW相同，可输出40mA（单一输出），作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具备10mA-20mA灌电流的能力；

5. 片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠；

6. 大部分AVR片上资源丰富：带E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等；

7. 大部分AVR除了有ISP功能外，还有IAP功能，方便升级或销毁应用程序。