(论文62页19702字+硬件实物图+原理图+程序)摘要：《单片机原理与应用》课程对于许多专业来说是一门重要的专业基础课。目前，国内学校大多是以MCS-51单片机(简称51系列)为主要内容进行教学。近年来，随着半导体技术的飞速发展，大量高性能、采用新技术的嵌入式微处理器的面世，给传统的单片机教学带来了冲击，对单片机课程教学方法与教学设备的改进提出了新的课题。本设计采用Atmega16单片机作为实验平台的主芯片，通过对单片机学习过程中常用实验模块的分析，设计出实验平台的外围电路，并在实验平台的基础上编写出实验指导书。在实验平台上可以进行LED数码管显示、键盘扫描、电子音乐、串口通信等基本实验。通过这些实验，使学生更加深入的了解单片机，培养学习兴趣，提高实际操作能力。
关键词：微控制器；嵌入式；实验平台
The design of Embedded Platform based on AVR MCU
Abstract：The principle and the application of MCU is an important course for many majors. Currently, MCS-51 series MCU is adopted by most schools in China as their teaching content. However, with the development of semi-conductor technology and the appearance of high capability and Embedded Microprocessor Unit, which brings an impact on the traditional way of MCU teaching and a new task for the improvement of teaching method and facilities of MCU course. Adopting the Atmega16 MCU as the main chip of the experiment platform, we design out the peripheral circuit of the experiment platform by analyzing the experiment modes commonly used in the study of MCU. And an experiment guidebook based on its platform is also compiled. On this platform, we can carry out basic experiments like LED digital pipe display, keyboard scanning, electric music, Serial Communication, etc. Through these experiments, students will get more familiar with MCU and be more interested in it through these experiments, and it is easy to improve their ability of practical operation.
Keyword：MCU, Embedded, Experiment Platform
目 录
第1章 绪 论 1
1.1 课题的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状及发展趋势 2
1.3 课题主要工作及论文内容安排 2
第2章 AVR嵌入式实验平台设计方案论证 4
2.1 实验平台的主要设计内容 4
2.1.1 实验平台的硬件组成 4
2.1.2 实验平台的软件部分 4
2.2 实验平台的设计方案论证 4
2.2.1 芯片选用 4
2.2.2 电源部分 5
2.2.3 ISP程序下载部分 5
2.2.4 串行通信部分 5
2.2.5 LED/LCD显示部分 6
2.2.6 键盘扫描部分 6
2.2.7 AD转换部分 6
2.3 实验平台的应用模式 7
第3章 AVR嵌入式实验平台硬件设计 8
3.1 实验平台总体设计框图 8
3.2 硬件电路设计 8
3.2.1 ATMEGA16芯片特性及引脚分析 8
3.2.2 电源部分设计方案 10
3.2.3 ISP在线编程部分设计方案 10
3.2.4 JTAG接口部分设计方案 11
3.2.5 串行通信部分设计方案 12
3.2.6 LCD显示电路设计方案 13
3.2.7 LED数码管显示电路设计方案 15
3.2.8 键盘扫描部分设计方案 16
3.2.9 音频驱动电路设计方案 17
3.2.10 AD转换滤波电路的设计方案 18
3.2.11 复位电路设计方案 18
3.2.12 红外通信模块设计方案 19
第4章 AVR嵌入式实验平台软件设计 21
4.1 开发语言的选择 21
4.2 工具软件介绍 22
4.2.1 ImageCraft的ICCAVR介绍 22
4.2.2 ICCAVR中的文件类型及其扩展名 22
4.3 基本实验设计 23
4.3.1 P口输出点亮LED 23
4.3.2 LED数码管显示 24
4.3.3 串口通信 27
4.3.4 电子音乐 28
4.3.5 键盘扫描实验 29
4.4 总结 30
第5章 系统调试 32
5.1 硬件调试过程 32
5.2 软件调试过程 32
5.3 联机调试 35
5.3.1 键盘扫描程序 35
5.3.2 LED数码管循环移位显示 35
5.3.3 串口通信 35
5.3.4 电子音乐 36
5.3.5 P口输出LED循环点亮实验 36
总结 37
致谢 38
参考文献 39
附 录 40
附录1 硬件实物图 40
附录2 原理图 41
附录3 程序 42
实验1 键盘扫描 42
实验2 串口通信 46
实验3 电子音乐实验程序 48
实验4 P口输出LED循环点亮实验程序 52
实验5 LED数码管测试程序 55
第1章 绪 论
1.1 课题的背景及意义
现代计算机技术的产业革命，将世界经济从资本经济带入到知识经济时代。在电子世界领域，从20世纪中的无线电时代也进入到21世纪以计算机技术为中心的智能化现代电子系统时代。现代电子系统的基本核心是嵌入式计算机系统(简称嵌入式系统)，而单片机是最典型、最广泛、最普及的嵌入式系统。
随着嵌入式系统应用技术的迅猛发展，人们对于核心处理器性能的要求越来越高，一些传统芯片已难以胜任许多复杂的任务。传统的51系列单片机的低速度影响到整个系统的性能水平。随着微控制器技术的快速发展，国外以及台湾地区的工程师近几年来已经较少有人使用51系列开发新产品，AVR系列单片机出色的性能和低廉的价格成为新的开发通用的MCU。我们有必要紧跟电子技术发展的前沿，使用高性能芯片，掌握其应用技巧。
ATMEL公司是世界上著名的高性能、低功耗、非易失性存储器和数字集成电路的一流半导体制造公司，公司把51内核与其擅长的Flash制造技术相结合研发出了RISC（Reduced Instruction Set CPU）精简指令集高速8位单片机，简称AVR。AVR独特结构的8-bits RISC CPU与在线自编程Flash的结合，单时钟指令，为C语言优化的指令系统设置，以及丰富的片载外围接口电路，使功能强大的AVR单片机成为一款高度灵活和高性价比的芯片，为许多高端嵌入式系统设计提供了优秀的解决方案。
我校自从2003年开始参加全国机器人大赛，根据统计，AVR系列单片机是使用频率最高的MCU，学校在相关方面也取得了巨大成绩。由于ATMEL AVR系列单片机的易用性和高性能低价格的优点，成为大学生理想的实验平台用MCU。
由于AVR单片机突出的市场及应用表现，越来越多的人开始对它感兴趣。但是对于初学者来说，要想快速的学会并能应用，仅仅有书面上的资料是远远不够的，没有实验平台，很多原理和性能无法直观的搞清楚。市场上专门做实验开发平台的公司有很多，但都是零散分布的，很多产品只有通过网上订购的方法才能得到，最主要的是价格比较昂贵，对于初学者来说很不实惠。正是基于以上原因，我选择了这个课题，目的就是针对在校学生方便快速的学习AVR单片机，而且通过设计达到降低生产成本的目的。
课题基于ATMEL AVR系列单片机设计出相应的实验平台，为同学们特别是我校机器人开发小组以后学习单片机创造一个更好的实践环境。同时课题理论与实践融与一体，为同学们了解单片机技术提供了有力的平台，能培养学生理论分析的能力、检索资料的能力、电子系统设计的能力、实际动手的能力、分析排除故障的能力以及创新设计的能力等。
1.2 国内外研究现状及发展趋势
从国际市场来看，由于国外的研究比较先进，相应的开发板功能强大，并且价格不菲，突出的如ATMEL公司的AVRDRAGON、ATSTK1000、AVRSB100等，都是针对特殊客户定制，价格都在2000-5000元左右，对于初学者来说完全没有必要。
而国内做开发板的公司很多，产品种类也比较多。在国内做的比较大的就是广州双龙电子有限公司，它的产品很全，并且在价格方面一般人都能够承受，特别的是双龙公司针对学生群体推出了很多款开发板，例如SL-DIY02-系列和SL-AVR/SL-AVR+/SL-AVRAD/SL-MEGA8等。除此之外，还有很多个人开发的实验板，如ICCAVR的Mega16、OURAVR的AVR-51实验板等，这些板子的布局不同，但功能都差不多。
随着单片机制造工艺的不断改进和技术的不断提高，对实验平台的要求也越来越高。为了更好地满足用户需求，未来的实验平台将向着以下的趋势发展：
(1) 功能更丰富。
(2) 布局模块化。
(3) 小型化。
1.3 课题主要工作及论文内容安排
了解AVR单片机的基本性能，选取实验平台的主控MCU。在此基础上设计常用的外围电路，如电源部分、ISP在线编程部分、键盘部分、串行通信接口、LED/LCD和音频电路等。然后再根据硬件电路设计一些基本实验，并写出试验程序，进行调试[1]。
论文第一章绪论主要介绍了该课题的背景、目的、意义及论文总体安排。第二章对实验平台的设计方案进行了论证；第三章对实验平台的电路设计部分进行了详细的介绍；第四章对实验平台的软件部分进行了说明；第五章对实验平台的硬件和软件进行调试分析；最后对课题进行了总结，探讨了实验系统基本的应用模式，提出了今后该实验系统进一步完善的方向。
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