基于AVR单片机的教学实验系统的设计与开发

摘要

目前，大部分学校仍以20世纪80年代开始流行的MCS-51系列单片机为载体，以汇编语言为编程工具，以并行扩展为核心讲述单片机的原理和应用。尽管MCS-51在实际应用中还占有相当大的市场，但随着电子技术的迅猛发展，传统51单片机由于自身结构的原因，在数据处理能力、系统扩展等多个方面显得不能适应新技术的发展，而且通过汇编语言来介绍单片机技术，容易偏离介绍单片机技术这个主题，再选用51单片机作为载体讲授单片机技术已不再是最好的选择。
　　本文以张家界航空工业职业技术学院的单片机课程改革为背景，选用AVR系列单片机中的Atmega48研制了单片机教学实验系统。在实验系统硬件方面，主要介绍了硬件电路的选型、各单元电路的设计原理和硬件测试等内容。在实验系统软件方面，主要介绍利用C语言和AVRstdio+WINAVR开发平台开发的实验项目，重点介绍了利用C语言开发单片机的优势以及模块化编程的思想，还对相关硬件进行模拟仿真。
　　文章给出了单片机教学实验系统的硬件电路原理图，实验项目的软件流程图和C程序代码。完成了系统的组装，对各功能模块进行了Proteus仿真和硬件电路的调试，并运用于实际教学中。从教学老师及学生反应的情况表明，本实验系统运行可靠、稳定，完全能够满足教学的要求，达到了设计指标。可以做为各高职院校单片机教学实验系统。最后，文章对课题进行了总结，提出了今后该实验系统进一步完善的方向。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 单片机实验系统概述

1．2 国内高校单片机实验系统建设现状

1．3 本课题的研究背景和意义

1．4 本论文的主要内容

第2章 单片机实验系统的总体设计

2．1 实验系统需求分析

2．2 实验系统设计目标与要求

2．3 实验系统总体逻辑结构

2．4 实验系统的基本功能与工作原理

2．5 主要的芯片及硬件选型

2．5．1 微处理器选型

2．5．2 电源模块选型

2．5．3 RS232电平转换选型

2．5．4 I2C接口存储器芯片选型

2．6 基本软件开发工具与开发流程

2．6．1 软件开发环境的选择

2．6．2 下载软件的选择

2．6．3 开发流程

2．7 单片机C语言开发基础

2．7．1 利用C语言开发单片机的优点

2．7．2 单片机C语言的基本数据类型和基础语句

2．7．3 单片机C程序的基本结构

2．8 本章小结

第3章 各功能模块的硬件设计

3．1 AVR单片机最小系统

3．1．1 电源电路

3．1．2 时钟电路

3．1．3 复位电路

3．1．4 ADC滤波电路

3．2 发光二极管电路

3．3 数码管电路

3．4 I2C接口电路

3．5 RS232电路

3．6 蜂鸣器驱动电路

3．7 SPI端口扩展电路

3．8 ISP下载接口电路

3．9 键盘电路

3．10 USBASP下载线路

3．11 本章小结

第4章 单片机实验系统的硬件仿真与调试

4．1 单片机系统硬件调试

4．1．1 硬件仿真调试

4．1．2 硬件静态调试

4．2 电源模块的仿真与调试

4．2．1 电源模块仿真

4．2．2 电源模块调试

4．3 LED显示模块的仿真与调试

4．3．1 LED显示模块仿真

4．3．2 LED显示模块调试

4．4 数码管显示模块的仿真与调试

4．4．1 数码管显示模块仿真

4．4．2 数码管显示模块调试

4．5 键盘扫描模块的仿真与调试

4．5．1 键盘扫描模块仿真

4．5．2 键盘扫描模块调试

4．6 键盘扫描模块的仿真与调试

4．6．1 端口扩展模块仿真

4．6．2 端口扩展模块调试

4．7 蜂鸣器驱动电路的仿真与调试

4．7．1 蜂鸣器驱动电路仿真

4．7．2 蜂呜器驱动电路调试

4．8 本章小结

第5章 单片机实验系统的项目设计与实现

5．1 本实验系统对单片机实验教学的改进

5．2 实验系统基本实验程序设计

5．2．1 跑马灯实验

5．2．2 一位数码管的静态显示实验

5．2．3 动态扫描的多位数码管显示实验

5．2．4 延时实现的时钟系统实验

5．2．5 矩阵键盘实验

5．2．6 会呼吸的灯实验

5．3 实验系统综合实验程序设计——电子时钟设计

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

附录A (攻读学位期间发表的学术论文)

附录B (综合实验程序设计——电子时钟设计代码)

致谢