AVR单片机期末报告.docx
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AVR单片机期末报告
AVR单片机的USB下载器设计开放实验报告
姓名：
盛勇学号：
101180102院系：
电子科学与工程学院
一、背景材料
单片机简介
单片机又称单片控制器，它是把一个计算机系统集成到一个芯片上，概括的讲：
一块芯片就成了一台计算机。
单片机技术是计算机技术的一个分支,是简易机器人的核心元件。
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。
相对于出现较早也较为成熟的51系列单片机，AVR系列单片机片内资源更为丰富，接口也更为强大，同时由于其价格低等优势，在很多场合可以替代51系列单片机。
AVR单片机特点
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。
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（5-1.8V），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单片机技术体现了单片机集多种器件（包括FLASH程序存储器、看门狗、EEPROM、同/异步串行口、TWI、SPI、A/D模数转换器、定时器/计数器等）和多种功能（增强可靠性的复位系统、降低功耗抗干扰的休眠模式、品种多门类全的中断系统、具输入捕获和比较匹配输出等多样化功能的定时器/计数器、具替换功能的I/O端口）于一身，充分体现了单片机技术的从“片自为战”向“片上系统SoC”过渡的发展方向。
引脚配置
二、实验设备
硬件开发系统：
AVR单片机开发板，Microchip单片机开发板，USB连接线，计算机，IDC3编译器。
软件开发系统：
Maplab开发软件，VC++开发软件，AVRstudio。
三、开放实验内容
设计要求：
AVR单片机的编程时序
开发软件—>目标文件—>写到单片机程序存储器PM
用另一块单片机（或者叫烧录单片机A）写到目标单片机B上，用PC通过USB数据线写到烧录单片机上。
第一任务：
计算机上程序的编写
第二任务：
烧录单片机程序的编写
备注：
烧录单片机A采用Microchip公司的单片机，而目标单片机B采用Atmel公司的AVR单片机。
开发设计部分：
采用模块化设计思想，分步完成。
开发语言用C++以及C。
编写代码核心思想：
类和对象。
基础知识部分：
（1）AVR单片机编程对象
锁定位，可锁定编程或锁定Boot
熔丝位，用于配置单片机，如选择时钟源
标识字节，标识芯片的厂家和型号等
校准字节，用于校准振荡器
Flash程序存储器
EEPROM
（2）AVR单片机编程方式
并行，使用端口较多，在线编程一般不适用并行方式
串行，用于在线编程，实验中采取串行编程方式
（3）串行编程使用的引脚
（4）串行编程电路
（5）串行编程时序
（6）编程协议
通过SPI端口收发数据
以字节为一个数据传送单位以4个字节为一个指令单位
基本语句部分：
发送一个字节至AVR
unsignedcharsend（unsignedcharsend_data）
{
unsignedcharreci_data=0;inti;
for（i=7;i>=0;i--）
{
if（MISO==1）
reci_data|=0x01;
if（i!
=0）
reci_data=reci_data<<1;
delay_nus（）;MOSI=（send_data>>i）;SCK=1;
delay_nus（）;SCK=0;
delay_nus（）;
}
returnreci_data;
}
编程使能
unsignedcharprog_enable（void）
{
unsignedchari=0,data_temp,reci_data=0;
MOSI=0;SCK=0;
do
{SCK=0;delay_nus（）;RESET=1;delay_nus（）;RESET=0;delay_nms（20）;
//上电之后等待至少20ms，然后向MOSI引脚输入串行编程使能指令。
reci_data=send（0xac）;
reci_data=send（0x53）;
reci_data=send（0xaa）;
i++;
}while（（reci_data!
=0x53）&&（i<=5））;
data_temp=reci_data;reci_data=send（0x00）;//发送第四个字节
if（data_temp!
=0x53）
return（0）;
else
return
（1）;
}
擦除
voidearse（void）
{
unsignedcharreci_data=0;
reci_data=send（0xac）;
reci_data=send（0x80）;
reci_data=send（0x00）;
reci_data=send（0x00）;
}
加载程序存储页
voidwrite_flash（unsignedcharflashpage）
{
unsignedcharreci_data=0;
reci_data=send（0x4C）;
reci_data=send（（flashpage>>3）&0x0f）;
reci_data=send（flashpage<<5）;
reci_data=send（0x00）;
}
写程序存储器页
voidwrite_flash（unsignedcharflashpage）
{
unsignedcharreci_data=0;
reci_data=send（0x4C）;
reci_data=send（（flashpage>>3）&0x0f）;
reci_data=send（flashpage<<5）;
reci_data=send（0x00）;
}
模块化部分：
AVR_Programmer模块：
USB识别模块：
步骤如下一、新建一个工程，在其中创建用于管理USB的类，并输入部分代码。
Step1建一个基于MFC的工程：
AVR_Programmer
1File菜单->New
2.1Projects页->MFCAppWizard（exe）
2.2Projectsname>>AVR_Programmer
2.3OK!
3.1选择Dialogbased
3.2Finish!
Step2创建一个类：
MyUSB
1ClassView视图
2右击AVR_Programmerclasses->NewClass
3.1Classtype->GenericClass
3.2Name>>MyUSB
3.3OK!
Step3拷贝USB相关的头文件和库文件至工程所在的路径
1拷贝
hidpi.h
hidsdi.h
hidusage.h
setupapi.lib
HIDUSB.lib
hid.lib
至工程所在的路径
Step4包含头文件
1在至MyUSB.h和MyUSB.c的头部都加入这段代码：
extern"C"{
#include"hidsdi.h"
#include
#include
}
Step5设置Link的库文件
1Project菜单->Settings
2.1Link页
2.2Object/librarymodules>>HID.libHIDUSB.libsetupapi.lib
2.3OK!
Step6建MyUSB类的成员函数：
FindMyHID（）
1ClassView视图
2右击MyUSB类名->AddMemberFunction
3.1FunctionType>>BOOL
3.2FunctionDeclaration>>MyUSB:
:
FindMyHID（）
3.3OK
Step7完成函数FindMyHID（）
1将FindMyHID.txt的内容拷贝至函数FindMyHID（）
二、在对话框中建一个MyUSB类的对象，并完成USB设备的识别任务。
Step1在AVR_ProgrammerDlg.h中加入类和相应对象的声明
1ClassView视图->双击AVR_ProgrammerDlg类名
FileView视图->双击AVR_ProgrammerDlg.h文件名
2.1在classCAVR_ProgrammerDlg:
publicCDialog的上一行，输入：
classMyUSB;
2.2在public:
下一行输入：
MyUSB*m_MyUSB;
2.3保存
Step2在AVR_ProgrammerDlg.cpp中生成对象
1FileView视图->双击AVR_ProgrammerDlg.cpp文件名
2.1在CAVR_ProgrammerDlg:
:
CAVR_ProgrammerDlg（CWnd*pParent/*=NULL*/）
:
CDialog（CAVR_ProgrammerDlg:
:
IDD,pParent）
{
的下一行，输入：
m_MyUSB=newMyUSB;
2.2保存
三、完成USB设备的识别任务。
Step1在对话框中新建一个静态文本控件
1.1ResourceView视图
1.2展开AVR_Programmerresources->Dialog
1.3双击IDD_AVR_PROGRAMMER_DIALOG
2.1 删除对话框中原有的控件
2.2新建一个静态文本控件
2.3 右击控件，弹出对话栏
2.4 General页
2.5 ID>>IDC_USBSTATUS
2.6关闭对话栏
Step2静态文本控件的初始化
1.4ClassView视图
1.5展开CAVR_ProgrammerDlg，双击OnInitDialog（）
1.6在//TODO:
Addextrainitializationhere的下一行，输入：
this->SetDlgItemText（IDC_USBSTATUS,"Programmernotconnected"）;
Step3在AVR_ProgrammerDlg类中建一个数据成员m_PreDeviceDetected并初始化之
1.1FileView视图->双击AVR_ProgrammerDlg.h文件名
1.2在MyUSB*m_MyUSB;的下一行，输入：
BOOLm_PreDeviceDetected;
1.3保存
2.1FileView视图->双击AVR_ProgrammerDlg.cpp文件名
2.2在
m_MyUSB=newMyUSB;
//{{AFX_DATA_INIT（CAVR_ProgrammerDlg）
的下一行，输入：
m_PreDeviceDetected=FALSE;
2.4保存
Step4在AVR_ProgrammerDlg类中建一个系统定时函数OnTimer（）
1.1View菜单->ClassWizard
1.2MessageMaps页
1.3Classname–>CAVR_ProgrammerDlg
1.4ObjectIDs->CAVR_ProgrammerDlg
1.5Messages->WM_TIMER
1.6单击AddFunction
1.7OK!
2.1FileView视图->双击AVR_ProgrammerDlg.cpp文件名
2.2在函数CAVR_ProgrammerDlg:
:
OnTimer（UINTnIDEvent）中，输入：
if（nIDEvent==1）
{
BOOLDeviceDetected=m_MyUSB->FindMyHID（）;
if（（DeviceDetected==TRUE）&&（this->m_PreDeviceDetected==FALSE））
this->SetDlgItemText（IDC_USBSTATUS,"Programmerconnected"）;
elseif（（DeviceDetected==FALSE）&&（this->m_PreDeviceDetected==TRUE））
this->SetDlgItemText（IDC_USBSTATUS,"Programmernotconnected"）;
this->m_PreDeviceDetected=DeviceDetected;
}
2.3保存
Step5初始化系统定时函数OnTimer（）
1.1FileView视图->双击AVR_ProgrammerDlg.cpp文件名
1.2在this->SetDlgItemText（IDC_USBSTATUS,"Programmernotconnected"）;
的下一行，输入：
SetTimer（1,300,NULL）;
1.3保存
PIC_USB（使用myUSB类重写）
HEX文件解析模块
步骤如下
一、完成打开一个Hex文件的功能。
Step1在对话框内，建一个PushButton控件
1ResourceView->AVRprogrammerResources->Dialog
2.1双击IDD_AVRPROGRAMMER_DIALOG
2.2在对话框上，将几个不用的控件删除
2.3拖动一个PushButton控件到对话框内
3.1右击控件->Properties
3.2General->ID>>”IDC_OPENHEXFILE”
3.3General->Caption>>“OpenHexFile”
Step2为PushButton控件添加函数
1右击该控件->ClassWizard
2.1MessageMaps页->ClassName->CAVRprogrammerDlg
2.2ObjectIDs->IDC_OPENHEXFILE
2.3Messages->BN_CLICKED
2.4右侧->AddFunction->默认
2.5OK！
Step3将以下内容拷贝至函数体：
1CFileHexFile;
DWORDreadlen=0,filelen=0,pos=0;
unsignedcharbuf[256]={0};
intrecordlength=0,startAddr=0;
intk,page,grid;
CFileDialogfile（true,NULL,NULL,NULL,"文件（*.hex）|*.hex||"）;
if（file.DoModal（）==IDOK）
{
strname=file.GetPathName（）;
if（!
strname.IsEmpty（））
bopen=TRUE;
Invalidate（）;
}
else
bopen=FALSE;
Step4声明成员变量（CAVRprogrammerDlg类）
CStringstrname;
BOOLbopen;
二、在对话框中建一个Edit控件。
Step1在对话框内，建一个Edit控件
1ResourceView->AVRprogrammerResources->Dialog
2.1双击IDD_AVRPROGRAMMER_DIALOG
2.2拖动一个Edit控件到对话框内
3.1右击控件->Properties
3.2General页->ID>>”IDC_BUFFER”
Step2修改Edit控件的属性
1.1Styles页->勾选：
Multiline，
Verticalscroll，
AutoVSroll，
Wantreturn，
Read-only。
三、完成对Hex文件的解析工作。
Step1将以下代码拷贝至AVRprogrammerDlg:
:
OnOpenhexfile（）函数体：
（紧接原有代码之后）
if（bopen）
{
HexFile.Open（strname,CFile:
:
modeRead）;
filelen=HexFile.GetLength（）;
while（pos{
readlen=HexFile.Read（buf,1）;//读一个字符
pos+=readlen;
if（buf[0]==0x3a）//如果是冒号
{
readlen=HexFile.Read（buf,2）;//再读两字符，记录长度
pos+=readlen;
recordlength=Cal10（2,buf）;
readlen=HexFile.Read（buf,4）;//读四字符，起始地址
pos+=readlen;
startAddr=Cal10（4,buf）;
readlen=HexFile.Read（buf,2）;
pos+=readlen;
if（buf[1]==48）
{
page=startAddr/64;
grid=startAddr%64;
for（i=0;i{
readlen=HexFile.Read（buf,2）;
pos+=readlen;
data_buffer[page][grid]=Cal10（2,buf）;
grid++;
if（grid>63）
{
page++;
grid=0;
}
}
page_length=page;
lpage_length=grid;
readlen=HexFile.Read（buf,4）;
pos+=readlen;
}
else
{
readlen=HexFile.Read（buf,4）;
pos+=readlen;
}
}
}
HexFile.Close（）;
}
CStringdisplayP,displayG,DispAddr;
DispAddr.Empty（）;
displayG.Empty（）;
for（k=0;k<128;k++）
{
for（i=0;i<4;
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