教你认识单片机.doc

第2课 认识单片机学习指导：应用单片机，开展小制作小发明学习，以作品制作为主题和任务，从而逐步认识单片机，体验控制过程将作为机器人入门的一个好途径和好方法，也将成为本书的特点。简易机器人制作课程标准中指出：单片机技术是计算机技术的一个分支，单片机是简易机器人的核心元件。日常生活中的VCD机、DVD机、数字电视机、自动洗衣机、空调及其遥控器等设备都使用着各种各样的单片机，同时，在工业控制、智能机器、智能武器、智能化仪表和仪器等领域，它也得到了广泛地应用。学习机器人，首先必须学会认识和使用单片机。一、何谓单片机机器人控制一般采用高性能的计算机，而小型或简易机器人的控制则经常使用集计算机的基本功能于一体的IC封装芯片即LSI（大规模集成电路），这种IC芯片称为微控制器，俗称单片机。图2-1二种ATmega8L芯片目前有许多种类的微控制器即单片机，如微芯（Microchip technology）公司生产的PIC、Renasas technology公司的H8、Atmel公司的AVR系列单片机，也有许多像电子钟表、遥控器等专用单片机。ATMEL公司是世界上最著名的FLASH存储器制造商，其卓越的存储技术与INTEL公司非凡的单片机技术整合一起，推出了AVR系列的各类型号单片机，这是目前世界上最先进的单片机之一。ATmega8L是AVR系列单片机中的高档产品，有擦写次数大于10000次的FLASH程序存储器8K、EEPROM 0.5K、内部SRAM 1K、可编程I/O（输入/输出）端口四组23个、看门狗、同/异步串行口、TWI、SPI、A/D模数转换器、定时器/计数器等，它以高性能、低价格的特性，成为AVR产品系列中的一颗明星，如图2-2所示。本书以ATmega8L为例。CPUEEPROMSRAMFLASH RAM时钟I/0端口图2-2 ATmega8L构成二、单片实验机仅仅有单片机芯片还不能控制和应用，需将一些输入与输出，存储与执行的电路与元件集成在一块集成电路板上，使得实验、开发和应用更加方便，这种器材就是单片实验机，也常常简称单片机。 图2-3各种单片实验机与普通计算机相比，单片实验机没有非常明确像586电脑之类的配置标准，但也有大有小，有复杂有简单，接口电路和执行驱动电路都会所不同，国内外有许多现成实验机可供学习与开发使用，学习者和应用目标必须根椐需要，选择合适的进行实验开发操作。为适合中小学生普及机器人与单片机知识，及本书内容，专门开发了一个简易单片实验板系统。既符合和涵盖简易机器人制作课程标准内容，又能为单片机、机器人创新发明制作提供硬件、软件平台。有两种基本结构，区别是否有LCD屏。图2-4 简易单片实验板 三、单片实验平台有了单片机实验板后，还需要开发用计算机和软件，才构成一个完整的单片机实验学习开发系统，如图2-5所示。(缺图一张)1 计算机平台：一般386以上，可以运行Win98/2000/NT的电脑都可以。课标意见：简易机器人制作课程标准中要求教学中要重视使用计算机技术提供的学习平台，突出简易机器人的实际应用，合理选择价格低廉、可多次烧结的单片机型号和通俗易懂的单片机编程语言。2 软件平台：对于AVR系列单片机，有多种语言支持。如：汇编语言、C语言、BASIC语言等。基于中小学生适应性和易学性，本教材选用MCS公司的BASCOM-AVR软件，体现“通俗易懂”精神，同时编者在国内首先对该软件进行了汉化，使中小学生看得明白，学得满意。 其他类似开发软件，如可以写汇编语言和下载仿真调试的免费软件AVR Studio，全球AVR使用人数很多、可以用C语言编程的免费软件WinAVR（即GCC），以及ICCAVR、CodeVersion、IAR等，可以自己在已有基础上继续学习。3 程序下载器：将用BASCOM语言编写的程序通过计算机并口与实验板上的ISP口，下载写到单片机芯片ATmega8L中。 四、使用单片机一个新实验板的单片机芯片中，已下载写入过一个演示程序，当装上二节5号电池，打开电源开关后，就能一一执行单片机控制功能，体验到初识单片机的惊喜。演示共有5个功能，分别为按键1：单片机会执行流水彩灯；按键2：峰鸣器将奏一曲（可能音色不好，换上小功率扬声器将大大改观）；左右晃动实验板，水银开关闭合：发光二极管闪亮多次；将光敏传感器（CDS单元）插入PC5端口（26脚），用手或其他物品遮盖CDS单元：奇数二极管闪亮；再将红外接受管（兰色）插入PC3端口，用家用电器遥控靠近对准按键时：偶数二极管闪亮，并拌有峰鸣声。如图2-6所示。 （缺图一张）探究实践BASCOM-AVR的安装与汉化图2-7 DEMO版文件 BASCOM-AVR 是MCS 公司推出的面向AVR 单片微控制器系列，采用高级程序设计语言Windows BASIC 的软件开发平台，它的运行环境是Windows95/98/NT。BASCOM-AVR DEMO版 是MCS Electronics 公司推出最新免费版。尽管DEMO版仅可生成4KB 程序代码，但足可用于实验和学习。1 下载上网站；单击“DOWNLOADS”栏目，单击选择“BASCOM-AVR downloads page”;下载BASCOM-AVR DEMO版的6个disk文件,结果如图2-7所示。2 解压用Winzip软件将DEMO 版的6个安装软件包的文件解压到硬盘的临时目录。3. 安装图2-8 BASCOM-AVR启动画面双击运行临时目录下软件安装程序setupDEMO.EXE， 出现安装画面后，单击 “Next”按钮继续；阅读版权说明后单击“Yes” 按钮，接着输入用户名字和公司名称；继续单击“Next” 按钮， 采用缺省设置直到安装结束。4. 汉化 将已对DEMO 版汉化过的二个主文件BASCAVR.EXE 、BASC-AVR.DLL，拷贝到相应文件夹，覆盖原文件，就成汉化版。电子元件与传感器 介绍电阻、二极管、三极管资料卡ATmega8的主要性能1高性能、低功耗的8位AVR微控制器，先进的RISC精简指令集结构130条功能强大的指令，大多数为单时钟周期指令32个8位通用工作寄存器工作在16MHz时，具有16MIPS的性能片内集成硬件乘法器（执行速度为2个时钟周期）2片内集成了较大容量的非易失性程序和数据存储器以及工作存储器8K字节的Flash程序存储器，擦写次数：10000次支持可在线编程（ISP）、可在应用自编程（IAP）带有独立加密位的可选BOOT区，可通过BOOT区内的引导程序区（用户自己写入）来实现IAP编程。512个字节的E2PROM，擦写次数：100000次1K字节内部SRAM可编程的程序加密位3丰富强大的外部接口（Peripheral）性能2个具有比较模式的带预分 频器（ Separate Prescale）的 8位定时/计数器1个带预分频器 （SeParat Prescale），具有比较和捕获模式的 16位定时计数器1个具有独立振荡器的异步实时时钟（RTC）3个PWM通道，可实现任意16位、相位和频率可调的PWM脉宽调制输出8通道 A/D转换（ TQFP、MLF封装），6路10位 A/D+2路8位A/D6通道 A/D转换（ PDIP封装），4路10位A/D+2路8位A/D1个I2C的串行接口，支持主/从、收/发四种工作方式，支持自动总线仲裁1个可编程的串行USART接口，支持同步、异步以及多机通信自动地址识别1个支持主/从（Master/Slave）、收/发的SPI同步串行接口带片内RC振荡器的可编程看门狗定时器片内模拟比较器4特殊的微控制器性能可控制的上电复位延时电路和可编程的欠电压检测电路内部集成了可选择频率（l/2/4/8MHZ）、可校准的RC振荡器外部和内部的中断源18个五种睡眠模式：空闲模式（Idle）、ADC噪声抑制模式（ADC Noise Reduction）。省电模式（Powersave）、掉电模式（Powerdown）、待命模式（Standby）5I/O口和封装最多23个可编程I/O口，可任意定义I/O的输入/输出方向；输出时为推挽输出，驱动能力强，可直接驱动LED等大电流负载：输入口可定义为三态输入，可以设定带内部上拉电阻，省去外接上拉电阻28