AVR单片机期末报告.docx
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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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