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第1章 ATmega48/ATmega16单片机概述1

1.1 AVR系列单片机概述1

1.1.1 单片机与嵌入式系统知识问答1

1.1.2 当代单片机内核结构的发展趋势3

1.1.3 AVR单片机概述5

1.1.4 AVR系列单片机选型6

1.2 ATmega48/ATmega16单片机及其存储器结构7

1.2.1 ATmega48/88/168与ATmega16/32单片机性能概述8

1.2.2 ATmega48/ATmega16存储器结构9

1.3 ATmega48/ATmega16最小系统与系统初始配置11

1.3.1 ATmega48/ATmega16的引脚排列11

1.3.2 ATmega48和ATmega16最小系统设计15

1.3.3 ATmega48/ATmega16的系统时钟源及单片机熔丝配置18

1.3.4 AVR单片机ISP全攻略及熔丝补救方法20

1.3.5 ATmega48/ATmega16的掉电检测电路（BOD）21

1.4 嵌入式C编程与AVR22

1.4.1 AVR的C语言开发环境23

1.4.2 C语言环境访问MCU寄存器24

1.4.3 GCC编译器下E2 PROM和Flash存储器的访问25

1.4.4 C语言下E2 PROM存储器的通用访问方法28

1.4.5 AVR C编译器的在线汇编31

1.4.6 标准C下位操作实现综述32

1.4.7 GCCAVR的delay.h文件与延时35

1.4.8 如何优化单片机系统设计的C代码36

1.4.9 C语言宏定义技巧及常用宏定义总结38

1.4.1 0从C51到AVR的C编程40

1.4.1 1前后台式嵌入式软件结构40

1.4.1 2基于时间触发模式的软件系统设计简介41

1.5 AVR的开发工具与开发技巧43

1.5.1 AVR单片机嵌入式系统的软件开发平台——AVR Studio43

1.5.2 AVR的JTAG仿真调试与ISP43

1.5.3 基于AVR Studio和GCCAVR的AVR单片机仿真调试45

1.5.4 只具备ISP调试条件下的AVR单片机的调试技巧50

1.5.5 单片机系统开发流程及要点52

第2章 ATmega48/ATmega16单片机I/O接口、中断系统与人机接口技术54

2.1 AVR单片机的GPIO54

2.1.1 AVR的GPIO概述54

2.1.2 AVR的GPIO应用技术要点56

2.1.3 GPIO上下拉电阻的应用总结60

2.2 人机接口——按键及其识别技术62

2.2.1 机械触点按键常识62

2.2.2 矩阵式键盘接口技术及编程65

2.2.3 智能查询键盘程序设计与单片机测控系统的人机操作界面69

2.3 LED显示技术原理与实现74

2.3.1 数码管的译码显示75

2.3.2 LED数码管驱动之静态显示和动态（扫描）显示及实例75

2.3.3 LED点阵屏技术78

2.4 ATmega48/ATmega16的中断系统81

2.4.1 中断与中断系统81

2.4.2 ATmega48/ATmega16中断源和中断向量82

2.4.3 AVR单片机中断响应过程84

2.4.4 AVR单片机中断优先级85

2.4.5 AVR中断响应的时间85

2.4.6 高级语言开发环境中中断服务程序的编写86

2.5 ATmega48/ATmega16外中断及应用实例87

2.5.1 INT0、INT1和INT2中断控制相关寄存器87

2.5.2 ATmega48引脚电平变化中断寄存器89

2.5.3 外中断实例90

2.6 AVR的SPI通信接口及其应用92

2.6.1 SPI串行总线接口92

2.6.2 AVR单片机的硬件SPI通信接口93

2.6.3 AVR单片机SPI通信相关寄存器结构95

2.6.4 AVR单片机SPI通信驱动程序设计97

2.6.5 基于SPI总线实现74HC595驱动多共阳数码管静态显示实例98

2.6.6 AVR实现硬件SPI从机器件驱动8个数码管101

2.7 AVR两线串行通信接口TWI（兼容I2C）及其应用103

2.7.1 I2 C总线概述103

2.7.2 AVR兼容I2 C的两线通信接口TWI及其相关寄存器106

2.7.3 TWI的使用方法112

2.7.4 通过TWI（I2C）主机接口操作AT24C02113

2.7.5 软件模拟I2C主机读写AT24C02118

2.7.6 ATmega48通过I2 C从机模式模拟AT24C02122

2.8 1602字符液晶显示器及其接口技术124

2.8.1 1602总线方式驱动接口及读/写时序125

2.8.2 操作1602的11条指令详解126

2.8.3 1602液晶驱动程序设计129

2.9 ST7920（128×64点）图形液晶显示器及其接口技术135

2.9.1 ST7920引脚及接口时序135

2.9.2 ST7920显示RAM及坐标关系136

2.9.3 ST7920指令集138

2.9.4 ST7920的C例程141

2.10 128×64点阵SPLC501液晶控制器及应用146

2.10.1 128×64点阵图形液晶驱动芯片SPLC501147

2.10.2 SPLC501程序设计举例151

第3章 ATmega48/ATmega16单片机的定时器及相关技术应用156

3.1 ATmega48/ATmega16的定时/计数器概述156

3.2 ATmega48/ATmega16的定时/计数器0——T/C0161

3.2.1 T/C0概述161

3.2.2 ATmega48/ATmega16的T/C0相关寄存器161

3.2.3 ATmega48/ATmega16的T/C0的定时应用举例167

3.3 ATmega48/ATmega16的定时/计数器1——T/C1168

3.3.1 T/C1概述168

3.3.2 T/C1的输入捕捉单元169

3.3.3 ATmega48/ATmega16的T/C1相关寄存器170

3.3.4 利用ICP测量方波的周期174

3.4 ATmega 48/ATmega 16的定时器/计数器2——T/C2177

3.4.1 T/C2概述177

3.4.2 ATmega48/ATmega16的T/C2相关寄存器178

3.4.3 基于T/C2的RTC系统设计185

3.5 频率测量及应用190

3.5.1 频率的直接测量方法——定时计数190

3.5.2 通过测量周期测量频率192

3.5.3 等精度测频法192

3.5.4 频率/电压（F/V）转换法测量频率196

3.6 PWM技术及应用系统设计197

3.6.1 PWM技术概述197

3.6.2 PWM的频率控制应用198

3.6.3 PWM的功率控制应用198

3.6.4 基于PWM实现D/A199

3.7 超声波测距仪的设计203

3.7.1 超声波测距原理203

3.7.2 基于单片机的超声波测距仪的设计204

3.8 正交编码器的原理及设计210

3.8.1 光电编码器210

3.8.2 正交编码器211

第4章 单片机测控系统与智能仪器217

4.1 单片机测控系统与智能仪器概述217

4.1.1 单片机测控系统及构成217

4.1.2 传感器、检测技术、电子测量与智能化测量仪表220

4.1.3 智能化测量仪表的自检功能及实现222

4.2 信号调理与量程自动转换技术223

4.2.1 信号调理技术223

4.2.2 量程自动转换技术224

4.3 智能多路数据采集系统226

4.3.1 多路数据采集系统的基本构成226

4.3.2 智能化多路数据采集系统原理227

4.3.3 模拟开关、参考源与多路输入程控增益放大电路230

4.4 ATmega48/ATmega16片上A/D转换器及其应用233

4.4.1 A/D噪声抑制234

4.4.2 片内基准电压235

4.4.3 ATmega 48/ATmega 16与A/D转换器有关的寄存器详述235

4.4.4 AVR的A/D转换应用举例241

4.4.5 A/D键盘242

4.5 高性能外围A/D器件——TLC2543、ICL7135和AD7705245

4.5.1 具有11通道的12位串行模拟输入A/D转换器——TLC2543245

4.5.2 高精度4 1/2位CMOs双积分型A/D转换器——ICL7135251

4.5.3 内置PGA的16位∑-ΔA/D转换器——AD7705256

4.6 单片机外围D/A器件——DAC0832和TLV5618265

4.6.1 T型电阻网络与DAC0832265

4.6.2 12位双路D/A——TLV5618272

4.7 ATmega 48/ATmega 16片上模拟比较器与综合应用274

4.7.1 片上模拟比较器的相关寄存器274

4.7.2 片上模拟比较器软件设计276

4.7.3 模拟比较器应用——超限监测277

4.7.4 模拟比较器及ICP1综合应用——正弦波周期测量279

4.8 单片机测控系统的抗干扰设计280

4.8.1 单片机应用系统抗干扰设计的基本原则281

4.8.2 单片机应用系统PCB布线的基本原则282

4.8.3 单片机软件抗干扰技术——看门狗技术284

4.8.4 单片机睡眠工作方式在抗干扰中的应用289

4.8.5 软件抗干扰的健壮性设计289

4.9 便携式设备的低功耗设计290

4.9.1 延长单片机系统电池供电时间的几项措施290

4.9.2 利用单片机的休眠与唤醒功能降低单片机系统功耗292

4.10 智能测控系统的典型数据处理技术295

4.10.1 概述295

4.10.2 测量数据的标度变换296

4.10.3 数字滤波技术297

4.10.4 系统误差校正技术309

4.10.5 测量结果的非数值处理方法——查表法311

第5章 智能传感器与智能仪器设计——时域测量技术及应用315

5.1 电阻电桥基础315

5.1.1 基本直流电阻电桥配置316

5.1.2 电阻电桥应用电路的几个关键技术318

5.1.3 高精度∑-ΔA/D转换器与直流电桥321

5.1.4 双电源供电电阻电桥实际应用技巧322

5.1.5 硅应变计323

5.1.6 电压驱动硅应变计324

5.1.7 电流驱动硅应变计329

5.2 基于恒流源的铂电阻智能测温仪表的设计331

5.2.1 铂电阻温度传感器331

5.2.2 铂电阻测温的基本电路332

5.2.3 Pt100恒压分压式三线制测温电路334

5.2.4 基于双恒流源的三线式铂电阻测温探头设计335

5.2.5 基于ICL7135和双恒流源的铂电阻智能测温仪表的设计338

5.3 精密数控电源的设计339

5.3.1 精密数控对称双极性输出直流稳压电源的设计339

5.3.2 精密数控恒流源技术344

5.4 晶体三极管参数测试仪的设计347

5.4.1 三极管β参数的测试348

5.4.2 三极管输入、输出特性曲线的测量348

第6章 智能传感器与智能仪器设计——频域测量相关技术及应用352

6.1 正弦波参数测量技术352

6.1.1 真有效值测量技术352

6.1.2 正弦信号的幅度测量技术356

6.1.3 正弦信号的相位测量技术358

6.2 FFT与谐波分析技术及应用360

6.2.1 FFT与谐波分析技术360

6.2.2 基于FFT技术的失真度测量366

6.2.3 基于FFT技术的双路同频正弦波参数测量367

6.3 正弦波扫频信号源的设计368

6.3.1 直接数字合成（DDS）信号源368

6.3.2 DDS专用集成电路AD9833369

6.4 线性网络频率响应测试仪的设计375

6.4.1 频率响应测试仪概述375

6.4.2 双12位A/D转换器——AD7862376

6.4.3 基于扫频测试法及FFT技术实现频响测量378

6.5 低频阻抗分析仪的设计380

6.5.1 阻抗测量与应用概述380

6.5.2 R、L、C阻抗元件的基本特性及电路模型382

6.5.3 阻抗测量技术385

6.6 电能质量测量仪的设计389

6.6.1 电能质量测量仪总体方案论证390

6.6.2 电能质量测量仪相关理论及分析391

6.6.3 信号输入及调理电路设计393

6.6.4 电源电路设计395

6.6.5 软件设计及总结396

第7章 基于模糊PID控制的计算机控制系统设计与应用397

7.1 PID与控制系统397

7.1.1 计算机控制技术及算法概述397

7.1.2 PID控制技术398

7.1.3 数字PID控制技术400

7.1.4 PID参数的整定403

7.2 基于数字PID的热水器恒温控制系统设计406

7.2.1 恒温控制系统的构成407

7.2.2 传感器的选择407

7.2.3 温控器功率输出控制408

7.2.4 温控器系统软件设计409

7.3 模糊控制技术与嵌入式模糊控制系统设计417

7.3.1 模糊数学与模糊控制概述417

7.3.2 系统变量的模糊化419

7.3.3 模糊推理及解模糊化421

7.3.4 嵌入式模糊控制器423

7.4 基于模糊PID控制的计算机控制系统设计427

7.4.1 模糊PID控制器428

7.4.2 智能PID控制器参数的智能调整428

7.4.3 模糊自整定PID控制器原理429

第8章 分布式智能测控系统及其应用433

8.1 AVR的串行通信接口USART433

8.1.1 串行通信常识433

8.1.2 AVR的通用同步和异步串行接口USART435

8.1.3 USART寄存器描述436

8.1.4 自适应波特率技术442

8.1.5 UART基本应用程序模块设计及说明442

8.1.6 ATmega48 SPI模式下的USART——MSPIM447

8.2 基于RS-232的通信系统设计452

8.2.1 RS-232C介绍与PC硬件453

8.2.2 UART电平协议转换芯片MAX232和MAX3232455

8.2.3 单片机点对点RS-232通信设计举例456

8.2.4 PC端Windows操作系统下RS-232通信程序设计464

8.3 基于 RS-485的现场总线监控系统设计468

8.3.1 RS-485总线系统468

8.3.2 RS-485总线通信系统的可靠性分析及措施471

8.3.3 基于RS-485和Modbus协议的分布式总线网络476

8.3.4 循环冗余校验——CRC480

8.3.5 基于Modbus和RS-485的网络节点软件设计485

8.4 Bootloader及应用491

8.5 基于DS18B20的多点温度巡回检测仪的设计501

8.5.1 DS18B20概貌501

8.5.2 DS18B20内部构成及测温原理502

8.5.3 DS18B20的访问协议503

8.5.4 DS18B20的自动识别技术506

8.5.5 DS18B20的单总线读写时序507

8.5.6 DS18B20使用中的注意事项508

8.5.7 ATmega48读取单片DS18B20转换温度数据程序509

8.6 一线通信技术及红外遥控应用514

8.6.1 一线通信技术514

8.6.2 红外遥控技术516

附录 ASCII表519

参考文献520