AVR MEGA16实验箱使用说明V1.0.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流AVR MEGA16实验箱使用说明V1.0目录一、系统概述1.1 简介 41.2 实物图片 41.3 产品特性 41.4 产品定位 41.5 硬件资源 51.6 实验项目 5二、硬件原理分析2.1 接口说明 72.2 跳线说明 72.3 电源电路 82.4 三合一工具 8 2.5 直流电机 82.6 步进电机 9 2.7 RS232/RS485电路 92.8 红外线收发电路 102.9 16*16点阵屏电路 102.10 实时时钟DS1302和蜂鸣器电路 112.11 存储器电路 112.12 发光二极管电路 122.13 AD、LED、按键
2、电路 122.14 CPU部分 132.15 晶振电路 13 2.16 LCD液晶屏接口 132.17 数码管电路 142.18 按键电路 14三、建立开发环境3.1 AVR单片机教学实验平台 153.2 ICCAVR程序编写及编译环境 163.3 AVR STUDIO程序仿真及编程环境 163.4 实验板驱动安装 16四、实验箱练习入门4.1 如何使用实验箱进行学习 174.2 实验程序修改及编译 174.3 程序ISP下载 20 4.4 程序JTAG下载 22 4.5 芯片熔丝位 23 4.6 程序JTAG仿真调试 25 4.7 AVR STUDIO常用工具栏 28五、AVR应用设计5.1
3、 LED流水灯实验 315.2 LED显示与按键实验 325.3 外部中断实验 335.4 定时器计时中断实验 34 5.5 IO口驱动蜂鸣器实验 355.6 定时器CTC驱动蜂鸣器实验 365.7 定时器PWM实验 37 5.8 SPI扩展IO口实验 385.9 8位数码管动态显示实验 395.10 2路ADC模数转换实验 405.11 4*4矩阵键盘实验 415.12 RS232实验-查询方式 435.13 RS232实验-中断及查询混合方式 445.14 RS485实验-中断及查询混合方式 455.15 CPU片内EEPROM读写实验 465.16 AT24C02、TWI/IIC接口EE
4、PROM读写实验 475.17 AT45DB041、SPI接口FLASH读写实验 485.18 DS1302实时时钟实验 495.19 看门狗实验 505.20 复位实验 515.21 休眠实验 525.22 LCD1602点阵液晶屏显示实验 535.23 LCD1602按键输入显示实验 545.24 16*16点阵屏实验(高级实验) 555.25 LCD12864点阵液晶屏显示实验(高级实验) 565.26 蜂鸣器播放乐由实验(综合实验) 575.27 UART串口实验(高级实验) 595.28 Boot loader程序区实验(高级实验) 62 5.29 Boot loader自编程实验(
5、高级实验) 645.30 红外接收实验(扩展实验) 66 5.31 红外接收控制实验(扩展实验) 685.32 直流电机驱动实验(扩展实验) 69 5.33 直流电机调速实验(扩展实验) 70 5.34 步进电机驱动实验(扩展实验) 71 5.35 步进电机调速实验(扩展实验) 72一、系统概述1.1 AVR单片机教学实验平台简介:实验箱专门为实验教学设计,安排了典型的功能电路,最大限度地发挥芯片特性。整体合理布局、模块划分清晰符合正常使用习惯。1.2 AVR单片机教学实验平台实物图片:1.3 产品特性:1. 实验模块划分清晰,各功能模块通短路块与CPU连接,连接短路块内外网络均有标注,模块划
6、分清晰,模块连线清晰。2. 功能配置均衡,AVR MEGA16实验箱是一款通用型教学平台,集成了各种常见的典型实验电路,板上集成了带有芯片修复功能的开发工具,独立性强。3. 芯片IO口资源合理分配,IO口尽量不复用,决不允许IO口出现矛盾复用。实验时极个别情况需要取出部分短路块,所有实验均不需要进行任何连线,几乎允许所有实验模块同时运行,极大方便各模块之间进行综合实验。所有IO口及端口跳针均有详细标注,直观容易理解。4. 集成研发的工具,具有ISP下载和JTAG仿真调试功能。与电脑USB口连接,即可完成芯片的仿真及烧写功能,无需购买单独开发工具。5. 具有熔丝修复功能,采用高压修复方式,任何锁
7、住情况都可以修复,确保实验正常进行。6. 超强电源保护,具有过流、过压、反向、静电保护能力,极大限度的保证实验箱和电脑的安全和稳定性。1.4 产品定位:AVR MEGA16实验箱针对学校实验室教学设计,集成开发工具、实验项目全面整体配置均衡,是大学实验室的理想教学平台。1.5 硬件资源:1. AT Mega16芯片,内含:16K Flash、1K SRAM、512Byte EEPROM;2. CPU可插拔,兼容AT Mega32芯片,有容量需要可直接更换;3. 所有IO口全部引出,所有IO口均有标注4. 板上配有优质晶振座,晶振可自行更换,支持0-16M5. 1个复位按键、2个中断按键;6.
8、1个电源指示灯、2个发光二极管(亮度可调);7. 16位LED发光二极管;8. 8位动态扫描数码管;9. 16*16点阵LED屏;10. LCD12864点阵液晶屏,背光可调,可显示汉字;11. 4*4矩阵按键;12. 1个无源蜂鸣器,可输出乐曲;13. 1路RS232接口;14. 1路RS485接口;15. 1路步进电机接口16. 1路直流电机接口17. 2路ADC输入,连接电位器;18. 2路PWM输出,间接实现DA功能,可实现亮度调节;19. 红外线接收电路20. 红外线发射电路21. 74HC595,SPI接口串转并扩展器件,电路上大量用到;22. DS1302,实时时钟芯片,带电容式
9、后备电源;23. AT24C02,I2C接口EEPROM数据存储器,2K Bit;24. AT45DB041,SPI接口大容量FLASH存储器,4M Bit;25. 三合一开发工具,ISP下载、JTAG仿真、高压修复。1.6 实验项目:标准实验:1. LED显示实验;2. LED显示与按键实验;3. 外部中断实验;4. 定时器计时中断实验;5. 软件驱动蜂鸣器实验6. 定时器CTC驱动蜂鸣器实验;7. 定时器PWM实验;8. SPI扩展IO实验;9. 8位数码管动态显示实验;10. 2路ADC模数转换实验;11. 4*4矩阵键盘实验;12. RS232实验A-查询方式13. RS232实验B-
10、中断及查询混合方式14. RS485实验-中断及查询混合方式;15. CPU片内EEPROM读写实验;16. AT24C02,TWI/I2C接口EEPROM读写实验;17. AT45DB041,SPI接口FLASH读写实验;18. DS1302实时时钟实验,数码管显示;19. 看门狗实验;20. 复位实验,展示:上电复位、外部复位、掉电复位、看门狗超时复位;21. CPU休眠实验22. LCD1602显示实验23. LCD1602按键显示实验增强型综合实验:24. 16*16点阵屏动态显示实验25. LCD12864点阵液晶屏显示实验26. 蜂鸣器播放乐曲实验;充分发挥定时器的CTC调频功能和
11、定时中断特性,由CTC和中断配合实现,无需主程序干预即可播放。为定时CTC模式及计时中断模式配合的典范。主程序、乐曲表、播放模块各自独立运行,由指针调用,程序架构清晰严紧,有很大的参考价质。27. UART串口高级实验;此实验主要向大家展视带协议的数据传输方式,把大家从单字节的思维里带出来,认识真正的具有实际意义数据通信。程序中内定有典型的通信协议,并以全中断方式编写,程序合理高效,处理机制原理可直接用于项目中。28. Boot 程序区实验 熟悉BOOT区程序的生成、烧录、运行、程序切换、熔丝设置方法,为后面IAP实验打基础。29. IAP自编程实验AVR单片机自编程实验,属于串口通信和AVR
12、单片机里面的高难度实验,上位机使用标准AVR ISP下载软件,无需编写上位机软件,简单方便入手。30. 红外编码显示实验-接收并显示通用编码格式的红外线数据31. 红外命令接收实验-接收红外线摇控器命令并对命令作出反应32. 直流电机驱动实验33. 直流电机PWM调速及方向控制实验34. 步进电机驱动实验35. 步进电机精确控制实验二、硬件原理分析2.1 接口说明接口编号说明备注J112V电源输入支持9-12V直流电源。J2USB接口三合一工具的数据通信。J5直流电机接口直流电机接口。J6步进电机接口步进电机接口。J7RS485接口RS485接口。J8、J9芯片IO口引出CPU全部IO口。J1
13、0扩展IO口SPI串转并16路输出口。J11、J12LCD12864接口LCD12864点阵液晶屏。J13LCD1602接口预留接口。SW1电源开关12V电源开关。COMRS232接口RS232接口。2.2 跳线说明跳针编号说明备注JP1电源引出端口电源端口,有12V、VCC、GND引出。JP2直流电机连接端口直流电机连接端口。JP3步进电机连接端口步进电机连接端口。JP4RS232/RS485连接端口RS232/RS485信号连接端。JP5红外线连接端口红外线发送及接收信号连接。JP616*16点阵屏连接端口16*16点阵屏连接端口。JP724C02、45DB041连接端口24C02、45D
14、B041混合连接端口。JP8DS1302、蜂鸣器连接端口DS1302、蜂鸣器混合连接端口。JP916位LED连接端口16位LED连接端口JP10AD、LED、按键连接端口AD、独立LED带PWM功能、独立按键带中断输入JP12数码管连接端口数码管连接端口2.3 电源电路实验箱主要由LM2575提供5V电源,LM2575为开关型高效稳压芯片。F1为自恢复型过流保护器件,当电流超过500mA时F1将切断电流。Z1、Z2为瞬态抑制二极管,其特点是可瞬间吸收大能量的干扰信号,主要作用是仿止学习板系统电源过压,保护整个系统的安全。本电源电路只提供12V、5V两组电源,3.3V电源由FT232芯片提供。2
15、.4 三合一工具实验箱集成了USB接口的AVR三合一工具,具有ISP下载、JTAG仿真、熔丝修复功能。三种功能由按键ISP/JTAG实现切换,通过按键可循环切换ISP和JTAG工作模式,状态指示灯会显示当前工作模式。熔丝修复功能需要按住按键不放,约10S后三个状态指示灯全亮,松开按键即可修复芯片。小图中是ISP和JTAG接口电路,标准接口供参考,实际电路中没有这两个接口。高压修复需要与目标CPU大量连线,看起来比较复杂,大家可以不必理会,只用关心ISP和JTAG接口即可,其它高压修复部分平时为悬空状态,不会影响CPU正常工作。2.5 直流电机专用直流电机驱动芯片9110,电路结构简单,具体芯片
16、参数请参考芯片手册。电路中有过流保护和滤波电路,保证电路安全稳定工作。2.6 步进电机步进电机驱动电路,步进电机由ULN2003芯片驱动,ULN2003内部为7路三极管阵列,输出端具有500mA的驱动能力,可驱动0-50V的负载。输入端内部有下拉及限流电阻,外部控制信号可直接控制,不需要再加限流电阻线路非常方便。输出端内部有一组保护二极管,限制感性负载生产的反电动势。电路中有过流保护和滤波电路,保证电路安全稳定工作。ULN2003是进行简单步进电机验证控制理想驱动芯片,专业产品中要求高应采用专用步进电机驱动芯片。2.7 RS232/RS485电路RS232/RS485接口电路,RS232/RS
17、485为两种最常用的通信接口。RS232与RS485共用AVR MEGA16芯片UART接口,两路输入信号由D3 D4实现与操作,两路信号可实时复用无需跳线。RS232为点对点或叫一对一传输方式,主要用在PC机与电器设备间数据通信方面,较老的接口方式现在慢慢被USB口代替。RS485为差分多点传输方式,可多点间传输数据并具有较高的可靠性,在民用工业控制中使用非常广泛。RS485只是一种信号传输方式,只是电气级别的,不具有协议管理功能,很容易使用。RS485芯片为半双工模式需要设置输出输入状态,此电路由Q3实现自动控制功能,当TXD向外部输出低电平时Q3导通CS方向控制脚置高,当TXD输出高电平
18、时Q3截止CS被R36拉低芯片进入接收状态。此电路优点是控制简单,不易出错,缺点是输出高电平强度低,高速波型不好。2.8 红外线收发电路红外接收由LF0038红外一体接收头实现,内部具有红外接收放大滤波功能,能直接输出解调后的数据波型。红外接收头数据信号线与CPU的PD6引脚连接,PD6引脚第二功能是ICP,能够方便对红外信号进行波形宽度测量。红外发送信号与CPU的PD5引脚连接,PD5引脚的第二功能是OC1A,可由定时器硬件输出载波信号。红外线为不可见光,人眼是看不见的,电子摄像头可以看见,需要时可以借助手机观察。2.9 16*16点阵屏电路16*16点阵屏显示电路,点阵屏和数码管显示原理类
19、似,可用来显示各种图案文字等,现大量用在公交车信息显示和户外广告方面。点阵屏由4片74HC595驱动,形成16行16列的动态扫描方式。4片74HC595芯片串行连接,CPU需周期性的连续发送行列显示数据。2.10 实时时钟DS1302和蜂鸣器电路DS1302为典型的实时时钟芯片,在产品中大量使用。电路中安排有后备电源,后备电源由电容实现,供电时间短不过作为实验用是足够的,后备电源工作时间在30分钟以上,商业产品中应采用法拉电容或者用钮扣电池。此处的蜂鸣器为无源蜂鸣器,需要外加频率信号才可驱动其发声,这样我们可通过程序输出不同频率,从而实现输出不同声音的目的。蜂鸣器控制信号与CPU的PD4引脚连
20、接,PD4的第二功能是OC1B,利用定时器的CTC模式,可轻易输出所需频率信号。2.11 存储器电路存储器电路,包括IIC接口的24C02芯片和SPI接口的45DB041芯片。它们都具有可重复擦写,掉电数据不丢失特性。24C02为EEPROM存储器,它可以单字节直接写,但其容量不大,一般以K字节为单位。AVR芯片内置有EEPROM存储器,MEGA16芯片内置有512字节的EEPROM存储器,所以一般数据可以直接存储在CPU内部,无需外加存储器。此处安排24C02主要是方便让大家学习IIC接口。45DB041为FLASH存储器,它一般以页为操作单位,容量很大一般以M字节为单位。它主要用来存放大数
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- AVR MEGA16实验箱使用说明V1.0 MEGA16 实验 使用说明 V1
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