【正文】 在實際單片機程序設(shè)計中，程序結(jié)構(gòu)一般均采用如下結(jié)構(gòu)：include /*頭文件說明部份*/unsigned char x1，x2； 。C 語言具有良好的程序結(jié)構(gòu),適用于模塊化程序設(shè)計，因此采用 C 語言設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)程序時，首先要盡可能地采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計方法，將功能模塊化，由不同的模塊完成不同的功能，這樣可使整個應(yīng)用系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)清晰，易于調(diào)試和維護。因此，可用于編寫系統(tǒng)軟件；生成的代碼質(zhì)量高，程序 運行效率高；C 語言程序的可移植性好。 圖 電路的完整設(shè)計沈陽理工大學學士學位論文284 軟件設(shè)計 單片機 C 語言程序設(shè)計技術(shù) 單片機 C 語言的主要特點C 語言是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計語言，它特別適合于面向過程的程序設(shè)計，是一種人與機器對話的語言工具。 圖 單片機的引腳連接沈陽理工大學學士學位論文27 電源與時鐘電路的設(shè)計電源與時鐘電路全部嵌入到單片機中了，沒有在外圍電路中體現(xiàn)。圖 時鐘電路沈陽理工大學學士學位論文26 蜂鳴器以及開鎖指示燈的設(shè)計本模塊為簡單外圍電路的連接。本圖為外部振蕩方式電路，由晶振和電容組成。本矩陣鍵盤的行線連接 PB4PB7，列線連接 PB0PB3。圖 液晶顯示屏的設(shè)計沈陽理工大學學士學位論文24圖 字符液晶命令集及雙行液晶 DDRAM 地址沈陽理工大學學士學位論文25 矩陣鍵盤輸入的設(shè)計當按鍵較多時會占用更多的控制器端口，為減少對端口的占用，本模塊使用了 4x4鍵盤矩陣，這樣大大減少了端口的占用，但是識別按鍵的代碼比獨立按鍵的代碼更復(fù)雜些。 液晶顯示屏的設(shè)計本例使用了基于 HD44780 控制芯片的 1602 液晶顯示屏。AVR 8Bit MCU 的 最 大 特 點與 其 它 8Bit MCU 相 比 ， AVR 8Bit MCU 最 大 的 特 點 是 ：哈 佛 結(jié) 構(gòu) ， 具 備 1MIPS / MHz 的 高 速 運 行 處 理 能 力 ；超 功 能 精 簡 指 令 集 （ RISC） ， 具 有 32 個 通 用 工 作 寄 存 器 ， 克 服 了 如 8051 MCU 采 用 單 一 ACC 進 行 處 理 造 成 的 瓶 頸 現(xiàn) 象 ；快 速 的 存 取 寄 存 器 組 、 單 周 期 指 令 系 統(tǒng) ， 大 大 優(yōu) 化 了 目 標 代 碼 的 大 小 、 執(zhí) 行 效率 ， 部 分 型 號 FLASH 非 常 大 ， 特 別 適 用 于 使 用 高 級 語 言 進 行 開 發(fā) ；作 輸 出 時 與 PIC 的 HI/LOW 相 同 ， 可 輸 出 40mA（ 單 一 輸 出 ） ， 作 輸 入 時 可設(shè) 置 為 三 態(tài) 高 阻 抗 輸 入 或 帶 上 拉 電 阻 輸 入 ， 具 備 10mA20mA 灌 電 流 的 能 力 ；片 內(nèi) 集 成 多 種 頻 率 的 RC 振 蕩 器 、 上 電 自 動 復(fù) 位 、 看 門 狗 、 啟 動 延 時 等 功 能 ，外 圍 電 路 更 加 簡 單 ， 系 統(tǒng) 更 加 穩(wěn) 定 可 靠 [22]；大 部 分 AVR 片 上 資 源 豐 富 ： 帶E2PROM， PWM， RTC， SPI， UART， TWI， ISP， AD， Analog Comparator， WDT 等 ；沈陽理工大學學士學位論文23大 部 分 AVR 除 了 有 ISP 功 能 外 ， 還 有 IAP 功 能 ， 方 便 升 級 或 銷 毀 應(yīng) 用 程 序 。 例 ： ATmega4820AU， “U”表 示 無 鉛 工 業(yè) 級 。 　 4. 后 綴 最 后 一 個 字 母 ， 表 示 應(yīng) 用 級 別 。 “P”： DIP 封 裝 ， “A”： TQFP 封 裝 ，“M”： MLF 封 裝 ?！?例 ： ATmega4820AU， “20”表 示 可 支 持 最 高 為 20MHZ 的 系 統(tǒng) 時 鐘 ?！?例 ： ATmega4820AU， 不 帶 “V”表 示 工 作 電 壓 為 。AVR 單 片 機 的 型 號 標 識 解 析1. 型 號 緊 跟 的 字 母 ， 表 示 電 壓 工 作 范 圍 。沈陽理工大學學士學位論文22I/O 存 儲 器 空 間 包 含 64 個 可 以 直 接 尋 址 的 地 址 ， 作 為 CPU 外 設(shè) 的 控 制 寄 存器 、 SPI， 以 及 其 他 I/O 功 能 。 每 個 中 斷 在 中 斷 向 量 表 里 都 有 獨 立 的 中 斷 向 量 。 控 制 寄 存 器 位 于 I/O 空 間 。AVR 存 儲 器 空 間 為 線 性 的 平 面 結(jié) 構(gòu) 。 這 個 指 針 位 于 I/O 空 間 ， 可 以 進 行 讀 寫 訪 問 。 堆 棧 位于 通 用 數(shù) 據(jù) SRAM， 因 此 其 深 度 僅 受 限 于 SRAM 的 大 小 。 用 于 寫 應(yīng) 用 程 序 區(qū) 的 SPM 指 令 必 須 位于 引 導 程 序 區(qū) 。程 序 存 儲 器 空 間 分 為 兩 個 區(qū) ： 引 導 程 序 區(qū) (Boot 區(qū) ) 和 應(yīng) 用 程 序 區(qū) 。程 序 流 程 通 過 有 / 無 條 件 的 跳 轉(zhuǎn) 指 令 和 調(diào) 用 指 令 來 控 制 ， 從 而 直 接 尋 址 整 個 地址 空 間 。 ALU 也 可以 執(zhí) 行 單 寄 存 器 操 作 。 這 些 附 加 的 功 能 寄 存 器 即 為 16 位 的 X、 Y、 Z 寄 存 器 。寄 存 器 文 件 里 有 6 個 寄 存 器 可 以 用 作 3 個 16 位 的 間 接 尋 址 寄 存 器 指 針 以 尋址 數(shù) 據(jù) 空 間 ， 實 現(xiàn) 高 效 的 地 址 運 算 。 在 典 型 的 ALU 操 作 中 ， 兩 個 位 于 寄存 器 文 件 中 的 操 作 數(shù) 同 時 被 訪 問 ， 然 后 執(zhí) 行 運 算 ， 結(jié) 果 再 被 送 回 到 寄 存 器 文 件 。快 速 訪 問 寄 存 器 文 件 包 括 32 個 8 位 通 用 工 作 寄 存 器 ， 訪 問 時 間 為 一 個 時 鐘周 期 。 這 個 概 念 實 現(xiàn) 了 指 令 的 單 時 鐘 周 期運 行 。 程 序 存 儲 器 里 的 指 令 通 過 一 級 流 水 線 運 行 。沈陽理工大學學士學位論文21AREF A/D 的 模 擬 基 準 輸 入 引 腳 。 不 使 用 ADC 時 ， 該 引 腳 應(yīng) 直接 與 VCC 連 接 。XTAL2 反 向 振 蕩 放 大 器 的 輸 出 端 。 持 續(xù) 時 間 小 于 門 限 間 的 脈 沖 不 能 保 證 可 靠 復(fù) 位 。 持 續(xù) 時 間 超 過 最 小 門 限 時 間 的 低 電 平 將 引 起 系 統(tǒng) 復(fù) 位 。 在 復(fù) 位 過 程 中 ， 即 使 系統(tǒng) 時 鐘 還 未 起 振 ， 端 口 D 處 于 高 阻 狀 態(tài) 。其 輸 出 緩 沖 器 具 有 對 稱 的 驅(qū) 動 特 性 ， 可 以 輸 出 和 吸 收 大 電 流 。 如 果 JTAG 接 口 使 能 ， 即 使 復(fù) 位 出 現(xiàn) 引 腳 PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的 上 拉 電 阻 被 激 活 。 作 為 輸 入 使 用 時 ， 若內(nèi) 部 上 拉 電 阻 使 能 ， 端 口 被 外 部 電 路 拉 低 時 將 輸 出 電 流 。端 口 B 也 可 以 用 做 其 他 不 同 的 特 殊 功 能 .端 口 C(PC7..PC0) 端 口 C 為 8 位 雙 向 I/O 口 ， 具 有 可 編 程 的 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 。 作 為 輸 入 使 用 時 ， 若內(nèi) 部 上 拉 電 阻 使 能 ， 端 口 被 外 部 電 路 拉 低 時 將 輸 出 電 流 。端 口 B(PB7..PB0) 端 口 B 為 8 位 雙 向 I/O 口 ， 具 有 可 編 程 的 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 。 作 為 輸 入 使 用 時 ， 若 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 使 能 ， 端 口 被 外 部 電 路 拉低 時 將 輸 出 電 流 。 端 口 A 為 8 位雙 向 I/O 口 ， 具 有 可 編 程 的 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 。 ATmega16 產(chǎn)品特征及性能　　先進的 RISC 結(jié)構(gòu)　　131條指令　　大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期　　32個8位通用工作寄存器　　全靜態(tài)工作　　工作于16MHz 時性能高達16MIPS　　只需兩個時鐘周期的硬件乘法器　　非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器　　16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash，擦寫壽命: 10,000次　　具有獨立鎖定位的可選 Boot 代碼區(qū)，通過片上 Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，真正的 同時讀寫操作 [17]　　512 字節(jié)的 EEPROM，擦寫壽命: 100,000次　　1K 字節(jié)的片內(nèi) SRAM　　可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密　　JTAG 接口( 與 IEEE 標準兼容)　　符合 JTAG 標準的邊界掃描功能　　支持擴展的片內(nèi)調(diào)試功能　　通過 JTAG 接口實現(xiàn)對 Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程沈陽理工大學學士學位論文19　　外設(shè)特點　　兩個具有獨立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時器/計數(shù)器　　一個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數(shù)器　　具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器 RTC　 四通道 PWM　　8路10位 ADC，8個單端通道，2個具有可編程增益（1x, 10x, 或200x）的差分通道　　面向字節(jié)的兩線接口　　兩個可編程的串行 USART　　可工作于主機/ 從機模式的 SPI 串行接口　　具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器　 片內(nèi)模擬比較器　　特殊的處理器特點　　上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測　 片內(nèi)經(jīng)過標定的 RC 振蕩器　　片內(nèi)/片外中斷源　　6種睡眠模式: 空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及擴展的 Standby 模式　 I/O 和封裝　　32個可編程的 I/O 口　　40引腳 PDIP 封裝, 44 引腳 TQFP 封裝, 與44引腳 MLF 封裝 [18]　　工作電壓:　　ATmega16L： 　　ATmega16 ： 　　速度等級　　8MHz ATmega16L　 016MHz ATmega16　　ATmega16L 在1MHz, 3V, 25176。 通過將8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 FLASH 集成在一個芯片內(nèi)， ATMEGA16 成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。引導程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用FLASH存儲區(qū)(APPLICATIONFLASH MEMORY)。本芯片是以ATMEL 高密度非易失性存儲器技術(shù)生產(chǎn)的。ATMEGA16 有如下特點:16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程FLASH( 具有同時讀寫的能力，即RWW)，512 字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)SRAM，32 個通用I/O 口線，32 個通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器/ 計數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行 USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益(TQFP 封裝) 的ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。所有的寄存器都直接與運算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATMEGA16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 MIPS/MHZ，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾 [15]。所以選用ATMEL公司推出的ATmega 16完成。 WinAVR 是 GNU 組織組織推出的 AVR 單片機的 GCC 編譯器，該編譯器的編譯效率極高，GCC 編譯器是開源的也是免費的，使用 GCC 編譯器，可以掌握標準 C 的語法等，為學習 Linux 等奠定基礎(chǔ) [14]。由于 AVR_Studio 僅支持編譯匯編語言程序，不支持對 C 語言程序的編譯。這在相當程度上替代了傳統(tǒng)的單片機實驗教學的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、運行結(jié)果等。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以沈陽理工大學學士學位論文13達到的效果 [13]。 ROTEUS 是單片機課堂教學的先進助手。 （2）完善的電路仿真功能（Prospice）ProSPICE混合仿真：基于工業(yè)標準 SPICE3F5，實現(xiàn)數(shù)字/ 模擬電路的混合仿真； 超過27000個仿真器件：可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計仿真器件，Labcenter 也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導入第三方發(fā)布的仿真器件； 多樣的激勵源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件） 、指數(shù)信號、單頻FM、數(shù)字時鐘和碼流，還支持文件形式的信號輸入； 豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生