毕业设计（论文）-AVR系统用户板设计.doc

目 录 一 概述 1 1课题背景 1 2 课题设计的任务与意义 1 二 系统的硬件结构功能与特点 2 1系统设计思想成及其结构 2 2 系统主要特点 2 三 ATmege128的结构及性能 4 1 AVR单片机ATmega128的性能特点 4 2 ATmega128的硬件结构 8 3 主要的控制器 10 四 外部存储器的结构与应用 12 1 外部存储器扩展的原理 12 （1）外部存储器接口 12 （2）地址锁存要求 12 2 与外部存储器相关的寄存器 13 3 外部存储器应用的软件实现 15 （1）存储器的扩展 15 （2）实验调试程序 16 4 外部扩展存储器全部空间的利用技巧 17 五 并行I/O口的原理与应用 19 1 扩展并行I/O口的原理及意义 19 2 外部并行I/O口电路的设计与应用 19 （1）外部并行I/O口电路调试实验 20 （2）8255外接键盘实验 22 六 外部键盘与LED、LCD电路的设计与应用 25 1、8279的性能特点与工作原理 25 2 LED显示电路实验 26 3 LCD显示电路设计及软件实现 28 七 A/D、D/A转换接口扩展 29 1 A/D转换电路设计与软件实现 29 （1） A/D转换器的主要参数： 29 （2）ADC0809的特性 29 （3）A/D转换的使用实例 30 2 D/A转换电路的设计与软件实现 31 （1）D/A转换基本原理： 31 （2）D/A转换的主要性能指标 31 （3）D/A转换软件实现 32 八 SPI、USART、FPGA接口的应用 33 1 SPI的电路设计与软件实现 33 (1) SPI的通信说明： 33 (2) SPI的寄存器： 33 （3）SPI的软件实现 35 2 USART接口电路与通信 36 （1）USART接口电路的特点 36 （2）USART口的通信实验 37 3 FPGA接口电路与通信 38 （1）FPGA的功能与结构 38 （2）FPGA 接口实验软件实现 38 结束语 41 参考文献 42 致谢 43 附录 1 44 程序一 8255扩展接键盘实验 44 程序二 LED显示接口实验 46 程序三 键盘显示综合实验 51 程序四 LCD 显示8 字循环显示 60 程序五 A/D转换实验 63 程序六 D/A转换实验 64 一 概述 1课题背景 单片机就是由一块芯片组成的微机系统。片内包括了CPU、程序存储器、数据存储器、定时/计数器及I/O口。单片机技术作为计算机技术的一个分支，广泛的应用在工业控制、仪器仪表、机电一体化产品、家用电器等各个领域。从应用领域来说单片机主要用于控制，所以也叫做微控制器（Microcomputer）。从单片机呈现给用户的供应状态看，单片机仅是一块集成电路芯片，它的所有功能部件都集成在一块芯片上，所以称之为单片机（Sing-Chip Microcomputer）。虽然单片机的机构和指令系统与通用微型计算机是有差别的，但基本的功能模块和基本的工作原来是一样的。 自从单片机问世以来，单片机技术已经发展成为计算机技术中的一个非常有活力的分支，它有自己的特征、规范、发展道路和应用环境。世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从4位发展到8位、16位到32位，功能、性能在不断提高；单片机发展到现在，单片机产品多达50多个系列，300多种型号。为了适应不同的需要，各种单片机都有自己的特点，有的侧重与运算，有的侧重与速度，有的侧重与组建网络等。 随着单片机技术的发展，现在容量大、速度快、高性能、低功耗的单片机已经成为主流。AVR单片机是ATMEL公司1997年推出的全新配置精简指令集（RISC）单片机系列。片内存储器采用FLASH存储器，可以反复修改上千次，便于新产品的开发；程序高度机密 ，避免加密处理。 AVR单片机打破了旧的设计格局。废除了机器周期，抛弃了复杂指令计算机追求指令完备的做法，采用精简指令集。以字为长度单位，将内容丰富的操作数与操作码安排在一个字之中。取指周期短，又可预取指令，实现流水线作业。故可高速执行指令；并且这种速度的升跃，是以高可靠性为后盾的。 AVR单片机硬件结构采用8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器堆和单体高速输入/输出的方案。这样即提高了指令执行速度，克服了瓶颈现象；增强了功能，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单片机在速度、性能、成本方面取得了优化平衡，是一种高性价比的单片机。 2 课题设计的任务与意义 本课题立足于设计一个功能全面，资源丰富的AVR系统用户板，以 ATMEL 公司的ATMEGA128高档8位单片机为核心，功能全面，外部资源配置齐全的用户板系统。本课题解决了外部资源配置不全的问题。用于对高年级学生进行高档8位机的技能