高檔8位單片機(jī)ATmega128原理與開發(fā)應(yīng)用指南（上）

　　本書（上）詳細(xì)講述了ATmega128的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及各種外圍接口電路的特點和性能，介紹了其強(qiáng)大的指令系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件開發(fā)平臺與硬件工具，并對ATmega128一些硬件接口在實際應(yīng)用中的軟/硬設(shè)計方法與技給出深入和細(xì)致的使用指南。在本書的下篇中，將全面講述和介紹基于ATmega128的應(yīng)用實例。本書適合有一定單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用基礎(chǔ)的電子工程技術(shù)人員、硬件和軟件系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)工程師閱讀，可作為進(jìn)一步學(xué)習(xí)、提高、掌握新型高檔AVR單片機(jī)的參考書以及應(yīng)用設(shè)計參考。本書也可作為高等院校自動化、計算機(jī)、儀器儀表、電子等專業(yè)高年級學(xué)生和研究生的教學(xué)與科研開發(fā)的參考書。本書前言單片機(jī)就是在一塊芯片中集成了CPU、主要外設(shè)和內(nèi)存的微型計算機(jī)。1983年INTEL公司推出8051單片機(jī)至今已有20年的歷史了。由于許多公司對它進(jìn)行了改造和增強(qiáng)，如美國ATMEL公司最早把8051內(nèi)核與其擅長的Flash制造技術(shù)相結(jié)合，推出了可重復(fù)擦寫1000次以上，低功耗的89C51/52/1051/2051系列單片機(jī)產(chǎn)品；還有眾多的公司也提供各類8051兼容的產(chǎn)品。因此在8位單片機(jī)中，8051仍占據(jù)著重要的份額，直到現(xiàn)在還在大量地使用。隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，以及市場對產(chǎn)品功能和性能的要求不斷提高，使得作為單片嵌入式系統(tǒng)的核心——單片機(jī)，朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價格、大存儲容量和強(qiáng)I/O功能等方向發(fā)展。由于8051其本身結(jié)構(gòu)的限制，51單片機(jī)顯現(xiàn)出了許多致命的缺陷，不能很好地適應(yīng)中高檔產(chǎn)品的應(yīng)用開發(fā)。因此，繼8051之后世界上許多公司不斷推出了各種系列型號且性能優(yōu)于8051的新型單片機(jī)芯片，以迎合市場的需要。ATMEL公司于1997年推出了采用先進(jìn)RSIC結(jié)構(gòu)，比8051性能更加優(yōu)越的AVR單片機(jī)系列。特別是近幾年里推出的AVR高檔MEGA系列的單片機(jī)，其在結(jié)構(gòu)、性能、可靠性等方面都獨具特色，在8位高檔單片機(jī)中堪稱佼佼者。該單片機(jī)正受到越來越多的工程師的喜歡，并強(qiáng)有力地沖擊著8051單片機(jī)的市場，其推廣和應(yīng)用有很大的發(fā)展前景。在我國，學(xué)習(xí)和使用AVR單片機(jī)的工程技術(shù)人員越來越多，但目前國內(nèi)出版的介紹AVR單片機(jī)的資料和書籍卻很少（遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于介紹8051的書籍），對MEGA系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和使用進(jìn)行詳細(xì)介紹的書只有一本，也僅僅是對MEGA系列中最簡單的ATmega8做了介紹。ATmega128是MEGA系列中性能最好的一款，更能全面體現(xiàn)和代表MEGA的特點和性能。本書內(nèi)容以ATmega128為主線，詳細(xì)介紹MEGA單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理、指令系統(tǒng)和應(yīng)用設(shè)計，并給出一些MEGA單片機(jī)所具有的特殊專用硬件接口的應(yīng)用設(shè)計實例和參考。本書能開闊國內(nèi)單片嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和設(shè)計人員的視野，為促進(jìn)學(xué)習(xí)、掌握、應(yīng)用最新和最好的芯片和應(yīng)用技術(shù)，為研制和開發(fā)中高檔電子產(chǎn)品和系統(tǒng)提供有益的參考、幫助和支持。本書共分5章。第1章對AVR單片機(jī)進(jìn)行了簡要的介紹，并對ATmega128的性能、特點做了概述。第2章是本書的重點，對ATmega128單片機(jī)芯片硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)說明。同其它8位單片機(jī)相比，ATmega128片內(nèi)集成了更多的功能強(qiáng)大和優(yōu)化的外圍接口，因此它的硬件結(jié)構(gòu)顯得比較復(fù)雜。本章內(nèi)容主要根據(jù)ATmega128的英文器件手冊翻譯、整理而成，由于篇幅的限制以及時間的關(guān)系，同時為適于讀者對照英文原文，本章內(nèi)容基本沿襲了英文器件手冊的敘述結(jié)構(gòu)，并省略了特性曲線、JTAG邊界監(jiān)測等部分內(nèi)容。第3章介紹了ATmega128單片機(jī)的指令結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)，以及每條指令的功能，最后給出一個完整的AVR匯編實例，以幫助讀者掌握使用AVR匯編編寫系統(tǒng)程序。第4章介紹用于開發(fā)ATmega128系統(tǒng)的軟/硬件開發(fā)環(huán)境和開發(fā)工具。在本章中僅簡單介紹了幾個常用AVR高級語言開發(fā)軟件的主要特點和性能，讀者在具體學(xué)習(xí)和應(yīng)用中，還需要參考相關(guān)的詳細(xì)介紹這些軟件如何使用的書籍。第5章的內(nèi)容沒有對ATmega128的一些基本應(yīng)用、相關(guān)通信協(xié)議以及基于傳統(tǒng)的單片機(jī)（如8051）設(shè)計方法和應(yīng)用做詳細(xì)的介紹，而是根據(jù)ATmega128的硬件特點，以及作者在多年使用AVR過程中積累的實際經(jīng)驗，給出一些比較優(yōu)化的，能夠體現(xiàn)ATmega128特性和實用價值的設(shè)計方案和思路，以及使用ATmega128時需要注意的問題等。該章中的一些設(shè)計實例、設(shè)計思想和方法，讀者可在設(shè)計中直接使用，但更主要的是希望它們能起到拋磚引玉的作用，便于讀者從更深層次上了解AVR的特性，發(fā)揮自己的才能，舉一反三，設(shè)計出更加完美、可靠的系統(tǒng)。作為一款高檔的8位單片機(jī)，ATmega128更加適合在中高檔、比較復(fù)雜的電子系統(tǒng)中應(yīng)用。因此，本書下篇將從實時嵌入式操作系統(tǒng)出發(fā)，以一塊具有“模塊獨立、開放、靈活”等特點的多功能嵌入式ATmega128實驗應(yīng)用開發(fā)板為基礎(chǔ)（見本書42節(jié)），介紹一些高級應(yīng)用的設(shè)計和實現(xiàn)。具體內(nèi)容包括：實時嵌入式操作系統(tǒng)的基本原理，基于ATmega128的μC/OSⅡ?qū)崟r嵌入式操作系統(tǒng)的移植，基本外圍接口（鍵盤、LED/LCD顯示、異步通信）嵌入式構(gòu)件的實現(xiàn)，符合IEEE8023標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計，TCP/IP協(xié)議與小型嵌入式WEB的設(shè)計與實現(xiàn)，簡易FAT文件系統(tǒng)的實現(xiàn)，USB接口的設(shè)計與實現(xiàn)，IDE硬盤接口的設(shè)計與實現(xiàn)等。本書由馬潮（machao@online.sh.cn）主編。第1、2、3、5章均由馬潮執(zhí)筆；第4章內(nèi)容由華東師范大學(xué)電子系研究生吳敏琪同學(xué)起草，馬潮執(zhí)筆修改；華東師范大學(xué)電子系研究生李德領(lǐng)和本科生張佳罡同學(xué)參與了部分英文資料翻譯工作；在此一并表示感謝。同時還要感謝我的夫人李小英副教授，她不僅為本書編寫做了許多文字圖表的整理工作，還承擔(dān)了更多的家庭，讓我有時間和精力投入工作。由于本人的經(jīng)驗和水平有限，加上時間倉促，書中難免有錯誤和疏漏之處，敬請讀者批評指正。作者于上海華東師范大學(xué)2004年8月

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