AVR單片機網(wǎng)絡(luò)與通訊設(shè)計-本科畢業(yè)設(shè)計完整論文[附開題].doc

avr單片機網(wǎng)絡(luò)與通訊本科畢業(yè)設(shè)計完整論文目 錄摘要(4)abstract(5)緒論(6)第一章 設(shè)計準(zhǔn)備1.1 單片機的發(fā)展史 (7)1.1. 1單片機的歷史及發(fā)展概況(7)1.1.2 單片機的發(fā)展趨勢(8) 1.1.3 單片機的應(yīng)用(8)1.2網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識 (10) 1.2.1 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史(11) 1.2.2 網(wǎng)絡(luò)的分類和以太網(wǎng)（ethernet）知識 (12)1.3 網(wǎng)絡(luò)分層及主要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（protocal）(13) 1.3.1 網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)與分層(14)1.3.2tcp/ip網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(15)1.3.3udp網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 (16)1. 3. 4 icmp協(xié)議(16)1.3.5 smtp網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 (16)1.3.6 http網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 (16)第二章 atmega103簡介2.1 描述(18)2.2 管腳定義(19)2.3 特點(21)第三章 實用程序設(shè)計3.1 程序設(shè)計方法 (24)3.2 程序設(shè)計步驟(24)3.3 程序設(shè)計技術(shù)(25)第四章 avr環(huán)境4.1 avr 介紹(27)4.2 安裝 avr環(huán)境(27)4.2.1 在win95和winnt4.0下安裝 (27)4.2.2 在winnt3.51安裝(27)4.2.3在網(wǎng)上安裝avr環(huán)境(27)4.3 描述(28)4.4 avr環(huán)境的窗口(29)4.4.1 源窗口(30)4.4.2 監(jiān)視窗口 (32)4.4.3 寄存器窗口 (33)4.4.4 通訊窗口 (33)4.4.5 存儲窗口 (33)4.4.6 修改存儲器 (34)4.4.7 處理窗口 (35)4.5 命令 (36) 4.5.1 菜單選項(37) 4.5.2 監(jiān)視管理(39) 4.5.3 斷點(39) 4.5.4 工具欄(40) 4.5.5熱鍵概要(41)4.6 執(zhí)行目標(biāo) (42) 4.6.1 高速選項(42) 4.6.2 內(nèi)存選項(43) 4.6.3 時鐘選項(44)第五章 具體設(shè)計與開發(fā)5.1 具體設(shè)計簡介 (45)5.2以太網(wǎng)演示板上網(wǎng)信息傳送實驗(46) 521 演示實驗硬件支持(46) 522 演示板硬件描述(46) 523 連接控制演示 (47) 524 演示板部分主要原代碼(48)5.3 對下一步的工作的思考 (59)第六章 設(shè)計總結(jié)6.1經(jīng)驗總結(jié)(60)6. 2計的不足和待改進的地方(61)結(jié)束語(62)謝辭(63)附錄 開題報告(64)參考文獻(66)摘 要 avr單片機是atmel公司推出的世界上著名的高性能低功耗非易失性存儲器和數(shù)字集成電路的一流半導(dǎo)體，它的eeprom 電可擦除技術(shù)、閃速存儲器技術(shù)和質(zhì)量、高可靠性的生產(chǎn)技術(shù)。在cmos 器件生產(chǎn)領(lǐng)域中，atmel 的先進設(shè)計水平、優(yōu)秀的生產(chǎn)工藝及封裝技術(shù)一直處于世界的領(lǐng)先地位，這些技術(shù)用于單片機生產(chǎn)使單片機也具有優(yōu)秀的品質(zhì)、在結(jié)構(gòu)、性能和功能等方面都有明顯的優(yōu)勢。tmel 公司的單片機是目前世界上一種獨具特色而性能卓越的單片機。它在計算機外部設(shè)備、通訊設(shè)備、自動化工業(yè)控制、宇航設(shè)備、儀器儀表和各消費類產(chǎn)品中都有著廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵字 ：avr環(huán)境 tcp/ip協(xié)議棧 以太網(wǎng) 軟件abstractavr the machine of single slice is an atmel company to release in the world notability of production technique for electricity of top-grade semi-conductor for of low power waste of high performance not and easily losing the memorizer with arithmetic figure integrated circuit, its eeprom can wiping divided bying the technique, flash soon storage technique with quantity, high and dependable.in the cmos parts of an apparatus production craft for advanced design level, excellence for producing the realm inside, atmel of piece and seal to pack the technique to always be placed in the be in the leading of world the position, these techniques to used for the quality for machine producing making the machine of single slice too having excellence of single slice, wait with function to aspect all contain obvious advantage at the construction, function.the tmel company machine of single slice is current in the world a kind of characteristic and has the special features but function machine of outstanding single slice.it is in the calculator exterior equipments, communication equipments, automation industry control, space navigation equipments, instrument the appearance with every kind of consumption product all have got the extensive and applied foreground.key word: avr environment tcp/ip agreement stack ethernet software緒 論近年來，計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得計算機在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防科研及日常生活的各個領(lǐng)域均顯示了日益旺盛的生命力。它已成為各國工業(yè)發(fā)展水平的主要標(biāo)志之一，是發(fā)展新技術(shù)、改造老技術(shù)的強有力的武器。計算機使人類面臨著一個新的科學(xué)技術(shù)和工業(yè)革命，它的作用遠遠超過了因蒸汽機和電的出現(xiàn)而產(chǎn)生的工業(yè)革命。如果說計算機的出現(xiàn)帶來人類歷史的一個巨大變革，那么我們可以說網(wǎng)絡(luò)、internet帶來了一個新時代。今天，我們注意到，單片機在民用、工業(yè)測控、國防科研等領(lǐng)域得到最廣泛的應(yīng)用。彩電，冰箱，空調(diào)，錄像機，vcd，遙控器，游戲機，電飯煲等無處不見單片機的影子，單片機早已深深地溶入我們每個人的生活之中。單片機能大大地提高這些產(chǎn)品的智能性，易用性及節(jié)能性等主要性能指標(biāo)，給我們的生活帶來舒適和方便的同時，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。既然internet現(xiàn)已成為社會重要的基礎(chǔ)信息設(shè)施之一, 是信息流通的重要渠道，那么如果嵌入式系統(tǒng)能夠連接到internet上面，則可以將嵌入式系統(tǒng)的體積小、成本低和internet的應(yīng)用廣、傳遞快捷的特點結(jié)合起來，從而實現(xiàn)方便、低廉地將信息傳送到幾乎世界上的任何一個地方。本次設(shè)計研究工作的目的就是研究實現(xiàn)怎樣借助單片機上網(wǎng)，用avr單片機進行網(wǎng)絡(luò)通信。 第一章 設(shè)計準(zhǔn)備單片微型計算機概述單片微型計算機（簡稱單片機）作為微型計算機的一個很重要的分支，自70年代問世以來，以極其高的性能價格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展也很快。單片機體積小，重量輕，抗干擾能力強，環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性能高，靈活性好，開發(fā)較為容易。正因為如此，在國際上，單片機己廣泛地應(yīng)用在智能儀器儀表、機電設(shè)備過程控制、自動檢測、家用電器和數(shù)據(jù)處理等各個方面。1.1單片機的歷史及發(fā)展概況什么叫單片機，目前還沒有一個確切的定義，普遍認(rèn)為單片機是在一塊硅片上集成了中央處理器（cpu），存儲器(ram,rom,eprom)和各種輸入、輸出接口（定時器，計數(shù)器，并行i/o口，串行口，a/d轉(zhuǎn)換器以及脈沖調(diào)制器pwm等），這樣一塊芯片具有一臺計算機的功能，因而被稱為單片微型計算機。由于單片機的硬件結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)的功能都是按工業(yè)控制要求而設(shè)計的，常用在工業(yè)的檢測、控制裝置中，因而也稱為微控制器（micro-controller）或嵌入式控制器(embedded-controller)。單片機按照其用途可分為通用型和專用型兩大類。通用型單片機是把可開發(fā)資源(rom,ram,eprom, i/o口)全部提供給使用者。專用型單片機器硬件結(jié)構(gòu)和指令是按照某個特定用途而設(shè)計的。例如：頻率合成調(diào)諧器、錄音機機芯控制器、打印機控制器等。單片機根據(jù)其基本操作處理的位數(shù)可分為：1位單片機，4位單片機，8位單片機，16位單片機，32位單片機。單片機的發(fā)展歷史可劃分為四個階段：第一階段（19741976年）：單片機初級階段。因工藝限制，單片機采用雙片的形式而且功能比較簡單。例如仙童公司生產(chǎn)的f8單片機，實際上只包括了8位cpu、64個字節(jié)ram和2個并行口。因此，還需要加一塊3851（由1k rom、定時器/計數(shù)器和2個并行i/o構(gòu)成）才能組成一臺完整的計算機。第二階段（19761978年）：低性能單片機階段。以inter公司制造的mcs-48單片幾位代表，這種單片機片內(nèi)集成有8位cpu、并行i/o口、8位定時器/計數(shù)器ram和rom等，但是不足之處是無串行口，中斷處理比較簡單，片內(nèi)ram和rom容量較小且尋址范圍不大于4k。第三階段（1978現(xiàn)在）：高性能單片機階段。這個階段推出的單片機普遍帶有串行i/o口1k rom、多級中斷系統(tǒng)，16位定時器/計數(shù)器，片內(nèi)ram和rom容量加大，且尋址范圍可達64k字節(jié)，有的片內(nèi)還帶有a/d轉(zhuǎn)換器。這類單片機的典型代表是：intel公司的mcs-51系列單片機。第四階段（1982-現(xiàn)在）：8位單片機鞏固發(fā)展及16位單片機、32位單片機隊推出階段，此階段的主要特征是一方面發(fā)展16位單片機、32位單片機及專用型單片機；另一方面不斷完善高檔8位單片機，改善其結(jié)構(gòu)，以滿足不同的用戶需要。16的單片機的典型產(chǎn)品如inter公司生產(chǎn)的mcs-96系列單片機，其集成度已達120000管子/片，主振為12mhz，片內(nèi)ram為232字節(jié),rom 為8k字節(jié)，中斷處理器為8級，而且片內(nèi)代用多通道10位a/d轉(zhuǎn)換器和高速輸入/輸出器件，實時處理的能力很強，而32位單片機除了具有更高的集成度外，其主振已達20mhz,這使32位單片機的數(shù)據(jù)處理速度比16位單片機增快了很多，性能比8位、16位單片機更加優(yōu)越。80年代以來，單片機的發(fā)展非常迅速。就通用單片機而言，世界上一些著名的計算機廠家已投放市場的產(chǎn)品就有50多系列，四百多個品種。單片機的產(chǎn)品已占整個微機產(chǎn)品80%以上，其中8位單片機的產(chǎn)量由占整個單片機產(chǎn)量60%以上，這說明8位單片機將在最近若干年仍是工業(yè)檢測、控制的角色。 1.1.1 單片機的發(fā)展趨勢單片機的發(fā)展趨勢將是向大容量、高性能化，外圍電路內(nèi)裝化等發(fā)展。為滿足不同的用戶要求，各公司競相推出能滿足不同需要的產(chǎn)品。1. cpu的改進（1） 采用雙cpu結(jié)構(gòu),以提高處理能力.（2） 增加數(shù)據(jù)總線寬度,單片機內(nèi)部采用16位數(shù)據(jù)總線,其數(shù)據(jù)處理能力明顯優(yōu)于一般8位機.（3） 采用流水線結(jié)構(gòu).指令以隊列形式出現(xiàn)在cpu中,且具有很快的運算速度.尤其適于作數(shù)字信號處理用,例如tms320系列信號處理單片機.（4） 串行總線結(jié)構(gòu)。飛利浦公司開發(fā)了一種新型總線iic總線(inter- ibus).該總線是用數(shù)據(jù)現(xiàn)代替現(xiàn)性的8位數(shù)據(jù)，從而大大地減少了單片機引線，降低了單片機的成本，2. 存儲器的發(fā)展（1）加大存儲容量。新型單片機內(nèi)rom一般均可達4k字節(jié)至8k字節(jié)，ram為256字節(jié)，有的單片機片內(nèi)rom容量可達128k字節(jié)。（2）片內(nèi)eprom開始eeprom化。片內(nèi)eprom由于需要高壓編程寫入，紫外線摩擦給用戶帶來不便。采用電改寫的eeprom后，不需紫外線擦抹，只需重新寫入。特別是能在+5v下讀寫的eeprom，既有靜態(tài)ram讀寫操作簡便，又有在掉電是的數(shù)據(jù)不會丟失的特點，片內(nèi)eeprom的使用不僅僅對單片機的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，而且會大大簡化應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 由于eeprom中數(shù)據(jù)寫入后能永久保持，因此，有的單片機將它作為片內(nèi)ram用，甚至有的單片即將eeprom用作片內(nèi)通用寄存器內(nèi)。（3） 程序保密化。一般eprom中的程序很容易被復(fù)制。為防止復(fù)制，某些公司開始采用keprom編程寫入，有的則對片內(nèi)eprom或eeprom采用加鎖方式，加鎖后，無法讀取其中的程序。若要去讀，必須抹去eeprom中的信息，就達到了程序保密的目的。3. 片內(nèi)i/o口改進一般單片機都有較多的并行口。以滿足外圍設(shè)備、芯片擴展的需要，并配有串行口，以滿足多機通信的要求。（1）增加并行口的驅(qū)動能力，這樣可減少外部驅(qū)動芯片。有的單片機直接輸出大電流和大電壓，一邊能直接驅(qū)動lde和vfd.（2）增加i/o口的邏輯控制功能。大部分單片機的i/o都能進行邏輯操作。（3）有些單片機設(shè)置了一些特殊串口功能。為單片機構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)提供了方便條件。4. 外圍電路內(nèi)裝化 隨著集成度的不斷提高，有可能把眾多的外圍功能器件集成在片內(nèi)，這也是單片機發(fā)展趨勢。 由于集成工藝不斷發(fā)展，能裝入片內(nèi)的外圍設(shè)備也可以是大規(guī)模的，把所需的外圍電路全部裝入單片機內(nèi)，即系統(tǒng)的單片化是目前單片機發(fā)展趨勢之一。5. 低耗化8位單片機中有二分之一的產(chǎn)品已cmos化，cmos芯片的單片機具有功耗小的優(yōu)點，而且為充分發(fā)揮低功耗的特點，這類單片機普遍具有wait和stop兩種工作方式。13單片機的應(yīng)用單片機以其卓越的性能，得到了廣泛的應(yīng)用，已深入到各個領(lǐng)域。單片機應(yīng)用在檢測、控制領(lǐng)域中，具有如下特點。單片機的特點1小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化。它能方便的組裝成各種智能式測、控設(shè)備及各種智能儀器儀表。2可靠性好，適應(yīng)溫度范圍寬。單片機芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，只是其它機種無法比擬的。3易擴展，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，控制功能強。單片機的邏輯控制功能很強，指令系統(tǒng)有各種控制功能用指令。4可以很方便的實現(xiàn)多機和分布式控制。1.1.3單片機的應(yīng)用范圍單片機的應(yīng)用范圍很廣，在下述的各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。1工業(yè)方面：各種測控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，工業(yè)機器人，智能化儀器，機電一體化產(chǎn)品。2智能儀器儀表方面：單片機應(yīng)用智能儀器、儀表方面，不僅使傳統(tǒng)的儀器儀表發(fā)生根本的變革，也給傳統(tǒng)的儀器儀表行業(yè)改造帶來了曙光。3通訊方面：調(diào)制解調(diào)器、程控交換技術(shù)。4民用方面：電子玩具、錄像機、激光唱機。5導(dǎo)彈與控制方面：導(dǎo)彈控制、魚雷制導(dǎo)控制、智能武器裝備、航天飛機導(dǎo)航系統(tǒng)。6各種計算機外部設(shè)備以及電器方面：打印機、硬盤驅(qū)動器、彩色與黑白復(fù)印機、磁帶機等。7多機分布式系統(tǒng)：可用單片機構(gòu)成分布式測控系統(tǒng)，它使單片機的應(yīng)用進入了一個新的水平。由上所述，單片機從家用電器、智能儀器儀表、工業(yè)控制直到火箭導(dǎo)航尖端技術(shù)領(lǐng)域，單片機都發(fā)揮著十分重要的作用。1.2 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代通信技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。所謂計算機網(wǎng)絡(luò)，就是把分布在不同地理區(qū)域的計算機與專門的外部設(shè)備用通信線路互連成一個規(guī)模大、功能強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而使眾多的計算機可以方便地互相傳遞信息，共享硬件、軟件、數(shù)據(jù)信息等資源。 一提到網(wǎng)絡(luò)，大家就必然會想到internet，這是因為從二十世紀(jì)九十年代初開始，特別是近幾年來，網(wǎng)絡(luò)、internet取得了飛速的發(fā)展，已成為社會一個主要的聯(lián)系、傳播手段。121 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史 計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程大致可以分為具有通信功能的單機系統(tǒng)、具有通信功能的多機系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)三個階段。 從80年代末開始，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進入新的發(fā)展階段，它以光纖通信應(yīng)用于計算機網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(isdn)、人工智能網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展為主要標(biāo)志。90年代至下個世紀(jì)初將是計算機網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展的時期，計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將向更高層次發(fā)展，尤其是internet網(wǎng)的建立，推動了計算機網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展。 回顧的internet發(fā)展和應(yīng)用歷史，對我們制定研究方向，趕超世界網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的發(fā)展有重要意義。第一階段：1980年1990年internet發(fā)展的萌芽階段。解決異種計算機的聯(lián)網(wǎng)和信息交換，采用tcp/ip協(xié)議交換文件和信息，主要解決專業(yè)領(lǐng)域如銀行、軍用系統(tǒng)采用不同專業(yè)領(lǐng)域如銀行、軍用系統(tǒng)采用不同網(wǎng)問題，這時并不稱之為internet，tcp/ip網(wǎng)絡(luò)僅是少數(shù)計算機專家的概念，這是internet發(fā)展的萌芽階段。 第二階段：1990年2000年，pc作為客戶機，internet席卷全球。在tcp/ip協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之上發(fā)明的email和www普遍應(yīng)用，internet國際互聯(lián)網(wǎng)被大眾接受，這時一個重要的條件是pc普及的非常廣泛，即形成了client/server體系結(jié)構(gòu)（客戶機/服務(wù)器），進而發(fā)展為browser/ server結(jié)構(gòu)（瀏覽器/服務(wù)器），這時的客戶機是已廣泛普及的pc，而服務(wù)器是相對復(fù)雜的，價格昂貴的超級計算機，即我們所謂的“胖服務(wù)器”。另一方面，www的應(yīng)用又造就了一大批以yahoo為代表的.com公司，以及電子商務(wù)公司，這時候所有的人不得不承認(rèn)internet象一場革命改變了世界。 第三階段：2000年2010年嵌入式internet時代。將給地球披上“電子皮膚”，嵌入式片上系統(tǒng)稱為瘦服務(wù)器。預(yù)測未來internet將向何處去，這是全世界科學(xué)家關(guān)心的問題，包括美國貝爾實驗室總裁arun netravali的一批科學(xué)家對此做出了預(yù)測：在這階段“將會產(chǎn)生比pc時代多成百上千倍的瘦服務(wù)器和超級嵌入式瘦服務(wù)器，這些瘦服務(wù)器將與我們這個世界你能想到的各種物理信息、生物信息相聯(lián)接，通過internet網(wǎng)自動的、實時的、方便的、簡單的，提供給需要這些信息的對象”。122 網(wǎng)絡(luò)的分類和以太網(wǎng)（ethernet）知識計算機網(wǎng)絡(luò)通常是按照規(guī)模大小和延伸范圍來分類的，常見的劃分為：局域網(wǎng)（lan），城域網(wǎng)（mans），廣域網(wǎng)（wan）。internet可以視為世界上最大的廣域網(wǎng)。提到網(wǎng)絡(luò)，大家就聯(lián)想到internet，其實，局域網(wǎng)才具有最廣泛的應(yīng)用。局域網(wǎng)（lan）是指在一個較小地理范圍內(nèi)的各種計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互連在一起的通信網(wǎng)絡(luò)，可以包含一個或多個子網(wǎng)，通常局限在幾千米的范圍之內(nèi)。 按照網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳輸介質(zhì)，局域網(wǎng)通?？蓜澐譃橐蕴W(wǎng)（ethernet）、令牌環(huán)網(wǎng)（token ring）、光纖分布式數(shù)據(jù)接口（fddi）、異步傳輸模式（atm）等，其中最常用的是以太網(wǎng)。13 網(wǎng)絡(luò)分層及主要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（protocal） 計算機網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)通信必須有一些約定即通信協(xié)議，對速率、傳輸代碼、代碼結(jié)構(gòu)、傳輸控制步驟、出錯控制等制定標(biāo)準(zhǔn)。 為了使兩個結(jié)點之間能進行對話，必須在它們之間建立通信工具(即接口)，使彼此之間能進行信息交換。接口包括兩部分：一是硬件裝置，功能是實現(xiàn)結(jié)點之間的信息傳送；二是軟件裝置，功能是規(guī)定雙方進行通信的約定協(xié)議。協(xié)議通常由三部分組成: 一是語義部分，用于決定雙方對話的類型; 二是語法部分，用于決定雙方對話的格式; 三是變換規(guī)則，用于決定通信雙方的應(yīng)答關(guān)系。 由于結(jié)點之間的聯(lián)系可能是很復(fù)雜的，因此，在制定協(xié)議時，一般是把復(fù)雜成份分解成 一些簡單的成份，再將它們復(fù)合起來。最常用的復(fù)合方式是層次方式，即上一層可以調(diào)用下一層，而與再下一層不發(fā)生關(guān)系。通信協(xié)議的分層是這樣規(guī)定的:把用戶應(yīng)用程序作為最高層，把物理通信線路作為最低層，將其間的協(xié)議處理分為若干層，規(guī)定每層處理的任務(wù)，也規(guī)定每層的接口標(biāo)準(zhǔn).由此，我們得出協(xié)議的定義：通信雙方對等層之間必須遵守的規(guī)則或約束。131 網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)與分層由于世界各大型計算機廠商推出各自的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，因而國際標(biāo)準(zhǔn)化組織iso于1978 年提出開放系統(tǒng)互連參考模型，即著名的osi(open system interconnection)。它將計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的通信協(xié)議規(guī)定為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層等七層，受到計算機界和通信業(yè)的極大關(guān)注。通過十多年的發(fā)展和推進已成為各種計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的靠攏標(biāo)準(zhǔn)。 但是osi參考模型只是規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)的層次劃分，以及每一層上所實現(xiàn)的功能，它沒有規(guī)定每一層上使用的服務(wù)和協(xié)議，因此它本身并不是一個網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。而tcp/ip參考模型則是專用來描述tcp/ip協(xié)議族的。tcp/ip參考模型共分四層，如圖1-1所示。 應(yīng)用層 傳輸層 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層 網(wǎng)絡(luò)接口層 圖1-1 tcp/ip 參考模型對應(yīng)的各層的協(xié)議如圖1-2所示。http ftp telnet smtp tcp udp ip arp rarp tcmp igmp slip ppp 圖1-2 tcp/ip參考模型對應(yīng)各層協(xié)議132 tcp/ip（transmission control protocol/internet protocol）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 tcp/ip（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)間協(xié)議）是一種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，它規(guī)范了網(wǎng)絡(luò)上的所有通信設(shè)備，尤其是一個主機與另一個主機之間的數(shù)據(jù)往來格式以及傳送方式。tcp/ip是internet的基礎(chǔ)協(xié)議，也是一種電腦數(shù)據(jù)打包和尋址的標(biāo)準(zhǔn)方法。在數(shù)據(jù)傳送中，可以形象地理解為有兩個信封，tcp和ip就像是信封，要傳遞的信息被劃分成若干段，每一段塞入一個tcp信封，并在該信封面上記錄有分段號的信息，再將tcp信封塞入ip大信封，發(fā)送上網(wǎng)。在接受端，一個tcp軟件包收集信封，抽出數(shù)據(jù)，按發(fā)送前的順序還原，并加以校驗，若發(fā)現(xiàn)差錯，tcp將會要求重發(fā)。因此，tcp/ip在internet中幾乎可以無差錯地傳送數(shù)據(jù)。tcp是傳輸控制協(xié)議，被用來在一個不可靠的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中為應(yīng)用程序提供可靠的端-端的字節(jié)流服務(wù)。ip協(xié)議又稱互連網(wǎng)協(xié)議，是支持網(wǎng)間互連的數(shù)據(jù)報協(xié)議。它提供網(wǎng)間連接的完善功能，包括ip數(shù)據(jù)報規(guī)定互連網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的地址格式。 tcp/ip協(xié)議與低層的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層無關(guān)，這也是tcp/ip的重要特點。正因為如此 ，它能廣泛地支持由低兩層協(xié)議構(gòu)成的物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。目前已使用tcp/ip連接成洲際網(wǎng)、全國網(wǎng)與跨地區(qū)網(wǎng)。 133 udp（user datagram protocol）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議另一個重要的tcp/ip協(xié)議集的成員是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(udp)，它同tcp相似但比tcp原始許多。udp是一種簡單的面向數(shù)據(jù)報的傳輸協(xié)議，應(yīng)用進程的每次輸出操作均生成一個udp數(shù)據(jù)報，并且一個udp數(shù)據(jù)報封裝在一個ip分組中發(fā)送。但udp和tcp協(xié)議是不同的，tcp是一個可靠的協(xié)議，因為它有錯誤檢查和握手確認(rèn)來保證數(shù)據(jù)完整的到達目的地。udp是一個“不可靠”的協(xié)議，因為它不能保證數(shù)據(jù)報的接收順序同發(fā)送順序相同，甚至不能保證它們是否全部到達。它通常用于不要求可靠傳輸?shù)膱龊?，另外也常用于客?服務(wù)器模式中，以省去每次請求都要建立連接和拆除連接的額外開銷。1. 3. 4 icmp協(xié)議網(wǎng)際控制報文協(xié)議（icmp）nut/net自動響應(yīng)帶有icmp響應(yīng)回答的icmp響應(yīng)請求，這一點在測試有信息包因特網(wǎng)探索（ping）程序的網(wǎng)絡(luò)連接時很有用，在臺式計算機幾乎所有tcp/ip執(zhí)行程序中是通用的。135 smtp（simple mail transfer protocol）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議smtp是internet上使用的emial傳輸協(xié)議，它是一個簡單的ascii協(xié)議，它負(fù)責(zé)在目的主機和源主機的emial進程之間建立聯(lián)系，從而實現(xiàn)兩者之間的郵件傳送。smtp可以說現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛使用，原因就在于它比較簡單實用，特別是應(yīng)用于嵌入式internet，用于實時、方便地發(fā)送簡短的控制信息。136 http（hypertext transfer protocol）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議http是標(biāo)準(zhǔn)的www（the world wide web）傳輸協(xié)議。它的每次連接只完成一個請求，在一次請求完成后，服務(wù)器與客戶之間的連接斷開，客戶取下一個文件時還要重新建立連接。這樣做的好處是大大簡化了服務(wù)器的程序設(shè)計，縮小了程序規(guī)模，從而極大地提高了服務(wù)器的響應(yīng)速度，同其他協(xié)議相比，http的通信速度要快得多?，F(xiàn)在www的成功也標(biāo)示了http協(xié)議的成功，他以成為我們?yōu)g覽www的必不可少的一個重要協(xié)議。其它tcp/ip協(xié)議在tcp/ip網(wǎng)絡(luò)中工作在幕后，但同樣也發(fā)揮著重要作用。例如地址轉(zhuǎn)換協(xié)議(arp)將ip地址轉(zhuǎn)換為物理網(wǎng)絡(luò)地址如以太網(wǎng)地址。而與其對應(yīng)的反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議(rarp)做相反的工作，即將物理網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換為ip地址。網(wǎng)際控制報文協(xié)議(icmp)則是一個支持性協(xié)議，它利用ip完成ip數(shù)據(jù)報在傳輸時的控制信息和錯誤信息的傳輸。例如，如果一個路由器不能向前發(fā)送一個ip數(shù)據(jù)報，它就會利用icmp來告訴發(fā)送者這里出現(xiàn)了問題。 第二章 atmega103簡介2.1描述atmega603/103 是一款基于avr risc 的低功耗cmos 的8 位單片機，通過在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令，atmega603/103 可以取得接近1mips/mhz 的性能，從而使得設(shè)計人員可以在功耗和執(zhí)行速度之間取得平衡。avr 核將32 個工作寄存器和豐富的指令集聯(lián)結(jié)在一起，所有的工作寄存器都與lu 算邏單元直接相連，允許在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行的單條指令同時訪問兩個獨立的寄存器，這種結(jié)構(gòu)提高了代碼效率，使avr 得到了比普通cisc 單片機高將近10 倍的性能。atmega603/103 具有以下特點：64k/128k 字節(jié)flash ，2k/4k 字節(jié)eeprom ，4k 字節(jié)sram ，32 個通用i/0 口，8 個輸入口，8 個輸出口，32 個通用工作寄存器。實時時鐘rtc，個具有比較模式的靈活的定時器/計數(shù)器，內(nèi)外中斷源，可編程的uart， 可編程的看門狗定時器，spi 口以及三種可通過軟件選擇的節(jié)電模式，工作于空閑模式時，cpu 將停止運行。而寄存器定時器/計數(shù)器、看門狗和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作;掉電模式時,振蕩器停止工作,所有功能都被禁止,而寄存器內(nèi)容得到保留,只有外部中斷或硬件復(fù)位,才可以退出此狀態(tài).省電模式與掉電模式只有一點差,別省電模式下t/c2 繼續(xù)工作以維持時間基準(zhǔn).器件是以atmel 的高密度非易失性內(nèi)存技術(shù)生產(chǎn)的,片內(nèi)flash 可以通過spi 接口或通用編程器,多次編程通過將增強的risc 8 位cpu 與flash 集成在一個芯片內(nèi).atmega603/103 為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的方案.atmega603/103 具有一整套的編程和系統(tǒng)開發(fā)工具:宏匯編調(diào)試/仿真器在線仿真器和評估板.atmega603/103結(jié)構(gòu)圖2.2管腳定義vcc gnd :電源a 口pa7pa0a 口是一個8 位雙向i/o 口,每一個管腳都有內(nèi)部上拉電阻,a 口的輸出緩沖器能夠吸收20ma 的電流,可直接驅(qū)動led, 當(dāng)作為輸入時,如果外部被拉低,由于上拉電阻的存在,管腳將輸出電流,在復(fù)位過程中a 口為三態(tài),即使此時時鐘還未起振,在訪問外部sram 時.a 口作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口.b 口pb7pb0b 口是一個8 位雙向i/o 口,每一個管腳都有內(nèi)部上拉電阻,b 口的輸出緩沖器能夠吸收20ma的電流,可直接驅(qū)動led, 當(dāng)作為輸入時,如果外部被拉低,由于上拉電阻的存在,管腳將輸出電流,在復(fù)位過程中b 口,為三態(tài)即使此時時鐘還未起振.c 口pc7pc0c 口是一個8 位輸出i/o 口,能夠吸收20ma 的電流,在訪問外部sram 時,c 口作為地址線,在復(fù)位過程中c 口不為三態(tài).d 口pd7pd0d 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口,輸出緩沖器能夠吸收20ma 的電流,當(dāng)作為輸入時,如果外部被拉低,由于上拉電阻的存在,管腳將輸出電流,在復(fù)位過程中d 口為三態(tài)即使此時時鐘還未起振.e 口pe7pe0e 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口,輸出緩沖器能夠吸收20ma 的電流,當(dāng)作為輸入時,如果外部被拉低,由于上拉電阻的存在,管腳將輸出電流在復(fù)位過程中e 口為三態(tài),即使此時時鐘還未起振,f 口pf7pf0f 口是一個8 位輸入i/o 口,也可作為adc 的模擬輸入/reset 復(fù)位輸入超過50ns 的低電平,將引起系統(tǒng)復(fù)位低于50ns 的脈沖,不能保證可靠復(fù)位.xtal1 振蕩器放大器的輸入端xtal2 振蕩器放大器的輸出端tosc1 rtc 振蕩器放大器的輸入端tosc2 rtc 振蕩器放大器的輸出端/wr 外部sram 寫信號/rd 外部sram 讀信號ale 訪問外部存儲器時的地址鎖存使能信號用于鎖存低8 位地址avcc a/d 轉(zhuǎn)換器的電源應(yīng)該通過一個低通濾波器與vcc 連接aref a/d 轉(zhuǎn)換器的參考電源介于agnd 與avcc 之間agnd 模擬地/pen 串行下載的編程使能信號2.3特點1. avr risc 結(jié)構(gòu)2. avr 高性能低功耗risc 結(jié)構(gòu)120/121 條指令大多數(shù)為單指令周期32 個8 位通用工作寄存器+外設(shè)控制寄存器工作在6mhz 時具有6mips 的性能3. 數(shù)據(jù)和非易失性程序內(nèi)存64k/128k 字節(jié)的在線可編程flash 擦除次數(shù)1000 次4k 字節(jié)sram2k/4k 字節(jié)在線可編程eeprom 壽命100000 次程序加密位spi 接口同時可用作在線下載4. 外圍peripheral 特點片內(nèi)模擬比較器可編程的看門狗定時器由片內(nèi)振蕩器生成全雙工uar主/從spi 接口自具振蕩器的實時時鐘rtc兩個具有比較模式的可預(yù)分頻prescale 8 位定時器/計數(shù)器一個可預(yù)分頻具有比較捕捉和兩個8/9/10 位pwm 功能的16 位定時器/計數(shù)器8 通道10 位adc5. 特別的mcu 特點低功耗空閑省電和掉電模式可通過軟件進行選擇的時鐘頻率內(nèi)外部中斷源6. 4mhz 3v 25 條件下的功耗工作模式5.5ma空閑模式1.6ma掉電模式1 a7. i/o 和封裝32 個可編程的i/o 腳8 個輸出口線8 個輸入口線64 腳qfp 封裝8. 工作電壓2.7v-3.6v atmega603l 和atmega103l4.0v-5.5v atmega603 和atmega1039. 速度0-4mhz atmega603l 和atmega103l0-6mhz atmega603 和atmega103第三章 實用程序設(shè)計3.1 程序設(shè)計方法程序設(shè)計就是用計算機所能接受的語言把解決問題的步驟描述出來，也就是編制計算機的程序。avr 單片機程序設(shè)計語言有：c 編譯高級語言和宏匯編匯編語言。在設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)時，軟件的編制是重要環(huán)節(jié)，軟件的質(zhì)量直接影響整個系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。所以，我們可按需要改編調(diào)用，也可以吸收其設(shè)計方法，以便更好地設(shè)計出適合于自己系統(tǒng)的實用軟件。3.2 程序設(shè)計步驟應(yīng)用程序的設(shè)計因系統(tǒng)而異，因人而異。盡管如此，程序設(shè)計總是有共同特點及其規(guī)律的，在編寫程序時，設(shè)計人員可以采取如下幾個步驟：1.分析問題，明確所要解決問題的要求，將軟件分成若干個相對獨立的部分，根據(jù)功能關(guān)系和時序關(guān)系設(shè)計出合理的軟件總體結(jié)構(gòu)。2.建立正確的數(shù)學(xué)模型，即根據(jù)功能要求，描述出各個輸入和輸出變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，并確定采用的計算公式和計算方法。3.制定程序框圖，根據(jù)所選擇的計算方法，制定出運算的步驟和順序，并畫出程序框圖，這不僅是程序設(shè)計的一個重要組成部分，而且是決定成敗的關(guān)鍵部分。4 .合理分配系統(tǒng)資源，包括程序flash、 e2prom 、sram、 定時器/計數(shù)器、中斷堆棧等。確定數(shù)據(jù)格式，分配好工作單元。進一步將程序框圖畫成詳細(xì)的操作流程。5. 根據(jù)程序的流程圖和指令系統(tǒng)，編寫出程序，注意在程序的有關(guān)位置處寫上功能注釋提高程序的可讀性。6. 程序調(diào)試，通過編輯軟件編輯出的源程序，必須用編譯程序匯編后生成目標(biāo)代碼，如果源程序有語法錯誤，需修改源文件后繼續(xù)編譯，直到無語法錯誤為止，這之后利用目標(biāo)碼，通過仿真器進行程序調(diào)試，排除設(shè)計和編程中的錯誤直到成功。7.程序優(yōu)化，使各功能程序?qū)嵭心K化、子程序化，縮短程序的長度，加快運算速度和節(jié)省數(shù)據(jù)存儲空間，減少程序執(zhí)行的時間。3.3 程序設(shè)計技術(shù)1. 模塊化程序設(shè)計模塊化程序設(shè)計是單片機應(yīng)用中常用的一種程序設(shè)計技術(shù)，它是把有關(guān)功能完整的、較長的程序，分解為若干個功能相對獨立的、較小的程序模塊，各個程序模塊分別進行設(shè)計編程和調(diào)試，最后把各功能模塊集成為所需的程序。模塊化程序設(shè)計的優(yōu)點是，單個功能明確的程序模塊的設(shè)計和調(diào)試比較方便、容易完成。一個模塊可以為多個程序所共享，也可利用現(xiàn)成的程序模塊。2. 自上而下的程序設(shè)計自上而下的程序設(shè)計時，先從主程序開始設(shè)計，從屬的程序和子程序用符號來代替，主程序編好后，再編制各個從屬程序和子程序，最后完成整個系統(tǒng)軟件的設(shè)計，調(diào)試也按這個次序進行。自上而下程序設(shè)計的優(yōu)點是,比較習(xí)慣人們的日常思維、設(shè)計、調(diào)試和連接同時按一個線索進行，程序錯誤可以較早發(fā)現(xiàn)，缺點是修改比較麻煩。3. 軟件抗干擾設(shè)計用于生產(chǎn)現(xiàn)場的單片機應(yīng)用系統(tǒng)，易受各種干擾侵襲，直接影響到系統(tǒng)的可靠性。因此，應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計是非常重要的。在實際情況中,針對不同的干擾后果，采用不同的軟件對策，在實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，為了消除傳感器通道中的干擾信號,可采用軟件數(shù)據(jù)濾波，如算術(shù)平均法、比較舍取法、中值法、一階遞推數(shù)字濾波法等；在開關(guān)量控制系統(tǒng)中，為防止干擾進入系統(tǒng)，造成各種控制條件超差，輸出失控，可采取軟件冗余程序、自檢等措施，為防止程序計數(shù)器失控，造成程序盲目運行或“死機”，可設(shè)置軟件“看門狗”，來監(jiān)視程序運行狀態(tài)，也可在非程序區(qū)設(shè)置軟件陷井,強行使程序拉回復(fù)位狀態(tài)，重新啟動。第四章 avr環(huán)境4.1介紹avr環(huán)境是一種基于avr系列的微處理器的開發(fā)工具。該手冊描述了如何安裝和使用avr環(huán)境。avr環(huán)境夠使用戶在avr高速嵌入式單片機中完全控制程序的執(zhí)行。avr環(huán)境支持匯編級源程序的執(zhí)行。atmel公司對于avr微處理器的匯編是把avr匯編程序和c程序用iar系統(tǒng)icc90c編譯器編譯。avr環(huán)境在微軟的win95和winnt下運行。4.2安裝avr 環(huán)境在win95和winnt4.0下安裝avr環(huán)境：1.把標(biāo)有avr環(huán)境的磁盤插入a驅(qū)動器2.在任務(wù)欄點擊開始按鈕選擇運行3.在打開文件中輸入“a：setup”點擊ok按鈕4.接下來就是安裝程序的指令在winnt3.51安裝avr環(huán)境：1.把標(biāo)有avr環(huán)境的磁盤插入a驅(qū)動器2.在文件菜單中選擇運行3.在命令欄輸入a：setup點擊ok按鈕4.接下來就是安裝程序的指令在網(wǎng)上安裝avr環(huán)境1.登陸網(wǎng)，在avr軟件部分查找astudio.exe文件2.下載astudio.exe到臨時目錄3.在你的磁盤上運行astudio.exe這樣就引出安裝程序4.運行setup.exe5.接下來就是安裝程序的指令 安裝完一次avr環(huán)境后就可雙擊avr環(huán)境圖標(biāo)開始了。如果期望達到高速的目標(biāo)記著在開始avr環(huán)境之前連接和起動avr高速嵌入式單片機4.3描述 這部分簡要描述了avr環(huán)境的主要特性。為了使用avr環(huán)境執(zhí)行程序，你必須先用iar系統(tǒng)的c編譯器編譯它或者用atmel公司的avr匯編程序匯編成avr環(huán)境可識讀的目標(biāo)文件。下面是avr執(zhí)行程序的一個例子。除了原窗口之外，avr定義了許多其它的窗口?？捎糜谠谖⑻幚砥魃蠙z查不同的源文件。avr的主窗口是源窗口，當(dāng)打開一個目標(biāo)文件時，自動創(chuàng)建一個源窗口它顯示當(dāng)前被執(zhí)行部分的代碼。文本標(biāo)記總是指向下一個被執(zhí)行的語句。黙認(rèn)是假定在源文件一級上執(zhí)行，因此如果源信息存在，程序?qū)⒃谠醇壞Ｊ缴祥_始運行。另外c和匯編源級的執(zhí)行，avr也能夠識別和執(zhí)行非匯編程序，當(dāng)程序的執(zhí)行結(jié)束時，用戶可在源和非匯編之間做一些事情有。 所有必要的執(zhí)行命令在avr中都可以得到，無論是在源級或者是在非匯編級。用戶可單步執(zhí)行程序，通過代碼或者是運行步驟的跟蹤，快速運行，指針移至執(zhí)行語句直至完成該任務(wù)，停止執(zhí)行并重新安排執(zhí)行任務(wù)。另外，用戶可有無限量的斷點，每個斷點都可定義為能或者不能。該斷點在執(zhí)行期間被保存。源窗口提供關(guān)于程序控制流的信息。另外，avr提供了大量其它的窗口，以使用戶完全控制執(zhí)行目標(biāo)每個元素的狀態(tài)。可用到的窗口有：監(jiān)視窗口： 顯示定義符號的值。在這里，用戶可看到c程序中變量的值。寄存器窗口：顯示注冊文件的內(nèi)容。當(dāng)停止執(zhí)行時，該注冊可以被修改。存儲窗口： 顯示存儲的程序數(shù)據(jù)或輸入輸出的內(nèi)容。它以十六進制或ascii碼的形式存儲。當(dāng)停止執(zhí)行時，存儲內(nèi)容可以被修改。通訊窗口： 顯示avr和用戶間的通訊消息。處理器窗口： 顯示關(guān)于執(zhí)行目標(biāo)的重要信息，包括程序計數(shù)器，堆棧指針，寄存器狀態(tài)，計數(shù)周期，x&yz指針，rampd寄存器和eind寄存器。當(dāng)停止執(zhí)行時，這些變量可以被修改。第一次執(zhí)行目標(biāo)文件，用戶需建立一個窗口，以便于留心程序的執(zhí)行，因此屏幕上的創(chuàng)建信息是一下特殊的項目。下一次裝栽目標(biāo)文件，就會自動重建。在下面的章節(jié)中將會詳細(xì)描述不同的窗口。4.4 avr環(huán)境的窗口4.4.1源窗口源窗口是avr的主窗口。在打開一個目標(biāo)文件時它被創(chuàng)建，它貫穿于整avr環(huán)境。如果源窗口關(guān)閉，avr環(huán)境終止。源窗口顯示執(zhí)行部分的代碼。下面是一下源窗口的例子。將要執(zhí)行的下一條指令，avr總是有標(biāo)記的。如果該標(biāo)記被用戶移動，直至先前標(biāo)記的文本變成藍色，接下來的語句仍會被識別。源窗口中識別的斷點為左邊語句的一個點即斷點設(shè)置點。如果指針定位在語句上并運行該命令，程序?qū)粓?zhí)行直至指針定位的語句。斷點開始于類似的途徑：指針指向語句，還有斷點鎖定問題是。如果斷點已經(jīng)在語句中設(shè)定，該斷點將被刪除。如果語句中沒有設(shè)定斷點，該斷點將會被插入。一個目標(biāo)文件由若干個模塊組成。每次只能顯示一個模塊。但用戶可以選擇源窗口左上角的選擇箱，選擇插入模塊。對于其它模塊斷點的設(shè)定這種特性優(yōu)與其它方法。如果點擊模塊右邊的選擇箱，源窗口會在源級和非匯編級的執(zhí)行間轉(zhuǎn)換。當(dāng)avr環(huán)境處于非匯編模式，所有的操做，如單步執(zhí)行會在非匯編級完成。有些時候，沒有提供源級信息，例如選擇intel十六文件作為目標(biāo)文件。當(dāng)沒有提供源