基于AVR单片机的电路设计及程序编写详解（以ATMega328P为例）

一、基础电路设计

以下是AVR单片机的最小系统电路，支持程序下载和调试：

1. 单片机核心电路

   • 芯片：ATMega328P（兼容Arduino Uno）
   • 供电：5V直流电源（VCC=5V, GND接地）
   • 滤波电容：VCC与GND之间并联0.1μF陶瓷电容 + 10μF电解电容

2. 时钟电路

   • 16MHz晶振：连接XTAL1和XTAL2引脚
   • 负载电容：两脚各接22pF电容到GND（若使用内部RC振荡器可省略）

3. 复位电路

   • 复位引脚：RESET通过10kΩ电阻上拉到VCC
   • 复位按键：按键一端接地，按下时强制复位

4. 程序下载接口（ISP）

   引脚排列（6针接口）：
   ┌────┬────┐
   │ 1  │ 2  │ → MOSI (PB3)
   │ 3  │ 4  │ → VCC
   │ 5  │ 6  │ → GND
   └────┴────┘

   • 信号线：
     • MOSI → PB3
     • MISO → PB4
     • SCK → PB5
     • RESET → RESET引脚

5. 外设电路（LED示例）

   • LED控制：PD0引脚 → 220Ω限流电阻 → LED阳极 → GND

二、程序编写示例：LED闪烁

开发工具：AVR-GCC + AVRDUDE + PlatformIO/VSCode
代码实现：

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

int main(void) {
    // 设置PD0为输出模式（0 = 输出）
    DDRD |= (1 << DDD0); 

    while (1) {
        PORTD |= (1 << PORTD0);   // PD0输出高电平（LED亮）
        _delay_ms(500);            // 延时500ms
        PORTD &= ~(1 << PORTD0);   // PD0输出低电平（LED灭）
        _delay_ms(500);            // 延时500ms
    }
    return 0;
}

三、编译与烧录步骤

1. 编译程序（终端命令）：

   avr-gcc -mmcu=atmega328p -Os -o led.elf led.c
   avr-objcopy -O ihex led.elf led.hex

2. 烧录到单片机（通过USBasp编程器）：

   avrdude -c usbasp -p m328p -U flash:w:led.hex:i

四、扩展设计建议

1. 串口通信：连接PD0(TX)和PD1(RX)到串口转换芯片（如CH340G）
2. ADC采样：使用PC0引脚（ADC0）连接电位器
3. 中断按键：PB0引脚（INT0）接按钮，配置下降沿中断

五、电路验证要点

1. 电源电压稳定在4.5~5.5V
2. ISP编程器与单片机引脚无短路
3. 熔丝位配置正确（默认使用内部8MHz时钟时无需晶振）

提示：初学者建议使用Arduino兼容板（如Uno）作为开发载体，可直接通过Arduino IDE简化编程流程。

通过以上设计，可实现完整的AVR单片机开发闭环，满足基础控制需求。