Atmel Studio 完整入门教程

第一部分：准备工作

在开始之前,请确保您已经准备好以下物品：

1. 硬件：

   • 一块开发板： 最推荐的是 Atmel STARTER KIT (ATxmega 开发板) 或 AVR Dragon 评估板，如果没有开发板，也可以使用一块带有 AVR 微控制器（如 ATmega328P，也就是 Arduino UNO 的核心）的自制板。
   • USB 数据线： 用于连接开发板和电脑。
   • 一个 LED： 如果您的开发板没有预装 LED,需要准备一个。
   • 一个 330Ω 电阻： 用于保护 LED,防止电流过大烧毁。

2. 软件：

   • Atmel Studio： 这是 Atmel 官方提供的免费集成开发环境，您可以从 Microchip 官网下载。
     • 下载地址： https://www.microchip.com/en-us/tools-resources/develop/microchip-studio
     • 注意： 安装时，它会自动安装必要的编译器（GCC for AVR/ARM）和调试器驱动程序。

第二部分：创建第一个项目 - LED 闪烁

"LED 闪烁" 是嵌入式开发的 "Hello, World!",它将帮助我们熟悉整个开发流程。

步骤 1：创建新项目

1. 打开 Atmel Studio。

   
   （图片来源网络，侵删）

2. 在欢迎界面，点击 "New Project" (新建项目)。

3. 在弹出的对话框中：

   • 选择 "GCC C Executable Project" (GCC C 可执行项目)，这意味着我们将用 C 语言编写代码。
   • 在下方的 "Project name" (项目名称) 中输入一个有意义的名字，Blink_LED。
   • 在 "Location" (位置) 中选择一个您希望保存项目的文件夹。
   • 点击 "OK"。

4. Atmel Studio 会询问您要为哪个微控制器编程，它会自动检测您连接的硬件，如果没有检测到,您需要手动选择。

   • 在 "Device selector" (设备选择器) 中，找到您的开发板上使用的微控制器型号，如果您使用的是 Arduino UNO，就选择 ATmega328P。
   • 点击 "OK"。

一个空白的项目已经创建好了，您会看到左侧的 "Solution Explorer" (解决方案资源管理器) 中显示了您的项目文件，main.c 是主源代码文件。

步骤 2：编写代码

1. 在 "Solution Explorer" 中双击 main.c 文件,打开代码编辑器。
2. 删除所有默认的注释代码 ()。
3. 将以下代码复制并粘贴到 main.c 中：

#include <avr/io.h>   // 包含 AVR 输入/输出头文件，用于访问寄存器
#include <util/delay.h> // 包含延时头文件，用于 _delay_ms() 函数
int main(void)
{
    // 将 LED 连接的引脚设置为输出模式
    // 假设 LED 连接在 PB5 引脚 (Arduino UNO 上的 D13)
    // DDRB 是 Data Direction Register B，设置某一位为 1，则对应引脚为输出。
    DDRB |= (1 << PB5);
    // 无限循环
    while (1)
    {
        // 将 PB5 引脚设置为高电平 (点亮 LED)
        PORTB |= (1 << PB5);
        _delay_ms(500); // 延时 500 毫秒
        // 将 PB5 引脚设置为低电平 (熄灭 LED)
        PORTB &= ~(1 << PB5);
        _delay_ms(500); // 延时 500 毫秒
    }
}

代码解释：

• #include <avr/io.h>：包含了所有 AVR 微控制器寄存器定义的头文件，没有它，我们就无法操作 DDRB 或 PORTB。
• #include <util/delay.h>：包含了延时函数 _delay_ms() 的定义。
• DDRB |= (1 << PB5);：DDRB 是 B 端口的数据方向寄存器，这行代码将 DDRB 的第 5 位（对应引脚 PB5）设置为 1，表示 PB5 引脚被配置为输出模式。
• PORTB |= (1 << PB5);：PORTB 是 B 端口的输出寄存器，这行代码将 PORTB 的第 5 位置 1，使得 PB5 输出高电平（约 5V），从而点亮 LED。
• PORTB &= ~(1 << PB5);：这行代码将 PORTB 的第 5 位清 0，使得 PB5 输出低电平（0V），从而熄灭 LED。
• _delay_ms(500);：让程序暂停 500 毫秒。

步骤 3：编译项目

在将代码烧录到芯片之前,我们需要先将其编译成微控制器可以理解的机器码。

1. 点击顶部菜单栏的 "Build" (构建)。

2. 选择 "Build Solution" (生成解决方案)。

3. 如果一切顺利，下方的 "Output" (输出) 窗口会显示编译成功的信息，并生成 .elf、.hex 等文件。.hex 文件是我们将要烧录到芯片中的最终文件。

步骤 4：烧录和调试

现在是最激动人心的部分：让您的 LED 闪烁起来！

使用 Atmel ICE 或 J-Link 等硬件调试器 (推荐)

这是最专业、最强大的方法,支持在线调试。

1. 连接硬件： 将 Atmel ICE 或 J-Link 调试器通过其适配器连接到开发板的调试接口（如 JTAG 或 PDI）。
2. 配置工具：
   • 点击顶部菜单栏的 "Debug" (调试)。
   • 选择 "Tools" (工具) -> "Device Programming" (器件编程)。
   • 在左侧选择您的调试器（如 Atmel ICE）。
   • 在右侧选择您的目标设备（如 ATmega328P）。
   • 点击 "Apply"。
3. 烧录代码：
   • 在 " memories " 标签页中，点击 "..." 按钮，选择您刚刚编译生成的 Blink_LED.hex 文件。
   • 点击 "Program" (编程) 按钮,等待进度条完成。
4. 开始调试：
   • 关闭 "Device Programming" 窗口。
   • 点击顶部工具栏的 "Start Debugging and Break" (开始调试并中断) 按钮 (图标像一个黄色的带箭头的播放按钮)。
   • 程序会自动下载到芯片中，并在 main() 函数的第一行停止。
   • 按下 F5 (Continue) 或点击绿色的 "Go" 按钮，程序开始运行，您应该能看到开发板上的 LED 开始闪烁！

使用 USBasp 或其他编程器

这是一种常见的低成本烧录方法。

1. 连接硬件： 将 USBasp 编程器连接到开发板的 ISP (In-System Programmer) 接口。
2. 烧录代码：
   • 同样地，进入 "Debug" -> "Tools" -> "Device Programming"。
   • 选择工具为 "USBASP"，选择设备为 "ATmega328P"。
   • 加载 .hex 文件并点击 "Program"。
3. 运行： 烧录完成后，断开编程器，给开发板上电，LED 就会自动闪烁。

第三部分：核心功能详解

Atmel Studio 界面介绍

• 菜单栏: 包含所有操作命令，如文件、编辑、构建、调试等。
• 工具栏: 提供常用功能的快捷按钮，如新建、保存、构建、开始调试等。
• Solution Explorer (解决方案资源管理器): 位于左侧,显示项目的文件结构。
• Code Editor (代码编辑器): 位于中间，是您编写代码的地方，支持语法高亮、自动补全。
• Output (输出) 窗口: 位于下方，显示编译、构建和调试过程中的信息、警告和错误。
• Debug (调试) 窗口: 当您启动调试时，会自动显示，包含：
  • Locals (局部变量): 自动显示当前函数中的变量及其值。
  • Watch (监视): 您可以手动添加想要监视的变量或表达式。
  • Call Stack (调用堆栈): 显示函数的调用关系。

调试功能详解

调试是开发过程中最重要的环节，Atmel Studio 提供了强大的调试功能。

• 设置断点: 在代码编辑器的行号左侧单击，会出现一个红点,当程序运行到这一行时会自动暂停。
• 单步执行:
  • F11 (Step Into): 如果当前行是一个函数调用,会进入该函数内部。
  • F10 (Step Over): 执行当前行，如果是函数调用，则一次性执行完整个函数,不会进入函数内部。
  • Shift + F11 (Step Out): 跳出当前正在执行的函数。
• 查看变量:
  • 在调试时，将鼠标悬停在变量上,可以查看其当前值。
  • 在 "Watch" 窗口中,可以输入变量名来持续监视其变化。
• 修改内存/寄存器: 在调试过程中，您可以右键点击寄存器或内存地址，选择 "Modify" (修改) 来实时改变其值,这对于硬件测试非常有用。

第四部分：进阶技巧与资源

使用 ASF (Advanced Software Framework)

Atmel Studio 提供了 ASF 库，它是一套经过官方优化的驱动程序和示例代码,可以大大简化开发。

• 如何使用:
  1. 创建新项目时，选择 "ASF Wizard"。
  2. 在向导中,选择您使用的微控制器。
  3. 在左侧的 "Available Drivers" (可用驱动) 中，勾选您需要的功能，"GPIO" (用于控制 LED)、"USART" (用于串口通信) 等。
  4. 点击 "Generate"，ASF 会自动为您生成包含初始化代码和示例的完整项目。

安装第三方插件

Atmel Studio 支持插件扩展，一个非常流行的插件是 Visual Micro，它可以让您在 Atmel Studio 中使用 Arduino 的库和开发方式,实现两种环境的无缝切换。

官方资源

• Microchip 官方文档: https://www.microchip.com/wwwproducts/en/ - 查找您所用芯片的数据手册和应用笔记，数据手册是您的“圣经”。
• Atmel Studio 示例: Atmel Studio 安装目录下有大量示例项目。
• Microchip 论坛: https://www.microchip.com/forums/ - 寻求帮助和交流的好地方。

通过这份教程，您已经掌握了使用 Atmel Studio 进行 AVR 微控制器开发的基本流程：

1. 创建项目
2. 编写代码
3. 编译项目
4. 烧录/调试

这只是 Atmel Studio 强大功能的冰山一角，随着您经验的积累，可以深入学习 ASF 框架、使用中断、配置定时器、进行 ADC 采样等更高级的功能,祝您学习愉快！