【正文】 l 公司在 AVR 單片機上面使用了密度比較大的的不容易丟失的存儲器技術，也就是說在程序運行時，也可以對電路系統(tǒng)進行重新編譯。 AVR 單片機越來越成為人們首選的一種高靈活降低開發(fā)成本的處理器，在avr 高端產(chǎn)品中 ATmega 公司在部分單片機系統(tǒng)上綜合了在線調(diào)試的功能 ，這就使得用戶可以很方便的隨意更改程序，同時用戶也看可以通過 JATG 實現(xiàn)在線調(diào)試以及下載的功能。 用高級語言編寫比如 C 以及 BASIC 語言已經(jīng)成為了一種行業(yè)趨勢，而 avr不但支持匯編也支持 c 和 basic。高級語言可以幫助用戶更好的進行移植方便業(yè)三江學院 2021 屆本科生 畢業(yè)設計（論文） 2內(nèi)技術的交流。 ATmega16 單片機的 特點 ATmega16單片機的 ATmega系列 AVR單片機內(nèi)部具有接口豐富，功能齊全，特性價格比較高的產(chǎn)品等優(yōu)點。如下： ① 功耗較低以及運行性能較 高的 8 位微處理器系統(tǒng)。 ② 先進的精簡指令集 RISC 結構。 ?精簡指令集包含了 118 條指令，很大一部分是單指令周期。 ?工作在 16MHz 時具有 16MIPS 的性能。 ?硬件乘法器只需兩個時鐘周期。 ③ 非易失性程序以及數(shù)據(jù)存儲器 ?在線可編程 Flash 存儲器容量達到了 16KB，可擦寫的次數(shù)在 10000 次以上。 ?真正的能夠進行同時進行讀寫操作功能的是可選 Boot 代碼 區(qū)具有獨立鎖定位功能可以實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程。 ?線可編程 EEPROM 具有 512B，壽命可達 100000 次 ?片內(nèi) SRAM 具有 1KB ④ 外圍器件特點 ?頻率等分，對比和采集功能是 16 位定時器 /計數(shù)器所具有的 ?10 位 ADC 具有 8 路 ?兩個可編程的串行 USART ?可工作于主機 /從機的 SPI 串行接口 ?片內(nèi)模擬比比較器 ⑤ 處理器特點 ?上電復位電 路和可編程掉電檢測 ?片內(nèi)經(jīng) RC 振蕩器已經(jīng)過校準 ?片內(nèi) /片外中斷源 ?睡眠模式具有 6 種 ⑥ I/O 口和封裝 ?可編程 I/O 接口 32 個 ?DIP 封裝 40 引腳， 44 引腳 TQFP 封裝和 MLF 封裝 ⑦ 工作電壓 ?ATmega16L： ~ ?ATmega16:~ ⑧ 速度等級 ?ATmega16L： 0~8MHz、 三江學院 2021 屆本科生 畢業(yè)設計（論文） 3 ?ATmega1 0~16MHz ⑨ ATmega16 的功耗 ?正常模式： 1,1mA ?空閑模式： ?掉電模式 :1uA ATmega16 單片機 ?端口 A (PA7:PA0) 作為一個 A / D轉換器的模擬輸入 .PA口 也 能 作為 8位的 雙向 輸出輸入 端口 ，假如數(shù)模 轉換器不使用 的情況下 .PA口可以使用 內(nèi)部 集成的 上拉電阻 . PA口輸出buffer可以吞吐 大電流驅動器 以及 源能力韻 的性能 .當 PA0到 PA7的 8個輸出口當做 投入使用 以及 被外部 負載 拉低 電壓時 ，將輸出電流， 假設輸出 IO 的內(nèi)部 集成 上拉電阻器 開始投入使用 .端口 是一個三態(tài) 的 ， 在系統(tǒng) 復位 的 過程中，即使 內(nèi)部集成時鐘系統(tǒng) 沒有運行 外部也不會被負載拉低而輸出電流。 ?端 口 B (PB7:PB0) PB口 是 8位 雙向 輸入輸出的具有 內(nèi)部 集成的 上拉電阻 輸入輸出 端口 .該端 口B out buffer 具有源對稱的驅動能力 .當我們使用 pb 口的輸入功能 時， PB 口電平就會就會因 外部 負載 拉低時 而輸 出電流 。假設內(nèi)部集成上 拉 電阻器 投入使用時 .PB 口 為三態(tài) 的 ， 在系統(tǒng) 復位過程中， 就算 使系統(tǒng)時鐘沒有運行 PB 也可以 使用 不同的特殊功能 。 ?端口 C (PC7:PC0) PC 是 位 雙向 輸入輸出具有 內(nèi)部上拉電阻（每個位選中） 的輸出輸入 端口 .該PC 口的 輸出 buffer 具有源對稱的驅動特性能力 .當把 pc 口 作為輸入 使用時 ， PC 口就會 被外部 負載 拉低將輸出電流 ，但是此時假如 拉電阻器 被使用 .那么 PC 口就會作 為三態(tài) 使用 ， ?端口 D (PD7:PD0) 單片機的 端口 D具有 8準位 雙向 輸出輸入具有 內(nèi)部 集成的 上拉電阻 系統(tǒng)的 端口 .該 端口 D 輸出 buffer 也是 具 有 源對稱的驅動 性能 .當 作為輸入 時。 PD 口 被外部拉低時將輸出電流 。 ATmega16 芯片具有兩種封裝形式如圖 11，圖 12 所示 三江學院 2021 屆本科生 畢業(yè)設計（論文） 4 圖 11 ATmega16芯片的引腳圖 三江學院 2021 屆本科生 畢業(yè)設計（論文） 5 圖 12 mega16 封裝圖 TQFP 封裝 以上的 ATmega16A是一種 功耗比較低的 微控制器 CMOS 8bit是有關于曾強的AVR 基礎的 RISC（精簡指令集） 架構 . 三江學院 2021 屆本科生 畢業(yè)設計（論文） 6第二章 方案設計與論證 按照系統(tǒng)設計功能的要求，初步確定設計系統(tǒng)由復位模塊、 按鍵模塊 、 蜂鳴器 模塊、 顯示 模 塊共 4 個模塊組成，后來在 顯示 模塊的基礎上又 添加了一個發(fā)光二極管 ， 為了在單片機上電時確認是否有電源接通。 本課題的設計要求主要是對 mega16 芯片的熟悉與應用 ，通過使用 ATmega16的內(nèi)部 時鐘分頻電路 ，從而確定出內(nèi)部的機器周期。 再利用兩個外部中斷分別控制按鍵 1,2，中斷響應時執(zhí)行加減操作。 相應的 外圍 電路 單片機最小系統(tǒng)的基礎上根據(jù)要求擴展而來，就是在 ， 比如根據(jù)要求所加的數(shù)碼管模塊 軟件設計思路： 按照實驗任務的要求，初步確定此課題需要用到 3 個按鍵，即按鍵 1 控制加1 部分，按鍵 2 控制減一部分，以便確保用戶 可以根據(jù)自身的定時需求隨意的更改定時時間，按鍵 3 是控制啟動功能，按下啟動定時功能，在加 1 減一操作時要保證數(shù)碼管顯示模塊可以正確顯示數(shù)字，當定時時間到時蜂鳴器即開始鳴叫報警，復位后恢復正常。 硬件設計思路： 電子計時器采用 MEGA16單片機， 包括 復位模塊，按鍵開關模塊和蜂鳴器模塊以及數(shù)碼管模塊構成。系統(tǒng)采用 5v直流電池供電，通過 AMS1117芯片輸出 穩(wěn)定電壓給單片機芯片 ， 在設計電壓部分時初步的方案是采用串聯(lián)的 3v紐扣電池通過硅管分壓達到要求的電壓，但后來考慮到紐扣電池的壓降以及功率輸出并不能達到單片 機的要求所以采用上述方案）。 各模塊通過保護電阻連接 （也可不接上拉電阻，因為 MEGA16內(nèi)部自帶上拉電阻 ） ，系統(tǒng)各模塊通過排線連接到MEGA16單片機板上相應端口。 在單片機最小系統(tǒng)的基礎上才能實現(xiàn)電子計時器的功能，所以首先確定 AVR單片機最小系統(tǒng)包括的成分。 AVR 最小系統(tǒng)： ATmega16 44A 芯片一個 TQFP 封裝形式，復位電路，晶振電路，電源系統(tǒng)。在最小系統(tǒng)的基礎上搭載外圍電路兩個，也就是要求的驅動數(shù)碼管電路部分和驅動蜂鳴器的電路。由于 ATmega16 芯片內(nèi)部自帶復位電路和十分頻時鐘系統(tǒng)，在畫最小系統(tǒng) 時可以省去晶振電路和復位電路，但由于個人喜好在設計電路板時只保留了復位系統(tǒng)，省去了晶振電路。 三江學院 2021 屆本科生 畢業(yè)設計（論文） 7第三章 系統(tǒng)總體結構框圖 圖 31 電子計時器系統(tǒng)框圖 原理圖如圖 32 所示 ： 圖 32 電路原理圖 三江學院 2021 屆本科生 畢業(yè)設計（論文） 8 PCB 板圖如圖 33 所示 圖 33 PCB 板圖 三江學院 2021 屆本科生 畢業(yè)設計（論文） 9 第四章 系統(tǒng)的硬件設計 電路是由控制部分和顯示部分兩大部分組成。利用 AVR 單片機程序進行控制，并通過 外圍電路 數(shù)碼管 模塊 進行顯示。 顯示部分電路的設計 LED 數(shù)碼顯示管的基本原理 用單片機驅動 LED 數(shù)碼管有 很多種方法，本實現(xiàn)采用其中的一種及動態(tài)顯示的方法。 ?優(yōu)點：數(shù)碼管靜態(tài)顯示時數(shù)據(jù)顯示溫度而且運行速度快。 ?原因：在顯示程序執(zhí)行時，單片機將高低電平通過 IO 口輸出到數(shù)碼管的各個引腳后就不再控制 LED， 直到下次顯示時再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。 ?缺點： 使用的電路硬件較多 ?原因：每個顯示驅動電路控制一個顯示單元，一對一工作 ?優(yōu)點：所要用的電路 的硬件 較 少， 可以大幅節(jié)約的電路板空間 ?缺點： 數(shù)據(jù)的顯示給人閃爍感 ， 微處理器損耗時間多 。 ?原因： 動態(tài)顯示時單片機的要不斷的對 IO 口進行掃描刷新以獲得最新的輸出高低電平，通過人的視覺暫留效應達到動態(tài)顯示的目的。 本設計采用的是動態(tài)顯示的顯示方式。原因如下： 動態(tài)掃描顯示 方法在工業(yè)應用中極為廣泛，也是在學校教學任務中作為主要講授的應用方式。在設計本實驗時只需用到兩位一體的數(shù)碼管即可，共陰極數(shù)碼管，他們的各個同名引腳連接在一起 ，兩個 端共極，用來進行位選。數(shù)碼管的七個 led 管編成 a~g，通過控制不同的 led 段顯示相應的數(shù)字 。 在共陰極工作時單片機向數(shù)碼管的各個引腳發(fā)送同樣的高低電平，這時兩個數(shù)碼管就會顯示同樣的數(shù)字，這顯然不符合我們的要求。所以此時的公共 端就可以用來位選，即是給相應的 段輸入低電平，即可控制讓某一個數(shù)碼管工作。我們所說的動態(tài)掃描 就是用快速掃描的方法來回切換所要點亮的數(shù)碼管，由于速度快時間短加上人們具有的視覺停留效應也就達到我們要求的動態(tài)顯示就好像一起亮一樣。 從上述的 介紹 中，可以看出動態(tài)顯示 方 式具有很大 的實用性， 尤其對 IO 口有限的單片機來說，動態(tài)顯示是首選方式，綜上所述動態(tài)顯示在目前的數(shù)碼管應用中極為廣泛，了解動態(tài)顯示的原理對本設計的進行極為重要 。 三江學院 2021 屆本科生 畢業(yè)設計（論文） 10 數(shù)碼管顯示模塊分析 用 5v 直流電源通過 AMS1117 輸出 給單片機供電， ATmega16 的