【正文】 的 ?10位ADC具有8路 ?兩個可編程的串行USART ?可工作于主機(jī)/從機(jī)的SPI串行接口 ?片內(nèi)模擬比比較器⑤處理器特點 ?上電復(fù)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(zhǔn) ?片內(nèi)/片外中斷源 ?睡眠模式具有6種⑥I/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、 ?ATmega1 0~16MHz⑨ATmega16的功耗 ?正常模式：1,1mA ?空閑模式： ?掉電模式:1uA ATmega16單片機(jī)?端口A (PA7:PA0) 作為一個A / ，. PA0到PA7的8個輸出口當(dāng)做投入使用以及被外部負(fù)載拉低電壓時，將輸出電流，在系統(tǒng)復(fù)位的過程中，即使內(nèi)部集成時鐘系統(tǒng)沒有運(yùn)行外部也不會被負(fù)載拉低而輸出電流。?端口B (PB7:PB0) out ，PB口電平就會就會因外部負(fù)載拉低時而輸出電流。，在系統(tǒng)復(fù)位過程中，就算使系統(tǒng)時鐘沒有運(yùn)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），PC 口就會被外部負(fù)載拉低將輸出電流，?端口D (PD7:PD0) 。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所示圖11 ATmega16芯片的引腳圖圖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(guān)于曾強(qiáng)的AVR基礎(chǔ)的RISC（精簡指令集）架構(gòu).第二章 方案設(shè)計與論證 按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，初步確定設(shè)計系統(tǒng)由復(fù)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(chǔ)上又添加了一個發(fā)光二極管，為了在單片機(jī)上電時確認(rèn)是否有電源接通。 本課題的設(shè)計要求主要是對mega16芯片的熟悉與應(yīng)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(jī)器周期。再利用兩個外部中斷分別控制按鍵1,2，中斷響應(yīng)時執(zhí)行加減操作。相應(yīng)的外圍電路單片機(jī)最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上根據(jù)要求擴(kuò)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(shè)計思路：按照實驗任務(wù)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(dāng)定時時間到時蜂鳴器即開始鳴叫報警，復(fù)位后恢復(fù)正常。硬件設(shè)計思路：電子計時器采用MEGA16單片機(jī)，包括復(fù)位模塊，按鍵開關(guān)模塊和蜂鳴器模塊以及數(shù)碼管模塊構(gòu)成。系統(tǒng)采用5v直流電池供電，在設(shè)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(dá)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(dá)到單片機(jī)的要求所以采用上述方案）。各模塊通過保護(hù)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(jī)板上相應(yīng)端口。在單片機(jī)最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上才能實現(xiàn)電子計時器的功能，所以首先確定AVR單片機(jī)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(fù)位電路，晶振電路，電源系統(tǒng)。在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上搭載外圍電路兩個，也就是要求的驅(qū)動數(shù)碼管電路部分和驅(qū)動蜂鳴器的電路。由于ATmega16芯片內(nèi)部自帶復(fù)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(fù)位電路，但由于個人喜好在設(shè)計電路板時只保留了復(fù)位系統(tǒng)，省去了晶振電路。第三章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)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PCB板圖如圖33所示圖33 PCB板圖第四章 系統(tǒng)的硬件設(shè)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(jī)程序進(jìn)行控制，并通過外圍電路數(shù)碼管模塊進(jìn)行顯示。 顯示部分電路的設(shè)計 LED數(shù)碼顯示管的基本原理用單片機(jī)驅(qū)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(yùn)行速度快。 ?原因：在顯示程序執(zhí)行時，單片機(jī)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(qū)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(jī)的要不斷的對IO口進(jìn)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(yīng)達(dá)到動態(tài)顯示的目的。本設(shè)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(yīng)用中極為廣泛，也是在學(xué)校教學(xué)任務(wù)中作為主要講授的應(yīng)用方式。在設(shè)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(jìn)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(yīng)的數(shù)字。在共陰極工作時單片機(jī)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(yīng)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(yīng)也就達(dá)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(jī)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(yīng)用中極為廣泛，了解動態(tài)顯示的原理對本設(shè)計的進(jìn)行極為重要。 數(shù)碼管顯示模塊分析，ATmega16的PA口通過一個8x1k的排阻連接兩位一體的數(shù)碼管，用來段選，低電平有效。PD3和PD4口用于段選，低電平有效，兩位一體的數(shù)碼管是共陰極接法，公共端是10,。該兩位一體數(shù)碼管公用8個引腳，PA口輸出低電平各LED管發(fā)光，通過PD3和PD4的段選作用確定是哪個數(shù)碼管有效。但這個方式使數(shù)碼管呈現(xiàn)的效果沒有靜態(tài)顯示方式的效果要好，是因為動態(tài)顯示是應(yīng)用了掃描的方法，在顯示位數(shù)比較多的時候，微處理器就要不斷的的對每個數(shù)碼管進(jìn)行掃描，這在很大程度上增加微處理器的工作時間。 另附該兩位一體數(shù)碼管原理圖及封裝形式如圖41，42所示圖41 兩位一體數(shù)碼管原理圖圖42 兩位一體數(shù)碼管封裝兩位一體數(shù)碼管參考尺寸如圖43所示圖43 數(shù)碼管參考尺寸 LED顯示電路設(shè)計思路：第一種方案如圖44所示：圖44 數(shù)碼管顯示模塊原理圖優(yōu)點：通過74HC595節(jié)省I/O口弊端。74HC595對程序設(shè)計要求較高，太過于繁瑣第二種方案如圖45所示：圖45 數(shù)碼管顯示模塊原理圖二優(yōu)點：采用獨立數(shù)碼管編程相對簡單缺點：占用較多I/O口，74HC595對程序設(shè)計要求較高，太過于繁瑣綜合以上的設(shè)計思路分析得出最終方案如圖46所示：圖46 數(shù)碼管顯示模塊原理圖三優(yōu)點：通過PA口直接驅(qū)動數(shù)碼管，編程簡單。PCB板制作方便缺點：占用I/O口較多，但由于外接電路較少,I/O口充足，可以接受。 控制部分電路的設(shè)計設(shè)計單片機(jī)復(fù)位系統(tǒng)的目的是使得單片機(jī)以及系統(tǒng)的中的其他寄存器能夠從一個預(yù)備的狀態(tài)也就是初始的狀態(tài)執(zhí)行。當(dāng)單片機(jī)發(fā)生斷電后或者某個部分發(fā)生故障時都應(yīng)該按復(fù)位鍵使程序能夠在下次從初始狀態(tài)開始執(zhí)行。比如值000H就會在系統(tǒng)復(fù)位后給PC輸入，這就使得單片機(jī)在執(zhí)行程序時從第一個單元開始讀取相應(yīng)的指令。電源電路設(shè)計思路：第一種方案如圖47所示：圖47 電源原理圖一缺點：實際應(yīng)用中接口不方便第二種方案如圖48所示：圖48 電源原理圖二缺點：由于是USB口接口，在實際應(yīng)用中USB借口并不是很方便的就找到，從用戶的角度來看在實際操作過程中并不是那么方便。最終方案如圖49所示：