【正文】 所暴露的問題也越來越多，逐漸引入了高級語言，C語言就是其中的一種。在大一時就曾接觸過C語言，由于時間較短，重視程度不夠，后來又一直沒用過，只能對它有一個大概的了解。而對于AVR單片機的相關(guān)知識和液晶顯示模塊的使用，則完全是一片空白。這次畢業(yè)設計，就不得不花大量的時間在這些基礎知識的學習上。為了更有效地完成這個課題，特列出了如下計劃：表11 畢業(yè)設計進度表 起止時間 工 作 內(nèi) 容第1~2周熟悉課題的基本要求，查閱相關(guān)資料，初步擬定設計的整體方案，完成開題報告。 第3~8周1. 自學這次課題所涉及的相關(guān)內(nèi)容，包括C語言基礎知識，AVR單片機（主要是Atmega16L芯片）和ICCAVR編譯器的使用以及液晶顯示的相關(guān)內(nèi)容。并設計一些簡單的實際電路，熟練所學內(nèi)容并加以鞏固。2. 熟悉繪圖軟件Protel99的使用。 第9~12周1. 設計LCD顯示電路，電源電路，用Protel99繪制原理圖，和同學一起完成整個充電電路原理圖，并繪制印制電路板。2. 編寫顯示程序。 第13~15周焊接調(diào)試電路，根據(jù)各部分的作用對硬件電路進行調(diào)試，最后聯(lián)機調(diào)試。 最后數(shù)周寫畢業(yè)設計論文，完成全部畢業(yè)設計。 這次畢業(yè)設計是由郭偉同學和本人共同合作完成，由他完成充電部分的硬件電路的設計，和這邊的顯示部分相結(jié)合，共同完成智能充電器的設計。第二章 硬件電路設計經(jīng)過前面對充電器原理、液晶模塊、ATmega16L等的總體了解和掌握以及對各種元器件和電路圖的分析和比較后，現(xiàn)在就可以開始進入硬件電路的設計了。在本章里，首先將介紹一下液晶模塊訪問方式的兩種接口電路，然后對LCD顯示電路原理圖作一個詳細的介紹，接著介紹充電電路中所用到的各種芯片和元器件的原理和一些功能，最后對PROTEL99的使用和PCB板的繪制以及焊接做一簡單介紹，然后再將自己的設計思想和同組人所設計的兩部分結(jié)合，達成統(tǒng)一。 第一節(jié) 液晶顯示模塊兩種訪問方式接口電路的選擇單片機與液晶顯示模塊之間的連接方式分為直接訪問方式和為間接控制方式兩種。如圖21和圖22所示，其中左為單片機，右為液晶顯示模塊。 (一) 直接訪問方式PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7RDWEDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7GNDVCCV0E/CSA/CSBR/WD/I10K 數(shù)據(jù)總線 GND +5V電位器 負電源 1 32 74LS00A11A10A9A8MPU 圖21 直接訪問方式電路圖 LCM接口直接訪問方式就是將液晶顯示模塊的接口作為存儲器或I/O設備直接掛在單片機總線上，單片機以訪問存儲器或I/O設備的方式操作液晶顯示模塊的工作。直接訪問方式的接口電路如圖21所示，在圖中，單片機通過高位地址A11控制CSA，A10控制CSB，以選通液晶顯示屏上各區(qū)的控制器；同時用地址A9作為R/W信號控制數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)流向；用地址A8作為D/I信號控制寄存器的選擇，E(使能)信號由RD和WE共同產(chǎn)生，這樣就實現(xiàn)了單片機對液晶顯示模塊的電路邊接。電位器用于顯示對比度的調(diào)節(jié)。(二)間接控制方式 DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0/CSA/CSBER/WD/IVCCV0GND電位器+5V 10K 負電源 GND MPU LCM接口圖22 間接控制方式電路圖間接控制方式是單片機通過自身的或系統(tǒng)中的并行接口與液晶顯示模塊連接。單片機通過對這些接口的操作，以達到對液晶顯示模塊的控制。這種方式的特點就是電路簡單，控制時序由軟件實現(xiàn)，可以實現(xiàn)高速單片機與液晶顯示模塊的接口。電路圖如圖22所示。在圖中以 P1口作為數(shù)據(jù)口，。電位器用于顯示對比度的調(diào)節(jié)。通過比較再結(jié)合本次設計的實際條件，由于Atmega16L芯片沒有WR、RD管腳，而且為了使電路簡單且方便軟件實現(xiàn)，所以最終決定采用間接控制的方式來設計LCD顯示電路。第二節(jié) 硬件電路主要芯片 ATmega16L主要引腳說明以下是ATmega16L的引腳配置： 圖23 ATmega16L芯片引腳引腳說明：VCC 　　　　　　　數(shù)字電路的電源GND 　　　　　　　地端口A(PA7～PA0) 　端口A 作為A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口A 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口A 處于高阻狀態(tài)。端口B(PB7～PB0) 　端口B 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口B 處于高阻狀態(tài)。端口C(PC7～PC0) 　端口C 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口C 處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復位出現(xiàn)引腳PC5(TDI)、PC3(TMS)與PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口D((PD7～PD0) 端口D 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口D處于高阻狀態(tài)。RESET　　　　　　 復位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復位。XTAL1 　　　　　　反向振蕩放大器與片內(nèi)時鐘操作電路的輸入端。XTAL2 　　　　　　反向振蕩放大器的輸出端。AVCC　　　　　　　AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時，該引腳應直接與VCC連接。使用ADC時應通過一個低通濾波器與VCC相連。AREF　　　　　　　A/D 的模擬基準輸入引腳。 Atmega16L的存儲器AVR結(jié)構(gòu)有兩個主要的存儲空間：數(shù)據(jù)存儲器空間和程序存儲器空間，此外，Atmega16L還有一個EEPROM存儲器以保存數(shù)據(jù)。這三個存儲器都為線性的平面結(jié)構(gòu)。(1) Atmega16L具有16K字節(jié)的在線編程Flash，用于存儲程序指令代碼。因為AVR指令為16位或32位，故Flash組織成8K16的形式。用戶程序的安全性要根據(jù)Flash程序存儲器的兩個區(qū)：引導(Boot) 程序區(qū)和應用程序區(qū)，分開來考慮。Flash存儲器至少可以擦寫10,000次。Atmega16L的程序存儲器為13位，因此可以尋址8K的存儲器空間。關(guān)于用SPI 或JTAG 接口實現(xiàn)對Flash 的串行下載，將在軟件部分作詳細的介紹。(2) 數(shù)據(jù)存儲器的尋址方式分為5種：直接尋址、帶偏移量的間接尋址、間接尋址、帶預減量的間接尋址和帶后增量的間接尋址。ATmega16L的全部32個通用寄存器、64個I/O寄存器及1024個字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)SRAM可以通過所有上述的尋址模式進行訪問。(3) ATmega16L 包含512 字節(jié)的EEPROM 數(shù)據(jù)存儲器。它是作為一個獨立的數(shù)據(jù)空間而存在的，可以按字節(jié)讀寫。EEPROM 的壽命至少為100,000 次擦除周期。EEPROM 的訪問由地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器決定。 Atmega16L的時鐘電路單片機的時鐘用于產(chǎn)生工作所需要的時序，其連接電路如下圖： 圖24 晶體振蕩器連接圖XTAL1 與XTAL2 分別為用作片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入和輸出，考慮到其最大頻率不超過8MHz。 Atmega16L的系統(tǒng)復位Atmega16L有五個復位源：(1) 上電復位。電源電壓低于上電復位門限Vpot時，MCU復位。如果在單片機加Vcc電壓的同時，保持RESET引腳為低電平，則可延長復位周期。Vcc Vpot VpotRESET Vrst VrstTIMEOUTINTERINAL tTOUT tTOUT RESET 圖25 RESET引腳與VCC相連時， 圖26 RESET引腳由外部控制時, 單片機的復位電平 單片機的復位電平(2) 外電復位。引腳RESET上的低電平持續(xù)時間大于最小脈沖寬度時MCU復位。VccRESET VrstTIMEOUT tTOUTINTERNALRESET 圖27 外部復位時序圖(3) 看門狗復位?？撮T狗使能并且看門狗定時器溢出時復位發(fā)生。看門狗計數(shù)器溢出時，將產(chǎn)生一個晶振的復位脈沖。Vcc RESET WDT 1 XTAL CycleTIMEOUT RESET tTOUT TIMEOUTINTERNAL RESET 圖28 看門狗復位時序圖(4) 掉電檢測復位。掉電檢測復位功能使能，且電源電壓低于掉電檢測復位門限Vpot時MCU即復位。(5) JTAG AVR復位。復位寄存器為1時MCU復位。第三節(jié)　LCD液晶顯示 LCD的顯示原理液晶顯示器是一種功耗極低的顯示器。隨著液晶顯示技術(shù)的發(fā)展，LCD顯示器的規(guī)格眾多，其專用驅(qū)動芯片也相互配套，使LCD在控制和儀表系統(tǒng)中廣泛應用提供了極大的方便。根據(jù)LCD顯示原理的不同，常見和常用的LCD可以分為字符型LCD和點陣型LCD兩種。不同的顯示原理使得這兩種LCD的指令系統(tǒng)、接口和功能等是不相同的，各有優(yōu)缺點，但結(jié)合到本次設計的實際要求，經(jīng)過比較還是選用點陣型LCD?，F(xiàn)就點陣型LCD的顯示原理、模塊特點等做一簡要介紹。要想在液晶模塊上顯示一個漢字或字符，需要3個最基本的控制操作：分別向3個控制器寫指令代碼、寫顯示數(shù)據(jù)和讀顯示數(shù)據(jù)。這里要特別引起注意的是完成這3項操作的前提條件是KS0108B控制器處于準備好的狀態(tài)，即BUSY=0，由模塊的軟件特性知道，當BUSY=1時，系統(tǒng)的接口電路處于被封鎖的狀態(tài)，是不能接受除讀狀態(tài)指令外的任何操作的。因此在訪問控制器之前，一定要判斷控制器的當前狀態(tài)。具體到軟件設計時，則需設計一判忙程序，在判斷BUSY=0后，再往下進行操作。在本模塊中，每個漢字的大小是1616點陣，而每個字符的大小是816點陣，即字符的寬度為漢字的1/2。它們都是以二維數(shù)組的格式存放在ROM中。向液晶模塊顯示一個漢字的過程就是：由液晶屏顯示區(qū)的指定字符行的指定列開始，連續(xù)輸出該字符對應的字符庫中的16個列數(shù)據(jù)，如果是顯示字符，則輸出8個列數(shù)據(jù)即可。上面已經(jīng)介紹到，MGLS19264液晶模塊中液晶屏顯示區(qū)為19264點陣，其中，它們的每8個像