【正文】 基于ATmega16單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)物理與電子工程學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（職教） 2009級(jí) 羅德龍指導(dǎo)教師 宋培森摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展電子時(shí)鐘在日常的生活中應(yīng)用的相當(dāng)?shù)亩唷１疚慕榻B了一款基于ATmega16單片機(jī)為主控芯片的數(shù)字電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)。其中主要包括ATmega16單片機(jī)、獨(dú)立鍵盤(pán)、DS1302芯片、LCD1602液晶顯示、以及相關(guān)外圍電路并在PROTUES仿真平臺(tái)上運(yùn)行。關(guān)鍵詞：ATmega16單片機(jī)；DS1302芯片；獨(dú)立鍵盤(pán)；LCD1602 Abstract：With the development of science and technology electronic clock in the daily life of the application is quite long. This paper introduces a single chip processor as the main control chip based on ATmega16 digital electronic clock design. Include ATmega16 microcontroller, independent keyboard, DS1302 chip LCD1602, liquid crystal display (LCD), and related peripheral circuit and in PROTUES simulation platform operation. Key words：ATmega16 microcontroller；DS1302 chip；Independent keyboard；LCD1602 1 前言液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等許多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文中詳細(xì)介紹了基于ATmega16單片機(jī)控制下的162液晶屏顯示設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)基于ds1302的時(shí)鐘電路方便實(shí)用，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。2 AVR單片機(jī)介紹 AVR單片機(jī)簡(jiǎn)介AVR單片機(jī)是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強(qiáng)型內(nèi)置Flash的RISC精簡(jiǎn)指令集高速8位單片機(jī)。AVR的單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀表儀器、通訊設(shè)備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。1997年，由Atmel公司挪威設(shè)計(jì)中心的A先生和V先生，利用Atmel公司的Flash新技術(shù)，共同研發(fā)出RISC精簡(jiǎn)指令集高速8位單片機(jī)，簡(jiǎn)稱AVR。 Atmega16簡(jiǎn)介ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。ATmega16 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和32 個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與運(yùn)算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。ATmega16 有如下特點(diǎn):16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫(xiě)的能力)，512 字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)SRAM，32 個(gè)通用I/O 口線，32 個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益的ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器，一個(gè)SPI串行端口，以及六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。 ATmega16產(chǎn)品特性　　高性能、低功耗的8位AVR微處理器先進(jìn)的RISC 結(jié)構(gòu)131條指令大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期32個(gè)8位通用工作寄存器全靜態(tài)工作工作于16MHz時(shí)性能高達(dá)16MIPS只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，擦寫(xiě)壽命: 10,000次具有獨(dú)立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)，通過(guò)片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，真正的同時(shí)讀寫(xiě)操作512 字節(jié)的EEPROM，擦寫(xiě)壽命: 100,000次1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密JTAG 接口( 與IEEE 標(biāo)準(zhǔn)兼容)符合JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能通過(guò)JTAG 接口實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程外設(shè)特點(diǎn)兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC四通道PWM8路10位ADC，8個(gè)單端通道，2個(gè)具有可編程增益（1x, 10x, 或200x）的差分通道面向字節(jié)的兩線接口兩個(gè)可編程的串行USART可工作于主機(jī)/ 從機(jī)模式的SPI串行接口具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器片內(nèi)模擬比較器特殊的處理器特點(diǎn)上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè)片內(nèi)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的RC振蕩器片內(nèi)/片外中斷源6種睡眠模式: 空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及擴(kuò)展的Standby模式 u I/O和封裝32個(gè)可編程的I/O口 工作電壓:　ATmega16L： 　ATmega16： ATmega16 引腳功能VCC 電源正　GND電源地　端口A (PA7..PA0)做為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ATmega引腳圖有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口A 處于高阻狀態(tài)。　端口B(PB7..PB0)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(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口B 處于高阻狀態(tài)。端口B也可以用做其他不同的特殊功能.　端口C(PC7..PC0) 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(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)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(fù)位出現(xiàn)引腳 PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口C 也可以用做其他不同的特殊功能。 　端口D(PD7..PD0)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(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口D 處于高阻狀態(tài)。端口D 也可以用做其他不同的特殊功能.　RESET 復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時(shí)間超過(guò)最小門(mén)限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。持續(xù)時(shí)間小于門(mén)限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位?！TAL1 反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端?！TAL2 反向振蕩放大器的輸出端?！VCC AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時(shí)應(yīng)通過(guò)一個(gè)低通濾波器與VCC 連接?！REF A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。 AVR單片機(jī)的應(yīng)用區(qū)域AVR單片機(jī)應(yīng)用區(qū)域包括：空調(diào)控制板、打印機(jī)控制板、智能電表、智能手電筒、LED控制屏和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。3 162液晶顯示屏介紹162液晶模塊是一種用5x7點(diǎn)陣圖形來(lái)顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個(gè)字、2行16個(gè)字等。 162液晶屏顯示屏的引腳定義首先，我們來(lái)看162的引腳定義，162的引腳是很整齊的SIP單列直插封裝。表1是液晶屏的引腳定義。表1 接口信號(hào)說(shuō)明表編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2Data 1/02VDD電源正極10D3Data 1/03VEE液晶顯示偏壓信號(hào)11D4Data 1/04RS數(shù)據(jù)命令/選擇端(H/L)12D5Data 1/05R/W讀/寫(xiě)信號(hào)(H/L)13D6Data 1/06E使能信號(hào)14D7Data 1/07D0Data 1/015LEDA背光源正極8D1Data 1/016LEDK背光源該液晶屏采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，我們只需要關(guān)注一下幾個(gè)管腳:1 腳：VSS 為地電源。 2 腳：VDD 接 5V 正電源。3腳:VEE,液晶屏顯示偏壓信號(hào)，用于調(diào)整液晶屏的顯示對(duì)比度，一般會(huì)外界電位器用以調(diào)整偏壓信號(hào)，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“陰影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。4腳:RS，數(shù)據(jù)/命令選擇端，即對(duì)寄存器進(jìn)行選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。5腳:R/W,讀寫(xiě)選擇端，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。6腳:E，使能信號(hào)，其實(shí)時(shí)162的逐句控制時(shí)鐘信號(hào)，利用該信號(hào)的上升沿實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶屏的數(shù)據(jù)傳輸。7~14腳:8位雙向數(shù)據(jù)線。15腳：背光陽(yáng)極。 16腳：背光陰極。 162液晶顯示屏的指令說(shuō)明162液晶模塊的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（說(shuō)明：1為高電平、0為低電平）。162液晶屏內(nèi)部模塊共有11條控制指令，如表2所示。表2 控制命令表序號(hào)指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清屏00000000012光標(biāo)返回000000001*3輸入方式00000001I/DS4顯示開(kāi)關(guān)0000001DCB5移位000001S/CR/L**6功能設(shè)置00001DLNF**7CGRAM地址設(shè)置0001A5 A4 A3 A2 A1 A08DDRAM地址設(shè)置001A6 A5 A4 A3 A2 A1 A09忙標(biāo)志/讀地址計(jì)數(shù)器01BFAC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC010CGRAM/DDRAM數(shù)據(jù)寫(xiě)10寫(xiě)數(shù)據(jù)11CGRAM/DDRAM數(shù)據(jù)讀11讀數(shù)據(jù)指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置 指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H 指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移S: 屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無(wú)效 指令4：顯示開(kāi)關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo)B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移