【正文】 DIP 28 和 TQFP/MLF32），因此其價格較便宜，并且 AVR 單片機系統(tǒng)內(nèi)自帶的可編程特性，使得不需要購買昂貴的編程器和仿真器亦可以進行單片機的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計，同時 ，也是為單片機的初學者提供了非常方便以及簡捷的學習開發(fā)環(huán)境。因此， Atmega8 達到接近 1MIPS/MHz 的性能，運行的速度比普通的CISC 單片機要高出 10 倍 。 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 8 P B 0 (IC P )14P B 1 (O C 1 A )15P B 2 (S S /O C 1 B )16P B 3 (M O S I/O C 2 )17P B 4 (M IS O )18P B 5 (S C K )19P B 6 (X T A L 1 /T O S C 1 )9P B 7 (X T A L 2 /T O S C 2 )10P D 0 (R X D )2P D 1 (T X D )3P D 2 (IN T 0 )4P D 3 (IN T 1 )5P D 4 (X C K /T 0 )6P D 5 (T 1 )11P D 6 (A IN 0 )12P D 7 (A IN 1 )13GND8VCC7A V C C20A R E F 2 121G N D22(A D C 0 )P C 023(A D C 1 )P C 124(A D C 2 )P C 225(A D C 3 )P C 326(A D C 4 /S D A )P C 427(A D C 5 /S C L )P C 528(R E S E T )P C 61 Atmega8 的引腳說明如下： 數(shù)字電路電源。當用作輸入使用的時候，如果內(nèi)部的上拉電阻使能，此時端口被外部電路拉低，將會輸出電 流。 C(PC5..PC0) 端口 C 是 7 位雙向 I/O 口，具有可編程內(nèi)部上拉電阻。 PC6 的電氣特性不同于端口 C 的其他引腳。 D(PD7..PD0) 端口 D 是 8 位的雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部的上拉電阻。 圖 3 1 Atmega8 的引腳圖 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 9 6. RESET 復(fù)位輸入引腳。當不使用 ADC 時，此引腳應(yīng)該直接與 CCAV 連接。 Atmega8I/O口概述 Atmega8 的 I/O 口共有 PB、 PC、 PD 三個，其中 PC 口為 7 位 I/O 端口，相應(yīng)的端口線為 PC6～ PC0； PB 和 PD 均為 8 位的 I/O 端口，相應(yīng)端口線為 PB7～ PB0和 PD7～ PD0。因此， Atmega8 的三個 I/O端口有 9 個 I/O寄存器，它們是 PINB、 PINC、 PIND、PORTB、 PORTC、 PORTD、 DDRB、 DDRC 和 DDRD，其中， DDRC、 PORTC 和PINC 均為 7 位 I/O 寄存器，位 號 n 為 6～ 0，其余的為 8 位 I/O 寄存器。 Atmega8 的 I/O 配置如表 31所示。 ADC 功能簡介 A/D 轉(zhuǎn)換，即將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程， A/D 轉(zhuǎn)換器的簡稱為 ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器 )。由于數(shù)字信號僅表示一個相對大小，所以每一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器需要一個參考模擬量作為轉(zhuǎn)換標準，輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小 。 分辨率是指 ADC能夠轉(zhuǎn)換的二進制數(shù)位數(shù)，它描述的為 ADC量化信號準確度，高分辨率 ADC 比低分辨率 ADC 能把輸入?yún)^(qū)間劃分為更多的子區(qū)間， ADC 輸入范圍 所劃分子區(qū)間個數(shù)的對數(shù)即為 ADC 的 分辨位數(shù)，位數(shù)越多相應(yīng)分辨率亦越高。相對誤差指的是在整個轉(zhuǎn)換之范圍內(nèi)，數(shù)字量所對應(yīng)模擬輸入量的實際值同理論值之差，運用模擬電壓滿量程的百分比表示。減小功耗可以使 ADC 的工作穩(wěn)定較容易保持在合理的范圍內(nèi)。 Atmega8 具有 10 位精度的逐次逼近型 ADC，內(nèi)建采樣 /保持電路。 表 3 3 ADMUX 各位定義 位 7 6 5 4 3 2 1 0 位符號 REFS1 REFS0 ADLAR MUX3 MUX2 MUX1 MUX0 (1） REFS REFS0(位 7 和位 6)：參考電壓選擇位 這些位用于選擇 ADC 的參考電壓。 表 3 4 ADC 的電壓參考源 REFS1 REFS0 參考電壓選擇 0 0 AREF，內(nèi)部 refV 關(guān)閉 0 1 AVCC， AREF 引腳外加濾波電容 1 0 保留 1 1 ， AREF 引腳外加濾波電容 (2)ADLAR(位 5):ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果左對 齊選擇位 ADLAR 叫做 ADC 結(jié)果左端對齊選擇位，用于決定 ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果在 ADC 數(shù)據(jù)寄存器中的存放格式。 表 3 5 ADC 通道選擇表 MUX3..MUX0 單端輸入通道 0000 ADC0 0001 ADC1 0010 ADC2 0011 ADC3 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 13 表 3 6 ADC 通道選擇表（續(xù)） MUX3..MUX0 單端輸入通道 0100 ADC4 0101 ADC5 0110 ADC6 0111 ADC7 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 ( BGV ) 1111 0V(GND) 2. ADC 數(shù)據(jù)寄存器 ADCH 和 ADCL ADC 稱為單片機的數(shù)據(jù)寄存器，二進制 16 位，是由 ADCH 和 ADCL 拼裝而組成的，用于存放 A/D 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量。 表 3 7 ADC 在右端對齊下的數(shù)據(jù)格式 (ADLAR=0) 位 15 14 13 12 11 10 9 8 位符號 ADC9 ADC8 位符號 ADC7 ADC6 ADC5 ADC4 ADC3 ADC2 ADC1 ADC0 表 3 8 ADC 在左端對齊下的數(shù)據(jù)格式 (ADLAR=1) 位 15 14 13 12 11 10 9 8 位符號 ADC9 ADC8 ADC7 ADC6 ADC5 ADC4 ADC3 ADC2 位符號 ADC1 ADC0 為了確保 ADC 中所讀數(shù)字量為同一次 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果， ADC 數(shù)據(jù)寄存器在用戶讀出 ADCL 后便被凍結(jié)， ADC 中不能把新的 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果送入進去，直到 ADCH寄存器被讀出以后為止。 ADCSR 中各位定義如表 36 所示。在單次轉(zhuǎn)換模式下，置位 ADSC 能夠啟動一次A/D 轉(zhuǎn)換；在連續(xù)轉(zhuǎn)換的模式下，將 ADSC 置位會啟動第一次 A/D 轉(zhuǎn)換。 (3)ADFR（位 5） ADFR 是 ADC 轉(zhuǎn)換模式的選擇位。如果 ADIF=0，則表示沒有 A/D 轉(zhuǎn)換或本次 A/D 轉(zhuǎn)換尚未完成， ADC還未更新；如果 ADIF=1，則 表示本次 A/D 轉(zhuǎn)換已完成， ADC 也已更新。 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 15 (6)ADPS2～ ADPS0(位 2～位 0) ADPS2～ ADPS0叫做 ADC時鐘預(yù)分頻選擇位，用于決定系統(tǒng)主時鐘 ADCCLK 和ADC 時鐘之間的分頻率，如表 37 所示。 表 3 11 T/C1 的控制寄存器 A(TCCR1A) 位 7 6 5 4 3 2 1 0 位符號 COM1A1 COM1A0 COM1B1 COM1B1 FOC1A FOC1B WGM11 WGM10 表 3 12 T/C1 的控制寄存器 B(TCCR1B) 位 7 6 5 4 3 2 1 0 位符號 ICNC1 ICES1 WGM13 WGM12 CS12 CS11 CS10 TCCR1A 中 WGM11 和 WGM10 被 稱為波形發(fā)生器模式控制位，同 TCCR1B中的 WGM13 和 WGM12組合，用于控制 T/C1的計數(shù)方式和工作方式 (計數(shù)上限值 )，以及確定波形發(fā)生器的工作模式，如表 312 所示。 通過設(shè)置 T/C1 控制寄存器 A 可以設(shè)定通道 A 以及通道 B 的輸出比較模式， T/C1 在 OC1A/OC1B 引腳上輸出波形的頻率由 TCNT1 計數(shù)上限決定，該計數(shù)上限唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 17 值越大，輸出波形頻率越低；輸出波形起始脈寬和相位由輸出比較寄存器OCR1A/OCR1B 中設(shè)定的比較匹配值來決定 [2]。 表 3 14 相位可調(diào) PWM 模式 COM1A1/COM1B1 COM1A0/COM1B0 說明 0 0 OC1A/OC1B 不占用 PB1/PB2 0 1 WGM3=0 時， OC1A/OC1B 不占用 PB1/PB2 WGM3=1 時，比較匹配時觸發(fā) OC1A/OC1B 1 0 加 1 計數(shù)中比較匹配時清零 OC1A/OC1B 減 1 計數(shù)中比較匹配時置位 OC1A/OC1B 1 1 加 1 計數(shù)中比較匹配時置位 OC1A/OC1B 減 1 計數(shù)中比較匹 配時清零 OC1A/OC1B 時鐘源選擇 CS12～ CS10 為 T/C1 時鐘選擇位，用來對 TCNT1 輸入時鐘源加以選擇控制，如表 314 所示。電源設(shè)計電路原理圖如圖 41 所示。為了確保電感中的電流能在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中保持連續(xù)，特選用肖特基二極管作為續(xù)流二極管使用，這種二極管的導通截止恢復(fù)時間較快，在開關(guān)導通變?yōu)榻刂箷r，能夠很快的由截止轉(zhuǎn)換為導通，所以能夠確保電感的電流連續(xù)。 控制電路設(shè)計 時鐘電路設(shè)計 單片機工作正常時，需要有一個時鐘電路。單片機的時序就是 CPU 在執(zhí)行指令時所需 要 控制信號的時間順序。晶體的頻率范圍可在 ～ 12MHz 之間選擇，本設(shè)計選擇的晶振頻率為 8MHz。 Y18 M H zC12 2 p FC22 2 p FX1 X2G N D G N D唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 20 單片機與數(shù)碼管接口電路設(shè)計 在本系統(tǒng)中，單片機與數(shù)碼管接口電路，采用 4 位數(shù)碼管（ LG3641BH）顯示，實現(xiàn) 動態(tài)掃描，由于人眼有視覺暫留效應(yīng)，我們看到的數(shù)碼管不是不斷閃爍的而是靜態(tài)的。 4 位數(shù)碼管動態(tài)顯示電路的段選是由單片機的 PD 口來實現(xiàn)的，位選則由單片機的 PC 口的 PC PC PC4 和 PC5來實現(xiàn)。 由于本設(shè)計使用的 Atmega8 單片機其端口的輸出電流足以驅(qū)動 4 位數(shù)碼管，所以電路中不需要接鎖存器，本設(shè)計使用共陽極 4 位數(shù)碼管，經(jīng)測試得該數(shù)碼管的管腳資料為 ： 1E、 2D、 3DP（小數(shù)點）、 4C、 5G、 6第 4 個數(shù)碼管的 COM、 7B、8第 3 位數(shù)碼管的 COM、 9第 2 位數(shù)碼管的 COM、 10F、 11A、 12第 1 位數(shù)碼管的 COM。亦是說在每一時刻只能選通一位數(shù)碼管，同時再給數(shù)碼管送段選碼，使得該顯示位顯示出相應(yīng)的數(shù)字，當顯示一定的時間以后，再選通下一顯示位，以此循環(huán)，且每個顯示器件顯示該位應(yīng)當顯示出的數(shù)字。 LED 數(shù)碼管有共陰和共陽兩種：共陽的數(shù)碼管是數(shù)碼管中的 LED 的陽極連接在一起，當某個 LED 管陰極電壓為低電平時，二極管發(fā)光；同理共陰 4 位數(shù)碼管是其內(nèi)的 LED 管的陰極共同接地，當某個二極管的陽極是高電平，二極管發(fā)光。 單片機復(fù)位電路設(shè)計 在本設(shè)計中采用上電復(fù)位 ， 單片機的復(fù)位原理圖如圖 44 所示 。 圖 4 3 時鐘電路設(shè)計原理圖 利用芯片內(nèi)部振蕩器，然后在引腳 XTAL1 和 XTAL2 兩端跨接晶體 震蕩 器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路 ， 如圖 43 所示 。在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶振，就構(gòu)成了單片機的內(nèi)部振蕩方式。輸出濾波電容選擇圖 4 1 電源電路設(shè)計原理圖 圖 4 2 開關(guān)變換電路原理圖 12J1C O N 2C70 . 1 u FL14 0 m HB G 3 B 8 3 412J2C O N 2G N DD11 N 5 1 8 9C 1 15 0 V 1 0 0 0 u F+C 1 25 0 V 4 7 0 u FP W M 脈沖輸入1243D D 1L T 8 2 2 912J1C O N 2C30 . 1 u FC50 . 1 u FR 1 1 1K112233I C 2L M 7 8 0 5162435J3S W 2G N DV C C + 1 5D2L E D 1C85 0 V 1 0 0 0 u FC 1 05 0 V 4 7 0 u FV C C唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 19 的是電解電容 50V/1000uF和