【正文】 D碼，用于顯示一個(gè)特殊字符。 CH447L讀寫(xiě)控制芯片本設(shè)計(jì)采用了功能強(qiáng)大的CH447L讀寫(xiě)芯片，它用于數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)和鍵盤(pán)掃描控制，并且內(nèi)置時(shí)鐘振蕩電路，可以動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)8位數(shù)碼管或者64位LED，具有BCD譯碼、閃爍、移位、段位尋址、光柱譯碼等功能；同時(shí)還可以進(jìn)行64鍵的鍵盤(pán)掃描；CH447L通過(guò)可以級(jí)聯(lián)的4線串行接口或者2線串行接口與單片機(jī)等交換數(shù)據(jù)；可以對(duì)單片機(jī)提供上電復(fù)位信號(hào)。時(shí)鐘頻率過(guò)高會(huì)降低轉(zhuǎn)換精度。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，ADSC位保持1；轉(zhuǎn)換完成時(shí)，它將被硬件自動(dòng)清0。并且包含一個(gè)采樣保持電路，以確保在轉(zhuǎn)換過(guò)程中的電壓恒定。CPU只能間接訪問(wèn)TCNT1H寄存器，讀取TCNT1L時(shí)，臨時(shí)寄存器的內(nèi)容更新為T(mén)CNT1H的數(shù)值；執(zhí)行寫(xiě)操作時(shí)，TCNT1H被臨時(shí)寄存器的內(nèi)容所更新。（5）I/O端口每個(gè)端口都有三個(gè)I/O存儲(chǔ)器地址：數(shù)據(jù)寄存器——PORTx、數(shù)據(jù)方向寄存器——DDRx和端口輸入引腳——PINx。大大降低了功耗，但是頻率范圍比較窄，不能驅(qū)動(dòng)其他時(shí)鐘緩沖器。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，如圖32所示。另外16K字節(jié)的在線編程Flash，用于存放程序指令代碼。它包含了ALU 算術(shù)邏輯單元、狀態(tài)寄存器、通用寄存器（X、Y、Z）、堆棧指針、指針執(zhí)行時(shí)序、復(fù)位與中斷處理等。AREF ——A/D的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。RESET——復(fù)位輸入引腳。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。1. ATmega16的優(yōu)點(diǎn)相對(duì)于其他芯片，ATmega16中具有 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)，462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。所有的寄存器都直接與算術(shù)邏輯單元(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。電信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬電路整流濾波處理后由AVR的模擬輸入口輸入單片機(jī)內(nèi)部經(jīng)過(guò)分析處理。因單片機(jī)和CH447L均需5V直流電源驅(qū)動(dòng)，而繼電器需12V直流電源驅(qū)動(dòng)，故電源模塊提供兩路電源信號(hào)。但其也有相應(yīng)的缺點(diǎn)，如無(wú)法對(duì)零序電流進(jìn)行處理，無(wú)法計(jì)算功率等。雖然軟硬件分開(kāi)設(shè)計(jì)，但是在一個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)行中，硬件和軟件是始終分不開(kāi)的，它們是相輔相成的。而減壓?jiǎn)?dòng)和保護(hù)部分分別用三個(gè)繼電器的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。第二章 總體方案本課題我主要采用模塊化的設(shè)計(jì)方案，先對(duì)三相交流信號(hào)（電壓、電流）進(jìn)行整流和濾波，再由單片機(jī)的模擬I/O口輸入單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、比較、保護(hù)判斷等，最后將信息輸出給繼電器模塊使其響應(yīng)動(dòng)作。另外，該課題我們采用了兩種采樣方式。 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求本課題主要是啟動(dòng)器的智能控制，其中包括電源設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、繼電器電路設(shè)計(jì)以及相關(guān)軟件的編寫(xiě)。因此我們選擇了運(yùn)用三個(gè)電磁繼電器切換的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)階段與運(yùn)行階段的分別保護(hù)。就是在這樣一個(gè)背景下，我們采用了目前廣為流行的8位AVR芯片ATmega16作控制核心，實(shí)現(xiàn)控制功能的進(jìn)一步完善和成本的降低。因此攜帶保護(hù)功能的電動(dòng)機(jī)智能啟動(dòng)器成了眾多電機(jī)用戶的首選。AVR電動(dòng)機(jī)智能啟動(dòng)器項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案 背景介紹隨著科技的飛速發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步上升，電機(jī)設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用，數(shù)千臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)運(yùn)作的大企業(yè)已屢見(jiàn)不鮮，可以說(shuō)我國(guó)已進(jìn)入了高度工業(yè)化時(shí)期。它不僅具有普通保護(hù)功能而且還在經(jīng)常被忽略的啟動(dòng)階段對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)控保護(hù)。以前保護(hù)動(dòng)作裝置都以雙金屬片熱繼電器為主，它在保護(hù)電動(dòng)機(jī)過(guò)載方面具有較好的效果，并且結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，但在功能和動(dòng)作特性上存在嚴(yán)重不足。有別于46單片機(jī)的AVR芯片具有獨(dú)立的模擬I/O口和內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器。要求熟悉AVR系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程，掌握電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程的保護(hù)要領(lǐng)，掌握工程開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)步驟與技巧。我負(fù)責(zé)直流采樣的方案即在三相信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)之前，采用相關(guān)模擬電路先整流、濾波，將交流信號(hào)先轉(zhuǎn)化為直流信號(hào)，再對(duì)直流信號(hào)進(jìn)行處理，我認(rèn)為這樣做會(huì)比直接采用交流采樣簡(jiǎn)單，不用考慮相位變化信息，相對(duì)而言對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部資源的占用也少得多，工作方面軟硬件都涉及到了，具體內(nèi)容包括電路原理圖設(shè)計(jì)，電路板設(shè)計(jì)，軟件功能（AD轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、采樣、鍵盤(pán)、顯示和部分保護(hù)方案）及調(diào)試等部分?？傮w主要分硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。電源設(shè)計(jì)要求提供12V和+5V兩個(gè)電壓。沒(méi)有硬件，軟件無(wú)法運(yùn)行，沒(méi)有軟件，硬件則無(wú)法實(shí)現(xiàn)其功能。每一個(gè)方案都有其優(yōu)缺點(diǎn)，由于以前沒(méi)有獨(dú)立設(shè)計(jì)一個(gè)大項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，我選擇了相對(duì)簡(jiǎn)單的直流采樣，但對(duì)我來(lái)說(shuō)這也是第一次嘗試，我希望自己能夠盡力去做好。單片機(jī)系統(tǒng)電路模塊包括AVR芯片與電源、外部晶振、下載接口ISP和仿真接口JTAG的連接；繼電器驅(qū)動(dòng)控制電路模塊包括三個(gè)繼電器動(dòng)作的邏輯控制電路、信號(hào)放大驅(qū)動(dòng)電路和抗干擾電路等；讀寫(xiě)顯示芯片（CH447L）控制電路模塊包括LED顯示、鍵盤(pán)以及CH447L芯片與各模塊元件的連接。如果存在危險(xiǎn)，由繼電器驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)一號(hào)繼電器進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)將控制信號(hào)傳入CH447L來(lái)驅(qū)動(dòng)LED的故障顯示；如果沒(méi)有危險(xiǎn)，繼電器不動(dòng)作。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。另外片內(nèi)ISP Flash 允許程序存儲(chǔ)器通過(guò)ISP串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過(guò)運(yùn)行于AVR內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。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。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。使用ADC時(shí)應(yīng)通過(guò)一個(gè)低通濾波器與VCC連接。VCC ——數(shù)字電路的電源。（2）AVR ATmega16的存儲(chǔ)器AVR有兩個(gè)主要的存儲(chǔ)器空間：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間和程序存儲(chǔ)器空間。（3）系統(tǒng)時(shí)鐘AVR ATmega16 的系統(tǒng)時(shí)鐘有CPU時(shí)鐘、I/O時(shí)鐘、異步定時(shí)器時(shí)鐘和ADC時(shí)鐘。熔絲位CKOPT用來(lái)選擇放大器模式，當(dāng)CKOPT被編程時(shí)振蕩器在輸出引腳產(chǎn)生滿幅度的振蕩。 圖32 晶體振蕩器連接圖晶振參數(shù)的設(shè)定:,因?yàn)樵擃l率不僅可以提供標(biāo)準(zhǔn)觸發(fā)信號(hào)而且可以降低功耗節(jié)約單片機(jī)內(nèi)部資源及產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)串行波特率。每個(gè)端口引腳都具有三個(gè)寄存器位:DDxn、PORTxn和PINxn分別位于相應(yīng)的寄存器。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)序列取決于寄存器TCCR1A和TCCR1B中標(biāo)志位WGM13:0的設(shè)置。ADC由AVCC引腳單獨(dú)提供電源。ADC開(kāi)放后第一次A/D轉(zhuǎn)換，將有一個(gè)使ADC初始化的轉(zhuǎn)換作為先導(dǎo)。它有系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)和一個(gè)可設(shè)定分頻比的分頻器提供頻率。它具有如下優(yōu)點(diǎn)：顯示驅(qū)動(dòng)：內(nèi)置電流驅(qū)動(dòng)級(jí)，段電流不小于15mA，字電流不小于80mA。數(shù)碼管的數(shù)據(jù)左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)。掃描極限控制，支持1到8個(gè)數(shù)碼管，只為有效數(shù)碼管分配掃描時(shí)間。鍵盤(pán)中斷，可以選擇低電平有效輸出或者低電平脈沖輸出。本設(shè)計(jì)采用了4線串行接口，它支持多個(gè)芯片級(jí)聯(lián)，時(shí)鐘速度從0到2MHz，DIN和DCLK信號(hào)線可以與其它接口電路共用，節(jié)約引腳。經(jīng)過(guò)互感器后再經(jīng)一個(gè)整流橋圖中DDD6等，將交流電轉(zhuǎn)化為有紋波的直流，然后經(jīng)過(guò)模擬濾波電路（由電阻、二級(jí)管、電容等組成）處理，電路圖如圖33所示。 圖35 多路選擇開(kāi)關(guān)除了通用數(shù)字I/O功能之外，大多數(shù)端口引腳都具有第二功能。其中K1用來(lái)保護(hù)動(dòng)作，KK3用于啟動(dòng)，分別表示降壓?jiǎn)?dòng)和啟動(dòng)完成后全壓運(yùn)行的兩個(gè)狀態(tài)。由于市面上恰好有相關(guān)功能的芯片，因此為了節(jié)約時(shí)間，我直接采用了74HC00這個(gè)芯片。圖310 CH447L與單片機(jī)及數(shù)碼管和鍵盤(pán)的連接因?yàn)镃H447L的4線串行接口是由硬件實(shí)現(xiàn)的，單片機(jī)可以頻繁地通過(guò)串行接口進(jìn)行高速操作，不降低CH447L的工作效率；而2線串行接口是由軟件與硬件共同實(shí)現(xiàn)的,不適合不間斷地頻繁操作,所以我采用了4線接口。CH447L也可以連接88矩陣的發(fā)光二級(jí)管LED陣列或者64個(gè)獨(dú)立發(fā)光管二極管或者64級(jí)光柱。默認(rèn)情況下，CH447L工作于不譯碼方式，此時(shí)8個(gè)數(shù)據(jù)寄存器中字?jǐn)?shù)據(jù)的位7～位0分別對(duì)應(yīng)8個(gè)數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)和段G～段A，當(dāng)數(shù)據(jù)位為1時(shí)，對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管的段就會(huì)點(diǎn)亮；當(dāng)數(shù)據(jù)位為0時(shí)，則對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管的段就會(huì)熄滅。各數(shù)碼管的陰極分別由CH447L的DIG0～DIG7引腳進(jìn)行驅(qū)動(dòng)并串接上二極管防止數(shù)碼管反向漏電。如果CH447L檢測(cè)到有效的按鍵，則記錄下該按鍵代碼，并通過(guò)4線串行接口中的DOUT引腳產(chǎn)生低電平有效的鍵盤(pán)中斷，此時(shí)單片機(jī)可以通過(guò)串行接口讀取按鍵代碼；在沒(méi)有檢測(cè)到新的有效按鍵之前，CH447L不再產(chǎn)生任何鍵盤(pán)中斷。圖312 鍵盤(pán)芯片連接圖(3)四線串行接口CH447L具有硬件實(shí)現(xiàn)的高速4線串行接口，包括4個(gè)信號(hào)線：串行數(shù)據(jù)輸入線DIN、串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘線DCLK、串行數(shù)據(jù)加載線LOAD、串行數(shù)據(jù)輸出線DOUT。DCLK用于提供串行時(shí)鐘，CH447L在其上升沿從DIN輸入數(shù)據(jù)，在其下降沿從DOUT輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)單片機(jī)I/O引腳資源緊張時(shí)，CH447L只需要獨(dú)占使用LOAD信號(hào)線，DIN和DCLK信號(hào)線可以與其它接口電路共用。圖314 脈沖波形圖如圖314所示單片機(jī)從CH447L獲得按鍵代碼的過(guò)程是：① 輸出一位數(shù)據(jù)，即向DIN輸出讀取按鍵代碼命令的最低位數(shù)據(jù)B0，并向DCLK輸出低電平脈沖；② 以同樣的方式，輸出讀取按鍵代碼命令的位數(shù)據(jù)B1～B11；③ 向LOAD輸出低電平脈沖，其中包括一個(gè)上升沿使CH447L加載串行數(shù)據(jù)，CH447L分析出是讀取按鍵代碼命令，立即在DOUT輸出按鍵代碼的最高位數(shù)據(jù)K6；④ 讀取一位數(shù)據(jù)，即從DOUT輸入按鍵代碼的最高位數(shù)據(jù)K6，并向DCLK輸出低電