【正文】 DIP 28 和 TQFP/MLF32），因此其價(jià)格較便宜，并且 AVR 單片機(jī)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(jìn)行單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)，同時(shí) ，也是為單片機(jī)的初學(xué)者提供了非常方便以及簡捷的學(xué)習(xí)開發(fā)環(huán)境。因此， Atmega8 達(dá)到接近 1MIPS/MHz 的性能，運(yùn)行的速度比普通的CISC 單片機(jī)要高出 10 倍 。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 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(dāng)用作輸入使用的時(shí)候，如果內(nèi)部的上拉電阻使能，此時(shí)端口被外部電路拉低，將會(huì)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(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 9 6. RESET 復(fù)位輸入引腳。當(dāng)不使用 ADC 時(shí)，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(gè)，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(gè) I/O 端口有 9個(gè) 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(hào) 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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)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(hào)僅表示一個(gè)相對(duì)大小，所以每一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器需要一個(gè)參考模擬量作為轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，輸出的數(shù)字量則表示輸入信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)的大小 。 分辨率是指 ADC 能夠轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)位數(shù)，它描述的為 ADC 量化信號(hào)準(zhǔn)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(gè)數(shù)的對(duì)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(duì)誤差指的是在整個(gè)轉(zhuǎn)換之范圍內(nèi)，數(shù)字量所對(duì)應(yīng)模擬輸入量的實(shí)際值同理論值之差，運(yùn)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(hào) 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 的片內(nèi)基準(zhǔn)電壓源， AREF 引腳外加濾波電容 (2)ADLAR(位 5):ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果左對(duì) 齊選擇位 ADLAR 叫做 ADC 結(jié)果左端對(duì)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(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 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(jī)的數(shù)據(jù)寄存器，二進(jìn)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(duì)齊下的數(shù)據(jù)格式 (ADLAR=0) 位 15 14 13 12 11 10 9 8 位符號(hào) ADC9 ADC8 位符號(hào) ADC7 ADC6 ADC5 ADC4 ADC3 ADC2 ADC1 ADC0 表 3 8 ADC 在左端對(duì)齊下的數(shù)據(jù)格式 (ADLAR=1) 位 15 14 13 12 11 10 9 8 位符號(hào) ADC9 ADC8 ADC7 ADC6 ADC5 ADC4 ADC3 ADC2 位符號(hào) 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(jìn)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(dòng)一次A/D 轉(zhuǎn)換；在連續(xù)轉(zhuǎn)換的模式下，將 ADSC 置位會(huì)啟動(dòng)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(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 15 (6)ADPS2～ ADPS0(位 2～位 0) ADPS2～ ADPS0 叫做 ADC 時(shí)鐘預(yù)分頻選擇位，用于決定系統(tǒng)主時(shí)鐘 ADCCLK 和ADC 時(shí)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(hào) 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(hào) 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(jì)數(shù)方式和工作方式 (計(jì)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(jì)數(shù)上限決定，該計(jì)數(shù)上限唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 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(shí)， OC1A/OC1B 不占用 PB1/PB2 WGM3=1 時(shí)，比較匹配時(shí)觸發(fā) OC1A/OC1B 1 0 加 1 計(jì)數(shù)中比較匹配時(shí)清零 OC1A/OC1B 減 1 計(jì)數(shù)中比較匹配時(shí)置位 OC1A/OC1B 1 1 加 1 計(jì)數(shù)中比較匹配時(shí)置位 OC1A/OC1B 減 1 計(jì)數(shù)中比較匹 配時(shí)清零 OC1A/OC1B CS12～ CS10 為 T/C1 時(shí)鐘選擇位，用來對(duì) TCNT1 輸入時(shí)鐘源加以選擇控制，如表 314 所示。電源設(shè)計(jì)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(dǎo)通截止恢復(fù)時(shí)間較快，在開關(guān)導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，能夠很快的由截止轉(zhuǎn)換為導(dǎo)通，所以能夠確保電感的電流連續(xù)。 控制電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)工作正常時(shí)，需要有一個(gè)時(shí)鐘電路。單片機(jī)的時(shí)序就是 CPU 在執(zhí)行指令時(shí)所需 要 控制信號(hào)的時(shí)間順序。晶體的頻率范圍可在 ～ 12MHz 之間選擇，本設(shè)計(jì)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(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 20 在本系統(tǒng)中，單片機(jī)與數(shù)碼管接口電路，采用 4 位數(shù)碼管（ LG3641BH）顯示，實(shí)現(xiàn) 動(dòng)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(dòng)態(tài)顯示電路的段選是由單片機(jī)的 PD 口來實(shí)現(xiàn)的，位選則由單片機(jī)的 PC 口的 PC PC PC4 和 PC5來實(shí)現(xiàn)。 由于本設(shè)計(jì)使用的 Atmega8 單片機(jī)其端口的輸出電流足以驅(qū)動(dòng) 4 位數(shù)碼管，所以電路中不需要接鎖存器，本設(shè)計(jì)使用共陽極 4 位數(shù)碼管，經(jīng)測(cè)試得該數(shù)碼管的管腳資料為 ： 1E、 2D、 3DP（小數(shù)點(diǎn)）、 4C、 5G、 6第 4 個(gè)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(shí)刻只能選通一位數(shù)碼管，同時(shí)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(dāng)顯示一定的時(shí)間以后，再選通下一顯示位，以此循環(huán)，且每個(gè)顯示器件顯示該位應(yīng)當(dāng)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(dāng)某個(gè) LED 管陰極電壓為低電平時(shí)，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(dāng)某個(gè)二極管的陽極是高電平，二極管發(fā)光。 在本設(shè)計(jì)中采用上電復(fù)位 ， 單片機(jī)的復(fù)位原理圖如圖 44 所示 。 圖 4 3 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)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(shí)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(jī)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(jì)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(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 19 的是電解電容 50V/1000uF和 。開關(guān)變換電路原理圖如圖 42