【正文】 日 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 2 1 概述 1 緒論 課題背景 如今，隨著越來越多的 手持式電器的出現(xiàn)，對高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來越大。從 20世紀 60年代的商 用鎳鎘和密封鉛酸電池到近幾年的鎳氫和鋰離子技術(shù)，可充電電池容量和性能得到了飛速的發(fā)展。設(shè)計充電器時要仔細了解這些特性以防止過度充電而損壞電。其框圖如下： 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 3 圖 11 智 能充電器基本框圖 Atmel AVR 微處理器是當前市場上能夠以單片方式提供 Flash、 EEPROM 和 10 位 ADC的最高效的 8 位 RISC 微處理器。 10位 A/D 轉(zhuǎn)換器可以提供足夠的測量精度，使得充好后的容量 更接近其最大容量。 電池的安全充電 現(xiàn)代的快速充電器 ( 即電池可以在小于 3 個小時的時間里充滿電，通常是一個小時 ) 需要能夠?qū)卧妷骸⒊潆婋娏骱碗姵販囟冗M行精確地測量，在充滿電的同時 避免由于過充電造成的損壞。例如，電池的容量為 750 mAh，充電電流為 750 mA，則充電電流為 1C (1 倍的電池容量 )。但 不是所有的電能都轉(zhuǎn)化為了電池中的化學能。因此，在設(shè)計電池充電器時，對溫度進行監(jiān)控并及時停止充電是非常重要的。只要電池單元電壓不超過生產(chǎn)商的規(guī)定( 典型值為 )， SLA 電池可以無限制地充電。失效機理主要是極性反轉(zhuǎn)。 NiCd 電池以恒定電流的方式進行充電。和 NiCd 電池一樣，極性反轉(zhuǎn)時電池也會損壞。鋰電池以恒定電壓進行充電，同時要有電流限制以避免在充電過程的初期電池過熱。在單片機微控制器方面， ATMEL 公司有 AT89, AT90 和 ARM 三個系列單片機的產(chǎn)品。 AVR 單片機采用 RISC 結(jié)構(gòu)，具有 1MIPS/ MHz 的高速運行處理能力 。 AVR單片機運用 Harvard結(jié)構(gòu)，在前一條指令執(zhí)行的時候就取出現(xiàn)行的指令，然后以一個周期執(zhí)行指令。尋址空間分別為可直接訪問 8M 字節(jié)的程序存儲器和 8M 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器。它是一種具有 40 引腳的高性能、低功耗的 8位微處理器。 512 字節(jié)的 EEPROM，可連續(xù)擦寫 100,000 次。 (6) 兩個具有獨立預(yù)分頻器和比較器功能的 8位定時器 / 計數(shù)器，一個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16位定時器 / 計數(shù)器 。 速 度等級： 0－ 8MHz。 CMOS 工藝技術(shù)，高速度 (50ns)、低功耗、具有 SLEEP(休眠 )功能。 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 7 (LOCK)。 (用編程器寫入 )，也可使用串行在線編程 (ISP)方法下載寫入，也就是說不必將單片機芯片從系統(tǒng)上拆下，拿到萬用編程器上燒寫，而可直接在電路板上進行程序的修改、燒寫等操作，方便產(chǎn)品升級，尤其是采用 SMD 封裝，更利于產(chǎn)品微型化。 液晶顯示模塊 的選擇 LCD 顯示模塊是一種被動顯示器，具有功耗低，顯示信息大，壽命長和抗干擾能力強等優(yōu)點，在低功耗的單片機系統(tǒng)中得到大量使用。 (2)數(shù)字式接口 液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單。 (3) 設(shè)計 128*64 液晶顯示控制電路和用 C 語言編制 LCD 顯示程序，用圖形方式顯示充電器電壓、電流等參數(shù)。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。并設(shè)計一些簡單的實際電路，熟練所學內(nèi)容并加以鞏固。 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)南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 9 機調(diào)試。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(shè)計思想和同組人所設(shè)計的兩部分結(jié)合，達成統(tǒng)一。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。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。 通過比較再結(jié)合本次設(shè)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(shè)計 LCD 顯示電路。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。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。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。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。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。不使用 ADC時，該引腳應(yīng)直接與 VCC連接。這三個存儲器都為線性的平面結(jié)構(gòu)。 Flash存儲器至少可以擦寫 10,000次。 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。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。如果在單片機加南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 15 Vcc電壓的同時，保持 RESET引腳為低電平，則可延長復位周期。 看門狗使能并且看門狗定時器溢出時復位發(fā)生。 (5) JTAG AVR復位。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。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。它們都是以二維數(shù)組的格式存放在 ROM 中。 MGLS19264LCM 的顯示部分為左、中、右 3個區(qū)，可以由 CS 片選的取值分別進行控制，其接口的片選定義如下： 表 21 MGLS 的片選定義表 CS1 CS2 選中區(qū)域 0 0 左區(qū) 0 1 中區(qū) 1 0 右區(qū) 1 1 未選 有了上面的知識，就可以編寫顯示界面這一塊程序。則 ()就可以定義出這個字在屏上的實際位置。 液晶顯示控制驅(qū)動器 HD61202及其兼容液晶顯示控制器是一種帶有驅(qū)動輸出的圖形液晶顯示控制器，而在小規(guī)模點陣液晶顯示模塊上使用液晶顯示驅(qū)動器組成液晶顯示驅(qū)動控 第七頁 ? 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 18 制系統(tǒng)是非常有益的，這將使液晶顯示模塊的硬件電路簡單化，從而降低模塊的成本，同時也提高了對軟件功能的要求。其特點如下： 1．內(nèi)藏 64*64=4096位顯示 RAM， RAM中每位數(shù)據(jù)對應(yīng) LCD屏上的一個點的亮、暗狀態(tài)。 液晶顯示模塊的特點 MGLS12864圖形液晶顯示模塊的驅(qū)動和控制系統(tǒng)是由一片 KS0107B或兼容驅(qū)動器 ( HD61203 )作為行驅(qū)動器和兩片 KS0108B或兼容驅(qū)動器 (HD61203) 作為列驅(qū)動器組成的。 (4) 接口形式：與控制器采用 8位數(shù)據(jù)總線和 8位控制線相連。 (8) 背光供電為 流電源，選用電源太大不僅增加功耗，更有可能損壞背光燈和縮短模塊的使用壽命。輸入電壓 PS 為 9V。 5 硬件電路設(shè)計 經(jīng)過對以上對 ATmega16L 芯片的端口、存儲器、時鐘電路、以及復位電路和 LCD 液晶顯示等原理的介紹后，現(xiàn)在就可以完成對這部分硬件電路的設(shè)計了。PROTEL99SE 是一個全 32 位的電路板設(shè)計軟件，使用該軟件可以容易地設(shè)計電路原理圖、畫元件圖、設(shè)計電路板圖、畫元件封裝圖和電路仿真。 (2) 放置元件，將電氣和電子元件放置在圖紙上。編輯元件的屬性。使用電氣規(guī)則功能 (ERC)檢查原理圖的連接是否合理和正確。 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 23 (7) 打印原理圖。 由于在前面的元件封裝不規(guī)范，這里面出現(xiàn)了許多錯誤，通過請教老師及自己的不懈努力，花了數(shù)天的時間才全部改了出來。 (5)完成修飾等工作，完成整個電路板的 設(shè)計。這塊板子面積不算大 (約 90cm? 70cm)，元器件引腳多，看起來很密集。在本章里，本人將先介紹 C 語言開發(fā)的優(yōu)勢，然后介紹 LCD 的顯示原理、模塊的軟件特性等 ,接下來便是最主要的整個程序的設(shè)計。 (2) 無需精通單片機指令集和具體的硬件，也能夠編出符合硬件實際專業(yè)水平的程序。在使用 C 語言后，只要在代碼中申明一下變量的類型，編譯器就會自動分配相關(guān)資源，根本不需要人工干預(yù)，從而有效地避免了人工分配單片機資源的差錯。并且 C 編譯器能自動生成一些硬件的初始化代碼。當在玻璃電極上加上電壓后，在電場作用下，液晶的扭曲結(jié)構(gòu)消失，偏振光便可以直接通過。例如屏的第一行的亮暗由 RAM區(qū)的 00H~00FH的 16字節(jié)的內(nèi)容決定，當 (000)=FFH時，如屏的左上角顯示一條短亮線，長度為 8個點；當 (3FFH)=FFH時，則顯示屏的右下角顯示一條短亮線；當 (000H)=FFH， (001H)=00H，(002H)=FFH， (003H)=00H， ? (00EH)=FFH， (00FH)=00H時，則在屏的頂部顯示一條由 8段亮線和 8段暗線組成的虛線。 ( 3 ) 漢 字的顯示 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 26 漢字的顯示一般采用圖形方式，事先從微機中提取要顯示的漢字的點陣碼，每個漢字占 32B，分左右兩半部，各占 16B，左邊為 5? 右邊為 6?根據(jù)在 LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找到顯示 RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標，送上要顯示的漢字的一字節(jié)，光標位置加 1，送第二字節(jié)，按行按列對齊，送第三字節(jié)??直到 32B顯示完就可在 LCD上得到一個完整的漢字。第一條指令和第二條指令為顯示狀態(tài)設(shè)置類；其余指令為數(shù)據(jù)讀 /寫操作指令。此時接口電路被封鎖，不能 接受除讀狀態(tài) 字以外的任何操作。 RESET 表 示當前 HD61202 的工作狀態(tài)，即反映 RST 端的電平狀態(tài)。若不為“ 0”，則計算機需要等待，直至 BUSY=0 為止。此時在狀態(tài)字中 ON/OFF=0；當 D=0 為關(guān)顯示設(shè)置，顯示數(shù)據(jù)鎖存器被置零，顯示屏呈不顯示狀態(tài)，但顯示存儲器并沒有被破壞，在狀態(tài)字中 ON/OFF=1。 4. 頁面地址設(shè)置指令 R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 1 0 1 1 1 頁號 ( 0~7 ) 該指令設(shè)置了頁面地址 —— X 地址寄存器的內(nèi)容。 Y 地址計數(shù)器具有自動加 1 功能，在每上次讀／寫數(shù)據(jù)后它將自動加 1，所以在連續(xù)進行讀／寫數(shù)據(jù)時， Y 地址計數(shù)器不必每次都設(shè)置一次。 7. 讀數(shù)據(jù)指令 R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 1 1 讀 顯 示 數(shù) 據(jù) 該操作將 HD61202 接口部的輸出寄存器內(nèi)容讀出，然后列地址計數(shù)器自動加一。第二行左起頂格顯示“電池 ”，表示對充電電池的選擇，可進行“鋰電、鎳鎘、鎳氫、鉛酸”四種電池的選取，第三行顯示電池的節(jié)數(shù)，第四行顯示狀態(tài)，可以在“快充、涓充、充滿、放電”四個選項間進行選取，第二行到第四行左起分別顯示電壓、電流和溫度數(shù)值。其主流程圖設(shè)計如下： （ 1） 按 鍵 調(diào) 節(jié) 采樣 V、 A、 T 顯示 V、 A、 T 充滿？ 結(jié) 束 Y N 初 始 化 采 集 電 池 電 壓 ＞ 0 開 始 Y 有 電 池 無 電 池 等 待 掃 描 按 鍵 有鍵按下？ Y N N 南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 30 圖 32 主程序流程圖 (二 )控制程序流程圖 要想在液晶模塊上顯示一個字符或漢字，首先必須得對控制字進行寫指令代碼、寫顯示數(shù)據(jù)和讀顯示數(shù)據(jù) 3 項操作。具體程序詳見附錄的程序清單。 的應(yīng)用程序編譯器。 AVR 采用了工程的組織形式。 ICC AVR 的 C 編譯器可以支持 4種數(shù)據(jù)類型，它們分別是 :基本數(shù)據(jù)類型、構(gòu)造類型、指針類型和空類型。構(gòu)造數(shù)據(jù)類型由若干個基本數(shù)據(jù)類型采用構(gòu)造的方法成，因此，每個構(gòu)造數(shù)據(jù)類烈都可以分解成若干個基本數(shù)招類型。在調(diào)用函數(shù)時，函數(shù)通常都會返同一個函數(shù)值