【文章內(nèi)容簡介】 單片機 嵌入 式系統(tǒng) 的設(shè)計和開發(fā)，同時也為單片機的初學(xué)者提供了非常方便和簡捷的學(xué)習(xí)開發(fā)環(huán)境。 Atmega8 具有以下的特性 : 內(nèi)部特點： 1： 高性能、低功耗的 8位 AVR 微處理器 。 2： 先進的 RISC 結(jié)構(gòu)。 3： 130 條指令 —— 大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個 時鐘周期 。 4:32個 8 位通用工作寄存器。 5:全靜態(tài) 工作。 6:工作于 16 MHz 時性能高達 16 MIPS。 7:只需兩個 時鐘周期 的 硬件乘法器 。 8:非易失性程序和數(shù)據(jù) 存儲器 。 9： 8K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash。 10： 擦寫壽命： 10,000 次。 11： 具有獨立鎖定位的可選 Boot 代碼區(qū)。 12： 通過片上 Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi) 編程 。 13： 真正的同時讀寫操作。 14： 512字節(jié)的 EEPROM。 15： 1K 字節(jié)的片內(nèi) SRAM。 16： 可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn) 用戶程序 的加密 。 外設(shè)特點： 1： 2個具有比較模式的帶預(yù)分頻器（ Separate Prescale）的 8位定時 /計數(shù)四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） １２ 器。 2： 1個帶預(yù)分頻器（ SeParat Prescale），具有比較和捕獲模式的 16位定時 /計數(shù)器。 3： 1個具有獨立振蕩器的異步 實時時鐘 （ RTC）。 4： 3個 PWM 通道，可實現(xiàn)任意 16位、相位和頻率可調(diào)的 PWM 脈寬調(diào)制輸出。 5： 8通道 A/D 轉(zhuǎn)換（ TQFP、 MLF 封裝）， 6路 10位 A/D+2路 8位 A/D。 6： 6通道 A/D 轉(zhuǎn)換（ PDIP 封裝） ， 4路 10位 A/D+2路 8位 A/D。 7： 1個 I2C 的 串行 接口，支持主 /從、收 /發(fā)四種工作方式，支持自動總線仲裁。 8： 1個可編程的 串行 USART 接口，支持同步、異步以及多機通信自動地址識別。 9： 1個支持主 /從（ Master/Slave）、收 /發(fā)的 SPI 同步串行接口 。 10： 帶片內(nèi) RC 振蕩器的可編程 看門狗定時器 。 11： 片內(nèi)模擬比較器 作為整個系統(tǒng)的控制核心的一部分， Atmega8單片機具有的功能特點使它非常適合控制直流電機 。 電機驅(qū)動芯片 L298N 恒壓恒流橋式 2A 驅(qū)動芯片 L298N。 L298 是 SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是 15腳 Multiwatt 封裝的 L298N，內(nèi)部同樣包 含 4通道邏輯驅(qū)動電路。可以方便的驅(qū)動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。 同一芯片上集成有 CMOS 控制電路和 DMOS功率器件，利用它可以與主處理器、電機和增量型編碼器構(gòu)成一個完整的運動控制系統(tǒng)。 L298N 廣泛應(yīng)用于打印機、機器人和各種自動化控制領(lǐng)域 。 1． 主要性能 驅(qū)動器尺寸：寬 42mm、長 78mm、最大高度 23mm ； 主要元件：恒壓恒流橋式 2A 驅(qū)動芯片 L298N、光電耦合器 TLP5214； 工作電壓方式：直流 ； 四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） １３ 工作電壓：信號端 4~6V、控制端 5~36V ； 調(diào)速方式：直流電動機采用 PWM信號平滑調(diào)速。 特點： 可實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)及調(diào)速 ； 啟動性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大 ； 工作電壓可達到 36V， 4A； 可同時驅(qū)動兩臺直流電機 ； 適合應(yīng)用于機器人設(shè)計及智能小車的設(shè)計中。 2． 典型應(yīng)用 驅(qū)動直流電機、步機電機 ； 伺服機構(gòu)系統(tǒng)位置與轉(zhuǎn)速 ； 應(yīng)用于機器人控制系統(tǒng) ； 應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng) ； 應(yīng)用于電腦打印機與繪圖儀 。 3． 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳說明 L298N 外形結(jié)構(gòu)如圖 所示 : 四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） １４ 圖 L298N引腳 圖 L298N 工作原理 ： L298N 可接受標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號 VSS， VSS可接 4． 5～ 7 V 電壓。 4腳 VS接電源電壓， VS電壓范圍 VIH為＋ 2． 5～ 46 V。輸出電流可達 2． 5 A，可驅(qū)動電感性負載。 1 腳和 15 腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。 L298 可驅(qū)動 2個電動機， OUT1， OUT2 和 OUT3， OUT4 之間可分 別接電動機，本實驗裝置我們選用驅(qū)動一臺電動機。 5， 7， 10， 12 腳接輸入控制電平，四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） １５ 控制電機的正反轉(zhuǎn)。 EnA， EnB接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。表 L298N 功能邏輯圖。 表 L298N功能模塊 Ena IN1 IN2 運轉(zhuǎn)狀態(tài) 0 X X 停止 1 1 0 正轉(zhuǎn) 1 0 1 反轉(zhuǎn) 1 1 1 剎停 1 0 0 停止 In3， In4的邏輯圖與表 。由表 可知 EnA為低電平時，輸入電平對電機控制起作用，當(dāng) EnA為高電平，輸入電平為一高一低，電機正或反轉(zhuǎn) 。同為低電平電機停止，同為高電平電機剎停 。 圖 控制器原理圖 四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） １６ （ 1）虛線框圖 1控制電機正反轉(zhuǎn)， U1A， U2A 是比較器， VI來自爐體壓強傳感器的電壓。當(dāng) VI＞ VRBF1時， U1A 輸出高電平， U2A 輸出高電平經(jīng)反相器變?yōu)榈碗娖?，電機正轉(zhuǎn)。同理 VI＜ VRBF1時，電機反轉(zhuǎn)。電機正反轉(zhuǎn)可控制抽氣機抽出氣體的流量，從而改變爐體壓強。 （ 2）虛線框圖 2中， U3A， U4A 兩個比較器組成雙限比較器，當(dāng) VB＜ VI＜ VA時輸出低電平，當(dāng) VI＞ VA， VI＜ VB時輸出高電平。 VA， VB是由爐體壓強轉(zhuǎn)感器轉(zhuǎn)換電壓的上下限，即反應(yīng)爐體壓強控制范圍。根據(jù)工藝要求，我們可自行規(guī)定 VA， VB的值，只要爐體壓強在 VA， VB所確定范圍之間電機停轉(zhuǎn)（注意 VB＜ VRBF1＜ VA，如果不在這個范圍內(nèi)，系統(tǒng)不穩(wěn)定）。 （ 3）虛線框圖 3是一個長延時電路。 U5A 是一個比較器， Rs1是采樣電阻， VRBF2是電機過流電壓。 Rs1上電壓大于 VREF2，電機過流， U5A 輸出低電平。由上面可知，框圖 1控制電機正反轉(zhuǎn)，框圖 2控制爐體壓強的紋波大小。當(dāng)爐體壓強太小或太大時，電動機轉(zhuǎn)到兩 端固定位置停止，根據(jù)直流電機穩(wěn)態(tài)運行方程： U＝ CeФN ＋ RaIa 其中 :Ф 為電機每極磁通量； Ce為電動勢常數(shù)； N為電機轉(zhuǎn)數(shù)； Ia為電樞電流； Ra電樞回路電阻。 L298N 控制器原理如 圖 所示 ： 四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） １７ 圖 L298N控制原理圖 電機轉(zhuǎn)數(shù) N 為 0，電機的電流急劇增加，時間過長將會使電機燒壞。但電機起動時，電機中線圈中的電流也急劇變大，因此我們必須把這兩種狀態(tài)分開。長延時電路可把這兩種狀態(tài)區(qū)分出來。長延時電路工作原理：當(dāng) Rs1過流 U5A 產(chǎn)生 一個負脈沖經(jīng)過微分后，脈沖觸發(fā) 555 的 2腳，電路置位， 3 腳輸出高電平，由于放電端 7腳開路， C1， R5及 U6A 組成積分器開始積分，電容 C1上的充電電壓線性上升，延時運放積分常數(shù)為 100R5C1。當(dāng) C1上充電電壓，即 6腳電壓超過 2／ 3 VCC，555電路復(fù)位，輸出低電平。電機啟動時間一般小于 0． 8 s， C1充電時間一般為0． 8～ 1 s。 U5A 輸出電平與 555 的 3 腳輸出電平經(jīng) U7相或，如果 U5A 輸出低電平大于 C1充電時間， U7在 C1充電后輸出低電平由與門 U8輸入到 L298N 的 6腳 ENA端使電機停止。如果 U5A 的輸 出電平小于 C1充電時間， 6 腳不動作電機的正常啟動。長延時電路吸收電機啟動過流電壓波形，從而使電機正常啟動。 4． 典型應(yīng)用 L298N 典型應(yīng)用電路如圖 所示。 四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） １８ 圖 L298N 應(yīng)用電路 LCD 顯示器 基本介紹 ： 液晶顯示器，或稱 LCD（ Liquid Crystal Display），為平面超薄的顯示設(shè)備，它由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成，放置于光源或者反射面前方。液晶顯示器 功耗 很低，因此倍受工程師青睞，適用于使用電池的電子設(shè)備。它的主要原理是以 電流 刺激 液晶 分子產(chǎn)生點、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫面。 和 CRT顯示器 相比， LCD 的優(yōu)點是很明顯的。由于通過控制是否透光來控制亮和暗，當(dāng)色彩不變時，液晶也保持不變，這樣就無須考慮刷新率的問題。對于畫面穩(wěn)定、無閃爍感的液晶顯示器，刷新率不高但 圖像也很穩(wěn)定。 LCD 顯示器還通過液晶控制透光度的技術(shù)原理讓底板整體發(fā)光，所以它做到了真正的完全平面。一些高檔的數(shù)字 LCD 顯示器采用了數(shù)字方式傳輸數(shù)據(jù)、顯示圖像，這樣就不會產(chǎn)生由于顯卡造成的色彩偏差或損失。完全沒有輻射的優(yōu)點，即使長時間觀看 LCD 顯示器屏四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） １９ 幕也不會對眼睛造成很大傷害。體積小、能耗低也是 CRT 顯示器無法比擬的，一般一臺 15 寸 LCD顯示器的耗電量也就相當(dāng)于 17 寸純平 CRT 顯示器的三分之一。 目前相比 CRT 顯示器， LCD 顯示器圖像質(zhì)量仍不夠完善。色彩表現(xiàn)和飽和度 LCD 顯示器都在不同程度上輸給了 CRT 顯示器，而且液晶顯示器的響應(yīng)時間也比 CRT顯示器長，當(dāng)畫面靜止的時候還可以，一旦用于玩游戲、看影碟這些畫面更新速度塊而劇烈的顯示時，液晶顯示器的弱點就暴露出來了，畫面延遲會產(chǎn)生重影、脫尾等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響顯示質(zhì)量。 LCD 顯示器的工作原理 ： 從液晶顯示器的結(jié)構(gòu)來看，無論是 筆記本電腦還是桌面系統(tǒng)，采用的 LCD 顯示屏都是由不同部分組成的分層結(jié)構(gòu)。 LCD 由兩塊玻璃板構(gòu)成，厚約 1mm，其間由包含有液晶材料的 5μm 均勻間隔隔開。因為液晶材料本身并不發(fā)光，所以在顯示屏兩邊都設(shè)有作為光源的燈管，而在液晶顯示屏背面有一塊背光 板（或稱勻光板）和反光膜，背光板是由熒光物質(zhì)組成的可以發(fā)射光線，其作用主要是提供均勻的背景光源。 背光板發(fā)出的光線在穿過第一層偏振過濾層之后進入包含成千上萬液晶液滴的液晶層。液晶層中的液滴都被包含在細小的單元格結(jié)構(gòu)中，一個或多個單元格構(gòu)成屏幕上的一個 像素 。在玻璃板與液晶材料之間是透明的電極，電極分為行和列，在行與列的交叉點上，通過改變電壓而改變液晶的旋光狀態(tài)，液晶材料的作用類似于一個個小的光閥。在液晶材料周邊是控制電路部分和驅(qū)動電路部分。當(dāng) LCD中的電極產(chǎn)生電場時，液晶分子就會產(chǎn)生扭曲，從而將穿越其中的光 線進行有規(guī)則的折射，然后經(jīng)過第二層過濾層的過濾在屏幕上顯示出來。 液晶顯示技術(shù)也存在弱點和技術(shù)瓶頸，與 CRT 顯示器相比亮度、畫面均勻度、 可視角度 和反應(yīng)時間上都存在明顯的差距。其中反應(yīng)時間和可視角度均取決于 液晶面板 的質(zhì)量，畫面均勻度和輔助光學(xué)模塊有很大關(guān)系。 對于液晶顯示器來說，亮度往往和他的背板光源有關(guān)。背板光源越亮，整個液晶顯示器的亮度也會隨之提高。而在早期的液晶顯示器中，因為只使用 2 個冷光源燈管，往往會造成亮度不均勻等現(xiàn)象，同時明亮度也不盡人意。一直到后來使用 4 個冷光源燈管產(chǎn)品的推出，才有很大的改善 。 信號反應(yīng)時間也就是液晶顯示器的液晶單元響應(yīng)延遲。實際上就是指的液晶單元從一種分子排列狀態(tài)轉(zhuǎn)變成另外一種分子排列狀態(tài)所需要的時間，四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） ２０ 響應(yīng)時間愈小愈好，它反應(yīng)了液晶顯示器各像素點對輸入信號反應(yīng)的速度，即屏幕由暗轉(zhuǎn)亮或由亮轉(zhuǎn)暗的速度。響應(yīng)時間越小則使用者在看運動畫面時不會出現(xiàn)尾影拖拽的感覺 ， 這一點在玩游戲、看快速動作的影像時十分重要。足夠快的響應(yīng)時間才能保證畫面的連貫。市面上一般的液晶顯示器，響應(yīng)時間與以前相比已經(jīng)有了很大的突破，一般為 40ms 左右。不過隨著技術(shù)的日益發(fā)展 LCD和 CRT 的這個差距在逐漸的被彌補 上，一款液晶顯示器的響應(yīng)時間就已經(jīng)縮短到了 5ms 。有些廠商會通過將液晶體內(nèi)的導(dǎo)電離子濃度降低來實現(xiàn)信號的快速響應(yīng)，但其色彩飽和度、亮度、對比度就會產(chǎn)生相應(yīng)的降低，甚至產(chǎn)生偏色的現(xiàn)象。這樣信號反應(yīng)時間上去了，但卻犧牲了液晶顯示器的顯示效果。有些廠商采用的是在顯示電路中加入了一片 IC 圖像輸出控制芯片，專門對顯示信號進行處理的方法來實現(xiàn)的。 IC 芯片可以根據(jù) VGA 輸出顯卡信號頻率，調(diào)整信號響應(yīng)時間。由于沒有改變液晶體的物理性質(zhì)，因此對其亮度、對比度、 色彩飽和度都沒有影響，這種方法的制造成本也相對較高。 由上便 可看出，液晶面板的質(zhì)量并不能完全代表液晶顯示器的品質(zhì)，沒有出色的顯示電路配合，再好的面板也不能做出性能優(yōu)異的液晶顯示器。隨著 LCD 產(chǎn)品產(chǎn)量的增加、成本的下降，液晶顯示器會大量普及。 電動機選擇 單片機控制的無刷直流電機 與電機控制中經(jīng)常使用的有刷電機不同，單片機控制的