【文章內(nèi)容簡介】 [5] ATmega16 的數(shù)據(jù)手冊 正文： 微電腦吸塵器控制板量產(chǎn)測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 12 單片機外部中斷口測頻方法可以嚴格按照式（ 21）進行，測量原理如圖 25 所示。 圖 25 單片機 外 部中斷 測頻原理圖 Figure 25 Schematic diagram of frequency measurement by means of external interrupt 單片機的定時器 /計數(shù)器 1 設置成定時器方式，由它對單片機周期信號計數(shù)定時，形成時間間隔 T，去控制單片機外部中斷的打開和關閉，顯然單片機的機器周期信號在這里用作時基。將外部中斷 設置成上跳沿觸發(fā)或者下跳沿觸發(fā)方式，當每接收 到一個被測周期信號，外部中斷便 被 觸發(fā)一次，而在時間間隔 T 內(nèi)被觸發(fā)的次數(shù)就是式（ 21）中的 N。再經(jīng)過單片機 的計算，即可得到被測周期信號的頻率。 3．基準時鐘頻率采集 基準時鐘頻率的大小大概為 16KHz，若仍然采用外部中斷測頻法 進行 測量 ，那么 測試過程 中頻繁的中斷會 占 用大量 系統(tǒng)資源，所以 本畢業(yè)設計采 用ATmaga16 定時器 /計數(shù)器 0 進行 測量。 定時器 /計數(shù)器的測頻原理跟外部中斷測頻原理基本相同 （見圖 26） ，只不過在這里扮演計數(shù)角色的不是外部中斷而是定時器 /計數(shù)器。將定時器 /計數(shù)器 1設置成計數(shù)器方式，由它對被測周期進行計數(shù)，技數(shù)的結果就是式（ 21）中的N。 被測周期信號 外中斷 0 觸發(fā)計數(shù) 所得頻率 定時器 /計數(shù)器 1 定時 單片機周期信號 正文： 微電腦吸塵器控制板量產(chǎn)測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 13 圖 26 單片機定時器 /計數(shù)器測頻原理圖 Figure 26 Schematic diagram of frequency measurement by means of Timer/Counter 4．電壓 量 采集 ATmega16 有一個 10 位的逐次逼近型 ADC（模數(shù)轉換器） 。 ADC 與一個 8通道的模擬多 路復用器連接，能對來自端口 A 的 8 路單端輸入電壓進行采樣。單端電壓輸入以 0V（ GND）為基準 [6]。 ADC 通過逐次逼近的方法將輸入的模擬電壓轉換成一個 10 位的數(shù)字量。轉換的結果被存入 ADC 結果寄存 器（ ADCL， ADCH）。 單次轉換的結果如下： VV REFINADC 1024?? 式中， VIN 為被選中引腳的輸入電壓， VREF 為參考電壓。 則 所測 的電壓值為： VV IN R E F1024ADC ?? 測試系統(tǒng)需要測量的電壓的地方有 4處，因而可分別用 ADC0、 ADC ADCADC3 連接被測電壓量，再分時采集每一路的 ADC 值，進行計算后即可得到所測電壓值。 5． 交流 電流 量 采集 [6] ATmega16 數(shù)據(jù)手冊 被測周期信號 定時器 /計數(shù)器 0 計數(shù) 所得頻率 定時器 /計數(shù)器 1 定 時 單片機周期信號 正文： 微電腦吸塵器控制板量產(chǎn)測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 14 對于交流電流的檢測 決定采用電流互感器 的方法。電流互感器是 利用變壓器原、副邊電流成比例的特點制成。其工作原理、等值電路也與一般變壓器相同，只是其原邊繞組 （初級繞組） 串聯(lián)在被測電路中，且匝數(shù)很少；副邊繞組 （次級繞組） 接電流表、繼電器電流線圈等低阻抗負載，近似短路。原邊電流（即被測電流）和副邊電流取決于被測線路的負載，而與電流互感器的副邊負載無關。由于副邊接近于短路，所以原 邊電壓 、副邊電壓都很小 ,勵磁電流也很小。 將電流互感器的原邊繞組串聯(lián)在被測控制板電路中，即兩端分別接 TP10 和TP11，副邊繞組串聯(lián)一個電阻，然后將電阻兩端的電壓輸入單片機的 AD 口（ ADC4）進行采樣即可得到副邊電流的相關量 。根據(jù)當原邊與副邊繞組的匝數(shù)比一定時，原邊電流與副邊電流成正比的特點，即可檢測出交流電流的大小。 6．測試結果的呈現(xiàn) 測試結果的呈現(xiàn)分三個方面： （ 1）通過 LCD 將測試步驟提示、測試數(shù)據(jù)、測試結果等信息顯示出來。上海恒芳電子的 HF12864B2 是一塊 128*64 的漢字圖形點陣液晶顯示模塊 ，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個中文漢字（ 16*16 點陣） 、128 個字符（ 8*16 點陣）及 64*256 點陣顯示 RAM（ GDRAM） [7]。 （ 2） 通過 I/O口控制相關的 LED 指示 燈的量滅來進一步說明測試的狀態(tài)。（ 3）通過 I/O 控制蜂鳴器，從而當測試步驟的結果出現(xiàn)異常時，系統(tǒng) 會 自動報警。 7．模擬手柄 在 測試 15 個參數(shù)當中的最后 10 個參數(shù)時，因為它們都跟手柄有關，所以 我們在測試系統(tǒng)中必須要電路模擬這個手柄的存在。模擬手柄電路的關鍵是控制開關的開與合， 這用單刀雙擲開關繼電 器 （如圖 27）代替開關即 可以解決。 用單片機的 I/O 口給 5 兩端通電，開關被擲向 3，斷電，則開關重新回到 2。 [7] 恒芳 HF12864B2 型 LCD 數(shù)據(jù)手冊 圖 27 單刀雙擲開關繼電 器 Figure 27 Relayspdt 正文： 微電腦吸塵器控制板量產(chǎn)測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 15 三 、 硬件電路的實現(xiàn) （一）單片機系統(tǒng) 下面給出單片機系統(tǒng)的基本組成部分，復位電路與時鐘電路。見圖 31。 圖 31 復位電路與時鐘電路圖 Fiture 31 Diagram of Reset circuit and clock circuit 1．復位電路的設計 外部復位電路采用上電復位和按鍵復位。即當給系統(tǒng)上電時， VCC 與地通過R1 和電容 E3 導通， RST 相當于低電平，此時系統(tǒng)復位；當 按下開關 sw1 時，電容 E3 被短路，則 RST 低電平復位。詳見圖 31 復位電路。 2．時鐘電路的設計 采用外部晶振，主機時鐘 頻率 為 6MHz。詳見圖 31 時鐘電路。 （二）數(shù)據(jù)采集電路 1．頻率 測量 如圖 32，頻率的測量電路實現(xiàn)很簡單，只要將測頻率的接口（ TP TP7）串上一個電阻再接入單片機的外部中斷口和計數(shù)器口即可。 正文： 微電腦吸塵器控制板量產(chǎn)測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 16 圖 32 頻率測量電路 Figure 32 Circuit of frequency measurement 2． 電壓測量 如前所述， ATmega16 片內(nèi)自帶了一個 8 通道的 10 位模數(shù)轉換器，其接口為PA 口。因而只需 將采樣的信號串聯(lián)一個 10K 的電阻接入 ADC 口即可。所有信號在接入 ADC 口之前最好都串上一個接地電容濾波。具體電路圖如圖 33。 圖 33 電壓測量電路 Figure 33 Circuit of voltage measurement 正文： 微電腦吸塵器控制板量產(chǎn)測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 17 需要說明的兩點是： （ 1） TP2 連接的是控制板的地線，必須與測試系統(tǒng)的地線相連，所以在圖 33 中， TP2 串聯(lián)了一個 0Ω的電阻之后再與地相連。（ 2）工作電源（ TP1）的測量實際上是分壓之后再接至 ADC0 的，這是出于防止因電壓過大而燒壞單片機的考慮。 3．電流測量 電流的測量采取電流互感器的方法， 如圖 34 所示。 T2 為電流互感器，流經(jīng) TP TP11 的為交流電流，經(jīng)過電流互感器之后，電流量按一定比例縮小，通過二級管和電容的作用之 后，變?yōu)橹绷麟娏髁?，再通過彈片機的 ADC4 口采樣，即可測出電流的大小。 圖 34 電流測量電路 Figure 34 Circuit of current measurement （三）液晶顯示電路 液晶顯示器 HF12864B2 的引腳功能 [8]如圖 35 所示，具體介紹如下。 引腳 1： 液晶電源地 引腳 2： 液晶電源正端 引腳 3： LCD 驅動電壓輸入端，調(diào)節(jié)對比度 引腳 4： 并行的指令 /數(shù)據(jù)選擇信號；串行的片選信號 引腳 5： 并行的讀寫選擇信號；串行的數(shù)據(jù)口 引腳 6： 并行的使能信號；串行的同步時鐘 引腳 7~14： 液晶的并行數(shù)據(jù) [8] 恒芳 HF12864B2 型 LCD 數(shù)據(jù)手冊 圖 35 液晶顯示器 HF12864B2 引腳功能圖 Figure 35 The Pins of HF12864B2 LCD 正文： 微電腦吸塵器控制板量產(chǎn)測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 18 引腳 15： 并串行接口選擇： H并行， L串行 引腳 16： 空腳 引腳 17： 復位 低電平有效 引腳 18： 空腳 引腳 19： 背光 LED 陰 極 引腳 20： 背光 LED 陽極 單片機與液晶顯示器接口電路圖如圖 36 所示。 說明以 下幾點：（ 1）引腳V0 的電壓是通過可調(diào)電阻在 VCC 和 GND 之間分壓得到，實踐證明當 V0 的電壓在 左右的時候，液晶的顯示效果最好。（ 2）背光的陽極 LED_A 是通過串上一個電阻接到 VCC 上的，實際上也可以串上可調(diào)電阻，調(diào)節(jié)背光的亮度。（ 3）由于測試系統(tǒng)中，單片 機與 LCD 的接口采取串行接口方式，因而應將引腳PSB 接低電平 GND。 圖 36 單片機與液晶顯示器接口電路圖 Figure 36 Circuit of interface between singlechip and liquid crystal display （四） 模擬手柄電路 模擬手柄電路 如圖 37 所示，可以發(fā)現(xiàn)，該圖的作用 原理 跟前面提到的手柄（圖 12）是完全一樣的。只不過該圖是使用 開關 繼電器代替圖 12 所示手柄的開關。此處繼電器的工作原理為：當單片機的 PC4~5 口輸出高電平的時候， 繼電器內(nèi)的線圈通電，開關 P1~4 被吸合；否則，繼電器內(nèi)的線圈電流為 0，開關正文： 微電腦吸塵器控制板量產(chǎn)測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 19 P1~4 被斷開。說明以下幾點：（ 1） 圖中 三極管 起到放大器的作用，從而以大電壓驅動繼電器。（ 2）穩(wěn)壓管的作用是在單片機口猛然由高電平到低電平時產(chǎn)生強大的回流燒壞繼電器線圈。 圖 37 模擬手柄電路 Figure 37 Analog circuit of handle 正文： 微電腦吸塵器控制板量產(chǎn)測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 20 四 、 軟件的設計 測試系統(tǒng)的軟件 采用 CodeVisionAVR 編寫并編譯。下面重點介紹下 主程序設計 、數(shù)據(jù)采集程序設計和液晶顯 示程序設計。 （一）主程序設計 1．簡單嵌入式操作系統(tǒng) sEOS 簡單嵌入式操作系統(tǒng)（ simple Embedded Operating System,簡稱 sEOS[8]）是一種開發(fā)中小型嵌入式項目比較合適的簡單操作系統(tǒng) 。 sEOS 像許多其它的嵌入式操作系統(tǒng)一樣，可以 有效地 提供 周期性執(zhí)行單任務的功能，亦可建立多任務狀態(tài)系統(tǒng)。 在具體的控制系統(tǒng)任務中， 可根據(jù)使用要求，通過增減相應的任務函數(shù)，增加和刪除任務，使用非常方便。 sEOS 的基礎是由片上的定時器在規(guī)律且精準的時間間隔產(chǎn)生中斷 （一個“ tick[9]”），每到 中斷來臨的時候周期性地調(diào)用合適的函數(shù)，進行任務的調(diào)度，這是 sEOS 執(zhí)行多任務的基本原理。 sEOS 實時操作系統(tǒng)應用任務管理函數(shù)原型 [10]如下： void main(void) { X_Init()。 //初始化任務 X() sEOS_Init_Timer(n)。 //設定時間間隔，每隔 nms 調(diào)用中斷刷新函數(shù) (ISR) while(1) //任務 X()在超級循環(huán)中有中斷 ISR 調(diào)用 { sEOS_Go_To_Sleep()。 //系統(tǒng)運行在節(jié)電模式，提高 CPU 工作效率 } } [8] Michael . Embedded C[M]. London:Pearson Ed