【文章內(nèi)容簡介】 字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)SRAM，32 個通用I/O 口線，32 個通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器/ 計數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益(TQFP 封裝) 的ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。 工作于空閑模式時CPU 停止工作，而USART、兩線接口、A/D 轉(zhuǎn)換器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時器繼續(xù)運行，允許用戶保持一個時間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時終止CPU 和除了異步定時器與ADC 以外所有I/O 模塊的工作，以降低ADC 轉(zhuǎn)換時的開關(guān)噪聲； Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動能力；擴展Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時器繼續(xù)工作。本芯片是以Atmel 高密度非易失性存儲器技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi)ISP Flash 允許程序存儲器通過ISP 串行接口，或者通用編程器進行編程，也可以通過運行于AVR 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進行編程。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用Flash存儲區(qū)(ApplicationFlash Memory)。在更新應(yīng)用Flash存儲區(qū)時引Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運行，實現(xiàn)了RWW 操作。 通過將8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash 集成在一個芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。ATmega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：C 語言 編譯器、宏匯編、 程序調(diào)試器/ 軟件仿真器、仿真器及評估板。引腳說明VCC 數(shù)字電路的電源GND 地端口A(PA7..PA0) 端口A 做為A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口A 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。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。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。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口A 處于高阻狀態(tài)。端口B(PB7..PB0) 端口B 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。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。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。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口B 處于高阻狀態(tài)。端口B 也可以用做其他不同的特殊功能。端口C(PC7..PC0) 端口C 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。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。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。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口C 處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口C 也可以用做其他不同的特殊功能。端口D(PD7..PD0) 端口D 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。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。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口D 處于高阻狀態(tài)。端口D 也可以用做其他不同的特殊功能。RESET 復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。XTAL1 反向振蕩放大器與片內(nèi)時鐘操作電路的輸入端。XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。AVCC AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時應(yīng)通過一個低通濾波器與VCC 連接。AREF A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。 很顯然，對比 80C51 芯片與 ATMEGA16 芯片的功能可以知道，ATMEGA16 比80C51 集成度高，而且它擁有更強大的功能，性價比更高。如果選用 80C51 芯片，需要選擇 A/DC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片擴展 A/D、D/A 接口及擴展外圍電路。而ATMEGA16 集成了 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和其它的外圍電路，因此選擇 ATMEGA16 芯片更加方便可靠，使整個電路更加簡潔。 顯示器件的選擇 方案一：LEDLED： Light Emitting Diode）已日趨在固體顯示中占主導(dǎo)地位。LED 之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點分不開的。這些優(yōu)點概括起來是：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化而易與集成電路匹配、驅(qū)動簡單、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定。 LED 的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性、可靠性、全色化方向發(fā)展。由組成半導(dǎo)體的材料不同而可以得到能發(fā)出不同色彩的 LED 晶點。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色 LED。而藍色和純綠色 LED 的開發(fā)已經(jīng)達到了實用階段。從顯示方面講，LED 可以顯示文字、數(shù)字（數(shù)碼管） ，也可以顯示圖形圖像（LED 矩陣模塊） ，從應(yīng)用方面，LED 顯示即可以用于室內(nèi)環(huán)境，也可以用于室外環(huán)境?！? 方案二：LCD液晶顯示器(LCD) 具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其它顯示器無法比擬的優(yōu)點,近幾年來被廣泛用于單片機控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。LCD 可分為段位式 LCD、字符式 LCD 和點陣式 LCD。其中,段位式 LCD 和字符式LCD 只能用于字符和數(shù)字的簡單顯示,不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求。而點陣式 LCD 不僅可以顯示字符、數(shù)字,還可以顯示各種圖形、曲線及漢字,并且可以實現(xiàn)屏幕上下左右滾動,動畫功能,分區(qū)開窗口,反轉(zhuǎn),閃爍等功能,用途十分廣泛。本文介紹了點陣式液晶顯示器 MGLS12864 與單片機的接口及編程的方法,同時介紹了創(chuàng)建816 字符和 1616 點陣漢字的方法 ,及常用的字符顯示和漢字顯示程序。 考慮到此系統(tǒng)的實用性,選擇 LCD 作為顯示器件 綜上論證，選擇 ATMEGA16 單片機為核心，選擇 LCD12864 做為顯示器件來設(shè)計制作數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?；诖怂枷?，對系統(tǒng)的硬件，軟件的設(shè)計以及電路原理圖和PCB 圖展開制作。第三章 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 經(jīng)過方案論證的過程之后，我們選定了采用單片機 ATMEGA16 作為核心的方案，其系統(tǒng)總方框圖如圖所示。ATMEGA16LCD12864鍵盤數(shù)據(jù)流外圍電路 圖 31 系統(tǒng)總原理圖 外圍輸入電路音頻輸入電路主要原理：外部的聲音信號通過麥克風(fēng)采集，然后經(jīng)過音頻功率放大電路放大后輸入單片機。TDA2822 集成功放電路常用在隨身聽、便攜式的 DVD 等音頻放音用；功率不是很大但以可以滿足您的聽覺要求了，且有電路簡單、音質(zhì)好、電壓范圍寬等特點，是業(yè)余制作小功放的較佳選擇。 下圖是音頻采集的電路圖圖 32 音頻采集電路 光電池輸入電路 電路工作原理：將外部的光信號采集放大后輸入單片機硅光電池是一個大面積的光電二極管，它被設(shè)計用于把入射到它表面的光能轉(zhuǎn)化為電能，因此，可用作光電探測器和光電池，被廣泛用于太空和野外便攜式儀器等的能源。光電池的基本結(jié)構(gòu)如圖，當(dāng)半導(dǎo)體PN結(jié)處于零偏或反偏時，在它們的結(jié)合面耗盡區(qū)存在一內(nèi)電場，當(dāng)有光照時，入射光子將把處于介帶中的束縛電子激發(fā)到導(dǎo)帶，激發(fā)出的電子空穴對在內(nèi)電場作用下分別飄移到N型區(qū)和 P型區(qū)，當(dāng)在PN結(jié)兩端加負(fù)載時就有一光生電流流過負(fù)載。 圖 34 光電池電路 磁場輸入電路霍爾器件是一種磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用。霍爾器件以霍爾效應(yīng)為其工作基礎(chǔ)。 　　霍爾器件具有許多優(yōu)點，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達 1MHZ） ，耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。 　 霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高（可達 μm 級） 。取用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達－55℃～150℃。 圖 33 光電池結(jié)構(gòu)圖圖 35 霍爾電路CS3501 特性參數(shù)型號 Vcc/V 線性范圍/mT 工作溫度/℃ 靈敏度 S/mV/mT 靜態(tài)輸出電壓 Vo/V min typ max min typ max CS3501 8～12 177。100 －20～＋85 － 型號 IOUT/mA Ro/kΩ Icc/mA 乘積靈敏度 V/A 輸出形式 引腳排列 外形結(jié)構(gòu) typ max 1 2 3 4 CS3501 10 20 － 射極輸出 VCC 地 輸出 － CI/P 電壓輸入電路 電路通過滑動變阻器的滑動將電壓輸入信號輸入單片機 圖 36 電壓輸入電路 串口電平轉(zhuǎn)換電路串口通訊對單片機而言意義重大，不但可以實現(xiàn)將單片機的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X端，而且也能實現(xiàn)電腦對單片機的控制，比如可以很直觀地把紅外遙控器鍵值的數(shù)據(jù)碼顯示在電腦上，可以使編寫紅外遙控程序時方便不少，起到仿真器的某些功效。ATMEGA16 單片機和電腦之間可以方便地進行串口通訊。進行串行通訊時要滿足一定的條件，比如電腦的串口是 RS232 電平的，而單片機的串口是 TTL 電平的，兩者之間必須有一個電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片 MAX232 進行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個三極管進行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。我們采用了三線制連接串口，也就是說和電腦的 9 針串口只連接其中的 3 根線：第 5 腳的GND、第 2 腳的 RXD、第 3 腳的 TXD。 Max232 產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容 RS232 標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件包含 2 驅(qū)動器、2 接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供 TIA/EIA232F 電平。 該器件符合 TIA/EIA232F 標(biāo)準(zhǔn)，每一個接收器將 TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS 電平。每一個發(fā)送器將 TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成 TIA/EIA232F 電平。 圖 37 串口電平轉(zhuǎn)換電路 鍵盤電路主要是通過手動對單片機進行控制電路有四個按鍵；K1：SET K2：UP K3：DOWN K4：ENT圖 38 鍵盤電路液晶顯示器(LCD) 具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其它顯示器無法比擬的優(yōu)點,近幾年來被廣泛用于單片機控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。LCD 可分為段位式 LCD、字符式 LCD 和點陣式 LCD。其中,段位式 LCD 和字符式LCD 只能用于字符和數(shù)字的簡單顯示,不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求。而點陣式 LCD 不僅可以顯示字符、數(shù)字,還可以顯示各種圖形、曲線及漢字,并且可以實現(xiàn)屏幕上下左右滾動,動畫功能,分區(qū)開窗口,反轉(zhuǎn),閃爍等功能,用途十分廣泛。本文介紹了點陣式液晶顯示器 MGLS12864 與單片機的接口及編程的方法,同時介紹了創(chuàng)建816 字符和 1616 點陣漢字的方法 ,及常用的字符顯示和漢字顯示程序。單片機可以通過數(shù)據(jù)總線與控制信號直接采用存儲器訪問形式、I/O 設(shè)備訪問形式控制該液晶顯示模塊。單片機對液晶顯示模塊的操作可分為兩部分,即左半屏和右半屏操作。功能介紹：LCD12864(黃色背光)是一款具有 4 位/8 位并行、2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 12864, 內(nèi)置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII 用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示 84 行 1616 點陣的漢字. 一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。管腳 名稱 LEVEL 功能1 VSS 0V 電源地2 VDD +5V 電源正極3 V0 +5V 對比度調(diào)節(jié)4 RS H/L 數(shù)據(jù)/命令選擇5 R/W H/L 讀/寫選擇6 E H，H→L 模塊使能端714 DB0DB7 H/L 雙向數(shù)據(jù)口15 PSB H/L H:并行模式L:串行模式16 NC 空腳17 /RST L 自帶復(fù)位，可 懸空18 NC 空腳19 LEDA +5V LED 背光正極20 LEDK 0V LED 背光負(fù)極 圖 39 LCD12864 引腳功能表圖 310 LCD12864 主控器 ATMEGA16電路整個硬件電路以 ATMEGA16 單片機為核心，單片機對輸入的音頻信號、光信號、磁信號、電壓等信號進行處理，通過按鍵對