【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)SRAM，32 個(gè)通用I/O 口線，32 個(gè)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(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級(jí)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(shí)器，一個(gè)SPI 串行端口，以及六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。 工作于空閑模式時(shí)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(shí)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(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)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(shí)終止CPU 和除了異步定時(shí)器與ADC 以外所有I/O 模塊的工作，以降低ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開(kāi)關(guān)噪聲； Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)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(shí)具有快速啟動(dòng)能力；擴(kuò)展Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。本芯片是以Atmel 高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi)ISP Flash 允許程序存儲(chǔ)器通過(guò)ISP 串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過(guò)運(yùn)行于AVR 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)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(chǔ)區(qū)(ApplicationFlash Memory)。在更新應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)時(shí)引Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了RWW 操作。 通過(guò)將8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash 集成在一個(gè)芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，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(kāi)發(fā)工具，包括：C 語(yǔ)言 編譯器、宏匯編、 程序調(diào)試器/ 軟件仿真器、仿真器及評(píng)估板。引腳說(shuō)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(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)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(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)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(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)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(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)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(shí)間超過(guò)最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。持續(xù)時(shí)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(shí)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(shí)，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時(shí)應(yīng)通過(guò)一個(gè)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(duì)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(qiáng)大的功能，性價(jià)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(kuò)展 A/D、D/A 接口及擴(kuò)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(gè)電路更加簡(jiǎn)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(diǎn)分不開(kāi)的。這些優(yōu)點(diǎn)概括起來(lái)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(dòng)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、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(diǎn)。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色 LED。而藍(lán)色和純綠色 LED 的開(kāi)發(fā)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)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(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),近幾年來(lái)被廣泛用于單片機(jī)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(diǎn)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(jiǎn)單顯示,不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求。而點(diǎn)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(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng),動(dòng)畫(huà)功能,分區(qū)開(kāi)窗口,反轉(zhuǎn),閃爍等功能,用途十分廣泛。本文介紹了點(diǎn)陣式液晶顯示器 MGLS12864 與單片機(jī)的接口及編程的方法,同時(shí)介紹了創(chuàng)建816 字符和 1616 點(diǎn)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(shí)用性,選擇 LCD 作為顯示器件 綜上論證，選擇 ATMEGA16 單片機(jī)為核心，選擇 LCD12864 做為顯示器件來(lái)設(shè)計(jì)制作數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?；诖怂枷?，對(duì)系統(tǒng)的硬件，軟件的設(shè)計(jì)以及電路原理圖和PCB 圖展開(kāi)制作。第三章 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)方案論證的過(guò)程之后，我們選定了采用單片機(jī) 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(hào)通過(guò)麥克風(fēng)采集，然后經(jīng)過(guò)音頻功率放大電路放大后輸入單片機(jī)。TDA2822 集成功放電路常用在隨身聽(tīng)、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(tīng)覺(jué)要求了，且有電路簡(jiǎn)單、音質(zhì)好、電壓范圍寬等特點(diǎn)，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(hào)采集放大后輸入單片機(jī)硅光電池是一個(gè)大面積的光電二極管，它被設(shè)計(jì)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(cè)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(shí)，在它們的結(jié)合面耗盡區(qū)存在一內(nèi)電場(chǎng)，當(dāng)有光照時(shí)，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(duì)在內(nèi)電場(chǎng)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(shí)就有一光生電流流過(guò)負(fù)載。 圖 34 光電池電路 磁場(chǎng)輸入電路霍爾器件是一種磁傳感器。用它們可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用?；魻柶骷曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)。 　　霍爾器件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá) 1MHZ） ，耐震動(dòng)，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(kāi)關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá) μm 級(jí)） 。取用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達(dá)－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(hào) 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(hào) 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(guò)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)將電壓輸入信號(hào)輸入單片機(jī) 圖 36 電壓輸入電路 串口電平轉(zhuǎn)換電路串口通訊對(duì)單片機(jī)而言意義重大，不但可以實(shí)現(xiàn)將單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X端，而且也能實(shí)現(xiàn)電腦對(duì)單片機(jī)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(shí)方便不少，起到仿真器的某些功效。ATMEGA16 單片機(jī)和電腦之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如電腦的串口是 RS232 電平的，而單片機(jī)的串口是 TTL 電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片 MAX232 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡(jiǎn)單可靠。我們采用了三線制連接串口，也就是說(shuō)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(dòng)器、2 接收器和一個(gè)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(gè)接收器將 TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS 電平。每一個(gè)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(guò)手動(dòng)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制電路有四個(gè)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(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),近幾年來(lái)被廣泛用于單片機(jī)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(diǎn)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(jiǎn)單顯示,不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求。而點(diǎn)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(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng),動(dòng)畫(huà)功能,分區(qū)開(kāi)窗口,反轉(zhuǎn),閃爍等功能,用途十分廣泛。本文介紹了點(diǎn)陣式液晶顯示器 MGLS12864 與單片機(jī)的接口及編程的方法,同時(shí)介紹了創(chuàng)建816 字符和 1616 點(diǎn)陣漢字的方法 ,及常用的字符顯示和漢字顯示程序。單片機(jī)可以通過(guò)數(shù)據(jù)總線與控制信號(hào)直接采用存儲(chǔ)器訪問(wèn)形式、I/O 設(shè)備訪問(wèn)形式控制該液晶顯示模塊。單片機(jī)對(duì)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(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 12864, 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示 84 行 1616 點(diǎn)陣的漢字. 一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)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(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)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(duì)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(gè)硬件電路以 ATMEGA16 單片機(jī)為核心，單片機(jī)對(duì)輸入的音頻信號(hào)、光信號(hào)、磁信號(hào)、電壓等信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)按鍵對(duì)