【文章內(nèi)容簡介】 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*、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點陣的漢字. 。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；所以本設(shè)計選用LCD12864顯示器。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計總體框架圖設(shè)計好，器件也選擇好了以后，接下來的工作就是一些功能模塊原理圖的設(shè)計了。原理圖的設(shè)計可以用很多方式，可以再Word上設(shè)計原理圖，也可以在紙上設(shè)計原理圖。由于本設(shè)計的一些模塊電路設(shè)計采用pcb制作硬件，這是因為采用采用pcb制作的設(shè)計，視覺效果好，抗老化能力強(qiáng)，不容易出現(xiàn)連接點的虛接等問題。PCB的導(dǎo)入一般需要原理圖的導(dǎo)入，所以，本設(shè)計的原理圖采用PCB制作軟件，即Altium 和Protel 99SE。 Altium Altium ，它是一款PCB制作軟件。Altium ，適合用于本設(shè)計。首先它是唯一一款將設(shè)計流程，集成化PCB設(shè)計、混合信號仿真、信號完整性分析、可編程器件設(shè)計和基于處理器設(shè)計等嵌入式軟件工能混合在一起的產(chǎn)品；能夠同時進(jìn)行原理圖、PCB、FPGA，以及嵌入式解決方案；具有將設(shè)計方案從概念轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K產(chǎn)品的全部功能；包括所有電控不見所需要的所有功能。 這款軟件包括所有原版軟件的功能和優(yōu)點外，還增加了很多改進(jìn)的高端功能，它拓寬了版本設(shè)計的傳統(tǒng)界限，全面繼承了FPGA設(shè)計功能和SOPC設(shè)計實現(xiàn)功能。從而允許設(shè)計中國的FPGA和PCB設(shè)計及嵌入式設(shè)計集成在一起。Altium 有很多的優(yōu)越性，表現(xiàn)在：(1)設(shè)計環(huán)境的高度集成；(2)操作環(huán)境的自行設(shè)計； (3)集成的平臺性。 Protel 99SE 由于PCB生產(chǎn)廠商的設(shè)備落后，不支持Altium 設(shè)計的PCB，需要轉(zhuǎn)換成Protel 99SE支持格式的PCB，雖然Altium 是Protel 99SE的升級版本，也能進(jìn)行原理圖的實際，但是Protel 99 SE是低版本的軟件，往往高版本設(shè)計出來的東西低版本軟件不支持。比方說，Altium ，而Protel 99 SE只支持圓孔，橢圓形的不支持。Protel 99SE是Protel 99系列的產(chǎn)品中功能非常完備的版本，在Altium ，它以強(qiáng)大的功能和易用性，得到廣大硬件設(shè)計人員的青睞，也是當(dāng)前眾多電路板EDA設(shè)計軟件中用戶最多的產(chǎn)品之一。此外，這兩款軟件都支持windows操作系統(tǒng)，所以運用它是可行的。 單片機(jī)的電源設(shè)計電源電路：單片機(jī)是一個電子器件，一個電子器件能夠工作的第一個前提就是要有電源，電源是一切電子器件工作的前提，對于單片機(jī)系統(tǒng)也不例外。無線發(fā)送模塊以及溫濕度測量模塊使用的器件皆為低功耗器件。對發(fā)送端而言，可以采用5 V電池供電，很適合在野外等環(huán)境進(jìn)行溫濕度測量采集。而接收端可以采用5V開關(guān)電源供電。 V輸出，此時相應(yīng)的負(fù)載電流為800mA。 V，，如圖31所示；圖31 單片機(jī)電源電路 單片機(jī)的外圍電路的設(shè)計一個單片機(jī)的最小系統(tǒng)主要包括這幾個方面：復(fù)位電路、時鐘電路、實現(xiàn)單片機(jī)工作的最簡單系統(tǒng)就是單片機(jī)最小系統(tǒng)，可以這樣理解，就是指單片機(jī)不管實現(xiàn)什么功能，也不管多復(fù)雜，多簡單，所必須的最簡單的電路。下面我們一一介紹：時鐘電路一般由晶振和電容組成。單片機(jī)系統(tǒng)為什么需要時鐘電路？單片機(jī)工作的時候要有一定規(guī)律的，這個規(guī)律就是：單片機(jī)必須在周期性的時鐘信號的作用下工作，如果沒有時鐘信號的限制，那單片機(jī)的工作就亂套了。就像我們上班一樣，我們必須在規(guī)定的時間上下班，如果我們都不按照這個規(guī)定時間上下班，那整個公司就亂套了。電路中電容采用22pF的貼片電容，典型的時鐘電路如圖32所示：圖32 時鐘電路圖 其中XX2要分別接到單片機(jī)的兩個時鐘引腳上。兩個電容是諧振電容，作用是讓晶振更穩(wěn)定的工作。 復(fù)位電路就像我們看書一樣，看書的時候首先我們要拿出我們要看的書，然后翻到我們想看的那一頁。在單片機(jī)正式開始工作之前要有一個準(zhǔn)備的過程，這個過程就是復(fù)位，復(fù)位對單片機(jī)系統(tǒng)來說，是一個準(zhǔn)備開始工作的過程，在復(fù)位過程里，單片機(jī)要把所有需要用到的東西準(zhǔn)備好，這樣當(dāng)單片機(jī)正式工作的時候就可以正常干活了。復(fù)位一般分為電源復(fù)位和手動復(fù)位兩種，這個跟我們的計算機(jī)相似：有開機(jī)和重啟兩個按鈕。電源復(fù)位是單片機(jī)系統(tǒng)上電到開始工作這個時間段，而手動復(fù)位就像我們重啟計算機(jī)一樣，是強(qiáng)制讓它從頭開始工作。復(fù)位電路的電容10uf，按下開關(guān)即可實現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。AVR單片機(jī)典型的復(fù)位電路如圖33所示:圖33 復(fù)位電路綜上所述，單片機(jī)的外圍電路由復(fù)位電路，時鐘電路組成，總的設(shè)計圖，單片機(jī)外圍電路設(shè)計如圖34所示： 圖34 ATmega16L外圍電路設(shè)計圖 溫度測量電路的設(shè)計對于溫度和濕度，它們并非是急劇變化的物理量，溫濕度的變化往往是緩慢進(jìn)行的，因此針對這個特點對于溫濕度的測量采集并非需要時時刻刻都在進(jìn)行。而是每隔T時間(T根據(jù)實際需要而定，本系統(tǒng)選用1 s)采集一次，其余時間由于低功耗的要求使得MCU處于休眠狀態(tài)。其程序流程如圖7所示。其中Atmega16L進(jìn)入休眠狀態(tài)是通過對SE編程休眠使能，然后通過定時器的計時中斷將Atmega16L喚醒，再進(jìn)行測量以及數(shù)據(jù)傳輸。SHT10傳感器默認(rèn)的測量溫度和相對濕度的分辨率分別為14位和12位，通過狀態(tài)寄存器可降至12位和8位，并具有可靠的CRC數(shù)據(jù)傳輸校驗功能?！?V；電流消耗?。簻y量時為550μA，平均為28μA，休眠時為3μA。是低功耗產(chǎn)品的最佳選擇之一。 由于選擇的是無線傳輸模塊，所以SCK，DATA直接與Atmega16L的兩線串行接口PA0與PA1相連，用于數(shù)據(jù)的傳輸交換，VCC,GND分別接電源與地。SHT10的應(yīng)用電路如圖35所示；圖35 SHT10應(yīng)用電路 無線發(fā)送接收電路的設(shè)計單片機(jī)與nR F24L01的接口電路很重要。通過配置寄存器可將nRF241L01配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電四種工作模式。數(shù)據(jù)在發(fā)送接收時只要設(shè)置一下無限模塊的工作方式即可。發(fā)射數(shù)據(jù)時，首先將nRF24L01配置為發(fā)射模式：接著把地址TX_ADDR和數(shù)據(jù)TX_PLD按照時序由SPI口寫入nRF24L01緩存區(qū)，TX_PLD必須在CSN為低時連續(xù)寫入，而TX_ADDR在發(fā)射時寫入一次即可，然后CE置為高電平并保持至少10μs，延遲130μs后發(fā)射數(shù)據(jù)；若自動應(yīng)答開啟，那么nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功，TX_DS置高，同時TX_PLD從發(fā)送堆棧中清除；若未收到應(yīng)答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動重發(fā)已開啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC_CNT)達(dá)到上限，MAX_RT置高，TX_PLD不會被清除；MAX_RT或TX_DS置高時，使IRQ變低，以便通知MCU。最后發(fā)射成功時,若CE為低則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1；若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射；若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入空閑模式2。接收數(shù)據(jù)時,首先將nRF24L01配置為接收模式，接著延遲130μs進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當(dāng)接收方檢測到有效的地址和CRC時，就將數(shù)據(jù)包存儲在接收堆棧中，同時中斷標(biāo)志位RX_DR置高，IRQ變低，以便通知MCU去取數(shù)據(jù)。若此時自動應(yīng)答開啟，接收方則同時進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。最后接收成功時，若CE變低，則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1。具體電路連接如圖36所示：圖36 nrf24l01無線收發(fā)硬件電路設(shè)計圖 液晶顯示LCD12864的電路設(shè)計 LCD12864的管腳共有二十個，但是連接的電路并不復(fù)雜。但是需要注意的是LCD的電源共有2組，一組是用于驅(qū)動LCD顯示，另一組用于背光顯示，可將這兩組連在一起或者背光電源省略，我的設(shè)計是將兩組連接在一起。另外有個輸入管腳需要接入LCD調(diào)整電壓來調(diào)節(jié)對比度。通常使用液晶時時由此引起的，對比度過高或者過低均會使屏幕無法正常顯示。它可接至10K—20K電位器的調(diào)整端，這里我選擇的是10K的電位器。目前市場上某些LCD12864的對比度可由單片機(jī)操作其寄存器調(diào)節(jié)，可根據(jù)不同的條件進(jìn)行選擇。其余的端口連接單片機(jī)的引腳。如下圖37所示：圖37 液晶顯示LCD12864電路設(shè)計圖綜上述設(shè)計，主機(jī)結(jié)構(gòu)由無線模塊，液晶顯示和單片機(jī)組成，無線模塊NRF24L01實現(xiàn)接收SHT10采集到的溫濕度,由單片機(jī)控制，通過液晶顯示器LCD12864顯示溫濕度。主機(jī)原理圖如圖38所示： 圖38 主機(jī)原理圖從機(jī)由單片機(jī)，無線模塊，溫度采集模塊組成，通過溫濕度傳感器SHT10對室外溫度進(jìn)行采集，經(jīng)過單片機(jī)的處理，由無線發(fā)送模塊NRF24L01將采集到的溫濕度值發(fā)送給主機(jī)，其從機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖，如圖39所示；圖39 從機(jī)原理圖 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 編程語言的選擇 C語言擁有程序移植方便，程序的結(jié)構(gòu)性、堅固性好，支持?jǐn)?shù)學(xué)運算，采用條理清晰的結(jié)構(gòu)化編程，程序的可維護(hù)性好，可協(xié)同開發(fā)軟件，開發(fā)周期短。同時，C語言是面向過程和計算的，屏蔽和模糊了語句的執(zhí)行時間、生成多少 字節(jié)的代碼等。因此，對于較復(fù)雜的系統(tǒng)，以及開發(fā)系統(tǒng)的限制，如果需要短時問內(nèi)編出執(zhí)行效率高、代碼規(guī)范、模范化程度高的程序代碼，C語言都能滿 足要求。因此我們選用C語言編程，開發(fā)軟件選擇挪威ImageCraft公司開發(fā)的ICCAVR。 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境程序的編輯需要在編輯軟件里進(jìn)行，一個好的編輯軟件不僅操作簡便容易，并且功能強(qiáng)大，生成的程序質(zhì)量高。在AVR單片機(jī)編程中，一般采用ICCAVR。ImageCraft的ICCAVR 是一種使用符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)的C語言來開發(fā)微控制器MCU程序的一個工具它有以下幾個主要特點：ICCAVR是一個綜合了編輯器和工程管理器的集成工作環(huán)境IDE其可在 ；WINDOWS9X/NT下工作；源文件全部被組織到工程之中，文件的編輯和工程的構(gòu)筑也在這個環(huán)境中完成；編譯錯誤顯示在狀態(tài)窗口中并且當(dāng)你用鼠標(biāo)單擊編譯錯誤時，光標(biāo)會自動跳轉(zhuǎn)到編輯窗口中引起錯誤的那一行，這個工程