【文章內(nèi)容簡介】 個8 位通用工作寄存器全靜態(tài)工作(3) 非易失性數(shù)據(jù)和程序存儲器：16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，擦寫壽命可達到10,000 次以上。具有獨立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)，通過片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程。512 字節(jié)的EEPROM，可連續(xù)擦寫100,000 次。1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM，可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密。(4) 可通過JTAG接口實現(xiàn)對FLASH、EEPROM的編程。(5) 32個可編程的I/O引線，40引腳PDIP封裝。(6) 兩個具有獨立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時器/ 計數(shù)器，一個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/ 計數(shù)器。(7) 片內(nèi)/ 片外中斷源。(8) 具有一個10位的AD轉(zhuǎn)換器，能對來自端口A的8位單端輸入電壓進行采樣。(9) 工作電壓：－。　　速度等級：0－8MHz。AVR單片機的主要特點如下：。由于AVR采用16位的指令，所以一個程序存儲器的存儲單元為16位，即XXXX*1116(也可理解為8位，即2*XXXX*8)。AVR的數(shù)據(jù)存儲器還是以8個Bit(位)為一個單元，因此AVR還是屬于8位單片機。，高速度(50ns)、低功耗、具有SLEEP(休眠)功能。AVR的指令執(zhí)行速度可達50ns (20MHz)。AVR運用Harvard結(jié)構(gòu)概念，具有預(yù)取指令的特性，即對程序存儲和數(shù)據(jù)存取使用不同的存儲器和總線。當(dāng)執(zhí)行某一指令時，下一指令被預(yù)先從程序存儲器中取出，這使得指令可以在每一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行。(LOCK)。可多次擦寫的FLASH具有多重密碼保護鎖死(LOCK)功能，因此可低成本高速度地完成產(chǎn)品商品化，并且可多次更改程序(產(chǎn)品升級)而不必浪費1C或電路板，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量及競爭力。具有32個通用作寄存器(相當(dāng)于8051中的32個累加器)，克服了單一累加器數(shù)據(jù)處理造成的瓶須現(xiàn)象，128~4K字節(jié)SRAM可靈活使用指令計算，并可用功能很強的C語言編程，易學(xué)、易寫、易移植。(用編程器寫入)，也可使用串行在線編程(ISP)方法下載寫入，也就是說不必將單片機芯片從系統(tǒng)上拆下，拿到萬用編程器上燒寫，而可直接在電路板上進行程序的修改、燒寫等操作，方便產(chǎn)品升級，尤其是采用SMD封裝，更利于產(chǎn)品微型化。~,電源抗干擾性能強。，等于又增加了一個芯片，可用于保存系統(tǒng)的設(shè)定參數(shù)、固定表格和掉電后的數(shù)據(jù)，既方便了使用，減小了系統(tǒng)的空間，又大大提高了系統(tǒng)的保密性。(C/T)，可作比較器、計數(shù)器、外部中斷和PWM（也可作D/A ）用于控制輸出。LCD顯示模塊是一種被動顯示器，具有功耗低，顯示信息大，壽命長和抗干擾能力強等優(yōu)點，在低功耗的單片機系統(tǒng)中得到大量使用。液晶顯示模塊和鍵盤輸入模塊作為便攜式儀表的通用器件，在單片機系統(tǒng)的開發(fā)過程中也可以作為常用的程序和電路模塊進行整體設(shè)計。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就顯示黑色，這樣即可顯示出圖形。在單片機系統(tǒng)中使用液晶顯示模塊作為輸出器件有以下優(yōu)點:(1) 顯示質(zhì)量高液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，因此液晶顯示器畫質(zhì)高而且不會閃爍。(2) 數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單。(3) 體積小，重量輕(4) 功率消耗小液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因此耗電量比其它顯示器要小得多。第二節(jié)　畢業(yè)設(shè)計任務(wù)和要求智能充電器的設(shè)計包括硬件和軟件兩大部分，本人的主要任務(wù)是完成充電器設(shè)計的LCD顯示部分，其主要涉及的知識包括：(1) 自學(xué)AVR單片機的相關(guān)內(nèi)容。(2) 設(shè)計電源電路。(3) 設(shè)計128*64液晶顯示控制電路和用C語言編制LCD顯示程序，用圖形方式顯示充電器電壓、電流等參數(shù)。(4) 手工焊接和ICCAVR編譯器的應(yīng)用。這次設(shè)計要解決的關(guān)鍵問題是如何用Atmega16L芯片控制LCD模塊及用C語言編制相應(yīng)的顯示程序．隨著單片機的開發(fā)應(yīng)用，其相應(yīng)的匯編編程和所暴露的問題也越來越多，逐漸引入了高級語言，C語言就是其中的一種。在大一時就曾接觸過C語言，由于時間較短，重視程度不夠，后來又一直沒用過，只能對它有一個大概的了解。而對于AVR單片機的相關(guān)知識和液晶顯示模塊的使用，則完全是一片空白。這次畢業(yè)設(shè)計，就不得不花大量的時間在這些基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)上。為了更有效地完成這個課題，特列出了如下計劃：表11 畢業(yè)設(shè)計進度表 起止時間 工 作 內(nèi) 容第1~2周熟悉課題的基本要求，查閱相關(guān)資料，初步擬定設(shè)計的整體方案，完成開題報告。 第3~8周1. 自學(xué)這次課題所涉及的相關(guān)內(nèi)容，包括C語言基礎(chǔ)知識，AVR單片機（主要是Atmega16L芯片）和ICCAVR編譯器的使用以及液晶顯示的相關(guān)內(nèi)容。并設(shè)計一些簡單的實際電路，熟練所學(xué)內(nèi)容并加以鞏固。2. 熟悉繪圖軟件Protel99的使用。 第9~12周1. 設(shè)計LCD顯示電路，電源電路，用Protel99繪制原理圖，和同學(xué)一起完成整個充電電路原理圖，并繪制印制電路板。2. 編寫顯示程序。 第13~15周焊接調(diào)試電路，根據(jù)各部分的作用對硬件電路進行調(diào)試，最后聯(lián)機調(diào)試。 最后數(shù)周寫畢業(yè)設(shè)計論文，完成全部畢業(yè)設(shè)計。 這次畢業(yè)設(shè)計是由郭偉同學(xué)和本人共同合作完成，由他完成充電部分的硬件電路的設(shè)計，和這邊的顯示部分相結(jié)合，共同完成智能充電器的設(shè)計。第二章 硬件電路設(shè)計經(jīng)過前面對充電器原理、液晶模塊、ATmega16L等的總體了解和掌握以及對各種元器件和電路圖的分析和比較后，現(xiàn)在就可以開始進入硬件電路的設(shè)計了。在本章里，首先將介紹一下液晶模塊訪問方式的兩種接口電路，然后對LCD顯示電路原理圖作一個詳細(xì)的介紹，接著介紹充電電路中所用到的各種芯片和元器件的原理和一些功能，最后對PROTEL99的使用和PCB板的繪制以及焊接做一簡單介紹，然后再將自己的設(shè)計思想和同組人所設(shè)計的兩部分結(jié)合，達成統(tǒng)一。 第一節(jié) 液晶顯示模塊兩種訪問方式接口電路的選擇單片機與液晶顯示模塊之間的連接方式分為直接訪問方式和為間接控制方式兩種。如圖21和圖22所示，其中左為單片機，右為液晶顯示模塊。 (一) 直接訪問方式PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7RDWEDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7GNDVCCV0E/CSA/CSBR/WD/I10K 數(shù)據(jù)總線 GND +5V電位器 負(fù)電源 1 32 74LS00A11A10A9A8MPU 圖21 直接訪問方式電路圖 LCM接口直接訪問方式就是將液晶顯示模塊的接口作為存儲器或I/O設(shè)備直接掛在單片機總線上，單片機以訪問存儲器或I/O設(shè)備的方式操作液晶顯示模塊的工作。直接訪問方式的接口電路如圖21所示，在圖中，單片機通過高位地址A11控制CSA，A10控制CSB，以選通液晶顯示屏上各區(qū)的控制器；同時用地址A9作為R/W信號控制數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)流向；用地址A8作為D/I信號控制寄存器的選擇，E(使能)信號由RD和WE共同產(chǎn)生，這樣就實現(xiàn)了單片機對液晶顯示模塊的電路邊接。電位器用于顯示對比度的調(diào)節(jié)。(二)間接控制方式 DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0/CSA/CSBER/WD/IVCCV0GND電位器+5V 10K 負(fù)電源 GND MPU LCM接口圖22 間接控制方式電路圖間接控制方式是單片機通過自身的或系統(tǒng)中的并行接口與液晶顯示模塊連接。單片機通過對這些接口的操作，以達到對液晶顯示模塊的控制。這種方式的特點就是電路簡單，控制時序由軟件實現(xiàn)，可以實現(xiàn)高速單片機與液晶顯示模塊的接口。電路圖如圖22所示。在圖中以 P1口作為數(shù)據(jù)口，。電位器用于顯示對比度的調(diào)節(jié)。通過比較再結(jié)合本次設(shè)計的實際條件，由于Atmega16L芯片沒有WR、RD管腳，而且為了使電路簡單且方便軟件實現(xiàn)，所以最終決定采用間接控制的方式來設(shè)計LCD顯示電路。第二節(jié) 硬件電路主要芯片 ATmega16L主要引腳說明以下是ATmega16L的引腳配置： 圖23 ATmega16L芯片引腳引腳說明：VCC 　　　　　　　數(shù)字電路的電源GND 　　　　　　　地端口A(PA7～PA0) 　端口A 作為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)。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。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相連。AREF　　　　　　　A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。 Atmega16L的存儲器AVR結(jié)構(gòu)有兩個主要的存儲空間：數(shù)據(jù)存儲器空間和程序存儲器空間，此外，Atmega16L還有一個EEPROM存儲器以保存數(shù)據(jù)。這三個存儲器都為線性的平面結(jié)構(gòu)。(1) Atmega16L具有16K字節(jié)的在線編程Flash，用于存儲程序指令代碼。因為AVR指令為16位或32位，故Flash組織成8K16的形式。用戶程序的安全性要根據(jù)Flash程序存儲器的兩個區(qū)：引導(dǎo)(Boot) 程序區(qū)和應(yīng)用程序區(qū)，分開來考慮。Flash存儲器至少可以擦寫10,000次。Atmega16L的程序存儲器為13位，因此可以尋址8K的存儲器空間。關(guān)于用SPI 或JTAG 接口實現(xiàn)對Flash 的串行下載，將在軟件部分作詳細(xì)的介紹。(2) 數(shù)據(jù)存儲器的尋址方式分為5種：直接尋址、帶偏移量的間接尋址、間接尋址、帶預(yù)減量的間接尋址和帶后增量的間接尋址。ATmega16L的全部32個通用寄存器、64個I/O寄存器及1024個字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)SRAM可以通過所有上述的尋址模式進行訪問。(3) ATmega16L 包含512 字節(jié)的EEPROM 數(shù)據(jù)存儲器。它是作為一個獨立的數(shù)據(jù)空間而存在的，可以按字節(jié)讀寫。EEPROM 的壽命至少為100,000 次擦除周期。EEPROM 的訪問由地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器決定。 Atmega16L的時鐘電路單片機的時鐘用于產(chǎn)生工作所需要的時序，其連接電路如下圖： 圖24 晶體振蕩器連接圖XTAL1 與XTAL2 分別為用作片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入和輸出，考慮到其最大頻率不超過8MHz。 Atmega16L的系統(tǒng)復(fù)位Atmega16L有五個復(fù)位源：(1) 上電復(fù)位。電源電壓低于上電復(fù)位門限Vpot時，MCU復(fù)位。如果在單片機加Vcc電壓的同時，保持RESET引腳為低電平，則可延長復(fù)位周期。Vcc Vpot VpotRESET Vrst VrstTIMEOUTINTERINA