【文章內(nèi)容簡介】 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)復位。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復位。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AVCCAVCC是端口A與A/D轉換器的電源。不使用ADC時，該引腳應直接與VCC連接。使用ADC時應通過一個低通濾波器與VCC 連接。AREFA/D 的模擬基準輸入引腳 ATmega16 內(nèi)核介紹 　　 ATmega16單片機的結構方框圖 為了獲得最高的性能及并行性， AVR 采用了Harvard 結構，具有獨立的數(shù)據(jù)和程序總線。程序存儲器里的指令通過一級流水線運行。CPU 在執(zhí)行一條指令的同時讀取下一條指令，實現(xiàn)了指令的單時鐘周期運行。程序存儲器是可以在線編程的FLASH。 快速訪問寄存器文件包括32 個8 位通用工作寄存器，訪問時間為一個時鐘周期。從而實現(xiàn)了單時鐘周期的ALU 操作。在典型的ALU 操作中，兩個位于寄存器文件中的操作數(shù)同時被訪問，然后執(zhí)行運算，結果再被送回到寄存器文件。整個過程僅需一個時鐘周期。 寄存器文件里有6個寄存器可以用作3個16位的間接尋址寄存器指針以尋址數(shù)據(jù)空間，實現(xiàn)高效的地址運算。其中一個指針還可以作為程序存儲器查詢表的地址指針。這些附加的功能寄存器即為16 位的X、Y、Z 寄存器。ALU支持寄存器之間以及寄存器和常數(shù)之間的算術和邏輯運算。ALU也可以執(zhí)行單寄存器操作。運算完成之后狀態(tài)寄存器的內(nèi)容得到更新以反映操作結果。 程序流程通過有/ 無條件的跳轉指令和調(diào)用指令來控制，從而直接尋址整個地址空間。大多數(shù)指令長度為16 位，亦即每個程序存儲器地址都包含一條16 位或32 位的指令。 程序存儲器空間分為兩個區(qū)：引導程序區(qū)(Boot 區(qū)) 和應用程序區(qū)。這兩個區(qū)都有專門的鎖定位以實現(xiàn)讀和讀/ 寫保護。用于寫應用程序區(qū)的SPM 指令必須位于引導程序區(qū)。 在中斷和調(diào)用子程序時返回地址的程序計數(shù)器(PC) 保存于堆棧之中。堆棧位于通用數(shù)據(jù)SRAM，因此其深度僅受限于SRAM 的大小。在復位例程里用戶首先要初始化堆棧指針SP。這個指針位于I/O 空間，可以進行讀寫訪問。數(shù)據(jù)SRAM 可以通過5 種不同的尋址模 式進行訪問。 AVR有一個靈活的中斷模塊。控制寄存器位于I/O空間。狀態(tài)寄存器里有全局中斷使能位。每個中斷在中斷向量表里都有獨立的中斷向量。各個中斷的優(yōu)先級與其在中斷向量表的位置有關，中斷向量地址越低，優(yōu)先級越高。 I/O 存儲器空間包含64 個可以直接尋址的地址，作為CPU 外設的控制寄存器、SPI，以及其他I/O 功能。映射到數(shù)據(jù)空間即為寄存器文件之后的地址0x20 0x5F。 發(fā)光二極管簡介發(fā)光二極管簡稱LED，是 Light Emitting Diode)的縮寫。簡單來說，發(fā)光二極管是利用二極管內(nèi)電子與空隙結合過程中能量轉換產(chǎn)生光的輸出。 發(fā)光二極管的電路圖形符號a)新圖形符號 b)舊圖形符號 發(fā)光二極管的發(fā)光原理圖具體地說，LED發(fā)光原理如下：發(fā)光二極管是由ⅢⅣ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導體制成的，其核心是PN結。因此它具有一般PN結的IN特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進入對方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復合而發(fā)光。 假設發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價帶空穴直接復合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復合發(fā)光。除了這種發(fā)光復合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個中心介于導帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發(fā)光的復合量相對于非發(fā)光復合量的比例越大，光量子效率越高。由于復合是在少子擴散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結面數(shù)μm以內(nèi)產(chǎn)生。 光二極管的種類很多，按發(fā)光材料來區(qū)分有磷化鎵（GaP）發(fā)光二極管、磷砷化鎵（GaAsP）發(fā)光二極管、砷鋁鎵（GaAIAs）發(fā)光二極管等；按發(fā)光顏色來分有發(fā)紅光、黃光、綠光以及眼睛看不見的紅外發(fā)光二極管等；若按功率來區(qū)別可分為小功率（HG 400系列）、中功率（HG50系列）和大功率（HG52系列）發(fā)光二極管：另外還有多色、變色發(fā)光二極管等等.第3章 硬件設計 芯片介紹及選型根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，本次設計需要選擇滿足要求的功能芯片，并根據(jù)芯片功能設計能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能的電路。下面將逐一進行所選芯片的介紹。 LM3401LED驅(qū)動芯片 LM3401LED驅(qū)動芯片引腳圖 LM3401LED驅(qū)動芯片引腳功能表引腳引腳名稱描 述1CS電流檢測引腳。連接到漏極的PFET2DIM調(diào)光輸入引腳。當點心低，HG的驅(qū)動器是關閉的?？蛇B接到一個邏輯電平PWM信號3SNS電流反饋PIN碼LED陰極。從這個引腳連接到地的電阻設置LED電流的DC4HYS滯后調(diào)整腳。從這個引腳連接到GND的電阻設置滯后窗口5GND接地引腳6HG柵極驅(qū)動輸出。連接到PFET的柵極。7VIN電源輸入8ILIM調(diào)整端電流限制。從這個引腳連接一個電阻來的PFET源設置限流門限LM3401LED驅(qū)動芯片是美國國家半導體公司(National Semiconductor Corporation)近日添加的一款新的LED驅(qū)動器。這款LM3401LED驅(qū)動器可以驅(qū)動1W至5W的高亮度LED，尤其適用于工業(yè), 汽車以及通用照明系統(tǒng)。這款芯片的輸入電壓范圍極廣，可以輸出恒定電流來控制LED亮度。此外，較低的反饋電壓有助于減少功耗。 這款高效的LM3401 ，可輸出3A以上的驅(qū)動電流，而且電流大小可以靈活調(diào)節(jié)，占空比高達100%。此外，而電流感測準確度極高，不超過3%的誤差，因此可為LED提供恒定電流，確保LED燈光顏色穩(wěn)定。LM3401 LED驅(qū)動器的技術規(guī)格如下：LM3401芯片是一款高效率的遲滯PFET開關控制器，可為串聯(lián)LED提供恒定的驅(qū)動電流，卓越的性能可以確保輸出的光線顏色穩(wěn)定。該芯片設有可調(diào)節(jié)的遲滯窗口，在元件選擇和簡化系統(tǒng)設計方面有很強的靈活性。芯片的另一優(yōu)點是無需加設外置補償電路。這款芯片可以感測LED的穩(wěn)壓電流，無需加設輸出電容器也可控制反饋恒流。LM3401芯片設有可編程的過流過壓保護功能，而且還可通過DIM輸入引腳利用PWM輸入信號控制光暗。封裝方面，這款芯片采用8引腳的迷你型SOIC封裝。 MAX485芯片 MAX485芯片引腳圖  MAX485發(fā)送與接收功能表發(fā) 送接 收輸 入輸 出輸 入輸出REDEDIZ(B)Y（A）REDEABROX110100+1X101000000X高阻高阻00輸入開路1X0X高阻高阻10X高阻MAX485芯片是半雙工通信芯片，用于RS485通信的低功耗收發(fā)器，器件中具有一個驅(qū)動器和一個接收器。具有如下主要特點：（1） 單+5V供電；（2） 靜態(tài)電流300uA；（3） 驅(qū)動器有過載保護；（4） 最大共模輸入電壓輸入范圍7V~+12V；（5） ；（6） 有接受驅(qū)動使能端；（7） 可驅(qū)動32個負載。驅(qū)動器具有短路電流限制，并可以通過熱關斷電路將驅(qū)動器輸出置為高阻狀態(tài)，防止過度的功率損耗。接收器輸入具有失效保護特性，當輸入開路時，可以確保邏輯高電平輸出。 ULN2803驅(qū)動芯片ATmega16單片機 的驅(qū)動能力不足時，則需要采用ULN2803增加驅(qū)動力。 ULN2803驅(qū)動芯片的引腳圖 ULN2803驅(qū)動芯片的極限參數(shù)表最大輸出電壓VCE50V最大輸入電壓VIN30V最大連續(xù)輸出電流IC500mA最大連續(xù)輸入電流IIN25mA主要直流參數(shù)如下：集電極—發(fā)射極間飽和壓降VCE(sat):IC=100mA，IIN=250uA時，；IC=350mA，IIN=500uA時。輸入電流IIN（ON）：VIN=，,；輸入電壓VIN（ON）：VCE=2V，IC=200mA時，；IC=300mA時。 穩(wěn)壓芯片7805和78247805和7824是電子產(chǎn)品常見的三端穩(wěn)壓集成電路，正電壓輸出。顧名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO220的標準封裝，也有9013樣子的TO92封裝。 用78系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的78后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7805表示輸出電壓為正5V，7824表示輸出電壓為正24V。 　　因為三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。78系列芯片在降壓電路中應注意以下事項： 1．輸入輸出壓差不能太大,太大則轉換效率急速降低，而且容易擊穿損壞； 2．輸出電流不能太大， 是其極限值。大電流的輸出，散熱片的尺寸要足夠大，否則會導致高溫保護或熱擊穿； 3． 輸入輸出壓差也不能太小,大小效率很差。 TSL256X介紹 TSL2560和TSL2561是TAOS公司推出的一種高速、低功耗、寬量程、可編程靈活配置的光強度數(shù)字轉換芯片。該芯片可廣泛應用于各類顯示屏的監(jiān)控，目的是在多變的光照條件下，使得顯示屏提供最好的顯示亮度并盡可能降低電源功耗；還能夠用于街道光照控制、安全照明等眾多場合。該芯片的主要特點如下：，當實際光照度超過該閾值時給出中斷信號；2. 數(shù)字輸出符合標準的SMBus(TSL2560)和I2C(TSL2561)總線協(xié)議；3. 模擬增益和數(shù)字輸出時間可編程控制；4. mm mm超小封裝，在低功耗模式下， mW；5. 自動抑制50 Hz/60 Hz的光照波動。 TSL256x的引腳功能 TSL256x有2種封裝形式： 6LEAD CHIPSCALE和6LEAD TMB。封裝形式不同，相應的光照度計算公式也不同。 TSL256x封裝圖 引腳功能表引腳名稱引腳功能其他描述引腳1電源引腳～引腳2器件訪問地址選擇引腳由于該引腳電平不同，該器件有3個不同的訪問地址。引腳3信號地～。引腳4I2C或SM Bus總線的時鐘信號線和數(shù)據(jù)線引腳5中斷信號輸出引腳當光強度超過用戶編程配置的上或下閾值時，器件會輸出一個中斷信號引腳6I2C或SM Bus總線的時鐘信號線和數(shù)據(jù)線。 器件訪問地址和引腳2電平的對應關系ADDR SEL 電平FC 從器件訪問地址SM Bus 器件地址GND01010010001100Float01110010001100VDD10010010001100 TSL256x的內(nèi)部結構和工作原理 TSL256x是第二代周圍環(huán)境光強度傳感器。通道0和通道1是兩個光敏二極管，其中通道0對可見光和紅外線都敏感，而通道1僅對紅外線敏感。積分式A/D轉換器對流過光敏二極管的電流進行積分，并轉換為數(shù)字量，在轉換結束后將轉換結果存入芯片內(nèi)部通道0和通道1各自的寄存器中。當一個積分周期完成之后，積分式A/D轉換器將自動開始下一個積分轉換過程。微控制器和TSL2560可通過標準的SMBus總線 ，TSL2561則可通過I2C總線協(xié)議訪問。對TSL256x的控制是通過對其內(nèi)部的16個寄存器的讀寫來實現(xiàn)的。 TSL256x內(nèi)部結構圖 TSL256x內(nèi)部寄存器地址及作用 寄存器地址寄存器名稱作 用—命令字寄存器指定要訪問的內(nèi)部寄存器地址00h控制寄存器控制芯片是否工作01h時間寄存器控制計分時間和增益02h門限寄存器低門限低字節(jié)03h門限寄存器低門限低字節(jié)04h門限寄存器高門限高字節(jié)05h門限寄存器高門限高字節(jié)06h中斷寄存器中斷控制08h校驗寄存器生產(chǎn)商測試用0Ah器件ID寄存器區(qū)分TSL2560和TSL25610Ch數(shù)據(jù)寄存器通道0低字節(jié)0Dh數(shù)據(jù)寄存器通道0高字節(jié)0Eh數(shù)據(jù)寄存器通道1低字節(jié)0Fh數(shù)據(jù)寄存器通道1高字節(jié)TSL2561是光數(shù)字轉換器，它將光強轉換成數(shù)字信號輸出，具有直接I2C接口或者SMBus接口。每個設備都連接一個帶寬的光敏二極管和在單獨CMOS集成電路上的一個紅外響應的光敏二極管，這個集成電路具有提供20bit動態(tài)范圍的近適光響應的能力。兩個集成的ADCs將光敏電流轉換成一個數(shù)字輸出，這個數(shù)字輸出表示測量每一個通道的發(fā)光。這個數(shù)字輸出可以是一個微處理器的輸入。在這個微處理器里亮度（周圍光的水平）使用試驗化公式來得到。TSL2560設備允許SN