【文章內(nèi)容簡介】 s()1cos(])cos()1[cos(2 NfMNKMk??圖 410 等效面積控制算法 ATMEGA8 單片機介紹 ATMEGA8單片機是AVR系列單片機中的一種，具有高性能、低功耗的8位AVR 微處理器，先進(jìn)的RISC精簡指令結(jié)構(gòu)130條指令并且大多數(shù)指令的執(zhí)行時間為單個時鐘期，32個8位通用工作寄存器全靜態(tài)工作，工作于16MHz時性能高16MPIS，只需兩個時鐘周的硬件乘法器，內(nèi)部為非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器，高達(dá)8K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)在可編程Falsh，其擦寫壽命可達(dá)到10000次，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)編程真正的同時讀寫操作，512字節(jié)的EEPROM，擦寫壽命在100000次，1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM供用戶使用?？梢詫︽i定位進(jìn)行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密，除此之外還具有：兩個具有獨立預(yù)分頻器8位定時器/計數(shù)器，其中的一個還具有比較功能。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，具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器RTC，三通道PWM，TQFP與MLF封裝的8路10位ADC，PDIP封裝的6路ADC，面向字節(jié)的兩線接口，兩個可編程的串行USART，可工作于主機/從機模式的SPI串行接口，具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，片內(nèi)集成模擬比較器上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的RC振蕩器，通過對寄存器的設(shè)置可工作在5種睡眠模式：空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式及Standby模式。ATMEGA8是28引腳的PDIP封裝有23個可編程的I/O口，工作電壓寬從 ，速度等級均可工作，執(zhí)行速度最高可以達(dá)到16MHz。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)ISPFlash允許程序存儲器通過ISP串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過運行于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存儲區(qū)。在更新應(yīng)用Flash存儲區(qū)時引導(dǎo)Flash區(qū)的程序繼續(xù)運行，實現(xiàn)了RWW操作。通過將8位RISC精簡指令CPU與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash集成在一個芯片內(nèi)，ATMEGA8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。 ATMEGA8 單片機引腳及功能ATmega8單片機的管腳圖如圖411，共有28個引腳。1(RESET) PC62(RXD) PD03(TXD) PD14(INT0) PD25(INT1) PD36(XCK/T0) PD47VCC8GND9(XTAL1/TOSC1) PB610(XTAL2/TOSC2) PB711(T1) PD512(AIN0) PD613(AIN1) PD714(ICP1) PB0 15 PB1 (OC1A)16 PB2 (SS/OC1B)17 PB3 (MOSI/OC2)18 PB4 (MISO)19 PB5 (SCK)20 AVCC21 AREF22 GND23 PC0 (ADC0)24 PC1 (ADC1)25 PC2 (ADC2)26 PC3 (ADC3)27 PC4 (ADC4/SDA)28 PC5 (ADC5/SCL)ATMEGA8圖411 ATmega8管腳圖VCC 數(shù)字電路的電源。GND 地。端口B：(PB7……PB0)XTAL1/XTAL2/TOSC1/TOSC2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)。通過時鐘選擇熔絲位的設(shè)置，PB6可作為反向振蕩放大器或時鐘操作電路的輸入端。通過時鐘選擇熔絲位的設(shè)置PB7可作為反向振蕩放大器的輸出端。PB口的第二功能詳細(xì)的見表1：表1 PB口的第二功能端口引腳 第二功能PB7 XTAL2 (芯片時鐘振蕩器引腳2)TOSC2 (定時振蕩器引腳2)PB6 XTAL1 (芯片時鐘振蕩器引腳1或外部時鐘輸入)TOSC1 (定時振蕩器引腳1)PB5 SCK (SPI總線的主機時鐘輸入)PB4 MISO (SPI總線的主機輸入/從機輸出信號)PB3 MOSI (SPI總線的主機輸出/從機輸入信號)OC2 (T/C2輸出比較匹配輸出)PB2 SS (SPI總線主從選擇)OC1B (T/C1輸出比較匹配B輸出)PB1 OC1A (T/C1輸出比較匹配A輸出)PB0 ICP1 (T/C1輸入捕獲引腳) 端口C：(PC6……PC0) 端口C為7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)。若RSTDISBL熔絲位編程，則PC6作為I/O引腳使用。但是在使用過程中需要注意PC6的電氣特性與端口C的其他引腳不同，RSTDISBL熔絲位未編程，PC6作為復(fù)位輸入引腳。而持續(xù)時間小于門限時間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。端口C除了可以當(dāng)作普通的I/O口使用外還具有第二功能，其第二功能見表2：表2 PC口的第二功能端口引腳 第二功能PC6 RESET (復(fù)位引腳)PC5 ADC5 (ADC輸入通道5)SCL (兩線串行總線時鐘線)PC4 ADC4 (ADC輸入通道4)SDA (兩線串行總線數(shù)據(jù)輸入/輸出線)PC3 ADC3 (ADC輸入通道3)PC2 ADC2 (ADC輸入通道2)PC1 ADC1 (ADC輸入通道1)PC0 ADC0 (ADC輸入通道0)端口D：(PD7……PD0) 端口D同樣是為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的第二功能見表3：表3 PD口的第二功能端口引腳 第二功能PD7 AIN1 (模擬比較器負(fù)輸入)PD6 AIN0 (模擬比較器正輸入)PD5 T1 (T/C1外部計數(shù)器輸入)PD4 XCK (USART外部時鐘輸入/輸出)T0 (T/C0外部計數(shù)器輸入)PD3 INT1 (外部中斷1輸入)PD2 INT0 (外部中斷0輸入)PD1 TXD (USART輸出引腳)PD0 RXD (USART輸入引腳)為了獲得最高的性能以及并行性，AVR采用了Harvard 結(jié)構(gòu)，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(在本文稱為預(yù)取)。這個概念實現(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(jié)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(shù)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(jié)果。 ATMEGA8 單片機的最小系統(tǒng)電路及軟件流程為了簡化電路的復(fù)雜性和利于系統(tǒng)的數(shù)字化，SPWM 的生成利用純軟件生成法，即只需要單片機的最小系統(tǒng)加程序即可完成 SPWM的生成。采用 ATMEGA8單片機作為SPWM的硬件需要。ATMEGA8 單片機的最小系統(tǒng)硬件連接圖如圖 412所示：1PC62PD03PD14PD25PD36PD47VCC8GND9PB610PB711PD512PD613PD714PB0 15 PB116 PB217 PB318 PB419 PB520 AVCC21 AREF22 GND23 PC024 PC125 PC226 PC327 PC428 PC5ATMEGA81 2Y112MHzC2222pFC2322pF123456JP1+5V圖 412 ATMEGA8單片機最小系統(tǒng)SPWM的產(chǎn)生是用 ATMEGA8內(nèi)部的定時器中斷實現(xiàn)的,根據(jù) SPWM每等份的不同,在重新加載時給與不同的定時時間,從而實現(xiàn)按正弦規(guī)律變化的 SPWM輸出。由此可以畫出它的軟件流程圖,圖 413所示是系統(tǒng)的主流程, 圖 414是中斷流程。 圖 413 主程序流程裝載定時器初始化開中斷結(jié)束關(guān)中斷輸出口取反中斷入口重新裝載定時器開中斷退出中斷 圖 414 中斷程序流程 電壓采集單元電路ECU是控制系統(tǒng)的核心，其作用是對輸入的信號進(jìn)行檢測、運算處理和邏輯判斷，根據(jù)預(yù)先存儲的控制程序和試驗數(shù)據(jù)，向各執(zhí)行器發(fā)出控制指令，控制各執(zhí)行器的工作。89S52是控制系統(tǒng)內(nèi)部的主要部分，它是整個控制系統(tǒng)的處理單元，AT89S52 是一種帶 4K字節(jié)可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能 CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89S52是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案 [7]。 89S52 單片機的管腳說明 1 管腳圖MCS51的管腳圖如圖 415所示。VCC：供電電壓（5V）GND：接地RST/VPD9RXD/TXD/INT0/INT1/T0/T1/WR/RD/XTAL218XTAL119GND20 21 22 23 24 25 26 27 28PSEN 29ALE/PROG 30EA/VPP 31 32 33 34 35 36 37 38 39VCC 40圖 415 MCS51的引腳P0口：P0 口為一個 8位漏級開路雙向 I/O口。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在 FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗時，P0 輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。P1口：P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口 [8]。P1 口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時，P1 口作為低八位地址接收。 P2口：P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O口。當(dāng) P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2 口輸出地址的高八位。P2 口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3 口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向 I/O口。當(dāng) P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流這是由于上拉的緣故。P3口也可作為 AT89S52的一些特殊功能口，如下所示：P3口管腳備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0外部輸入） T1（記時器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在 FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。當(dāng)/EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加 5V編程電源（V PP） 。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。圖 416 復(fù)位電路RST：復(fù)位輸入。要保持 RST腳兩個機器周期的高電平時間。當(dāng) 8051通電，