【文章內(nèi)容簡介】 標(biāo)定的 RC 振蕩器 – 片內(nèi) / 片外中斷源 – 6 種 睡眠模式 : 空閑模式、 ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、 Standby 模式以及擴(kuò)展的 Standby 模式 ? I/O 和封裝 – 32 個可編程的 I/O 口 – 40 引腳 PDIP 封裝 , 44 引腳 TQFP 封裝 , 與 44 引腳 MLF 封裝 ? 工作電壓 : – ATmega16L ： – ATmega16 ： 8 . ATmega16 芯片介紹 結(jié)構(gòu)框 圖： AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元 (ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié) 構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的 CISC 微控制器最高至 10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。 ATmega16 有如下特點 :16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時讀寫的能力，即 RWW) ， 512 字節(jié) EEPROM ， 1K 字節(jié) SRAM ， 32 個通用 I/O 口線， 32 個通用工作寄存器，用于邊界掃 9 描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器 / 計數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART ，有起始條件檢測器的通用串行接口， 8 路 10 位具有可選差分輸入級可編程增益 (TQFP 封裝 ) 的 ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個 SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。工作于空閑模式時 CPU 停止工作，而 USART、兩線接口、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 SRAM、 T/C、 SPI 端口以及中斷繼續(xù)工作；掉電模式時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，異步定時器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個時間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時終止 CPU 和除了異步定時器與 ADC 以外所有 I/O 模塊的工作，以降低 ADC 轉(zhuǎn)換時的開關(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，同時具有快速啟動能力；擴(kuò)展 Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時器繼續(xù)工作。 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) ISP Flash 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(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 存儲區(qū) (Application Flash Memory)。在更新應(yīng)用 Flash 存儲區(qū)時引導(dǎo) Flash 區(qū) (Boot Flash Memory)的程序繼 續(xù)運(yùn)行，實現(xiàn)了 RWW 操作。 通過將 8 位 RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 Flash 集成在一個芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個功能強(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)開發(fā)工具，包括： C 語言 編譯器、宏匯編、程序調(diào)試 器 / 軟件仿真器、仿真器及評估板。 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 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。 10 圖 31 ATmega16 的引腳圖 11 單片機(jī)系統(tǒng)外圍電路 單片機(jī)外圍電路一般有兩塊：時鐘電路（如圖 32）和復(fù)位電路（如圖 33）。 時鐘電路由一個晶振和兩個小電容組成，用來產(chǎn)生時鐘頻率。 復(fù)位電路由一個電阻 、按鍵和一個電容組成，用來產(chǎn)生復(fù)位信號，使單片機(jī)上電的時候復(fù)位。 圖 32 時鐘電路 ATmega16 單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個反向放大器構(gòu)成的振蕩器， XTAL1 和 XTAL2 分別為振蕩器電路的輸入端和輸出端，時鐘可由內(nèi)部和外部生成，在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振頻率選擇 12MHz， C C2的電容值取 22PF,電容的大小頻率起微調(diào)的作用 圖 33 復(fù)位電路 單片機(jī)有多種復(fù)位電路，本系統(tǒng)采用電平式開關(guān) 復(fù)位與上電復(fù)位方式，當(dāng)上電時， C1相當(dāng)于短路，使單片機(jī)復(fù)位，在正常工作時，按下復(fù)位時單片機(jī)復(fù)位。在有時碰到干擾時會造成錯誤復(fù)位，但是大多數(shù)條件下，不會出現(xiàn)單片機(jī)錯誤復(fù)位，而可能會引起內(nèi)部某些寄存 器錯誤復(fù)位，在復(fù)位端加一個去藕電容， 則會得到很好的效果。 驅(qū)動電路 74HC154 芯片簡介 74LS154 4 線－ 16線譯碼器， 其工作原理如下： E1,E2 都是為選通端，只有當(dāng)這兩個選通端都為低電平時，芯片開始轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，所以根據(jù)它的文檔所示，在使用時可以同 時把這兩個腳一 并 接起來共同作為控制端口使用。例外他還有 A、 B、 C、 D 四個譯 12 碼輸入端口， 四個輸入端口就可以組成 16種不同的輸出情況，這就是 4線 16線譯碼器的來由。在右邊從 015 的 16 個端口就是其輸出的 16 種不同情況的高低電平，從而根據(jù)需要通過控制 4 端口的不同組合， 進(jìn) 而從輸出端輸出我們所需要有用的數(shù)據(jù)，再送給其它的下一級進(jìn)行處理。 這個 74HC154 芯片在本電路中它起到掃描的作用，在這里我把它作為行掃描，根據(jù)字體從右向左的移動效果，也是作為行掃描的需要所致，由于掃描一次是 56行，單片機(jī)速度足夠快，所 以也同時做到了沒有閃爍的影響，一般只要達(dá)到 40HZ 以上的頻率再加上人眼的視覺效應(yīng)會看不出閃爍。 74HC154 的引腳圖如圖 34 所示： A23B22C21D20E118E219011223344556677889910101111131214131514161517U 1 07 4 HC 1 5 4 圖 34 74HC154 引腳圖 13 74HC573 芯片簡介 74HC573 是一個 8 位的鎖存器，根據(jù)圖所示，它有 8 個輸入端口與 8 個輸出端口，再加上 2 個控制端口便可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的鎖存 以 達(dá)到控制的目的。其工作原理如下： 它的 1 腳與 11 腳都為控制端口，其中滿足 1 腳為低電平 11 腳為高電平數(shù)據(jù)開始存入芯片， 當(dāng) 11 腳變?yōu)榈碗娖綌?shù)據(jù)已經(jīng)鎖存 與 芯片 ，外來的數(shù)據(jù)已無法進(jìn)入該芯片 。 其實這兩個端口還有其他用途，關(guān)鍵看使用者使用的場合而定，在這里我把 1腳接到地， 11 腳連接單片機(jī)，通過單片機(jī)來控制其數(shù)據(jù)的鎖存與輸入。數(shù)據(jù)端口有 16 個，各分為 8 個 數(shù)據(jù)輸入端口 D0~D7， 8 個數(shù)據(jù)輸出端口 Q0~Q7，只需通過 11 腳 LE 的控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。 在這里我把 74HC573 鎖存芯片作為列的驅(qū)動，由于其驅(qū)動電流足夠大故不需再外加其他硬件便可以點亮 LED，點陣屏幕共有 32 列，故需 4 片 74HC573 作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以滿足需求，從單片機(jī)送來的各種段碼數(shù)據(jù)分別送入 4 片鎖存器，再加上 LE 的控制，讓單片機(jī) 不停的發(fā)指令給 LE，就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)有序的輸出不會造成混亂，最后分別點亮各相應(yīng)的 LED 發(fā)光二極管。 74HC573 的引腳圖如圖 35 所示： D02D13D24D35D46D57D68D79Q019Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712LE11OE1U27 4 HC 5 7 3 圖 35 74HC573 引腳圖 14 驅(qū)動電路的構(gòu)成 本設(shè)計的驅(qū)動電路分為行驅(qū)動與列驅(qū)動，行驅(qū)動如前所示采用的是 74HC154 芯片作為行的驅(qū)動，列的驅(qū)動則采用 74HC573 鎖存器作為驅(qū)動， 他們所采用的電壓都是 5V 供電。 行驅(qū)動電路如圖 36所示，列驅(qū)動電路如圖 37所示： 1234567891011121314151617181920212223242526272829303132l0l1l2l3l4l5l6l7P D 0P D 1A23B22C21D20E118E219011223344556677889910101111131214131514161517U17 4 HC 1 5 4A23B22C21D20E118E219011223344556677889910101111131214131514161517U57 4 HC 1 5 4 圖 36 點陣 LED 行驅(qū)動電路 部分 15 abcdeghponmlkjifg0g1g2g3g4g5g6g7P D 4P D 5D02D13D24D35D46D57D68D79Q019Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712LE11OE1U27 4 HC 5 7 3D02D13D24D35D46D57D68D79Q019Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712LE11OE1U47 4 HC 5 7 3 圖 37 點陣 LED 列驅(qū)動電路 部分 的作用 點亮一只 LED 發(fā)光二極管需要一定的電壓和一定的電流，不能太大也不能太小否則 不工作或者損壞 LED，一般 LED 的門限電壓大概 在 左右，