【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 將 DVM 的基本電路（含模擬電路和數(shù)字電路）集成在同一芯片上，配以 LCD 或 LED 數(shù)顯器件后能顯示 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的集成電路。它們均屬大規(guī)模集成電路，能以最簡(jiǎn)單方式構(gòu)成 DVM。若對(duì)其外圍電路進(jìn)行擴(kuò)展，增加各種功能轉(zhuǎn)換器，還可構(gòu)成 DVM。 2．單片 DMM 專用 IC 單片 DMM 專用 IC 是 CMOS 大規(guī)模集成電路和儀表技術(shù)的結(jié)晶，使用一片 IC 即可構(gòu)成功能完善的自動(dòng)量程數(shù)字多用表。特別是專配μ P 的 DVM 集成電路的問世，為開發(fā)具有高性價(jià)比的智能儀表和測(cè)試系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件。 單 片機(jī)內(nèi)的 A/D 轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)和性能 A/D 轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu) ATmega16 有一個(gè) 10 位的逐次逼近型 ADC。 ADC 與一個(gè) 8 通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對(duì)來自端口 A 的 8 路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。單端電壓輸入以 0V (GND) 為基準(zhǔn)。 ADC 包括一個(gè)采樣保持電路，以確保在轉(zhuǎn)換過程中輸入到 ADC 的電壓保持恒定。 ADC 有 AVCC 引腳單獨(dú)提供電源。 AVCC 與 VCC 之間的偏差不能超過 。 A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓源可以選擇 的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓、 AVCC 或外接于 AREF 的電壓。 ADC 基準(zhǔn)電壓源 標(biāo)稱值為 的基準(zhǔn)電壓以及 AVCC 都位于器件之內(nèi)，基準(zhǔn)電壓可以通過加在AREF 引腳上加一個(gè)電容進(jìn)行解耦，以更好地抑制噪聲。 ADC的參考電壓源（ VREF）反映了 ADC的轉(zhuǎn)換范圍。若單端通道電平超過了 VREF，則其結(jié)果將近 0x3FF。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 A/D 轉(zhuǎn)換器性能 ATmega16 的 A/D 轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)為： （ 1） 10 位 精度 （ 2） LSB 的非線性度 （ 3） 177。 2 LSB 的絕對(duì)精度 （ 4） 65 260 μ s 的轉(zhuǎn)換時(shí)間 （ 5） 最高分辨率時(shí)采樣率高達(dá) 15 KSPS （ 6） 8 路復(fù)用的單端輸入通道 （ 7） 7 路差分輸入通道 （ 8） 2 路可選增益為 10x 與 200x 的差分輸入通道 （ 9） 可選的左對(duì)齊 ADC 讀數(shù) （ 10） 0 VCC 的 ADC 輸入電壓范圍 （ 11） 可選的 ADC 參考電壓 （ 12） 連續(xù)轉(zhuǎn)換或單次轉(zhuǎn)換模式 （ 13） 通過自動(dòng)觸發(fā)中斷源啟動(dòng) ADC 轉(zhuǎn)換 （ 14） ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷 （ 15） 基于睡眠模式的 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 4 主要元器件簡(jiǎn)介 及設(shè)計(jì) ATmega16 單片機(jī) 此設(shè)備是采用 Atmel的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)制造。片上 ISP Flash 允許程序存儲(chǔ)器通過 ISP 串行接口，或者通用編程器編程也可以通過編程 AVR 內(nèi)核的引導(dǎo)程序運(yùn)行。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 內(nèi)存（ Application Flash 存儲(chǔ)器）。更新應(yīng)用 Flash 區(qū)啟動(dòng)引導(dǎo)閃存（閃存）的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，使 RWW操作。閃存 8 位 RISC CPU和系統(tǒng)可以被編程為被集成到一個(gè)單一芯片內(nèi)，ATmega16 的成為一個(gè)非常強(qiáng)大的單芯片解決方案，進(jìn)行了大量的嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活的和便宜的成本。對(duì)于邊界掃描 JTAG 接口，支持片上調(diào)試和編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器（ T / C），片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART起始條件檢測(cè)的通用串行接口， 8 通道 10 位 ADC，具有可選差分輸入級(jí)可編程增益（ TQFP 封裝），可編程看門狗定時(shí)器，片上振蕩器，一個(gè) SPI 串行接口，以及六個(gè)軟件可選省電模式。 在空閑模式下， CPU 停止工作， USART，兩線接口， A / D 轉(zhuǎn)換器， SRAM， T / C， SPI 端口，中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作 。凍結(jié)振蕩器掉電模式，所有功能除了中斷停止工作和硬件復(fù)位，在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余的設(shè)備正在睡覺， ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止 CPU 和除了異步定時(shí)器和 ADC以外所有 I / O 模塊，以減少 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開關(guān)噪聲，待機(jī)模式下，晶體諧振振蕩器運(yùn)行，其余的設(shè)備處于休眠狀態(tài)，從而使設(shè)備只消耗極少的功率，而且還具有快速啟動(dòng)的能力 。擴(kuò)展待機(jī)模式時(shí)，振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。 ATmega16 的有全套的程序和系統(tǒng)開發(fā)工具， 包括： C 語(yǔ)言編譯器，宏匯編器，調(diào)試器 /模擬器，仿真器和評(píng)估板。 AVR Atmega16 的系列單片機(jī)，體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不高，成本低，可靠性高，柔韌性好。在 ATmega16 AVR內(nèi)部有很多的指令集，并有 32 個(gè)通用工作寄存器。且所有寄存器都直接與算術(shù)邏輯單元（ ALU），這將允許在同一時(shí)間訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器的指令在一個(gè)時(shí)鐘周期。采用這種結(jié)構(gòu)，大大提高了效率比平常的微控制器具有高達(dá) 10 倍的代碼和數(shù)據(jù)通過。 ATmega16 的微控制器具有以下優(yōu)點(diǎn)： 16K 字節(jié)的系統(tǒng)可被編程到閃存（能力強(qiáng)的讀 取和寫入，即在同一時(shí)間， RWW）， 512 字節(jié)的 EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM，32 個(gè)通用 I / O 口線， 32 個(gè)通用工作寄存器 JTAG 邊界掃描接口，支持片上調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器（ T / C），片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART 可編程看門狗定時(shí)器啟動(dòng)條件探測(cè)器通用串行接口， 8 通道 10 位 ADC天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 可選差分輸入級(jí)可編程增益（ TQFP 封裝），片上振蕩器，一個(gè) SPI 串行端口，以及六個(gè)軟件可選省電模式。在空閑模式下， CPU 停止工作， USART，兩線接口， A / D轉(zhuǎn)換器， SRAM， T / C， SPI 端口，中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作 。凍結(jié)振蕩器掉電模式，所有功能除了中斷停止工作和硬件復(fù)位，在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余的設(shè)備正在睡覺， ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止 CPU 和除異步定時(shí)器和 ADC 以外所有 I / O 模塊，以減少 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開關(guān)噪聲 。待機(jī)模式下，晶體諧振振蕩器運(yùn)行，其余的設(shè)備處于休眠狀態(tài)，從而使設(shè)備只消耗極少的功率，也有快速啟動(dòng) 。擴(kuò)展待機(jī)模式時(shí)，振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。 高性能、低功耗的 8 位 AVR 微處理器先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu)： （ 1） 131 條指令 （ 2）大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期 （ 3） 32 個(gè) 8 位通用工作寄存器 （ 4）全靜態(tài)工作 （ 5）工作于 16MHz時(shí)性能高達(dá) 16MIPS （ 6）只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器 （ 7）非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （ 8） 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash，擦寫壽命 : 10,000 次 （ 9）擁有獨(dú)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(shí)讀寫操作 （ 10） 512 字節(jié)的 EEPROM，擦寫壽命 : 100,000 次 （ 11） 1K 字節(jié)的片內(nèi) SRAM （ 12）可以對(duì)定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密 （ 13） JTAG 接口 ( 與 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)兼容 ) （ 14）符合 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能 （ 15）支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能 （ 16）通過 JTAG 接口實(shí)現(xiàn)對(duì) Flash、 EEPROM、熔絲位和定位的編程 外設(shè)特點(diǎn) ： （ 1）兩個(gè)擁有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 （ 2）一個(gè)擁有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 （ 3）擁有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器 RTC （ 4）四通道 PWM （ 5） 8 路 10 位 ADC， 8 個(gè)單 端通道， 2 個(gè)擁有可編程增益（ 1x, 10x, 或 200x）的差分通道 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 （ 6）面向字節(jié)的兩線接口 （ 7）兩個(gè)可編程的串行 USART （ 8）可工作于主機(jī) / 從機(jī)模式的 SPI 串行接口 （ 9）擁有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器 （ 10）片內(nèi)模擬比較器 （ 11）特殊的處理器特點(diǎn) （ 12）上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè)功能 （ 13）片內(nèi)部經(jīng)過標(biāo)定的 RC 振蕩器 （ 14）片內(nèi) /片外中斷源 （ 15） 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： （ 1） 32 個(gè)可編程的 I/O 口 （ 2） 40 引腳 PDIP 封裝 , 44 引腳 TQFP 封裝 , 與 44 引腳 MLF 封裝 工作的電壓： （ 1） ATmega16L： （ 2） ATmega16： 速度的等級(jí)： （ 1） 8MHz ATmega16L （ 2） 016MHz ATmega16 （ 3） ATmega16L 在 1MHz, 3V, 25176。 C 時(shí)的功率消耗 （ 4）正常模式下 : MA （ 5）空閑模式下 : MA （ 6）掉電模式下 : 1 μ A天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 ATmega16 單片機(jī)引腳功能 Atmega16 單片機(jī)采用 40 引腳 DIP 封裝，其引腳分布以及電路連接下圖 所示。 圖 41 Atmega16 單片機(jī)引腳及電路連接 引腳說明如下： VCC 數(shù)字電路的電源 GND 接 地 端口 A(PA7..PA0) 端口 A做 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(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)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PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC7 VCCPB0 (XCK/T0)1PB1 (T1)2PB2 (AIN0/INT2)3PB3 (AIN1/OC0)4PB4 (SS)5PB5 (MOSI)6PB6 (MISO)7PB7 (SCK)8RESET9PD0 (RXD)14PD1 (TXD)15PD2 (INT0)16PD3 (INT1)17PD4 (OC1B)18PD5 (OC1A)19PD6 (ICP)20PD7 (OC2)21XTAL212XTAL113GND11PC0 (SCL)22PC1 (SDA)23PC2 (TCK)24PC3 (TMS)25PC4 (TDO)26PC5 (TDI)27PC6 (TOSC1)28PC7 (TOSC2)29AREF32AVCC30GND31PA7 (ADC7)33PA6 (ADC6)34PA5 (ADC5)35PA4 (ADC4)36PA3 (ADC3)37PA2 (ADC2)38PA1 (ADC1)39PA0 (ADC0)40VCC10U1ATmega16L8PCPC6PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA7PA6RES天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)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(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)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(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為 輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 D 處于高阻狀態(tài)。 RESET