【文章內(nèi)容簡介】 單片機(jī)的不斷涌現(xiàn)現(xiàn)在的單片機(jī)市場是百花齊放ATMEL 在這種強(qiáng)大市場壓力下發(fā)揮 Flash 存儲器的技術(shù)特長于 1997 年研發(fā)并推出了個新配置的采用精簡指令集 RISC Reduced Instruction Set CPU 結(jié)構(gòu)的新型單片機(jī)簡稱 AVR 單片機(jī) 精簡指令集 RISC 結(jié)構(gòu)是 20 世紀(jì) 90 年代開發(fā)出來的綜合了半導(dǎo)體案成技術(shù)和軟例 性能的新結(jié)構(gòu) AVR 單片機(jī)采用 RISC 結(jié)構(gòu)具有 1MIPS MHz 的高速運(yùn)行處理能力為了縮短產(chǎn)品進(jìn)入市場的時間簡化系統(tǒng)的維護(hù)和支持對于由單片機(jī)組成的嵌入式系統(tǒng)來說用高級語言編程已成為一種標(biāo)準(zhǔn)編程方法 AVR 結(jié)構(gòu)單片機(jī)的開發(fā)日的就在于能夠更好地采用高級語言例如 C語言 BASIC語言來編寫嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)程序從而能高效地開發(fā)出目標(biāo)代碼為了對目標(biāo)代碼大小性能及功耗進(jìn)行優(yōu)化 AYR 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)中采用了大型快速存取寄存器組和快速的單周期指令系 統(tǒng) AVR單片機(jī)運(yùn)用 Harvard結(jié)構(gòu)在前一條指令執(zhí)行的時候就取出現(xiàn)行的指令然后以一個周期執(zhí)行指令在其他的 CISC以及類似的 RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)中外部振蕩器的時鐘被分頻降低到傳統(tǒng)的內(nèi)部指令執(zhí)行周期這種分頻最大達(dá) 12 倍 8051 AVR 單片機(jī)是用一個時鐘周期執(zhí)行一條指令的它是在 8 位單片機(jī)中第一個真正的 RISC 結(jié)構(gòu)的單片機(jī) 由于 AVR單片機(jī)采用了 Harvard結(jié)構(gòu)所以它的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是分開組織和尋址的尋址空間分別為可直接訪問 8M字節(jié)的程序存儲器和 8M字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器同時由 32 個通用工作 寄存器所構(gòu)成的寄存器組被雙向映射因此可以采用讀寫寄存器和讀寫片內(nèi)快速 SRAM存儲器兩種方式來訪問 32個通用工作寄存器 AVR主要有單片機(jī)有 ATtinyAT90 和 ATmega三種系列其結(jié)構(gòu)和基本原理都相類似本次設(shè)計所用到的 Atmega16L 芯片便是 ATmega 系列中的一種在這里作為充電器的核心部件它是一種具有 40 引腳的高性能低功耗的 8 位微處理器其功能特性如下 1 8 位 CPU 2 先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu) 131 條指令 – 大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期 32 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(dá)到 10000 次以上具有獨(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 512 字節(jié)的 EEPROM 可連續(xù)擦寫 100000 次 1K 字節(jié)的片內(nèi) SRAM 可以對鎖定位進(jìn)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 FLASHEEPROM 的編程 5 32 個可編程的 IO 引線 40 引腳 PDIP 封裝 6 兩個具有獨(dú)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(jìn)行采樣 9 工作電壓 27－ 55V 速度等級 0－ 8MHz AVR 單片機(jī)的主要特點(diǎn)如下 1 片內(nèi)集成可擦寫 10000 次以上的 Flash 程序存儲器由于 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 XXXX1116 也可理解為 8 位即2XXXX8 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(jī) 2采用 CMOS工藝技術(shù)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(dá) 50ns 20MHz AVR運(yùn)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 3高度保密 LOCK 可多次擦寫的 FLASH具有多重密碼保護(hù)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(fèi) 1C 或電路板大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量及競爭力 4超功能精簡指令具有 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 1284K 字節(jié) SRAM 可靈活使用指令計算并可用功能很強(qiáng)的 C 語言編程易學(xué)易寫易移植 5 程序?qū)懭肫骷梢圆⑿袑懭? 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(jī)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(jìn)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 60V 電源抗干擾性能強(qiáng) 7AVR 單片機(jī)還在片內(nèi)集成了可擦寫 100000 次的 PROM 數(shù)據(jù)存儲器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 8 有 8 位和 16 位的計數(shù)器定時器 CT 可作比較器計數(shù)器外部中斷和 PWM 也可作 DA 用于控制輸出 示模塊的選擇 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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在低功耗的單片機(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)行控制有電就顯示黑色這樣即可顯示出圖形 在單片機(jī)系統(tǒng)中使用液晶顯示模塊作為輸出器 件有以下優(yōu)點(diǎn) 顯示質(zhì)量高 液晶顯示器每一個點(diǎn)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 數(shù)字式接口 液晶顯示器都是數(shù)字式的和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單 體積小重量輕 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 自學(xué) AVR 單片機(jī)的相關(guān)內(nèi)容 設(shè)計電源電路 設(shè)計 12864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) 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(jī)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(jī)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(jìn)度表 起止時間 工 作 內(nèi) 容 第 12 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 38 周 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(jī)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 熟悉繪圖軟件 Protel99 的使用 第 912 周 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 編寫顯示程序 第 1315 周 焊接調(diào)試電路根據(jù)各部分的作用對硬件電路進(jìn)行調(diào)試最后聯(lián)機(jī)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(jìn)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(dá)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(jī)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(jī)右為液晶顯示模塊 一 直接訪問方式 數(shù)據(jù)總線 GND 5V 電位器 負(fù)電源 1