【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 采集傳感器。脈沖式風(fēng)速傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量小， 同時(shí)能夠?qū)L(fēng)速模擬量直接轉(zhuǎn)換成電子脈沖數(shù)，因其與單片機(jī)相連，只要在程序中建立“數(shù)”脈沖的程序，就能方便地實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的測(cè)量，省去了一般風(fēng)速傳感器還需要配置的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換模塊的程序，大大提高了檢測(cè)裝置的便攜性。脈沖式風(fēng)速檢測(cè)傳感器的基本工作原理是風(fēng)速帶動(dòng)感應(yīng)元件 ——— 葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)引發(fā)光電編碼器輸出脈沖信號(hào)，通過(guò)對(duì)單位時(shí)間內(nèi)脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的測(cè)量。 紅外傳感計(jì)數(shù)器 檢測(cè)方法 傳感器采用工程塑料葉片作為感應(yīng)元件，當(dāng)有風(fēng)吹過(guò)時(shí)，帶動(dòng)葉片跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)葉片軸部的光電編碼器對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)進(jìn)行標(biāo)記和計(jì)數(shù)，同時(shí) 每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，光電編碼器輸出一個(gè)階躍脈沖信號(hào)，通過(guò)設(shè)計(jì)將光電編碼器的輸出與主ＭＣＵ單片機(jī)的輸入管腳連接在一起，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)階躍脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的測(cè)量，同時(shí)，也省略了Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換模塊，簡(jiǎn)化了風(fēng)速檢測(cè)系統(tǒng)的外圍電路 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 第四章 技術(shù) 介紹 本 系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要用到 mega16 單片機(jī)，系統(tǒng)擴(kuò)展、接口技術(shù)， 三總線(xiàn)，中斷技術(shù)等。 mega16 單片機(jī) AVR 系列單片機(jī)中比較典型的芯片是 ATmega16。這款芯片具備了 AVR 系列單片機(jī)的主要的特點(diǎn)和功能，不僅適合應(yīng) 用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，同時(shí)也方便初學(xué)入門(mén)。其主要特點(diǎn)有： （ 1）采用先進(jìn) RISC 結(jié)構(gòu)的 AVR 內(nèi)核 131 條機(jī)器指令，且大多數(shù)指令的執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期； 32 個(gè) 8 位通用工作寄存器； 工作在 16MHz 時(shí)具有 16MIPS 的性能。 配備只需要 2 個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器 （ 2）片內(nèi)含有較大容量的非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 16K 字節(jié)在線(xiàn)可編程（ ISP） Flash 程序存儲(chǔ)器（擦除次數(shù) 1 萬(wàn)次），采用 Boot Load技術(shù)支持 IAP 功能； 1K 字節(jié)的片內(nèi) SRAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可實(shí)現(xiàn) 3 級(jí)鎖定的程序加密； 512 個(gè)字 節(jié)片內(nèi)在線(xiàn)可編程 EEPROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（壽命 10 萬(wàn)次）； （ 3）片內(nèi)含 JTAG 接口 支持符合 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能用于芯片檢測(cè)； 支持?jǐn)U展的片內(nèi)在線(xiàn)調(diào)試功能 可通過(guò) JTAG 口對(duì)片內(nèi)的 Flash、 EEPROM、配置熔絲位和鎖定加密位實(shí)施下載編程； （ 4）外圍接口 2 個(gè)帶有分別獨(dú)立、可設(shè)置預(yù)分頻器的 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 1 個(gè)帶有可設(shè)置預(yù)分頻器、具有比較、捕捉功能的 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 片內(nèi)含獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘 RTC； 4 路 PWM 通道； 8 路 10 位 ADC 面向字節(jié)的兩線(xiàn)接口 TWI（兼容 I2C 硬件接口）； 1 個(gè)可編程的增強(qiáng)型全雙工的，支持同步 /異步通信的串行接口 USART； 1 個(gè)可工作于主機(jī) /從機(jī)模式的 SPI 串行接口（支持 ISP 程序下載）； 片內(nèi)模擬比較器； 內(nèi)含可編程的，具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的看門(mén)狗定時(shí)器 WDT； 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 （ 5）其它的特點(diǎn) 片內(nèi)含上電復(fù)位電路以及可編程的掉電檢測(cè)復(fù)位電路 BOD； 片內(nèi)含有 1M/2M/4M/8M，經(jīng)過(guò)標(biāo)定的、可校正的 RC 振蕩器，可作為系統(tǒng)時(shí)鐘使用； 多達(dá) 21 個(gè)各種類(lèi)型的內(nèi)外部中斷源； 有 6 種休眠模式支持省電方式工作； （ 6）寬電壓、高速度、低功耗 工作電壓范圍寬 ： ATmega16L —， ATmega16 —； 運(yùn)行速度： ATmega16L 0—8M， ATmega16 0—16M； 低功耗： ATmega16L工作在 1MHz、 3v、 25度時(shí)的典型功耗為，正常工作模式 ，空閑工作模式 ，掉電工作模式 1uA； （ 7）芯片引腳和封裝形式 ATmega16 共有 32 個(gè)可編程的 I/O 口（腳），芯片封裝形式有 40 引腳的 PDIP、 44引腳的 TQFP 和 44 引腳的 MLF 封裝。 4． 2 系統(tǒng)擴(kuò)展、接口技術(shù) (1) 系統(tǒng)擴(kuò)展： 單片 機(jī)雖然各功能部件齊全，但容量較小，如：片內(nèi) ROM、 RAM、 I/O 口，不夠用時(shí)需要擴(kuò)展，擴(kuò)展三總線(xiàn)、 ROM、 RAM、 I/O 口。 (2) 系統(tǒng)接口 微機(jī)與外設(shè)連接因速度不匹配、信號(hào)類(lèi)型不同（脈沖、模擬）、傳輸方式不同（串、并）， 接口是計(jì)算機(jī)與外設(shè)信息交換的橋梁。 接口電路應(yīng)具備如下功能： （ 1） 輸入有緩沖、輸出有鎖存； （ 2）有應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)； （ 3）有片選、控制信號(hào)； （ 4）有編程選擇工作方式功能。 本系統(tǒng) Atmega16 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展接口原理圖如下： 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 A t m a g e 1 6數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 程 序 存 儲(chǔ) 器 I / O 接 口I / O 接 口I / O 設(shè) 備 I / O 設(shè) 備地 址 總 線(xiàn)數(shù) 據(jù) 總 線(xiàn)控 制 總 線(xiàn) 圖 2 mega16 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展接口原理圖 4． 3 三總線(xiàn)概述 三總線(xiàn)為：地址、數(shù)據(jù)、控制總線(xiàn)。 （ 1） 總線(xiàn)：我們知道，一個(gè)電路總是由元器件通過(guò)電線(xiàn)連接而成的，在模擬電路中 ，連線(xiàn)并不成為一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)楦髌骷g一般是串行關(guān)系，各器件之間的連線(xiàn)并不很多，但計(jì)算機(jī)電路卻不一樣，它是以微處理器為核心，各器件都要與微處理器相連，各器件之間的工作必須相互協(xié)調(diào) 。 所以就需要的連線(xiàn)就很多了，如果仍如同模擬電路一樣 ，在各微處理器和各器件間單獨(dú)連線(xiàn)線(xiàn)，則線(xiàn)的數(shù)量將多得驚人，所以在微處 理機(jī)中引 入了總線(xiàn)的概念，各個(gè)器件共同享用連線(xiàn)，所有器件的 8 根數(shù)據(jù)線(xiàn)全部接到 8 根公用的線(xiàn)上，即相當(dāng)于各個(gè)器件并聯(lián)起來(lái)，但僅這樣還不行，如果有兩 個(gè) 器件同時(shí)送出數(shù)據(jù)，一個(gè)為 0，一個(gè)為 1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢？這種情況是是不允許的 。 所以 ， 要通過(guò)控制線(xiàn)進(jìn)行控制，使器件分時(shí)工作，任何時(shí)候只能有一個(gè)器件發(fā)送數(shù)據(jù)（可以有多個(gè)器件同時(shí)接收）。器件的數(shù)據(jù)線(xiàn)也就被稱(chēng)為數(shù)據(jù)總線(xiàn)，器件所有的控制線(xiàn)被稱(chēng) ： 控制總線(xiàn)。 在單片機(jī)內(nèi)部或者外部存儲(chǔ)器及其它器件中有存儲(chǔ)單元，這些存儲(chǔ)單元要被分配地址，才能 用，分配地址也是以電信號(hào)的形 式 給出的，由于存儲(chǔ)單元比較多，所以 ，用于地址分的線(xiàn)也較多，這些線(xiàn)被稱(chēng)為地址總線(xiàn)。 （ 2）地址總線(xiàn)：由 P2 口提供高 8 位地址線(xiàn)（ A8―― A15），此口具有輸出鎖長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 存的功能，能保留地址信息。由 P0 口提供低 8 位地址線(xiàn)。由于 P0 口是地址、數(shù)據(jù)分時(shí)使用的通道口，所以為保存地址信息，需外加地址鎖存器鎖存低 8 位的地址信息。一般都用 ALE 正脈沖信號(hào)的下降沿控制鎖存時(shí)刻 （ 3）數(shù)據(jù)總線(xiàn)：由 P0 口提供。此口 是雙向、輸入三態(tài)控制的通道口。 （ 4）控制總線(xiàn)：擴(kuò)展系統(tǒng)時(shí)常用的控制信號(hào)為地址鎖存信號(hào) ALE，片外程序存儲(chǔ)器取指信號(hào)以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 和外設(shè)接口共用的讀寫(xiě)控制信號(hào)等。 單片機(jī)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的連接方法和程序存儲(chǔ)器連接方法大致相同，簡(jiǎn)述如下： ，與程序存儲(chǔ)器連法相同。 ，與程序存儲(chǔ)器連法相同。 ，主要有下列控制信號(hào)： 存儲(chǔ)器輸出信號(hào)和單片機(jī)讀信號(hào)相連即和 相連。 存儲(chǔ)器寫(xiě)信號(hào)和單片機(jī)寫(xiě)信號(hào)相連即和 相連。 ALE：其連接方法與程序存儲(chǔ)器相同。 使用 時(shí)應(yīng)注意，訪問(wèn)內(nèi)部或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，應(yīng)分別使用 MOV 及 MOVX指令。 4． 4 中斷技術(shù) 引發(fā)中斷請(qǐng)求的源頭稱(chēng)為中斷源，中斷源的多少反映計(jì)算機(jī)處理中斷的能力，終端系統(tǒng)必須具備正確判斷中斷源的功能，一般有兩種識(shí)別方式：查詢(xún)終端和向量中斷。 查詢(xún)中斷的方式是通過(guò)軟件逐個(gè)查詢(xún)各中斷源的中斷請(qǐng)求標(biāo)志，其查詢(xún)順序反映出中斷源的優(yōu)先順序。先查詢(xún)的優(yōu)先級(jí)高，后查詢(xún)的優(yōu)先級(jí)低，順序排隊(duì)。其缺點(diǎn)是軟件查詢(xún)循環(huán)占用一定的時(shí)間，每次必須經(jīng)過(guò)從優(yōu)先級(jí)最高的中斷源查詢(xún)開(kāi)始，逐級(jí)向低優(yōu)先級(jí)查詢(xún)，影響主機(jī)響應(yīng)中斷的效率。 外部中斷 源： INT0 ：外部中斷 0 請(qǐng)求輸入端口（ PD2） ，低電平或負(fù)跳變激活中斷請(qǐng)求 IE0 位，當(dāng) INT0 中斷請(qǐng)求有效， 采用中斷技術(shù)一般具有以下優(yōu)點(diǎn)： 可使多種功能或設(shè)備同時(shí)工作，只有需占用主機(jī)時(shí)才等待主機(jī)安排處理，因此大大提高了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的速度和主機(jī)的效率。有利于實(shí)時(shí)處理，有利于隨機(jī)故障處理。 在實(shí)際應(yīng)用中注意：由于中斷的發(fā)生隨機(jī)，因而使得由中斷驅(qū)動(dòng)的中斷服務(wù)程序難以把握、檢測(cè)和調(diào)試，這就要求在設(shè)計(jì)中斷中力求謹(jǐn)慎。 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 在輸入 /輸出的數(shù)據(jù)處理頻度很高或?qū)崟r(shí)處理要求很高時(shí)，不宜采用中斷方式。 MEGA 系列單片機(jī)提供的 5~6 個(gè)中斷源中，兩個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)由外部產(chǎn)生并輸入請(qǐng)求信號(hào)，稱(chēng)之為外部中斷源。本設(shè)計(jì)外部傳感器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)輸入就如此，其余的中斷請(qǐng)求信號(hào)均由內(nèi)部產(chǎn)生并激活中斷請(qǐng)求信號(hào)，故稱(chēng)為內(nèi)部中斷源。各中斷請(qǐng)求信號(hào)分別由中斷控制寄存器 TCON 進(jìn)行控制。 中斷均可通過(guò)軟件對(duì)其中斷請(qǐng)求標(biāo)志位進(jìn)行置位 /復(fù)位，這與內(nèi)部硬件自動(dòng)置位復(fù)位的效果一樣，亦即可通過(guò)軟件產(chǎn)生中斷請(qǐng)求或?qū)炱鸬闹袛嗾?qǐng)求撤銷(xiāo)，此即所謂的軟件中斷。在禁止中 斷情況下，可采用軟件查詢(xún)方式進(jìn)行處理。 MEGA 系列單片機(jī)的中斷是可編程的，即通過(guò)軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)中斷系統(tǒng)功能的設(shè)置與控制。，其中斷響應(yīng)為兩級(jí)控制， EA 為總的中斷響應(yīng)控制位，各中斷源還有相應(yīng)得中斷響應(yīng)控制位。 外部中斷電平觸發(fā)方式：對(duì)于電平觸發(fā)方式的外部中斷，其中斷請(qǐng)求信號(hào)應(yīng)持續(xù)保持請(qǐng)求有效（低電平）直至主機(jī)響應(yīng)該中斷請(qǐng)求為止，這是因?yàn)橹袛嘞到y(tǒng)對(duì)中斷請(qǐng)求不做記憶。而且還必須在該中斷服務(wù)程序返回前撤銷(xiāo)中斷請(qǐng)求（ INTX 變?yōu)楦唠娖剑?，以免再次進(jìn)入中斷而出錯(cuò)。 為保證能被正確采樣， INTX 端口中斷請(qǐng)求有效信號(hào)（低電平）應(yīng)至少保持兩個(gè)機(jī)器周期。 中斷響應(yīng)一般分為如下幾個(gè)步驟： （ 1） 保護(hù)斷點(diǎn)，即保存下一將要執(zhí)行的指令的地址，就是把這個(gè)地址送入堆棧。 （ 2） 尋找中斷入口，根據(jù) 5 個(gè)不同的中斷源所產(chǎn)生的中斷，查找 5 個(gè)不同的入口地址。以上工作是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成的，與編程者無(wú)關(guān)。在這 5 個(gè)入口地址處存放有中斷處理 程序（ 這是程序編寫(xiě)時(shí)放在那兒的，如果沒(méi)把中斷程序放在那兒，就錯(cuò)了，中斷程序就不能被執(zhí)行到）。 （ 3） 執(zhí)行中斷處理程序。 （ 4） 中斷返回：執(zhí)行完中斷指令后，就從中斷處返回到主程序，繼續(xù)執(zhí)行。 長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 第五章 軟件 設(shè)計(jì) 測(cè)頻法與測(cè)周法 在軟件上為了在測(cè)量精度和