【文章內容簡介】 采集傳感器。脈沖式風速傳感器的最大優(yōu)點是原理簡單、體積小、質量小， 同時能夠將風速模擬量直接轉換成電子脈沖數，因其與單片機相連，只要在程序中建立“數”脈沖的程序，就能方便地實現風速的測量，省去了一般風速傳感器還需要配置的Ａ／Ｄ轉換模塊的程序，大大提高了檢測裝置的便攜性。脈沖式風速檢測傳感器的基本工作原理是風速帶動感應元件 ——— 葉片轉動，葉片轉動引發(fā)光電編碼器輸出脈沖信號，通過對單位時間內脈沖信號的計數，實現風速的測量。 紅外傳感計數器 檢測方法 傳感器采用工程塑料葉片作為感應元件，當有風吹過時，帶動葉片跟著轉動，通過葉片軸部的光電編碼器對轉動的圈數進行標記和計數，同時 每轉動一圈，光電編碼器輸出一個階躍脈沖信號，通過設計將光電編碼器的輸出與主ＭＣＵ單片機的輸入管腳連接在一起，通過單片機內部的計數器即可實現對階躍脈沖信號的計數，從而實現風速的測量，同時，也省略了Ａ／Ｄ轉換模塊，簡化了風速檢測系統(tǒng)的外圍電路 長春理工大學畢業(yè)設計 8 第四章 技術 介紹 本 系統(tǒng)在設計過程中需要用到 mega16 單片機，系統(tǒng)擴展、接口技術， 三總線，中斷技術等。 mega16 單片機 AVR 系列單片機中比較典型的芯片是 ATmega16。這款芯片具備了 AVR 系列單片機的主要的特點和功能，不僅適合應 用于產品設計，同時也方便初學入門。其主要特點有： （ 1）采用先進 RISC 結構的 AVR 內核 131 條機器指令，且大多數指令的執(zhí)行時間為單個系統(tǒng)時鐘周期； 32 個 8 位通用工作寄存器； 工作在 16MHz 時具有 16MIPS 的性能。 配備只需要 2 個時鐘周期的硬件乘法器 （ 2）片內含有較大容量的非易失性的程序和數據存儲器 16K 字節(jié)在線可編程（ ISP） Flash 程序存儲器（擦除次數 1 萬次），采用 Boot Load技術支持 IAP 功能； 1K 字節(jié)的片內 SRAM 數據存儲器，可實現 3 級鎖定的程序加密； 512 個字 節(jié)片內在線可編程 EEPROM 數據存儲器（壽命 10 萬次）； （ 3）片內含 JTAG 接口 支持符合 JTAG 標準的邊界掃描功能用于芯片檢測； 支持擴展的片內在線調試功能 可通過 JTAG 口對片內的 Flash、 EEPROM、配置熔絲位和鎖定加密位實施下載編程； （ 4）外圍接口 2 個帶有分別獨立、可設置預分頻器的 8 位定時器 /計數器； 1 個帶有可設置預分頻器、具有比較、捕捉功能的 16 位定時器 /計數器； 片內含獨立振蕩器的實時時鐘 RTC； 4 路 PWM 通道； 8 路 10 位 ADC 面向字節(jié)的兩線接口 TWI（兼容 I2C 硬件接口）； 1 個可編程的增強型全雙工的，支持同步 /異步通信的串行接口 USART； 1 個可工作于主機 /從機模式的 SPI 串行接口（支持 ISP 程序下載）； 片內模擬比較器； 內含可編程的，具有獨立片內振蕩器的看門狗定時器 WDT； 長春理工大學畢業(yè)設計 9 （ 5）其它的特點 片內含上電復位電路以及可編程的掉電檢測復位電路 BOD； 片內含有 1M/2M/4M/8M，經過標定的、可校正的 RC 振蕩器，可作為系統(tǒng)時鐘使用； 多達 21 個各種類型的內外部中斷源； 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 —； 運行速度： ATmega16L 0—8M， ATmega16 0—16M； 低功耗： ATmega16L工作在 1MHz、 3v、 25度時的典型功耗為，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)擴展、接口技術 (1) 系統(tǒng)擴展： 單片 機雖然各功能部件齊全，但容量較小，如：片內 ROM、 RAM、 I/O 口，不夠用時需要擴展，擴展三總線、 ROM、 RAM、 I/O 口。 (2) 系統(tǒng)接口 微機與外設連接因速度不匹配、信號類型不同（脈沖、模擬）、傳輸方式不同（串、并）， 接口是計算機與外設信息交換的橋梁。 接口電路應具備如下功能： （ 1） 輸入有緩沖、輸出有鎖存； （ 2）有應答聯絡信號； （ 3）有片選、控制信號； （ 4）有編程選擇工作方式功能。 本系統(tǒng) Atmega16 單片機系統(tǒng)的擴展接口原理圖如下： 長春理工大學畢業(yè)設計 10 A t m a g e 1 6數 據 存 儲 器 程 序 存 儲 器 I / O 接 口I / O 接 口I / O 設 備 I / O 設 備地 址 總 線數 據 總 線控 制 總 線 圖 2 mega16 單片機系統(tǒng)的擴展接口原理圖 4． 3 三總線概述 三總線為：地址、數據、控制總線。 （ 1） 總線：我們知道，一個電路總是由元器件通過電線連接而成的，在模擬電路中 ，連線并不成為一個問題，因為各器件間一般是串行關系，各器件之間的連線并不很多，但計算機電路卻不一樣，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調 。 所以就需要的連線就很多了，如果仍如同模擬電路一樣 ，在各微處理器和各器件間單獨連線線，則線的數量將多得驚人，所以在微處 理機中引 入了總線的概念，各個器件共同享用連線，所有器件的 8 根數據線全部接到 8 根公用的線上，即相當于各個器件并聯起來，但僅這樣還不行，如果有兩 個 器件同時送出數據，一個為 0，一個為 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 ， 要通過控制線進行控制，使器件分時工作，任何時候只能有一個器件發(fā)送數據（可以有多個器件同時接收）。器件的數據線也就被稱為數據總線，器件所有的控制線被稱 ： 控制總線。 在單片機內部或者外部存儲器及其它器件中有存儲單元，這些存儲單元要被分配地址，才能 用，分配地址也是以電信號的形 式 給出的，由于存儲單元比較多，所以 ，用于地址分的線也較多，這些線被稱為地址總線。 （ 2）地址總線：由 P2 口提供高 8 位地址線（ A8―― A15），此口具有輸出鎖長春理工大學畢業(yè)設計 11 存的功能，能保留地址信息。由 P0 口提供低 8 位地址線。由于 P0 口是地址、數據分時使用的通道口，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 正脈沖信號的下降沿控制鎖存時刻 （ 3）數據總線：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：擴展系統(tǒng)時常用的控制信號為地址鎖存信號 ALE，片外程序存儲器取指信號以及數據存儲器 RAM 和外設接口共用的讀寫控制信號等。 單片機與數據存儲器的連接方法和程序存儲器連接方法大致相同，簡述如下： ，與程序存儲器連法相同。 ，與程序存儲器連法相同。 ，主要有下列控制信號： 存儲器輸出信號和單片機讀信號相連即和 相連。 存儲器寫信號和單片機寫信號相連即和 相連。 ALE：其連接方法與程序存儲器相同。 使用 時應注意，訪問內部或外部數據存儲器時，應分別使用 MOV 及 MOVX指令。 4． 4 中斷技術 引發(fā)中斷請求的源頭稱為中斷源，中斷源的多少反映計算機處理中斷的能力，終端系統(tǒng)必須具備正確判斷中斷源的功能，一般有兩種識別方式：查詢終端和向量中斷。 查詢中斷的方式是通過軟件逐個查詢各中斷源的中斷請求標志，其查詢順序反映出中斷源的優(yōu)先順序。先查詢的優(yōu)先級高，后查詢的優(yōu)先級低，順序排隊。其缺點是軟件查詢循環(huán)占用一定的時間，每次必須經過從優(yōu)先級最高的中斷源查詢開始，逐級向低優(yōu)先級查詢，影響主機響應中斷的效率。 外部中斷 源： INT0 ：外部中斷 0 請求輸入端口（ PD2） ，低電平或負跳變激活中斷請求 IE0 位，當 INT0 中斷請求有效， 采用中斷技術一般具有以下優(yōu)點： 可使多種功能或設備同時工作，只有需占用主機時才等待主機安排處理，因此大大提高了計算機系統(tǒng)的速度和主機的效率。有利于實時處理，有利于隨機故障處理。 在實際應用中注意：由于中斷的發(fā)生隨機，因而使得由中斷驅動的中斷服務程序難以把握、檢測和調試，這就要求在設計中斷中力求謹慎。 長春理工大學畢業(yè)設計 12 在輸入 /輸出的數據處理頻度很高或實時處理要求很高時，不宜采用中斷方式。 MEGA 系列單片機提供的 5~6 個中斷源中，兩個中斷請求信號由外部產生并輸入請求信號，稱之為外部中斷源。本設計外部傳感器產生的脈沖信號輸入就如此，其余的中斷請求信號均由內部產生并激活中斷請求信號，故稱為內部中斷源。各中斷請求信號分別由中斷控制寄存器 TCON 進行控制。 中斷均可通過軟件對其中斷請求標志位進行置位 /復位，這與內部硬件自動置位復位的效果一樣，亦即可通過軟件產生中斷請求或將掛起的中斷請求撤銷，此即所謂的軟件中斷。在禁止中 斷情況下，可采用軟件查詢方式進行處理。 MEGA 系列單片機的中斷是可編程的，即通過軟件可實現對中斷系統(tǒng)功能的設置與控制。，其中斷響應為兩級控制， EA 為總的中斷響應控制位，各中斷源還有相應得中斷響應控制位。 外部中斷電平觸發(fā)方式：對于電平觸發(fā)方式的外部中斷，其中斷請求信號應持續(xù)保持請求有效（低電平）直至主機響應該中斷請求為止，這是因為中斷系統(tǒng)對中斷請求不做記憶。而且還必須在該中斷服務程序返回前撤銷中斷請求（ INTX 變?yōu)楦唠娖剑?，以免再次進入中斷而出錯。 為保證能被正確采樣， INTX 端口中斷請求有效信號（低電平）應至少保持兩個機器周期。 中斷響應一般分為如下幾個步驟： （ 1） 保護斷點，即保存下一將要執(zhí)行的指令的地址，就是把這個地址送入堆棧。 （ 2） 尋找中斷入口，根據 5 個不同的中斷源所產生的中斷，查找 5 個不同的入口地址。以上工作是由計算機自動完成的，與編程者無關。在這 5 個入口地址處存放有中斷處理 程序（ 這是程序編寫時放在那兒的，如果沒把中斷程序放在那兒，就錯了，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。 長春理工大學畢業(yè)設計 13 第五章 軟件 設計 測頻法與測周法 在軟件上為了在測量精度和