【導讀】導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致。含我為獲得及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。明并表示了謝意。以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热荨Ｆ渌麄€人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻。的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法。律后果由本人承擔。涉密論文按學校規(guī)定處理。等），文科類論文正文字數不少于萬字。符合國家技術標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不。為保證現代大規(guī)模工業(yè)生產能夠安全、穩(wěn)定、高效、連續(xù)運行，必須對生產過程。中的各種重要參數進行自動控制與調節(jié)，這其中調節(jié)器扮演著重要角色。本設計的主要目的是設計一臺以AVR單片機為核心的智能調節(jié)器。盤、報警、串行通信、PWM脈寬調制等模塊。多數控制系統(tǒng)的控制要求，實現智能化控制。

　　

【正文】 端輸入通道 ； （ 7） 附加 2路輸入的雙路復用單端輸入通道（僅適用于 TQFP和 MLF封裝 ）； （ 8） ADC的結果讀取可選擇左對齊； （ 9） ADC的輸入電壓范圍為 0— VCC； （ 10）可選的 ADC 參考電壓 ； （ 11）連續(xù)轉換模式和單次轉換模式； （ 12） ADC轉換完成觸發(fā)中斷； （ 13）休眠模式下的噪聲抑制器 ADC通過逐次比較方式將模擬輸入電壓轉換為 10位的數字量，最小的代表地，最大值為 AREF引腳上的電壓值減去 1個 LSB。 ADC包括采樣保持電路，確保輸入電壓在轉換過程中保持穩(wěn)定 。 ADC 輸入通道及參考電源的選擇 通道和參考電源更新需在轉換開始前設置，一旦轉換開始，通道和參考電源選擇將被鎖定，以確保 ADC 有足夠的的采樣時間。在轉換完成前的最后一個 ADC 時鐘周期，通道和參考電源可以被更新。 1. ADC 輸入通道選擇 在單次轉換模式中，總是在啟動轉換之前選定通道。在 ADSC置 “ 1” 后的一個 ADC 時鐘周期就可以選擇新的模擬輸入通道了。但是最簡單的辦法是等待轉換結束后再改變通道。 在連續(xù)轉換模式下，總是在啟動第一次轉換前選定通道。在 ADSC置 “ 1” 后的一個ADC時鐘周期 內 就可以選擇新的模擬輸入通道了。但是最簡單的方法是等到第一次轉換完成后 再選擇通道。因為新一次的轉換已經自動啟動，所以當前的轉換結果反映前一次的選擇通道，隨后的轉換將反應新設置的通道。 2. ADC 電壓參考源 ADC的參考電壓源 (VREF)反映了 ADC的轉換范圍。若單端通道電平超過了 VREF，其結果將接近 0x3FF。 VREF可以是 AVCC、內部 基準或外接于 AREF引腳的參考電壓源。 啟動 ADC 轉換及轉換時序 ADC 轉換 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 18 通過向 ADC啟動轉換位 ADSC寫入邏輯 “ 1” ， 將 啟動 一次 A/D單次轉換。在轉換過程中此位保持為高，直到轉換結束，然后被硬件清零。如果在轉換過程中 改變了 ADC的輸入通道，則 ADC將在完成本次轉換后再進行通道的選擇。 通過向 ADCSRA寄存器 中的 ADFR位寫 “ 1” 來選擇 ADC的連續(xù)轉換模式 。在此模式下， ADC將連續(xù)采樣輸入，并更新 ADC的數據寄存器；在連續(xù)轉換模式下，無論 ADC中斷標志位 ADIF被置位與否，第一次轉換必須通過向 ADCSRA寄存器中的 ADFR位寫“ 1” 來 啟動，第一次轉換結束之后，無論 ADC中斷標志位 ADIF是否清零還是置位， ADC將連續(xù)地進行逐次比較轉換。 [3] 啟動單次轉換時，將在隨后的 ADC時鐘周期的上升沿開始 ADC轉換。 ADC啟動第一次轉換時，由于要初始化模擬電路，因此，需要花費 25個時鐘周期。除此之外每次常規(guī)的轉換啟動，則只花費 13個 ADC時 鐘周期。 在一次常規(guī)的 A/D轉換結束后，需要 ADC時鐘周期的采樣保持時間。而對于ADC由禁止狀態(tài)啟動后的第一次 A/D轉換，則需要花費 。當一次 A/D轉換完成后，結果寫入 ADC數據寄存器中，且 ADIF位將被置位。在單次轉換模式中， ADSC被同時清零。軟件可以再次將 ADSC置位，將在下一個 ADC時鐘的上升沿開始一次新的轉換。 在連續(xù)模式下，當一次轉換完成后，將立即啟動新的一次轉換。此時 ADSC位將一直保持高電平。圖 、圖 、圖 ADC轉換方式下首次啟動、常規(guī) ADC以及 連續(xù) A/D轉換時的時序圖。 圖 單次 ADC轉換時序（首次啟動 ADC） 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 19 圖 單次 ADC轉換時序圖（常規(guī) ADC） 圖 連續(xù) ADC轉換時序圖 噪聲抑制 ADC的噪聲抑制器使其可以在睡眠模式下進行轉換，從而降低由于 CPU及外圍 I/O設備噪聲引入的影響。噪聲抑制器 [8]可在 ADC降噪模式及空閑模式下使用。為了使用這一特性，應采用如下步驟： （ 1） 確定 ADC已經使能，且系統(tǒng)不需要頻繁轉換，此時必須選擇 ADC為單次轉換內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 20 模式，且 ADC轉換完成時允許響應中斷。 （ 2） 進入 ADC降噪模式 ( 或空閑模式 )。一旦 CPU處于暫停狀態(tài)， ADC就開始轉換。 （ 3） 如果在 ADC轉換結束之前沒有其他中斷產生，那么 ADC轉換完成后的 中斷將喚醒 CPU并執(zhí) 行 其中斷服務程序。如果在 ADC轉換結束之前有其他的中斷源喚醒了CPU，則該中斷將被執(zhí)行，同時 ADC轉換繼續(xù)，知道 ADC轉換完成后產生中斷請求。 （ 4） 一旦 CPU被喚醒，它將一直保持激活狀態(tài)，直到新的休眠命令被執(zhí)行。 另外，若 CPU進入 了 除空閑 和 ADC降噪模式之外的其他休眠模式時， ADC不會自動關閉。 因此， 在進入這些休眠模式時，建議將 ADEN清零以 降低功耗。 本設計中我采用了在 ATmega8器件上的 AVCC引腳通過一個 LC網絡與數字電源VCC連接，以降低器件內部和外部的數字電路產生的電磁干擾帶來的噪聲，提高了轉換精度。如圖 。 圖 ADC噪聲抑制 AVCC引腳連接圖 D/A 輸出通道設計 模擬量輸出通道主要完成數字量到模擬量的轉換，簡稱 D/A 轉換。 現在應用較廣泛的執(zhí)行器包括氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器、液動執(zhí)行器 等 ， 這些執(zhí)行器都是需要模擬量來驅動，并且 利用 調節(jié)器的輸出 來控制執(zhí)行器的動作， 所以要求智能調節(jié)器的輸出信號必須有模擬量 ，而單片機 ATmega8 的輸出是數字量，需要將數字量轉換成模擬量，也就是 D/A 轉換。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 21 D/A 原理 圖 圖 D/A 轉換原理圖 由圖中可知，本設計所使用的 A/D 轉換器 為 TLC5615，再加上外部的穩(wěn)壓源組成了 D/A 輸出通道。 TLC5615 的特點 TLC5615 為美國得州儀器公司 1999 年推出的產品，是具有串行接口的 10 位數 /模轉換器，其輸出為電壓型，最大輸出電壓是基準電壓值的兩倍。帶有上電復位功能，即把DAC 寄存器復位至全零。 TLC5615 具有如下特點：（ 1） 10 位 CMOS 電壓輸出型 D/A；（ 2） 5V 單電源供電；（ 3） 3 線串行接口；（ 4）高阻抗參考電壓輸入；（ 5） 最大輸出電壓可達基準電壓的 2 倍；（ 6）工作溫度范圍內，輸出單調；（ 7）典型建立時間 S；（ 8）內部上電復位；（ 9）低功耗，最大僅 。 TLC5615 的引腳功能及內部結構 TLC5615 芯片引腳圖排列如圖 所示，引腳功能說明如下： （ 1） DIN：串行數據輸入端； （ 2） SCLK：串行時鐘輸入端； 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 22 （ 3） CS ：芯片選通端，低電平有效； （ 4） DOUT：用于級聯(lián)時的 串行數據輸出端； （ 5） AGND：模擬地； （ 6） REFIN：基準電壓輸入端； （ 7） OUT： DAC 模擬電壓輸出端； （ 8） DDV ：正電源端。 圖 TLC5615 的引腳圖 如圖 所示， TLC5615 通過 DAC 電阻網絡和運算放大器電路，以 2 倍增益將 10位二進制數轉換為相應的模擬電平（ 1 0 2 4/2 XVV REFO U T ??? ） ,其輸出極性與參考電壓一致。上電時，內部 DAC 寄存器自動歸零。 圖 TLC5615 內部功能框圖 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 23 由于 DAC 輸入寄存器 是 12 位的，所以在使用 時，必須在要轉換的二進制數最低位（ LSB）加 2 個 0。 TLC5615 的輸出緩沖器具有短路保護功能，可以驅動 2KΩ 負載 ,典型建立時間為 S。 TLC5615 的邏輯電平與 TTL和 CMOS 均兼容，使用 CMOS電平時，功耗較小，而使用 TTL 電平時，功耗為 CMOS 的 2 倍。 TLC5615 的 操作時序 圖 TLC5615 時序圖 TLC5615工作時序如圖 ?？梢钥闯鲋挥挟斊x CS 為低電平時 ,串行輸入數據才能被移入 16位移位寄存器。 當 CS 為低電平時 ,在每一個 SCLK時鐘的上升沿將 DIN的一位數據移入 16位移位寄存器。注意 ,二進制最高有效位被導前移入。接著 ,CS 的上升沿將16 位移位寄存器的 10位有效數據鎖存于 10位 DAC寄存器 ,供 DAC電路進行轉換 ； 當片選信號 CS 為高電平時 ,串行輸入數據不能被移入 16位移位寄存器。注意 ,CS 的上升和下降都必須發(fā)生在 SCLK為低電平期間。 從圖中 可以看出 ,最大串行時鐘速率為 : M H zCStCHts c lkf ww 14)()(/1)( m a x ??? （ ） 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 24 V/I 轉換電路 由于 D/A 轉換器輸出的電壓信號不適于遠距離傳輸，所以，應將其轉換成不僅適于遠傳，而且 抗干擾能力強 的電流信號，即需通過 V/I[2]轉換電路將電壓信號轉化為電流信號 去控制。 變換電路見圖 ： RLR2R1R1R2R2RfQ1Ui+ 12 VIo23467O P 2I C L 7 65 0 圖 V/I 轉換電路圖 由圖 可知： ? ? ? ? 21 1021 10 RR RRRIRR RuRIu LfiLi ???????? 式 （ ） 整理得： ? ? fiO RRR RuI 21 2??? 式 （ ） 當取 1R ＞＞ 2R ， 公式 可簡化為： fiO RRRuI12?? 式 （ ） 當取 1001?R K? ， 102?R K? ， 25?fR ? ， 2501??iO uI。 所以當 5~1?iu V，則 20~4?OI mA。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 25 LED 數碼管及顯示電路 在本設計中，要通過顯示器 件 顯示出實測值與設定值 ，因此需要設計顯示 電路， 在單片機系統(tǒng)中，使用的顯示器 件 主要有 LED(Light Emitting Diode 發(fā)光二極管 )和LCD(液晶顯示器 件 )，這兩種 顯示器 件 成本低廉，配置靈活，與單片機接口簡單。本設計采用的是七段 LED 顯示器，它具有結構簡單、體積小、功率低、響應速度快、易于匹配、壽命長、可靠性高等優(yōu)點。 LED 的引腳功能和連接方式 LED 數碼管的 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 段用于顯示數字或字符的筆畫， dp 顯示小數點，筆段及其對應引腳排列如圖 （ a） 所示，其中 8 作 為公共端使用，接地或接電源。 所謂共陽方式是指筆畫顯示器各段發(fā)光管的陽極（即 P 區(qū)）是公共的，而陰極 是 互相隔離 的 。如 下 圖 (b)所示 。 所謂共陰方式是筆畫顯示器各段發(fā) 光管的陰極（即 N 區(qū)）是公共的，而陽極是互相隔離的。如 下 圖 (c)所示 。 圖 數碼管引腳圖 以及共陰共陽接法 LED 顯示器分類 及特點 LED 顯示器分類 如下： （ 1）按字高分：筆畫顯示器 件 字高最小有 1mm（單片集成式多位數碼管字高一般在 2～ 3mm）。其他類型筆畫顯示器最高可達 （ 英寸）甚至達數百 mm。 （ 2）按顏色分 ： 有紅、橙、黃、綠等數種。 （ 3）按結構分 ： 有反射罩式、單條七段式 和 單片集成式。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 26 （ 4）從各發(fā)光段電極連接方式分有共陽極和共陰極 兩種。 LED 顯示器的特點 （ 1） 電壓： LED 使用低壓電源，供電電壓在 524V 之間，根據產品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場所。 （ 2） 效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少 80% 。 （ 3） 適用性： 體積小 ，每個單元 LED 小片是 35mm 的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于 惡劣且多變 的環(huán)境。 （ 4） 穩(wěn)定性： 10 萬小時，光衰為初始的 50%。 （ 5） 響應時間：其白熾燈的響應時間為毫秒級， LED 燈的響應時間為納秒級。 （ 6） 對 環(huán)境污染：無有害金屬汞。 （ 7） 顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學修飾方法，調整材料的能帶結構和帶隙，實現紅 、 黃 、 綠 、 藍 、 橙多色發(fā)光。如小電流時為紅色的 LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬S色，最后為綠色。 ( 8 )價格： LED 的價格比較昂貴，較之于白熾燈，幾只 LED 的價格就可以與一只白熾燈的價格相當，而通常每組信號燈需由 300～ 500 只二極管構成。 L