【正文】 電阻。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。端口D 也可以用做其他不同的特殊功能. RESET 復(fù)位輸入引腳。門限時間見P36Table 15。 XTAL1 反向振蕩放大器與片內(nèi)時鐘操作電路的輸入端。 AVCC AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。使用ADC時應(yīng)通過一個低通濾波器與VCC 連接。 ATmega16 內(nèi)核介紹 為了獲得最高的性能以及并行性， AVR 采用了Harvard 結(jié)構(gòu)，具有獨立的數(shù)據(jù)和程序總線。CPU 在執(zhí)行一條指令的同時讀取下一條指令( 在本文稱為預(yù)取)。程序存儲器是可以在線編程的FLASH。從而實現(xiàn)了單時鐘周期的ALU 操作。整個過程僅需一個時鐘周期。其中一個指針還可以作為程序存儲器查詢表的地址指針。 ALU支持寄存器之間以及寄存器和常數(shù)之間的算術(shù)和邏輯運算。運算完成之后狀態(tài)寄存器的內(nèi)容得到更新以反映操作結(jié)果。大多數(shù)指令長度為16 位，亦即每個程序存儲器地址都包含一條16 位或32 位的指令。這兩個都有專門的鎖定位以實現(xiàn)讀和讀/ 寫保護。 在中斷和調(diào)用子程序時返回地址的程序計數(shù)器(PC) 保存于堆棧之中。在復(fù)位例程里用戶首先要初始化堆棧指針SP。數(shù)據(jù)SRAM 可以通過5 種不同的尋址模式進行訪問。 AVR有一個靈活的中斷模塊。狀態(tài)寄存器里有全局中斷使能位。各個中斷的優(yōu)先級與其在中斷向量表的位置有關(guān)，中斷向量地址越低，優(yōu)先級越高。映射到數(shù)據(jù)空間即為寄存器文件之后的地址0x20 0x5F。●晶振線路?！馢TAG仿真接口。(1)復(fù)位線路的設(shè)計Mega16已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計。為了可靠，(C0)以消除干擾、雜波。當(dāng)AVR在工作時，按下S0開關(guān)時，復(fù)位腳變成低電平，觸發(fā)AVR芯片復(fù)位。即這部分不需要任何的外圍零件。不過，內(nèi)置的畢竟是RC振蕩，在一些要求較高的場合，比如要與RS232通信需要比較精確的波特率時，建議使用外部的晶振線路。Mega系列實際使用時，這兩只小電容不接也能正常工作。重要說明：實際應(yīng)用時，如果你不需要太高精度的頻率，可以使用內(nèi)部RC振蕩。圖33 晶振電路設(shè)計(3)JTAG仿真接口設(shè)計仿真接口也是使用雙排2＊5插座。重要說明：實際應(yīng)用時，如果你不想使用JTAG仿真，并且不想受四只10K的上拉電阻的影響，可以將JP1－JP4斷開。使用雙排2＊5插座。RST連接倒RESET ，為了 減小圖片大小這里沒有畫出，你可以從本頁頂上的那個圖片看出來。但在PCB設(shè)計時最好保留這個空位，以便以后升級AVR內(nèi)的軟件。本線路以轉(zhuǎn)換成5V直流電壓，電路需要變壓器把220交流電壓轉(zhuǎn)換成28V交流電，再通過整流器，把交流電轉(zhuǎn)化成直流電，通過7809和7805三端正電源穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)化成直流5V。圖36 電源電路設(shè)計圖 溫度采集單元設(shè)計 DS18B20的特點DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一個線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，℃，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖37所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個DS18B20的64位序列號均不相同。ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。對于單線操作：漏極開路73VDD可選的VDD引腳。圖39示出了溫度測量電路的方框圖。計數(shù)器被預(yù)置到對應(yīng)于55℃的一個值。同時，計數(shù)器被復(fù)位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時獲得比較高的分辨力。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道在給定溫度下計數(shù)器的值和每一度的計數(shù)值。 固態(tài)繼電器與傳統(tǒng)的電磁繼電器（EMR）相比，是一種沒有機械、不含運動零部件的繼電器，但具有與電磁繼電器本質(zhì)上相同功能。按其結(jié)構(gòu)分機架安裝型（面板安裝）、線路板安裝型。下圖為其結(jié)構(gòu)框圖它至少由三個部件組成，即輸入電路、隔離部分和輸出電路。 固態(tài)繼電器的應(yīng)用特性由于固態(tài)繼電器是由固態(tài)元件組成的無觸電開關(guān)器件。但在使用時考慮其應(yīng)用特性：（1）根據(jù)產(chǎn)品的功能不同，輸出電路可接交流或直流。（2）由于固態(tài)繼電器是一種電子開關(guān)，故有一定的通態(tài)壓降和斷態(tài)電流，其數(shù)值與產(chǎn)品規(guī)格有關(guān)。（4）必須考慮瞬態(tài)過電壓和斷態(tài)dv/dt對SSR的影響。圖312 固態(tài)繼電器控制波形固態(tài)繼電器不僅實現(xiàn)了小信號對大電流功率負(fù)載的開關(guān)控制，而且具有隔離功能。對于一般TTL電路，如54/754H/74H和54S/74S等系列的門輸出可直接驅(qū)動，而對CMOS電路邏輯信號則應(yīng)再加緩沖驅(qū)動器，SSR通常都采用邏輯1輸入驅(qū)動。接在I/O口上的光電耦合器的通斷來控制加熱爐是否加溫。則有加熱爐的電路導(dǎo)通，加熱爐開始加溫。圖313 光電耦合器引腳圖在PB3（TC0）口的輸出端需連接一個光電耦合器，起到隔離和控制的作用。光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電——光——電轉(zhuǎn)換器件。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型等。文中詳述了該芯片的工作原理。HD7279A是比高公司生產(chǎn)的單片具有串行接口。HD7279A和微處理器之間采用串行接口，其接口和外圍電路比較簡單，且占用口線少，加之它具有較高的性能價格比，因此，在微型控制器。控制面板和家用電器等領(lǐng)域獲得了日益廣泛的應(yīng)用。（2）各位可獨立控制譯碼或非譯碼。（3）具有(循環(huán))左移/(循環(huán))右移指令。（5）64個鍵的鍵盤控制器內(nèi)含去抖動電路。當(dāng)該引腳是低電平變成高電平，并保持25ms后，復(fù)位過程結(jié)束。HD7279A與微處理器僅需4條接口線，其中CS為片選信號(低電平有效)。CLK為數(shù)據(jù)串行傳送的同步時鐘輸入端，時鐘的上升沿可表示數(shù)據(jù)有效。 數(shù)碼顯示電路7279A的硬件電路如圖317所示，它共有28個引腳。RESET為復(fù)位端。通常，該端接+5V即可。SA～SG分別為LED數(shù)碼管的A段～G段的輸出端。HD7279A片內(nèi)具有驅(qū)動電路，它可以直接驅(qū)動1英吋或以下的LED數(shù)碼管，使外圍電路變得簡單可靠。在8*8陣列中每個鍵的鍵碼是用十六進制表示的，可用鍵盤數(shù)據(jù)指令讀出，其范圍是00H～3FH。當(dāng)微處理器訪問HD7279A（讀鍵號或?qū)懼噶睿r，應(yīng)將片選端置為低電平。CLK為數(shù)據(jù)串行傳送的同步時鐘輸入端，時鐘的上升沿就表示數(shù)據(jù)有效。 控制指令和接口時序一．HD7279A指令系統(tǒng)由6條純指令、7條帶數(shù)據(jù)指令和1條讀鍵盤指令組成。指令代碼為A4H，其功能為清除所有顯示，包括字符消隱屬性和閃爍屬性。指令代碼為BFH，其功能為將所有的LED點亮并閃爍，可用于自檢。指令代碼為A1H，其功能為將所有的顯示左移1位，移位后，最右位空（無顯示），不改變消隱和閃爍屬性。指令代碼為A0H，其功能與左移指令相似，只是方向相反。指令代碼為A3H，其功能為將所有的顯示循環(huán)左移1位。(6)循環(huán)右移指令。二．指令時序（1）純指令時序：微處理器發(fā)出8個CLK脈沖，向HD7279A傳送8位指令。圖315 純指令時序（2）帶數(shù)據(jù)指令時序：微處理器發(fā)出16個CLK脈沖，前8個向HD7279A傳送8位指令；后8個向HD7279A傳送8位數(shù)據(jù)。圖316 帶數(shù)據(jù)指令時序（3）讀鍵盤指令時序：微處理器發(fā)出16個CLK脈沖，前8個向HD7279A傳送8位指令，DATA引腳為高阻狀態(tài)；后8個由HD7279A向微處理器返回8位按鍵代碼，DATA引腳為輸出狀態(tài)。圖317 讀鍵盤指令時序 HD7279A的應(yīng)用以及鍵盤顯示單元HD7279A的典型電路，使用時HD7279A應(yīng)連接共陰極數(shù)碼管，無需用到的鍵盤和數(shù)碼管可以不連接。而如果使用鍵盤，則電路中的8只100ｋΩ下拉電阻則不能省略。318 鍵盤顯示電路引腳接線圖用于溫度設(shè)定的有0、9共10個數(shù)字鍵。在應(yīng)用系統(tǒng)中為了控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以及向系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)，應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有按鍵或鍵盤。應(yīng)用系統(tǒng)中除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路，以及專一的復(fù)位功能外，其他的按鍵或鍵盤都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。編程掃描工作方式只有在CPU空閑時才調(diào)用鍵盤掃描子程序。當(dāng)鍵盤有鍵按下時，要逐行或逐列掃描，以判定是哪一個按鍵按下。本設(shè)計中采用掃描法。 通信單元 MAX232資料簡介該產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件符合TIA/EIA232F標(biāo)準(zhǔn)，每一個接收器將TIA/EIA232F電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS電平。 主要特點●單5V電源工作?！駜蓚€驅(qū)動器及兩個接收器。30V輸入電平?！穹仙踔羶?yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn)EIA/。 MAX232應(yīng)用電路，注意電容接法。MAX232獲得正負(fù)電源的另一種方法在單片機控制系統(tǒng)中，我們時常要用到數(shù)/模（D/A）或者模/數(shù)(A/D)變換以及其它的模擬接口電路，這里面要經(jīng)常用到正負(fù)電源，例如：9V，9V，12V，12V。在控制板上，我們有的只是5V電源，可又有很多方法獲得非5V電源如外接，DCDC變換。因此，在功耗不是很大的情況下，可以將MAX232的輸出信號經(jīng)穩(wěn)壓塊后作電源使用。對于單片機來講可以通過SPI或其它的串行接口接收上位機傳來的數(shù)據(jù)并寫入存儲器中。 ISP的優(yōu)點ISP技術(shù)的優(yōu)勢是不需要編程器就可以進行單片機的實驗和開發(fā)，單片機芯片可以直接焊接到電路板上，調(diào)試結(jié)束即成成品，免去了調(diào)試時由于頻繁地插入取出芯片對芯片和電路板帶來的不便。如圖320圖320 ISP 打印電路圖321 打印電路打印機選擇的是SJ系列打印機。本設(shè)計用打印機打印兩個節(jié)點的溫度值，選擇的串行通信方式。因為無線模塊同時用到串口通信，因此借助于四二輸入與門74H08來實現(xiàn)使能功能。AVR系列ATmage16控制器的硬件資源為高性能運動控制系統(tǒng)的開發(fā)提供了必要的條件。下面，首先來談一下AVR系列ATmega16控制器的軟件設(shè)計?；谏鲜隹紤]，我們認(rèn)為：在實際的系統(tǒng)開發(fā)工作中，要在系統(tǒng)的軟件設(shè)計上花費較大的力氣。根據(jù)所使用開發(fā)工具的不同，軟件設(shè)計可采用匯編語言、高級語言、（C語言）、混合語言（C語言和匯編語言）進行編程。而匯編語言編程的最大優(yōu)點是代碼效率高，但是不便于維護，開發(fā)周期長。在解決了編程語言的問題以后，軟件設(shè)計工程師還應(yīng)注意的是一些編程規(guī)范，這在軟件設(shè)計需要多人來完成時尤其重要。明確界定控制程序、核心算法程序、I/O程序、硬件初始化程序等之間的功能，以便于軟件調(diào)試與維護。 。如混合語言編程時要嚴(yán)格遵守C語言的函數(shù)調(diào)用協(xié)議，不要編寫自修改代碼等。所涉及到的問題主要有代碼修改歷史記錄、程序注釋等。PID調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種控制方法，它結(jié)構(gòu)靈活，不僅可以用常規(guī)的PID調(diào)節(jié)，而且可以根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用各種PID的變型，如PI、PD控制及改進的PID控制等。 PID控制規(guī)律及其基本作用PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，其框圖如圖41所示。圖41 PID控制系統(tǒng)框圖 比例調(diào)節(jié)器（P）這是一種簡單的調(diào)節(jié)器，比例調(diào)節(jié)器與偏差成比例調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)及時，誤差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用，使被控量y向減小偏差的方向變化，但這種調(diào)節(jié)使被調(diào)量y存在靜差，即有殘留誤差，因為調(diào)節(jié)作用是以偏差的存在為前提條件的。提高放大系數(shù)雖可以減小靜差，但永遠(yuǎn)不會使之減小為零，而且無止境的提高放大系數(shù)最終將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)器的突出優(yōu)點是，只要被調(diào)量存在偏差，其輸出的調(diào)節(jié)作用便隨時間不斷加強，直到偏差為零。但單純的積分也有弱點，其動作過于遲緩，因而在改善靜態(tài)品質(zhì)的同時，往往使調(diào)節(jié)的動態(tài)品質(zhì)變壞，過渡過程時間加長。 比例積分微分調(diào)節(jié)器（PID）比例積分調(diào)節(jié)消除系統(tǒng)誤差需經(jīng)過較長的時間，為進一步改進控制器，可以通過檢測誤差的變化率來預(yù)報誤差，根據(jù)誤差變化趨勢，產(chǎn)生強烈的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡快的消除在萌芽狀態(tài)，數(shù)學(xué)上描述這個概念就是微分，因此在PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上加入微分調(diào)節(jié)，就構(gòu)成了比例積分微分調(diào)節(jié)器。將P、I、D三種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合在一起，即快速敏捷，又平穩(wěn)準(zhǔn)確，只要三者強度配合適當(dāng)，便可獲得滿意的調(diào)節(jié)效果。而在微機控制系統(tǒng)中采用數(shù)字控制器，即用軟件來實現(xiàn)PID控制，因此要將模擬PID調(diào)節(jié)器離散化為數(shù)字PID控制算法。數(shù)字PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法有三種：擴充臨界比例讀法、擴充響應(yīng)曲線法與試湊法。時間比例：我設(shè)定一個標(biāo)準(zhǔn)的加熱期，比如2分鐘，我在這2分鐘內(nèi)對輸出進行控制，也就是說在這2分鐘內(nèi)的加熱多少時間，全速加熱就是整個周期2分鐘，停止加熱就是不輸出0分鐘，根據(jù)我們的計算可以在02分鐘內(nèi)變化，比如計算得到1分鐘30秒，那么，我們在2分鐘內(nèi)加熱1分鐘30秒，剩下30秒不加熱，2分鐘后在測量溫度，重新計算輸出量。這樣的方法會出現(xiàn)很大的溫度波動，