【正文】 精簡指令集高速 8 位單片機。 AVR 單片機 的 優(yōu)點 AVR 運行速度最快 。 Flash、 EEPROM 都可以反復(fù)燒寫、全部支持在線 的 編程燒寫 。 I/O口都可以 來轉(zhuǎn) 換驅(qū)動的方式輸出高、低電平，驅(qū)動能力強 。 單片機 支持 匯編語言、 C語言、 BASIC 等 編程語言 。 AVR 單片機的特性 先進的 RISC 結(jié)構(gòu)： 131 條指令， 32 個 8位通用工作寄存器和外設(shè)控制寄存器，工作于 16MHZ 時，性能高達 16MPS，只需 兩個時鐘周期的硬件乘法器。 22 JTAG 接口：遵循 JTAG 標準的邊界掃描功能，支持擴展的內(nèi)片調(diào)試，通過 JTAG接口實現(xiàn)對 Flash、 EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程。 特殊的處理器特點：上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測，片內(nèi)經(jīng)過標定的 RC 振蕩器，片內(nèi) /片外中斷源， 6種睡眠模式，可以通過軟件進行選擇的時鐘頻率， 通過熔絲位可以選擇 ATMEGA103 兼容模式，全局上拉禁止功能。 23 AVR 的 結(jié)構(gòu)框 圖 AVR 的結(jié)構(gòu)框圖如圖 32 所示： 圖 32 AVR結(jié)構(gòu)框圖 24 單片機電路設(shè)計 在本模塊中單片機基本工作電路包括：電源電路 , 控制電路 , 晶振電路 , 復(fù)位電路。 C110 uFR 1 010 KC222 pFC322 pF1 212 M H zX T A L+ 5 VA G N D31X113X212R E S E T9P D 2 ( I N T 0 )16P D 3 ( I N T 1 )17P D 4 ( O C 1B )18P D 5 ( O C 1A )19P B 0 ( T 0)1P B 1 ( T 1)2P B 2 ( A I N 0 )3P B 3 ( A I N 1 )4P B 4 ( S S )5P B 5 ( M O S I )6P B 6 ( M I S O )7P B 7 ( S C K )8( A D C 0 ) P A 040( A D C 1 ) P A 139( A D C 2 ) P A 238( A D C 3 ) P A 337( A D C 4 ) P A 436( A D C 5 ) P A 535( A D C 6 ) P A 634( A D C 7 ) P A 733P C 022P C 123P C 224P C 325P C 426P C 527( T O S C 1) P C 628( T O S C 2) P C 729P D 7 ( T O S C 2)21P D 6 ( I C P )20A V C C30A R E F32P D 1 ( T X D )15P D 0 ( R X D )14GND11VCC10A T M E G A 1 6_ D I P 40+ 5 VC L KD I R ES C KMII S PD B 4D B 6D B 7D B 5c h SV C CD B 0D B 1D B 2D B 3D ir e AD ir e BwrS E N S E BK E Y 1K E Y 2K E Y 3K E Y 4K E Y 5 圖 33 主控制電路 10引腳 VCC：接 +5V電源正端 11引腳 GNG：接 +5V電源地端 （ 1） PB0、 PB PB PB PB PD PD PD6作為普通的 I/O口，用于 8位模 擬量的傳輸。如果是 MISO： SPI 通道的主機數(shù)據(jù)輸入，從機數(shù)據(jù)輸出端口。工作于從機模式時，這個引腳的數(shù)據(jù)方向由 DDB6 控制。MOSI： SPI 通道的主機數(shù)據(jù)輸出，從機數(shù)據(jù)輸入端口。當工作于主機模式時，這個引腳的數(shù)據(jù)方向由 DDB5控制。 （ 2） PC0、 PC PC PC PC4作為按鍵控制信號的是輸入。 （ 4） PA1用于檢測模塊輸出信號的反饋。 ATMEGA16單片機內(nèi)含有一個高增益的反向放大器，通過 XTAL1, XTAL2外接為反饋元件的晶體后便成為自基振蕩器 ， 如圖 34所示。 XTAL2 振蕩放大器 2。 當 電源電壓低于上電復(fù)位 C2 22pF C3 22pF 1 2 12MHz XTAL X1 13 X2 12 26 門限 VPOT 時， MCU 復(fù)位 上電復(fù)位 (POR) 脈沖由片內(nèi)檢測電路產(chǎn)生。 POR 電路可以用來觸發(fā)啟動復(fù)位，或者用來檢測電源故障。 VCC 達到上電門限電壓后觸發(fā)延遲計數(shù)器。當 VCC 下降時，只要低于檢測門限，RESET 信號立即 生 效，復(fù)位時所有的 I/O 寄存器都被設(shè)置為初始值，程序從復(fù)位向量處開始執(zhí)行。如果程序永遠不利用中斷功能，中斷向量可以由一般的程序代碼所覆蓋 。 圖 35 復(fù)位電路 D/A 轉(zhuǎn)換 電路 TLC7528 是雙路 8 位數(shù)字 — 模擬轉(zhuǎn)換器，他們設(shè)計成具有單獨的片內(nèi)數(shù)據(jù)鎖存器，其特點包括非常緊密的 DACDAC 一致性。這些器件的轉(zhuǎn)載周期與隨機 存取存儲器的寫周期類似，能方便的與大多數(shù)通用微處理器總線和輸出端口相接口。 TLC7528 的特點 27 。 A/D 轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)具有單調(diào)性。 TMS320 接口的數(shù)字信號處理（ DSP）應(yīng)用的快速控制信號。 工藝制造 。而 TLC7528的 VDD 接 +5V 電源，這樣 ARM 輸入的數(shù)字信號能夠起到有效的控制，其原理圖如圖 37所示 。如果在CP 高電平期間輸入端出現(xiàn)干擾信號，那么就有可能使觸發(fā)器的狀態(tài)出錯。這樣，輸入端受干擾的時間大大縮短，受干擾的可能性就降低了。 SD 和 RD 接至基本 RS 觸發(fā)器的輸入端，它們分別是預(yù)置和清零端，低電平有效。我們設(shè)它們均已加入了高電平，不影響電路的工作。同時，由于 Q3 至 Q5 和 Q4 至 Q6 的反饋信號將這兩個門打開，因此可接收輸入信號 D， Q5=D 非， Q6=Q5 非 =D。這時 G3 和 G4 打開，它們的輸入 Q3 和 Q4的狀態(tài)由 G5 和 G6 的輸出狀態(tài)決定。由基本 RS觸發(fā)器的邏輯功能可知， Q=Q3=D。這是因為 G3 和 G4 打開后，它們的輸出 Q3和 Q4的狀態(tài)是互補的 ,即必定有一個是 0，若 Q3 為 0，則經(jīng) G3輸出至 G5輸入的反饋線將 G5 封鎖，即封鎖了 D通往基本 RS 觸發(fā)器的路徑；該反饋線起到了使觸發(fā)器維持在 0 狀態(tài)和阻止觸發(fā)器變?yōu)?1 狀態(tài)的作用 ,故該反饋線稱為置 0 維持線 ,置 1 阻塞線。 Q4 輸出端至 G6 反饋線起到使觸發(fā)器維持在1 狀態(tài)的作用，稱作置 1 維持線； Q4輸出至 G3輸入的反饋線起到阻止觸發(fā)器置 0 的作用 ,稱為 置 0 阻塞線?？傊?，該觸發(fā)器是在 CP正跳沿前接受輸入信號，正跳沿時觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，正跳沿后輸入即被封鎖 ,三步都是在正跳沿后完成，所以有邊沿觸發(fā)器之稱。 D 觸發(fā)器電路 D觸發(fā)器電路如圖 38所示： 1011U 2 E7 4 H C 1 4123U 6 A7 4 H C 0 8111213U 6 D7 4 H C 0 8I N1I N2C H OP I NG ADi r e A 圖 38 D觸發(fā)器電路 驅(qū)動電路原理圖 30 驅(qū)動電路原理圖如圖 39 所示： 321Q 1 8C 1 8 1 5231Q 1 02 N 5 4 0 1R11k1 2U 1 A7 4 0 7321Q 1 9C 1 8 1 5231Q 1 12 N 5 4 0 1R41k9 8U 1 D7 4 0 71 2 V1 2 V1011U 2 E7 4 H C 1 4123U 6 A7 4 H C 0 8111213U 6 D7 4 H C 0 8 圖 39 驅(qū)動電路原理圖 信號 的放大電路 TL084 是 高速 的 四通道運算放大器，在一個 單片集成電路里包含了良好匹配的高壓及雙極性 三 極管 。 其 3 腳是通道 1的輸出端、反相輸入端、同相輸入端， 7腳是通道 2 的同相輸入端、反相輸入端、輸出端， 10 腳是通道 3 的輸出端、反相輸入端、同相輸入端， 1 1 14 腳是通道 4 的同相輸入端、反相輸入端、輸出端， 4 腳是正電源， 11 腳是負電源（或單電源使用時的電源地 ） ， 放大電路原理圖 如圖 310 所示 。其特點是： 。 。 :16V/us(典型值 )。 TL082 引腳功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 TL082 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 311所示： 32 圖 311 TL082內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 表 31 TL082引腳功能 腳號 腳 名 功能 腳號 腳名 功能 1 Output 1 輸出 1 5 Non inverting input 2 正向輸入 2 2 Inverting input 1 反向輸入 1 6 Inverting input 2 反向輸入 2 3 Non inverting input 1 正向輸入 1 7 Output 2 輸出 2 4 VCC 電源 8 VCC+ 電源 33 檢測電路原理圖 檢測電路原理圖如圖 312 所示： R 3 80 .1R61kC 1 52 7 1 R51kR 3 65 0 1 0 0 kA G N DA G N D567U 3 BT L 0 8 2C51 0 4C41 0 4 7 VA G N DA G N D 圖 312 檢測電路原理圖 H 橋電路 H 橋簡介 H 橋電路是 一個典型的直流電機控制電路。 4 個三極管組成 H 的 4 條垂直腿，而電機就是 H中的橫杠 ， 如圖 313 所示， H 橋電路包括 4 個三極管和一個電機。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。例如，如圖 314 所示，當 Q1 管和 Q4 管導(dǎo)通時，電流就從電源正極經(jīng) Q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng) Q4回到電源負極。當三極管 Q1和 Q4 導(dǎo)通時，電流將從左至右流過電機，從而驅(qū)動電機按特定方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。當三極管 Q2 和 Q3導(dǎo)通時，電流將從右至左流過電機，從而驅(qū)動電 機沿另一方向轉(zhuǎn)動 。如果三極管 Q1 和 Q2同時導(dǎo)通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極。基 于上述原因，在實際驅(qū)動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān)。 4個與門同一個 “ 使能 ” 導(dǎo)通信號相接，這樣，用這一個信號就能控制整個電路的開關(guān)。采用以上方法，電機的運轉(zhuǎn)就需要用三個信號控制：兩個方向信號和一個使能信號。 圖 315 具有使能控制和方向邏輯的 H橋電路 36 H 橋電路原理圖 由于本課題是以兩相混合式步進電機為例，所以需要驅(qū)動兩相，此原理圖只是B 相， A相和其相同，此處沒有列出 ， H橋電路如圖 316所示： P H A S E B P H A S E B D2B Y W 7 6D6B Y W 7 6D1B Y W 7 6 D5B Y W 7 630 V30 VR 2 1 51 R 2 4 51R 2 2 10 k R 2 6 10 k123DGSQ5I R F 95 4 0123DGSQ7I R F 95 4 0123GDSQ1I R F 54 0 123GDSQ3I R F 54 0R 1 9 51R 2 0 10 k