自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)(單片機(jī)類)

自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)(單片機(jī)類),自動(dòng),加料,控制系統(tǒng),單片機(jī) 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文) 前言 隨著越來(lái)越多的手持式電器的出現(xiàn)，對(duì)高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來(lái)越大。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求更復(fù)雜的充電算法以實(shí)現(xiàn)快速、安全的充電。因此需要對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時(shí)間、達(dá)到最大的電池容量，并防止電池?fù)p壞。AVR 已經(jīng)在競(jìng)爭(zhēng)中領(lǐng)先了一步，被證明是下一代充電器的完美控制芯片。Atmel AVR 微處理器是當(dāng)前市場(chǎng)上能夠以單片方式提供Flash、EEPROM 和10 位ADC的最高效的8 位RISC 微處理器。由于程序存儲(chǔ)器為Flash，因此可以不用象MASK ROM一樣，有幾個(gè)軟件版本就庫(kù)存幾種型號(hào)。Flash 可以在發(fā)貨之前再進(jìn)行編程，或是在PCB貼裝之后再通過(guò)ISP 進(jìn)行編程，從而允許在最后一分鐘進(jìn)行軟件更新。EEPROM 可用于保存標(biāo)定系數(shù)和電池特性參數(shù)，如保存充電記錄以提高實(shí)際使用的電池容量。10位A/D 轉(zhuǎn)換器可以提供足夠的測(cè)量精度，使得充好后的容量更接近其最大容量。而其他方案為了達(dá)到此目的，可能需要外部的ADC，不但占用PCB 空間，也提高了系統(tǒng)成本。AVR 是目前唯一的針對(duì)像 “C”這樣的高級(jí)語(yǔ)言而設(shè)計(jì)的8 位微處理器。C 代碼似的設(shè)計(jì)很容易進(jìn)行調(diào)整以適合當(dāng)前和未來(lái)的電池，而本次智能型充電器顯示程序的編寫則就是用C語(yǔ)言寫的。 第一章　概述 第一節(jié)　緒論 1.1.1課題背景 如今，隨著越來(lái)越多的手持式電器的出現(xiàn)，對(duì)高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來(lái)越大。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求更復(fù)雜的充電算法以實(shí)現(xiàn)快速、安全的充電。因此需要對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時(shí)間、達(dá)到最大的電池容量，并防止電池?fù)p壞。與此同時(shí)，對(duì)充電電池的性能和工作壽命的要求也不斷地提高。從20世紀(jì)60年代的商用鎳鎘和密封鉛酸電池到近幾年的鎳氫和鋰離子技術(shù)，可充電電池容量和性能得到了飛速的發(fā)展。目前各種電器使用的充電電池主要有鎳鎘電池（NiCd）、鎳氫電池（NiMH）、鋰電池（Li-Ion）和密封鉛酸電池（SLA）四種類型。 電池充電是通過(guò)逆向化學(xué)反應(yīng)將能量存儲(chǔ)到化學(xué)系統(tǒng)里實(shí)現(xiàn)的。由于使用的化學(xué)物質(zhì)的不同，電池有自己的特性。設(shè)計(jì)充電器時(shí)要仔細(xì)了解這些特性以防止過(guò)度充電而損壞電。 目前，市場(chǎng)上賣得最多的是旅行充電器，但是嚴(yán)格從充電電路上分析，只有很少部分充電器才能真正意義上被稱為智能充電器，隨著越來(lái)越多的手持式電器的出現(xiàn)，對(duì)高性能、小尺寸、輕重量的電池充電器的需求也越來(lái)越大。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求更復(fù)雜的充電算法以實(shí)現(xiàn)快速、安全地充電，因此，需要對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行更精確地監(jiān)控(例如對(duì)充、放電電流、充電電壓、溫度等的監(jiān)控)，以縮短充電時(shí)間，達(dá)到最大的電池容量，并防止電池?fù)p壞。因此，智能型充電電路通常包括了恒流／恒壓控制環(huán)路、電池電壓監(jiān)測(cè)電路、電池溫度檢測(cè)電路、外部顯示電路(LED或LCD顯示)等基本單元。其框圖如下： 圖1-1 智能充電器基本框圖 Atmel AVR 微處理器是當(dāng)前市場(chǎng)上能夠以單片方式提供Flash、EEPROM 和10 位ADC的最高效的8 位RISC 微處理器。由于程序存儲(chǔ)器為Flash，因此可以不用象MASK ROM一樣，有幾個(gè)軟件版本就庫(kù)存幾種型號(hào)。Flash 可以在發(fā)貨之前再進(jìn)行編程，或是在PCB貼裝之后再通過(guò)ISP 進(jìn)行編程，從而允許在最后一分鐘進(jìn)行軟件更新。EEPROM 可用于保存標(biāo)定系數(shù)和電池特性參數(shù)，如保存充電記錄以提高實(shí)際使用的電池容量。10位A/D 轉(zhuǎn)換器可以提供足夠的測(cè)量精度，使得充好后的容量更接近其最大容量。而其他方案為了達(dá)到此目的，可能需要外部的ADC，不但占用PCB 空間，也提高了系統(tǒng)成本。AVR 是目前唯一的針對(duì)象 “C”這樣的高級(jí)語(yǔ)言而設(shè)計(jì)的8 位微處理器。 1.1.2常見(jiàn)充電電池特性及其充電方式 電池充電是通過(guò)逆向化學(xué)反應(yīng)將能量存儲(chǔ)到化學(xué)系統(tǒng)里實(shí)現(xiàn)的，由于使用的化學(xué)物質(zhì)的不同，電池的特性也不同，其充電的方式也不大一樣。 電池的安全充電 現(xiàn)代的快速充電器( 即電池可以在小于3 個(gè)小時(shí)的時(shí)間里充滿電，通常是一個(gè)小時(shí)) 需要能夠?qū)卧妷?、充電電流和電池溫度進(jìn)行精確地測(cè)量，在充滿電的同時(shí)避免由于過(guò)充電造成的損壞。 充電方法 SLA 電池和鋰電池的充電方法為恒定電壓法要限流； NiCd 電池和NiMH 電池的充電方法為恒定電流法，且具有幾個(gè)不同的停止充電的判斷方法。 最大充電電流 最大充電電流與電池容量(C) 有關(guān)。最大充電電流往往以電池容量的數(shù)值來(lái)表示。例如，電池的容量為750 mAh，充電電流為750 mA，則充電電流為1C (1 倍的電池容量)。若涓流充電時(shí)電流為C/40，則充電電流即為電池容量除以40。 過(guò)熱 電池充電是將電能傳輸?shù)诫姵氐倪^(guò)程。能量以化學(xué)反應(yīng)的方式保存了下來(lái)。但不是所有的電能都轉(zhuǎn)化為了電池中的化學(xué)能。一些電能轉(zhuǎn)化成了熱能，對(duì)電池起了加熱的作用。當(dāng)電池充滿后，若繼續(xù)充電，則所有的電能都將轉(zhuǎn)化為電池的熱能。在快速充電時(shí)這將使電池快速升溫，若不及時(shí)停止充電就會(huì)造成電池的損壞。因此，在設(shè)計(jì)電池充電器時(shí)，對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控并及時(shí)停止充電是非常重要的。 現(xiàn)代消費(fèi)類電器主要使用如下四種電池： ? 密封鉛酸電池 (SLA) ? 鎳鎘電池 (NiCd) ? 鎳氫電池(NiMH) ? 鋰電池(Li-Ion) 在正確選擇電池和充電算法時(shí)需要了解這些電池的背景知識(shí)。 密封鉛酸電池(SLA) 密封鉛酸電池主要用于成本比空間和重量更重要的場(chǎng)合，如UPS和報(bào)警系統(tǒng)的備份電池。SLA 電池以恒定電壓進(jìn)行充電，輔以電流限制以避免在充電過(guò)程的初期電池過(guò)熱。只要電池單元電壓不超過(guò)生產(chǎn)商的規(guī)定( 典型值為2.2V)， SLA 電池可以無(wú)限制地充電。 鎳鎘電池(NiCd) NiCd 電池目前使用得很普遍。它的優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)便宜，易于使用；缺點(diǎn)是自放電率比較高。典型的NiCd 電池可以充電1000 次。失效機(jī)理主要是極性反轉(zhuǎn)。在電池包里第一個(gè)被完全放電的單元會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。為了防止損壞電池包，需要不間斷地監(jiān)控電壓。一旦單元電壓下降到1.0V 就必須停機(jī)。NiCd 電池以恒定電流的方式進(jìn)行充電。 鎳氫電池(NiMH) 在輕重量的手持設(shè)備中如手機(jī)、手持?jǐn)z象機(jī)，等等鎳氫電池是使用最廣的。這種電池的容量比NiCd 的大。由于過(guò)充電會(huì)造成NiMH 電池的失效，在充電過(guò)程中進(jìn)行精確地測(cè)量以在合適的時(shí)間停止是非常重要的。和NiCd 電池一樣，極性反轉(zhuǎn)時(shí)電池也會(huì)損壞。NiMH 電池的自放電率大概為20%/ 月。和NiCd 電池一樣，NiMH 電池也為恒定電流充電。 鋰電池 (Li-Ion) 和本文中所述的其他電池相比，鋰電池具有最高的能量/ 重量比和能量/ 體積比。鋰電池以恒定電壓進(jìn)行充電，同時(shí)要有電流限制以避免在充電過(guò)程的初期電池過(guò)熱。當(dāng)充電電流下降到生產(chǎn)商設(shè)定的最小電流時(shí)就要停止充電。過(guò)充電將造成電池?fù)p壞，甚至爆炸。 1.1.3 主要芯片的選擇 ATMEL公司是世界上有名的生產(chǎn)高性能、低功耗、非易失性存儲(chǔ)器和各種數(shù)字模擬IC芯片的半導(dǎo)體制造公司。在單片機(jī)微控制器方面，ATMEL公司有AT89, AT90和ARM三個(gè)系列單片機(jī)的產(chǎn)品。由于8051本身結(jié)構(gòu)的先天性不足和近年來(lái)各種采用新型結(jié)構(gòu)和新技術(shù)的單片機(jī)的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)在的單片機(jī)市場(chǎng)是百花齊放。ATMEL在這種強(qiáng)大市場(chǎng)壓力下，發(fā)揮Flash存儲(chǔ)器的技術(shù)特長(zhǎng)，于1997年研發(fā)并推出了個(gè)新配置的、采用精簡(jiǎn)指令集RISC(Reduced Instruction Set CPU)結(jié)構(gòu)的新型單片機(jī)，簡(jiǎn)稱AVR單片機(jī)。 精簡(jiǎn)指令集RISC結(jié)構(gòu)是20世紀(jì)90年代開發(fā)出來(lái)的，綜合了半導(dǎo)體案成技術(shù)和軟例-性能的新結(jié)構(gòu)。AVR單片機(jī)采用RISC結(jié)構(gòu)，具有1MIPS/ MHz的高速運(yùn)行處理能力。為了縮短產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的維護(hù)和支持，對(duì)于由單片機(jī)組成的嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，用高級(jí)語(yǔ)言編程已成為一種標(biāo)準(zhǔn)編程方法。AVR結(jié)構(gòu)單片機(jī)的開發(fā)日的就在于能夠更好地采用高級(jí)語(yǔ)言（例如C語(yǔ)言、BASIC語(yǔ)言）來(lái)編寫嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)程序，從而能高效地開發(fā)出目標(biāo)代碼。為了對(duì)目標(biāo)代碼大小、性能及功耗進(jìn)行優(yōu)化，AYR單片機(jī)的結(jié)構(gòu)中采用了大型快速存取寄存器組和快速的單周期指令系統(tǒng)。 AVR單片機(jī)運(yùn)用Harvard結(jié)構(gòu)，在前一條指令執(zhí)行的時(shí)候就取出現(xiàn)行的指令，然后以一個(gè)周期執(zhí)行指令。在其他的CISC以及類似的RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)中，外部振蕩器的時(shí)鐘被分頻降低到傳統(tǒng)的內(nèi)部指令執(zhí)行周期，這種分頻最大達(dá)12倍(8051)。AVR單片機(jī)是用一個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令的，它是在8位單片機(jī)中第一個(gè)真正的RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)。 由于AVR單片機(jī)采用了Harvard結(jié)構(gòu)，所以它的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是分開組織和尋址的。尋址空間分別為可直接訪問(wèn)8M字節(jié)的程序存儲(chǔ)器和8M字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。同時(shí)，由32個(gè)通用工作寄存器所構(gòu)成的寄存器組被雙向映射，因此，可以采用讀寫寄存器和讀寫片內(nèi)快速SRAM存儲(chǔ)器兩種方式來(lái)訪問(wèn)32個(gè)通用工作寄存器。 AVR主要有單片機(jī)有ATtiny、AT90和ATmega三種系列，其結(jié)構(gòu)和基本原理都相類似。本次設(shè)計(jì)所用到的Atmega16L芯片便是ATmega系列中的一種，在這里作為充電器的核心部件。它是一種具有40引腳的高性能、低功耗的8位微處理器。其功能特性如下： (1) 8位CPU。 (2) 先進(jìn)的RISC 結(jié)構(gòu)： 131 條指令– 大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期 32個(gè)8 位通用工作寄存器 全靜態(tài)工作 (3) 非易失性數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器： 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，擦寫壽命可達(dá)到10,000 次以上。具有獨(dú)立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)，通過(guò)片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程。 512 字節(jié)的EEPROM，可連續(xù)擦寫100,000 次。1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM，可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密。 (4) 可通過(guò)JTAG接口實(shí)現(xiàn)對(duì)FLASH、EEPROM的編程。 (5) 32個(gè)可編程的I/O引線，40引腳PDIP封裝。 (6) 兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器，一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器。 (7) 片內(nèi)/ 片外中斷源。 (8) 具有一個(gè)10位的AD轉(zhuǎn)換器，能對(duì)來(lái)自端口A的8位單端輸入電壓進(jìn)行采樣。 (9) 工作電壓：2.7－5.5V。 　　速度等級(jí)：0－8MHz。 AVR單片機(jī)的主要特點(diǎn)如下： 1.片內(nèi)集成可擦寫10000次以上的Flash程序存儲(chǔ)器。由于AVR采用16位的指令，所以一個(gè)程序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元為16位，即XXXX*1116(也可理解為8位，即2*XXXX*8)。AVR的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器還是以8個(gè)Bit(位)為一個(gè)單元，因此AVR還是屬于8位單片機(jī)。 2.采用CMOS工藝技術(shù)，高速度(50ns)、低功耗、具有SLEEP(休眠)功能。AVR的指令執(zhí)行速度可達(dá)50ns (20MHz)。AVR運(yùn)用Harvard結(jié)構(gòu)概念，具有預(yù)取指令的特性，即對(duì)程序存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存取使用不同的存儲(chǔ)器和總線。當(dāng)執(zhí)行某一指令時(shí)，下一指令被預(yù)先從程序存儲(chǔ)器中取出，這使得指令可以在每一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行。 3.高度保密(LOCK)?？啥啻尾翆懙腇LASH具有多重密碼保護(hù)鎖死(LOCK)功能，因此可低成本高速度地完成產(chǎn)品商品化，并且可多次更改程序(產(chǎn)品升級(jí))而不必浪費(fèi)1C或電路板，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量及競(jìng)爭(zhēng)力。 4.超功能精簡(jiǎn)指令。具有32個(gè)通用作寄存器(相當(dāng)于8051中的32個(gè)累加器)，克服了單一累加器數(shù)據(jù)處理造成的瓶須現(xiàn)象，128~4K字節(jié)SRAM可靈活使用指令計(jì)算，并可用功能很強(qiáng)的C語(yǔ)言編程，易學(xué)、易寫、易移植。 5.程序?qū)懭肫骷梢圆⑿袑懭?用編程器寫入)，也可使用串行在線編程(ISP)方法下載寫入，也就是說(shuō)不必將單片機(jī)芯片從系統(tǒng)上拆下，拿到萬(wàn)用編程器上燒寫，而可直接在電路板上進(jìn)行程序的修改、燒寫等操作，方便產(chǎn)品升級(jí)，尤其是采用SMD封裝，更利于產(chǎn)品微型化。 6.工作電壓范圍為2.7V~6.0V,電源抗干擾性能強(qiáng)。 7.AVR單片機(jī)還在片內(nèi)集成了可擦寫100000次的PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，等于又增加了一個(gè)芯片，可用于保存系統(tǒng)的設(shè)定參數(shù)、固定表格和掉電后的數(shù)據(jù)，既方便了使用，減小了系統(tǒng)的空間，又大大提高了系統(tǒng)的保密性。 8.有8位和16位的計(jì)數(shù)器定時(shí)器(C/T)，可作比較器、計(jì)數(shù)器、外部中斷和PWM（也可作D/A ）用于控制輸出。 1.1.4液晶顯示模塊的選擇 LCD顯示模塊是一種被動(dòng)顯示器，具有功耗低，顯示信息大，壽命長(zhǎng)和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在低功耗的單片機(jī)系統(tǒng)中得到大量使用。液晶顯示模塊和鍵盤輸入模塊作為便攜式儀表的通用器件，在單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程中也可以作為常用的程序和電路模塊進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就顯示黑色，這樣即可顯示出圖形。 在單片機(jī)系統(tǒng)中使用液晶顯示模塊作為輸出器件有以下優(yōu)點(diǎn): (1) 顯示質(zhì)量高 液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，因此液晶顯示器畫質(zhì)高而且不會(huì)閃爍。 (2) 數(shù)字式接口 液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單。 (3) 體積小，重量輕 (4) 功率消耗小 液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因此耗電量比其它顯示器要小得多。 第二節(jié)　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 智能充電器的設(shè)計(jì)包括硬件和軟件兩大部分，本人的主要任務(wù)是完成充電器設(shè)計(jì)的LCD顯示部分，其主要涉及的知識(shí)包括： (1) 自學(xué)AVR單片機(jī)的相關(guān)內(nèi)容。 (2) 設(shè)計(jì)電源電路。 (3) 設(shè)計(jì)128*64液晶顯示控制電路和用C語(yǔ)言編制LCD顯示程序，用圖形方式顯示充電器電壓、電流等參數(shù)。 (4) 手工焊接和ICCAVR編譯器的應(yīng)用。 這次設(shè)計(jì)要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是如何用Atmega16L芯片控制LCD模塊及用C語(yǔ)言編制相應(yīng)的顯示程序．隨著單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用，其相應(yīng)的匯編編程和所暴露的問(wèn)題也越來(lái)越多，逐漸引入了高級(jí)語(yǔ)言，C語(yǔ)言就是其中的一種。在大一時(shí)就曾接觸過(guò)C語(yǔ)言，由于時(shí)間較短，重視程度不夠，后來(lái)又一直沒(méi)用過(guò)，只能對(duì)它有一個(gè)大概的了解。而對(duì)于AVR單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)和液晶顯示模塊的使用，則完全是一片空白。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，就不得不花大量的時(shí)間在這些基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)上。為了更有效地完成這個(gè)課題，特列出了如下計(jì)劃： 表1-1 畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度表 起止時(shí)間 工 作 內(nèi) 容 第1~2周 熟悉課題的基本要求，查閱相關(guān)資料，初步擬定設(shè)計(jì)的整體方案，完成開題報(bào)告。 第3~8周 1. 自學(xué)這次課題所涉及的相關(guān)內(nèi)容，包括C語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)，AVR單片機(jī)（主要是Atmega16L芯片）和ICCAVR編譯器的使用以及液晶顯示的相關(guān)內(nèi)容。并設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單的實(shí)際電路，熟練所學(xué)內(nèi)容并加以鞏固。 2. 熟悉繪圖軟件Protel99的使用。 第9~12周 1. 設(shè)計(jì)LCD顯示電路，電源電路，用Protel99繪制原理圖，和同學(xué)一起完成整個(gè)充電電路原理圖，并繪制印制電路板。 2. 編寫顯示程序。 第13~15周 焊接調(diào)試電路，根據(jù)各部分的作用對(duì)硬件電路進(jìn)行調(diào)試，最后聯(lián)機(jī)調(diào)試。 最后數(shù)周 寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，完成全部畢業(yè)設(shè)計(jì)。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是由郭偉同學(xué)和本人共同合作完成，由他完成充電部分的硬件電路的設(shè)計(jì)，和這邊的顯示部分相結(jié)合，共同完成智能充電器的設(shè)計(jì)。 第二章 硬件電路設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)前面對(duì)充電器原理、液晶模塊、ATmega16L等的總體了解和掌握以及對(duì)各種元器件和電路圖的分析和比較后，現(xiàn)在就可以開始進(jìn)入硬件電路的設(shè)計(jì)了。在本章里，首先將介紹一下液晶模塊訪問(wèn)方式的兩種接口電路，然后對(duì)LCD顯示電路原理圖作一個(gè)詳細(xì)的介紹，接著介紹充電電路中所用到的各種芯片和元器件的原理和一些功能，最后對(duì)PROTEL99的使用和PCB板的繪制以及焊接做一簡(jiǎn)單介紹，然后再將自己的設(shè)計(jì)思想和同組人所設(shè)計(jì)的兩部分結(jié)合，達(dá)成統(tǒng)一。 第一節(jié) 液晶顯示模塊兩種訪問(wèn)方式接口電路的選擇 單片機(jī)與液晶顯示模塊之間的連接方式分為直接訪問(wèn)方式和為間接控制方式兩種。如圖2-1和圖2-2所示，其中左為單片機(jī)，右為液晶顯示模塊。 (一) 直接訪問(wèn)方式 PD0 PD1 PD2 PD3 PD4 PD5 PD6 PD7 RD WE P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 GND VCC V0 E /CSA /CSB R/W D/I 10K 數(shù)據(jù)總線 GND +5V 電位器 負(fù)電源 1 3 2 74LS00 A11 A10 A9 A8 MPU 圖2-1 直接訪問(wèn)方式電路圖 LCM接口 直接訪問(wèn)方式就是將液晶顯示模塊的接口作為存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備直接掛在單片機(jī)總線上，單片機(jī)以訪問(wèn)存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備的方式操作液晶顯示模塊的工作。直接訪問(wèn)方式的接口電路如圖2-1所示，在圖中，單片機(jī)通過(guò)高位地址A11控制CSA，A10控制CSB，以選通液晶顯示屏上各區(qū)的控制器；同時(shí)用地址A9作為R/W信號(hào)控制數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)流向；用地址A8作為D/I信號(hào)控制寄存器的選擇，E(使能)信號(hào)由RD和WE共同產(chǎn)生，這樣就實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì)液晶顯示模塊的電路邊接。電位器用于顯示對(duì)比度的調(diào)節(jié)。 (二)間接控制方式 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P3.4 P3.3 P3.2 P3.1 P3.0 DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 /CSA /CSB E R/W D/I VCC V0 GND 電 位 器 +5V 10K 負(fù)電源 GND MPU LCM接口 圖2-2 間接控制方式電路圖 間接控制方式是單片機(jī)通過(guò)自身的或系統(tǒng)中的并行接口與液晶顯示模塊連接。單片機(jī)通過(guò)對(duì)這些接口的操作，以達(dá)到對(duì)液晶顯示模塊的控制。這種方式的特點(diǎn)就是電路簡(jiǎn)單，控制時(shí)序由軟件實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)高速單片機(jī)與液晶顯示模塊的接口。電路圖如圖2-2所示。在圖中以 P1口作為數(shù)據(jù)口，P3.4為CSA，P3.3為CSB，P3.2為使能端，P3.1為R/W和P3.0為D/I信號(hào)。電位器用于顯示對(duì)比度的調(diào)節(jié)。 通過(guò)比較再結(jié)合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際條件，由于Atmega16L芯片沒(méi)有WR、RD管腳，而且為了使電路簡(jiǎn)單且方便軟件實(shí)現(xiàn)，所以最終決定采用間接控制的方式來(lái)設(shè)計(jì)LCD顯示電路。 第二節(jié) 硬件電路主要芯片 2.2.1 ATmega16L主要引腳說(shuō)明 以下是ATmega16L的引腳配置： 圖2-3 ATmega16L芯片引腳 引腳說(shuō)明： VCC 　　　　　　　數(shù)字電路的電源 GND 　　　　　　　地 端口A(PA7～PA0) 　端口A 作為A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。 端口A 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口A 處于高阻狀態(tài)。 端口B(PB7～PB0) 　端口B 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口B 處于高阻狀態(tài)。 端口C(PC7～PC0) 　端口C 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口C 處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳PC5(TDI)、PC3(TMS)與PC2(TCK)的上拉電阻被激活。 端口D((PD7～PD0) 端口D 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口D處于高阻狀態(tài)。 RESET　　　　　　 復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時(shí)間超過(guò)最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。 XTAL1 　　　　　　反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端。 XTAL2 　　　　　　反向振蕩放大器的輸出端。 AVCC　　　　　　　AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時(shí)應(yīng)通過(guò)一個(gè)低通濾波器與VCC相連。 AREF　　　　　　　A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。 2.2.2 Atmega16L的存儲(chǔ)器 AVR結(jié)構(gòu)有兩個(gè)主要的存儲(chǔ)空間：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間和程序存儲(chǔ)器空間，此外，Atmega16L還有一個(gè)EEPROM存儲(chǔ)器以保存數(shù)據(jù)。這三個(gè)存儲(chǔ)器都為線性的平面結(jié)構(gòu)。 (1) Atmega16L具有16K字節(jié)的在線編程Flash，用于存儲(chǔ)程序指令代碼。因?yàn)锳VR指令為16位或32位，故Flash組織成8K16的形式。用戶程序的安全性要根據(jù)Flash程序存儲(chǔ)器的兩個(gè)區(qū)：引導(dǎo)(Boot) 程序區(qū)和應(yīng)用程序區(qū)，分開來(lái)考慮。 Flash存儲(chǔ)器至少可以擦寫10,000次。Atmega16L的程序存儲(chǔ)器為13位，因此可以尋址8K的存儲(chǔ)器空間。關(guān)于用SPI 或JTAG 接口實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash 的串行下載，將在軟件部分作詳細(xì)的介紹。 (2) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址方式分為5種：直接尋址、帶偏移量的間接尋址、間接尋址、帶預(yù)減量的間接尋址和帶后增量的間接尋址。 ATmega16L的全部32個(gè)通用寄存器、64個(gè)I/O寄存器及1024個(gè)字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)SRAM可以通過(guò)所有上述的尋址模式進(jìn)行訪問(wèn)。 (3) ATmega16L 包含512 字節(jié)的EEPROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。它是作為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)空間而存在的，可以按字節(jié)讀寫。EEPROM 的壽命至少為100,000 次擦除周期。EEPROM 的訪問(wèn)由地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器決定。 2.2.3 Atmega16L的時(shí)鐘電路 單片機(jī)的時(shí)鐘用于產(chǎn)生工作所需要的時(shí)序，其連接電路如下圖： 圖2-4 晶體振蕩器連接圖 XTAL1 與XTAL2 分別為用作片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入和輸出，考慮到其最大頻率不超過(guò)8MHz，這里選用的晶振為7.3728MHz。 2.2.4 Atmega16L的系統(tǒng)復(fù)位 Atmega16L有五個(gè)復(fù)位源： (1) 上電復(fù)位。電源電壓低于上電復(fù)位門限Vpot時(shí)，MCU復(fù)位。如果在單片機(jī)加Vcc電壓的同時(shí)，保持RESET引腳為低電平，則可延長(zhǎng)復(fù)位周期。 Vcc Vpot Vpot RESET Vrst Vrst TIME-OUT INTERINAL tTOUT tTOUT RESET 圖2-5 RESET引腳與VCC相連時(shí)， 圖2-6 RESET引腳由外部控制時(shí), 單片機(jī)的復(fù)位電平 單片機(jī)的復(fù)位電平 (2) 外電復(fù)位。引腳RESET上的低電平持續(xù)時(shí)間大于最小脈沖寬度時(shí)MCU復(fù)位。 Vcc RESET Vrst TIME-OUT tTOUT INTERNAL RESET 圖2-7 外部復(fù)位時(shí)序圖 (3) 看門狗復(fù)位。看門狗使能并且看門狗定時(shí)器溢出時(shí)復(fù)位發(fā)生?？撮T狗計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)晶振的復(fù)位脈沖。 Vcc RESET WDT 1 XTAL Cycle TIME-OUT RESET tTOUT TIME-OUT INTERNAL RESET 圖2-8 看門狗復(fù)位時(shí)序圖 (4) 掉電檢測(cè)復(fù)位。掉電檢測(cè)復(fù)位功能使能，且電源電壓低于掉電檢測(cè)復(fù)位門限Vpot時(shí)MCU即復(fù)位。 (5) JTAG AVR復(fù)位。復(fù)位寄存器為1時(shí)MCU復(fù)位。 第三節(jié)　LCD液晶顯示 2.3.1 LCD的顯示原理 液晶顯示器是一種功耗極低的顯示器。隨著液晶顯示技術(shù)的發(fā)展，LCD顯示器的規(guī)格眾多，其專用驅(qū)動(dòng)芯片也相互配套，使LCD在控制和儀表系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用提供了極大的方便。根據(jù)LCD顯示原理的不同，常見(jiàn)和常用的LCD可以分為字符型LCD和點(diǎn)陣型LCD兩種。不同的顯示原理使得這兩種LCD的指令系統(tǒng)、接口和功能等是不相同的，各有優(yōu)缺點(diǎn)，但結(jié)合到本次設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，經(jīng)過(guò)比較還是選用點(diǎn)陣型LCD。現(xiàn)就點(diǎn)陣型LCD的顯示原理、模塊特點(diǎn)等做一簡(jiǎn)要介紹。 要想在液晶模塊上顯示一個(gè)漢字或字符，需要3個(gè)最基本的控制操作：分別向3個(gè)控制器寫指令代碼、寫顯示數(shù)據(jù)和讀顯示數(shù)據(jù)。這里要特別引起注意的是完成這3項(xiàng)操作的前提條件是KS0108B控制器處于準(zhǔn)備好的狀態(tài)，即BUSY=0，由模塊的軟件特性知道，當(dāng)BUSY=1時(shí)，系統(tǒng)的接口電路處于被封鎖的狀態(tài)，是不能接受除讀狀態(tài)指令外的任何操作的。因此在訪問(wèn)控制器之前，一定要判斷控制器的當(dāng)前狀態(tài)。具體到軟件設(shè)計(jì)時(shí)，則需設(shè)計(jì)一判忙程序，在判斷BUSY=0后，再往下進(jìn)行操作。 在本模塊中，每個(gè)漢字的大小是16×16點(diǎn)陣，而每個(gè)字符的大小是8×16點(diǎn)陣，即字符的寬度為漢字的1/2。它們都是以二維數(shù)組的格式存放在ROM中。向液晶模塊顯示一個(gè)漢字的過(guò)程就是：由液晶屏顯示區(qū)的指定字符行的指定列開始，連續(xù)輸出該字符對(duì)應(yīng)的字符庫(kù)中的16個(gè)列數(shù)據(jù)，如果是顯示字符，則輸出 8個(gè)列數(shù)據(jù)即可。 上面已經(jīng)介紹到，MGLS-19264液晶模塊中液晶屏顯示區(qū)為192×64點(diǎn)陣，其中，它們的每8個(gè)像素行組成一頁(yè)，整個(gè)顯示區(qū)共分為8頁(yè)，每64列為一個(gè)區(qū)，這樣，它就有左、中、右3個(gè)區(qū)，它的顯示區(qū)示意圖如下： 左區(qū) 中區(qū) 右區(qū) 0 1 2 … 62 63 64 65 … 127 128 129 … 191 DB0 … DB7 第0頁(yè) … … 第七頁(yè) DB0 … DB7 圖2-9 液晶屏顯示區(qū)示意圖 液晶模塊顯示字符是從上到下，從左到右進(jìn)行顯示的。假設(shè)定義從最左上角開始顯示，則先從上到下顯示第0頁(yè)的第一列，依次從左向右開始顯示。 MGLS-19264LCM的顯示部分為左、中、右3個(gè)區(qū)，可以由CS片選的取值分別進(jìn)行控制，其接口的片選定義如下： 表2-1 MGLS的片選定義表 CS1 CS2 選中區(qū)域 0 0 左區(qū) 0 1 中區(qū) 1 0 右區(qū) 1 1 未選 有了上面的知識(shí)，就可以編寫顯示界面這一塊程序。由于每個(gè)漢字或字符在圖中位置是固定的，只要定義了相應(yīng)的選區(qū)及X、Y地址，就可以顯示出具體的位置。用lr來(lái)表示漢字的區(qū)域，當(dāng)lr=0，表示左區(qū)；lr=1，表示中區(qū)；lr=2，表示右區(qū)。X表示頁(yè)面，Y表示列地址。則(lr.X.Y)就可以定義出這個(gè)字在屏上的實(shí)際位置。以第一行的“智”字為例，這個(gè)字位于模塊的左區(qū)，則lr=0；它位于第一頁(yè)和第二頁(yè)，則X=0；它位于列地址的48-63字節(jié)，Y=48，那么“智”就可以通過(guò)(0.0.48)精確地表示出它的位置。這里要注意的是每個(gè)漢字占用的行地址是兩頁(yè)，如“智”字占的就是X0和X1，即第二行的漢字其X=2而不是1。因此，第二行的“電”就應(yīng)該表示為(0.2.0)，其它字符依此設(shè)計(jì)即可。 2.3.2 液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)器 HD61202及其兼容液晶顯示控制器是一種帶有驅(qū)動(dòng)輸出的圖形液晶顯示控制器，而在小規(guī)模點(diǎn)陣液晶顯示模塊上使用液晶顯示驅(qū)動(dòng)器組成液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是非常有益的，這將使液晶顯示模塊的硬件電路簡(jiǎn)單化，從而降低模塊的成本，同時(shí)也提高了對(duì)軟件功能的要求。許多顯示功能如光標(biāo)、字符庫(kù)、閃爍都需要由軟件編制而成。HD61203和HD61202就是這類液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制器套件。之所以稱它們?yōu)樘准且驗(yàn)镠D61203和HD61202必須配套使用，通常有12864和19264兩種規(guī)格。其特點(diǎn)如下： 1．內(nèi)藏64*64=4096位顯示RAM，RAM中每位數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)LCD屏上的一個(gè)點(diǎn)的亮、暗狀態(tài)。 2．HD61202及其兼容控制器是列驅(qū)動(dòng)器，具有64路列驅(qū)動(dòng)輸出。 3．HD61202及其兼容控制驅(qū)動(dòng)器讀、寫時(shí)序與68系列微處理妻相符，因此它可直接與68系列微處理器借口相聯(lián)。 4．HD61202及其兼容控制器的占空比為1/32~1/64。 2.3.3 液晶顯示模塊的特點(diǎn) MGLS-12864圖形液晶顯示模塊的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)是由一片KS0107B或兼容驅(qū)動(dòng)器( HD61203 )作為行驅(qū)動(dòng)器和兩片KS0108B或兼容驅(qū)動(dòng)器(HD61203) 作為列驅(qū)動(dòng)器組成的。 它的主要技術(shù)參數(shù)及其供電特點(diǎn)如下： (1) 電源：DC+5V，模塊內(nèi)自帶用于LCD驅(qū)動(dòng)的負(fù)壓電路。 (2) 顯示內(nèi)容：12864全屏幕點(diǎn)陣。 (3) 指令形式：七種指令。 (4) 接口形式：與控制器采用8位數(shù)據(jù)總線和8位控制線相連。 (5) 工作環(huán)境：－10~+50℃。 (6) 模塊應(yīng)用有三種電源：邏輯電源、液晶驅(qū)動(dòng)電壓、背光電壓。 (7) 本次選用的模塊是雙電源供電（VDD/V0），需要提供一個(gè)液晶驅(qū)動(dòng)電壓，用以調(diào)節(jié)對(duì)比度，接在液晶模塊的V0引腳上，由于液晶的對(duì)比度會(huì)隨著溫度的變化而相應(yīng)變化，所以其液晶顯示驅(qū)動(dòng)電壓值應(yīng)隨著溫度作相應(yīng)的調(diào)整，這里采用了一個(gè)電位器，調(diào)整電壓值。 (8) 背光供電為3.8-4.1V的支流電源，選用電源太大不僅增加功耗，更有可能損壞背光燈和縮短模塊的使用壽命。 MGLS-12864的邏輯電路圖如下： HD61202 * LCD: VGLS-12864 12864 DOTS 64 HD61202 (1) HD61202 (2) 64 64 VDD VSS V0 /CSA /CSB DB0 DB7 D/I R/W E 圖2-8 MGLS-12864的邏輯電路圖 MGLS-12864液晶顯示模塊一共有20個(gè)引腳，它的接口定義如下： 表2-2 MGLS-12864的接口電路 序號(hào) 符號(hào) 狀態(tài) 功　　能 １ D7 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 ２ D6 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 ３ D5 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 4 D4 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 5 D3 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 6 D2 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 7 D1 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 8 D0 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 9 E 輸入 R/W=“L”，E的下降沿鎖存數(shù)據(jù)線 R/W=“H”，E為“H”時(shí)，數(shù)據(jù)由控制器輸出至數(shù)據(jù)線 10 R/W 輸入 R/W=“L”，E=“H”數(shù)據(jù)由控制器輸出數(shù)據(jù)線 R/W=“H”，E的下降沿，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線輸入到控制器 11 D/I 輸入 D/I=“L”，表示DB7~DB0為顯示數(shù)據(jù) D/I=“H”，表示DB7~DB0為顯示指令 12 V0 — 液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電壓 13 VCC — 電源正 14 GND — 電源地 15 CS1 輸入 片選信號(hào) 16 CS2 輸入 片選信號(hào) 17 VOUT — LCD負(fù)壓驅(qū)動(dòng)電壓 18 RET 輸入 復(fù)位信號(hào) 19 LED+ — 顯示模塊背光電源 20 LED- — 顯示模塊背光電源 第四節(jié) 電源電路的設(shè)計(jì) 在本次的設(shè)計(jì)中，要供電給mega16和LCD顯示模塊兩部分，而一個(gè)LM7805的輸出電流不足，所以本人打算將mega16和顯示模塊分別供電，所以實(shí)際電路中用到了兩片7805。下面就一個(gè)電源電路給出設(shè)計(jì)方案，另一個(gè)同樣原理。 5V電源電路的設(shè)計(jì) 加圖 圖2-9 5V的電源電路設(shè)計(jì)原理圖 上圖是LM78××作為輸出電壓固定的典型電路圖，正常工作時(shí)，輸入、輸出電壓差為3-8V。輸入電壓PS為9V。電路中接入電容C5用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩和抑止電路引入的干擾，C11是有極性的電解電容，以減小穩(wěn)壓電壓輸出端由輸入電源引入的電平干擾。D1是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端短路時(shí)，給輸出電容器C11一個(gè)放電電路，防止C11兩端電壓作用于調(diào)壓管的be結(jié)，造成調(diào)壓管be結(jié)擊穿而損壞。其中C5、C11兩個(gè)電容只是起濾波作用選用的大小沒(méi)有特別的要求。 第五節(jié) 硬件電路設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)對(duì)以上對(duì)ATmega16L芯片的端口、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘電路、以及復(fù)位電路和LCD液晶顯示等原理的介紹后，現(xiàn)在就可以完成對(duì)這部分硬件電路的設(shè)計(jì)了。再結(jié)合前面的分析采用間接訪問(wèn)的方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與液晶顯示模塊之間的連接。LCD模塊的8位數(shù)據(jù)線接在了Atmega16L芯片B口的8位數(shù)據(jù)線上，這里用了一個(gè)74LS24作為鎖存器使它們間接連接在一起。LCD的EN、D/I、CS1、CS2、R/W分別連接到PA3~PA7上，其詳細(xì)的接法見(jiàn)下圖 圖2-10 硬件接線圖 第六節(jié) PROTEL99的應(yīng)用簡(jiǎn)介 經(jīng)過(guò)前面的努力，智能充電器硬件電路的設(shè)計(jì)在本人及同組人的共同努力下已經(jīng)完成，接下來(lái)便是根據(jù)前面的設(shè)計(jì)用軟件畫出其原理圖并生成ＰＣＢ板。PROTEL99SE是一個(gè)全32位的電路板設(shè)計(jì)軟件，使用該軟件可以容易地設(shè)計(jì)電路原理圖、畫元件圖、設(shè)計(jì)電路板圖、畫元件封裝圖和電路仿真。 在這里主要用它來(lái)繪制電路原理圖和生成印制電路板。原理圖的設(shè)計(jì)步驟如下： (1) 設(shè)置原理圖設(shè)計(jì)環(huán)境。其中，工作環(huán)境設(shè)置是使用Design/Options和Tool和Preferences菜單進(jìn)行的，畫原理圖環(huán)境的設(shè)置主要包括圖紙大小、捕捉柵格、電氣柵格、模板設(shè)置等。 (2) 放置元件，將電氣和電子元件放置在圖紙上。 (3) 原理圖布線。元件一旦放置在原理圖上，不需要用導(dǎo)線將元件連接起來(lái)，連接時(shí)一定要符合電氣規(guī)則。 (4) 編輯和調(diào)整。編輯元件的屬性。包括元件名、參數(shù)、封裝圖等。調(diào)整元件和導(dǎo)線的位置等操作。 本次設(shè)計(jì)所用的主要元件屬性如下： 表2-3 主要元件表 說(shuō)明 編號(hào) 封裝 元件名稱 單片機(jī) U1 DIP-40 Atmega16 LCD J2 DIP-20 LCD模塊 電阻 R AXIAL0.3 RES2 電容 C RAD0.1 CAP 鎖存器 U5 DIP-20 74LS245 NPN三極管 Q TO46 2N2222A 晶體 X XTAL-1 XTAL 通用運(yùn)放 U2A，U2B DIP8 LM358 (5) 檢查原理圖。使用電氣規(guī)則功能(ERC)檢查原理圖的連接是否合理和正確。給出檢查報(bào)告，若有錯(cuò)誤則要根據(jù)錯(cuò)誤進(jìn)行改正。 (6) 生成網(wǎng)絡(luò)表。所謂網(wǎng)絡(luò)表就是元件名、封裝、參數(shù)及元件之間的連接表，通過(guò)該表可以確認(rèn)各個(gè)元件和它們之間的關(guān)系。 (7) 打印原理圖。 對(duì)電路板的設(shè)計(jì)主要分為以下幾個(gè)步驟； (1) 使用原理圖編輯器設(shè)計(jì)原理圖，進(jìn)行電氣檢查(ERC)并生成原理圖的網(wǎng)絡(luò)表。 (2) 進(jìn)入電路板(PCB)環(huán)境，使用電路向?qū)Т_定電路板的層數(shù)、尺寸等電路板參數(shù)。 (3) 使用Design/Netlist菜單，調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表。 由于在前面的元件封裝不規(guī)范，這里面出現(xiàn)了許多錯(cuò)誤，通過(guò)請(qǐng)教老師及自己的不懈努力，花了數(shù)天的時(shí)間才全部改了出來(lái)。 (4) 布置元件，就是將元件合理地分布在電路板上。自動(dòng)布置元件或人工布置元件，多次布置直到自己滿意為止。 人工布線是畫電路板的基礎(chǔ)，但比較耗時(shí)和費(fèi)力，另外由于自身經(jīng)驗(yàn)的不足，只得先采用自動(dòng)布線，在此基礎(chǔ)上作了適當(dāng)?shù)男薷摹? (5) 完成修飾等工作，完成整個(gè)電路板的設(shè)計(jì)。 接下來(lái)是焊接的工作，這部分相對(duì)來(lái)說(shuō)并不陌生，在大二時(shí)曾進(jìn)行過(guò)電子課程的實(shí)習(xí)，主要就是完成收音機(jī)的焊接。雖然以后接觸得比較少，但通過(guò)幾天的練習(xí)，還是基本圓滿地完成了任務(wù)。焊接通常要求：①焊點(diǎn)接觸良好，尤其避免虛焊的產(chǎn)生；②焊點(diǎn)要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度以保證被焊點(diǎn)不致滑落；③焊點(diǎn)表面應(yīng)美觀，有光澤。這塊板子面積不算大(約90cm70cm)，元器件引腳多，看起來(lái)很密集。從焊下來(lái)的結(jié)果來(lái)看，焊點(diǎn)還可以，也算比較美觀，最關(guān)鍵的是沒(méi)有短路的情況發(fā)生。 焊接完成后，整個(gè)硬件電路原理、繪制原理路、焊接等工作已全部完成，下面轉(zhuǎn)到軟件部分的設(shè)計(jì)。 第三章 軟件設(shè)計(jì) 由于本人主要負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)軟件部分，而本人之前對(duì)C語(yǔ)言這門課的學(xué)習(xí)不是非常的精通，因此在著手本章之前本人對(duì)C語(yǔ)言以及AVR單片機(jī)與C語(yǔ)言編程方面的書籍做了認(rèn)真仔細(xì)的回顧、學(xué)習(xí)和再研究，這樣才對(duì)下面設(shè)計(jì)工作的開展打下了基礎(chǔ)。在本章里，本人將先介紹C語(yǔ)言開發(fā)的優(yōu)勢(shì)，然后介紹LCD的顯示原理、模塊的軟件特性等,接下來(lái)便是最主要的整個(gè)程序的設(shè)計(jì)。 3.1.用C語(yǔ)言開發(fā)單片機(jī)的優(yōu)勢(shì) C語(yǔ)言是一種編譯型的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，具有簡(jiǎn)單的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的處理功能，具有運(yùn)行速度快、編譯效率高，移植性好和可讀性強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)便件的直接操作。用C語(yǔ)言來(lái)編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，可以大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而開發(fā)出大規(guī)模、高性能的應(yīng)用系統(tǒng)。其優(yōu)勢(shì)如下： (1) 可以大幅度加快開發(fā)進(jìn)度，程序量越大，用C語(yǔ)言就越有優(yōu)勢(shì)。 (2) 無(wú)需精通單片機(jī)指令集和具體的硬件，也能夠編出符合硬件實(shí)際專業(yè)水平的程序。 (3) 可以實(shí)現(xiàn)軟件的結(jié)構(gòu)化編程，使得軟件的邏輯結(jié)構(gòu)變得清晰、有條理、便于開發(fā)小組計(jì)劃任務(wù)、分工合作。源程序的可讀性和可維護(hù)性都很好。 (4) 省去了人工分配單片機(jī)資源的工作，在匯編語(yǔ)言中要為每一個(gè)子程序分配單片機(jī)的資源。在使用C語(yǔ)言后，只要在代碼中申明一下變量的類型，編譯器就會(huì)自動(dòng)分配相關(guān)資源，根本不需要人工干預(yù)，從而有效地避免了人工分配單片機(jī)資源的差錯(cuò)。 (5) 匯編語(yǔ)言的可移植性很差，而C語(yǔ)言只要將一些與硬件相關(guān)的代碼作適當(dāng)?shù)男薷?，就可以方便地移植到其它種類的單片機(jī)上。 (6) C語(yǔ)言提供auto、static、flash等存儲(chǔ)類型，針對(duì)單片機(jī)的程序存儲(chǔ)空間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間及EEPROM空間自動(dòng)為變量合理地分配空間，而且C語(yǔ)言提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，極大地增強(qiáng)了程序處理能力和靈活性。C編譯器能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)中斷服務(wù)程序的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)，并且提供常用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)，供用戶使用。并且C編譯器能自動(dòng)生成一些硬件的初始化代碼。 (7) 對(duì)于一些復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)，可以通過(guò)移植(或C編譯器提供)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 正由于C語(yǔ)言在系統(tǒng)開發(fā)中的優(yōu)勢(shì)，這次設(shè)計(jì)的所有程序設(shè)計(jì)都將采用C語(yǔ)言編寫，且通過(guò)ICCAVR編譯器操作AVR的硬件資源。 3.2 液晶顯示漢字或字符的原理 LCD本身不發(fā)光只是調(diào)節(jié)光的亮度，目前市面上的LCD顯示器都是利用液晶的扭曲一向列效應(yīng)制成，這是一種電場(chǎng)效應(yīng)，夾在兩片導(dǎo)電玻璃電極間的液晶經(jīng)過(guò)一定處理，它內(nèi)部的分子呈直角扭曲，當(dāng)線性偏振光透過(guò)其偏振面便會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)直角。當(dāng)在玻璃電極上加上電壓后，在電場(chǎng)作用下，液晶的扭曲結(jié)構(gòu)消失，偏振光便可以直接通過(guò)。當(dāng)去掉電場(chǎng)后液晶分子又恢復(fù)取扭曲結(jié)構(gòu)。把這樣的液晶置于兩個(gè)偏振片之間，改變偏振片相對(duì)位置就可以得到白底黑子或黑底白字的顯示形式。結(jié)合以上知識(shí)具體顯示原理如下： ( 1 ) 線段的顯示 點(diǎn)陣圖形式液晶由M*N個(gè)顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對(duì)應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16*8=128個(gè)點(diǎn)組成，屏上64*16個(gè)顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的00H~00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)(000)=FFH時(shí)，如屏的左上角顯示一條短亮線，長(zhǎng)度為8個(gè)點(diǎn)；當(dāng)(3FFH)=FFH時(shí)，則顯示屏的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)(000H)=FFH，(001H)=00H，(002H)=FFH，(003H)=00H，…(00EH)=FFH，(00FH)=00H時(shí)，則在屏的頂部顯示一條由8段亮線和8段暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。 ( 2 ) 字符的顯示 用LCD顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由6*8或8*8點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同的位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點(diǎn)亮，為“0”的不亮，這樣一來(lái)就組成某個(gè)字符。但對(duì)于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器 (如HD61202)來(lái)說(shuō)，顯示字符就比較簡(jiǎn)單了，可讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示RAM對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。 ( 3 ) 漢字的顯示 漢字的顯示一般采用圖形方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼，每個(gè)漢字占32B，分左右兩半部，各占16B，左邊為1、3、5…右邊為2、4、6…根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)可找到顯示RAM對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的一字節(jié)，光標(biāo)位置加1，送第二字節(jié)，按行按列對(duì)齊，送第三字節(jié)……直到32B顯示完就可在LCD上得到一個(gè)完整的漢字。 3.3 LCD模塊的指令說(shuō)明 要完成顯示程序的設(shè)計(jì)，必須了解LCD液晶模塊的指令系統(tǒng)。這里采用的LCD是北京精電蓬遠(yuǎn)顯示技術(shù)公司生產(chǎn)的MGLS系列圖形液晶顯示模塊，其內(nèi)藏KS0108B/HD61202控制器。 KS0108B及其兼容控制驅(qū)動(dòng)器( HD61202 )的指令系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，一共只有7條指令，從作用上可分為兩類。第一條指令和第二條指令為顯示狀態(tài)設(shè)置類；其余指令為數(shù)據(jù)讀/寫操作指令。下面是各個(gè)指令的功能： 1. 讀狀態(tài)指令 R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 1 0 BUSY 0 ON/OFF REST 0 0 0 0 狀態(tài)字是計(jì)算機(jī)了解HD61202及其兼容控制驅(qū)動(dòng)器當(dāng)前狀態(tài)，或是HD61202及其兼容控制驅(qū)動(dòng)器向計(jì)算機(jī)提供其內(nèi)部狀態(tài)的唯一的信息渠道。狀態(tài)字為一字節(jié)，其中僅有3位有效位，它們是： BUSY表示當(dāng)前HD61202接口控制電路運(yùn)行狀態(tài)。BUSY=1表示HD61202正在處理計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的指令或數(shù)據(jù)。此時(shí)接口電路被封鎖，不能接受除讀狀態(tài)字以外的任何操作。BUSY=0表示HD61202接口電路已處于“準(zhǔn)備好”狀態(tài)，等待計(jì)算機(jī)的訪問(wèn)。 ON/OFF表示當(dāng)前的顯示狀態(tài)。ON/OFF=1表示關(guān)顯示狀態(tài)；ON/OFF=0表示開顯示狀態(tài)。 RESET表示當(dāng)前HD61202的工作狀態(tài)，即反映RST端的電平狀態(tài)。當(dāng)RST為低電平狀態(tài)時(shí)，HD61202處于復(fù)位工作狀態(tài)，RESET=1；當(dāng)RST為高電平狀態(tài)時(shí)，HD61202為正常工作狀態(tài)，RESET=0。 在指令設(shè)置和數(shù)據(jù)讀寫時(shí)要注意狀態(tài)字中的BUSY標(biāo)志。只有在BUSY=0時(shí)，計(jì)算機(jī)對(duì)HD61202的操作才能有效，因此計(jì)算機(jī)在每次對(duì)HD61202操作之前，都要讀出狀態(tài)字以判斷BUSY是不為“0”。若不為“0”，則計(jì)算機(jī)需要等待，直至BUSY=0為止。 2. 顯示開關(guān)指令 R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1/0 該指令設(shè)置顯示開／關(guān)觸發(fā)器的狀態(tài)，由此控制顯示數(shù)據(jù)鎖存器的工作方式，從而控制顯示屏上的顯示狀態(tài)。D位為顯示開／關(guān)控制位。當(dāng)D=1為開顯示設(shè)置，顯示數(shù)據(jù)鎖存器正常工作，顯示屏上呈現(xiàn)所需的顯示效果。此時(shí)在狀態(tài)字中ON/OFF=0；當(dāng)D=0為關(guān)顯示設(shè)置，顯示數(shù)據(jù)鎖存器被置零，顯示屏呈不顯示狀態(tài)，但顯示存儲(chǔ)器并沒(méi)有被破壞，在狀態(tài)字中ON/OFF=1。 3. 顯示起始行設(shè)置指令 R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 1 1 顯示起始行( 0-63 ) 該指令設(shè)置了顯示起始行寄存器的內(nèi)容。HD61202有64行顯示的管理能力，該指令中L5~L0為顯示起始行的地址，取值在0~3FH( 1~64行)范圍內(nèi)，它規(guī)定了顯示屏上最頂一行所對(duì)應(yīng)的顯示存儲(chǔ)器的行地址。如果定時(shí)間隔地，等間距地修改( 如加1或減1)顯示起始行寄存器的內(nèi)容，則顯示屏將呈現(xiàn)顯示內(nèi)容向上或向下平滑滾動(dòng)的顯示效果。 4. 頁(yè)面地址設(shè)置指令 R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 1 0 1 1 1 頁(yè)號(hào)( 0~7 ) 該指令設(shè)置了頁(yè)面地址——X地址寄存器的內(nèi)容。HD61202將顯示存儲(chǔ)器分成8頁(yè)，指令代碼中P2-P0就是要確定當(dāng)前所要選擇的頁(yè)面地址，取值范圍為0-7H,代表第1-8頁(yè)。該指令規(guī)定了以后的讀／寫操作將在哪一個(gè)頁(yè)面上進(jìn)行。 5. 列地址設(shè)置指令 R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB