基于AVR單片機的紅外遙控電機調速器設計

1、摘 要本文主要介紹了基于avr單片機的紅外遙控電機調速器設計。主要內容為硬件電路的設計和軟件程序的設計。主要實現的功能是：當分別按下加速、減速和停止按鍵時，電機相應加速、減速、停止，同時lcd顯示屏上顯示電機速度。此模塊是基于avr單片機的，cpu利用率高且執(zhí)行速度快，支持程序的jtag在線編程，給設計帶來了極大的方便。該模塊的硬件開發(fā)工具是protues，開發(fā)平臺采用的是atmel公司的atmega16單片機。本次設計軟件方面主要使用的開發(fā)工具是winavr，所使用的編程語言是c語言。完成本次設計需要掌握atmega16單片機的相關知識與實際應用，單片機外圍電路的設計等。該驅動程序能夠正常運

2、行，運行結果正確，證明設計思路正確。關鍵詞： 紅外遙控；protues；電機調速；atmega16單片機abstract this article mainly introduced the infrared remote control motor speed controller design based on avr single-chip computer.the main content of the article is the design of hardware circuit and software program.main function is:when press t

3、he acceleration,deceleration and stop button,the corresponding motor speed up or slow down or stop,and at the same time,the lcd displays the motor speed.this module is based on the single chip microcomputer avr, cpu utilization high and execution speed, supports the program jtag online programming,

4、brings great convenience to the design. this module hardware development tools is protues, development platform is the atmega16 microcontroller which is produced by atmel company.this design software development tools is the main use winavr, the programming language is c language. in order to comple

5、te the design, atmega16 related knowledge and practical application, the design of the single chip microcomputer buffer circuit and so on.the driver can run normally, the operation results are right, design ideas turned out to be right.keywords: infrared remote control; protues; motor speed control;

6、 atmega16 single-chip processor 目 錄1 緒 論11.1 紅外無線通信技術的現狀1 1.1.1 紅外無線通信基本原理11.1.2 紅外收發(fā)器11.1.3 紅外控制器21.1.4 通信協(xié)議21.1.5 研究與應用現狀21.2 avr單片機的發(fā)展過程及現狀3 1.2.1 發(fā)展過程31.2.2 avr單片機的現狀31.2.3 avr單片機的優(yōu)點41.2.4 avr單片機的型號標識解釋51.2.5 avr 8-bit mcu的最大特點51.3 本論文的結構62 系統(tǒng)整體設計72.1 系統(tǒng)框圖72.2 硬件開發(fā)工具72.2.1 protues簡介72.2.2 protue

7、s新特點82.3 軟件開發(fā)工具9 2.3.1 winavr的安裝92.3.2 avr studio的安裝102.3.3 avr studio的部分菜單功能介紹 103 仿真硬件電路設計123.1 cpu選型123.1.1 atmega16簡介123.1.2 atmega16 特點123.1.3 atmega8 特點143.2 單片機外圍電路設計153.2.1 時鐘電路的設計153.2.2 電機外圍電路的設計163.2.3 單片機的引腳設計163.2.4 紅外接收頭 irlink173.2.5 lcd顯示模塊193.2.6 按鍵設計213.3 電路的完整設計214 軟件設計224.1 單片機c語

8、言主要特點224.2 整體程序設計簡要介紹234.3 程序設計23 4.3.1 紅外遙控器受控端程序23 4.3.2 紅外遙控仿真發(fā)射器程序304.3.3 pg160128alcd顯示驅動程序（t6963c）355 軟件設計555.1 系統(tǒng)運行的硬件結果555.2 系統(tǒng)運行的軟件結果60 結 論63致 謝64參考文獻65附錄a 英文原文66附錄b 中文翻譯74 1緒 論1.1 紅外無線通信技術的現狀作為一種無線通信1的傳輸媒質，紅外線具有勝過無線電的幾個明顯優(yōu)點：具有巨大的帶寬而且不需要許可證，可進行高速的數據傳輸；不穿透墻壁，消除了在不同房間進行通信時可能帶來的干擾，并且通信不易被偵聽保密性

9、好；紅外探測器的尺寸比紅外線的波長大得多，避免了多徑衰落；成本低、體積小、功耗低、使用簡單。正是基于上述的諸多優(yōu)點，隨著標準化工作的進行，紅外無線通信技術已經成為一種具有廣泛應用前景的無線通信技術。下面將對無線通信基本原理以及應用中比較關鍵的方面進行詳細闡述，并對目前研究現況進行概括。1.1.1 紅外無線通信基本原理紅外無線通信系統(tǒng)由發(fā)射器、信道和接受器三部分組成，發(fā)射器包括紅外發(fā)射器和編碼控制器，接收器包括紅外探測器和解碼控制器。由于紅外無線通信系統(tǒng)一般采用雙向通信方式，所以在紅外無線通信系統(tǒng)中把紅外發(fā)射器與紅外探測器合為一個紅外收發(fā)器。與之相對應，編碼控制器和解碼控制器合為紅外編解碼控制器

10、，亦簡稱為紅外控制器。因此，紅外無線通信系統(tǒng)即由紅外收發(fā)器、紅外控制器和信道組成。信號首先由紅外控制器按一定的方式進行解碼，然后由控制器控制紅外收發(fā)器產生編碼紅外脈沖，接收時，紅外收發(fā)器檢測紅外信號并傳輸給控制器進行解碼轉換，最后輸出信號。1.1.2 紅外收發(fā)器 紅外收發(fā)器實現紅外脈沖信號的產生和探測，需要滿足規(guī)范要求和合適的通信波長。紅外發(fā)射管由不同比率的混合物制造而成，采用這些混合物制造的紅外發(fā)射管的發(fā)射波長的800nm到1000nm，具體波長與混合物的關系見參考文獻。紅外探測器一般帶有gaas 或inp的帶通濾波器，能夠一定程度消除其他波長光線的影響。目前，許多國際知名的半導體公司都在研

11、究和生產紅外收發(fā)器，如vishay 公司的tfd系列紅外收發(fā)器，通信速率為9.6k16mb/s;aglient 公司的hsdl系列紅外收發(fā)器，通信速率為115.2k4mb/s;zilog 公司的zhx系列紅外收發(fā)器2，通信速率為2.4k4mb/s;sharp公司的gp2w系列紅外收發(fā)器，通信速率為9.6k4mb/s。另外，還有toshiba、hp、ibm、motorola等公司也相繼在研究和生產紅外收發(fā)器。1.1.3 紅外控制器紅外控制器完成對信號的編碼和解碼，編碼方式依據紅外無線通信協(xié)議標準。根據紅外信號傳輸速率的不同，依照紅外通信協(xié)議規(guī)定進行不同的編碼。目前，紅外控制器的研究走在前沿的是t

12、i公司，其生產的紅外控制器tir2000最高速率可達irda1.1 規(guī)定的4mb/s.目前，現成的紅外控制器大多數只能達到高速模式，能夠滿足超高速模式的現成產品幾乎沒有。實驗中使用的超高速紅外控制器一般采用可編程邏輯器件來實現，如cpld 和fpga。1.1.4 通信協(xié)議紅外無線通信作為一種成熟的通信技術，目前已經形成了標準的通信協(xié)議。紅外數據委員會（irda: infrared data association）作為一個工業(yè)機構間協(xié)作組織于1993年由hp、compaq和intel等公司發(fā)起成立，旨在建立開放的紅外通信標準。目前，irda規(guī)定了紅外物理層協(xié)議（irphy: infrared

13、physical layer）、紅外鏈路訪問層協(xié)議（irlap: infrared link access protocol）、紅外鏈路管理層協(xié)議（irlmp:infrared link managemeng protocol），并且還規(guī)定了一些專門的應用層協(xié)議。1.1.5 研究與應用現狀自七十年代中期ibm公司發(fā)表了頗具影響的關于室內紅外無線通信設計與實驗的論文以來，已經有許多學者在致力于紅外無線通信的研究。主要研究領域包括：紅外無線通信的數學模型的建立、強背景干擾下的紅外無線通信鏈路特性的實驗研究、紅外無線通信調制方式的分析、紅外無線通信的均衡技術、紅外無線lan的原理及多址方式研究、紅外

14、無線接收發(fā)射的空間分集研究等。目前，主要研究工作集中在國外。美國加州大學berkeley 分校，在ibm和hp 公司的資助下進行了室內紅外無線通信的研究，已實現了50mb/s速率采用判決反饋均衡（dfe:decision feedback equalization）技術的室內紅外散射無線通信3，他們的目標是要把速率提高到100mb/s以上；at&bell實驗室的condon 等人研制出采用紅外鏈路的atm局域網rednet，可實現便攜pc的無縫端到端的通信，工作速率為25mbps，工作距離為4m；elmirghani 等人提出了集成脈沖位置調制及碼分多址（cdma:code division

15、multiple access）接入的室內紅外通信網絡模式。國內對紅外無線通信研究很少，電子科技大學研究了室內紅外無線通信的性能，采用dfe 和lms（least mean square：最小均方差）算法調節(jié)系數，對速率達到100mb/s的室內通信進行了仿真。桂林電子科技大學已實現了4mb/s和16mb/s的紅外無線通信，分別實現了基于isa總線的4mb/s紅外無線計算機通信卡和基于pci總線的16mb/s紅外控制器的設計。目前，紅外無線通信已經廣泛應用于各種設備，一些商業(yè)化的移動終端如掌上型電腦、個人數字助理、移動電話等都已經安裝了紅外無線通信器件。1.2 avr單片機的發(fā)展過程及現狀1.2

16、.1 發(fā)展過程早期單片機主要由于工藝及設計水平不高、功耗高和抗干擾性能差等原因，所以采取穩(wěn)妥的方案：即采用較高的分頻系數對時鐘分頻，使得指令周期長，執(zhí)行速度減慢。以后的cmos單片機雖然采用提高時鐘頻率和縮小分頻系數等措施，但這種狀態(tài)并未被徹底改觀；此間雖有某些精簡指令集單片機（risc）問世，但依然沿襲對時鐘分頻的做法3。 atmel公司是世界上著名的高性能、低功耗、非易失性存儲器和數字集成電路的一流半導體制造公司。20世紀90年代初 ，atmel率先把mcs-51內核與其擅長的flash技術相結合，推出轟動世界的at89系列單片機。1997年，atmel挪威設計中心出于市場需求考慮，充分發(fā)

17、揮其flash技術優(yōu)勢，推出全新配置的精簡指令集（risc）單片機，簡稱avr。幾年來，avr單片機已形成系列產品，其attiny，at90，atmega分別對應為低、中、高檔產品4。1.2.2 avr單片機的現狀電子技術如今迅猛發(fā)展,尤其是單片機已廣泛地應用于軍事、工業(yè)、家用電器、智能玩具、便攜式智能儀表、機器人制作等領域,使產品功能、精度和質量大幅度提高,且電路簡單，故障率低，可靠性高，成本低廉。avr單片機價格低廉、可擦除1000次以上，不再有報廢品產生，且對掉電后數據的保存帶來方便，來電時能記住掉電時的工作狀態(tài)，給用戶帶來極高的可靠性，受到一致好評5。1.2.3 avr單片機的優(yōu)點 單

18、片機已廣泛地應用于軍事、工業(yè)、家用電器、智能玩具、便攜式智能儀表和機器人制作等領域，使產品功能、精度和質量大幅度提升，且電路簡單，故障率低，可靠性高，成本低廉。單片機種類很多，在簡易機器人制作和創(chuàng)新中。1） 簡便易學，費用低廉首先，對于非專業(yè)人員來說，選擇avr單片機的最主要原因，是進入avr單片機開發(fā)的門檻非常低，只要會操作電腦就可以學習avr單片機的開發(fā)。單片機初學者只需一條isp下載線，把編輯、調試通過的軟件程序直接在線寫入avr單片機，即可以開發(fā)avr單片機5系列中的各種封裝的器件。avr單片機因此在業(yè)界號稱“一線打天下”。其次，avr單片機便于升級。avr程序寫入是直接在電路板上進行

19、程序修改、燒錄等操作，這樣便于產品升級。再次，avr單片機費用低廉。學習avr單片機可使用isp在線下載編程方式(即把pc機上編譯好的程序寫到單片機的程序存儲器中)，不需購買仿真器、編程器、擦抹器和芯片適配器等，即可進行所有avr單片機的開發(fā)應用，這可節(jié)省很多開發(fā)費用。程序存儲器擦寫可達10000次以上，不會產生報廢品。2） 高速、低耗、保密首先，avr單片機是高速嵌入式單片機，avr單片機具有預取指令功能，即在執(zhí)行一條指令時，預先把下一條指令取進來，使得指令可以在一個時鐘周期內執(zhí)行。多累加器型，數據處理速度快。avr單片機具有32個通用工作寄存器，相當于有32條立交橋，可以快速通行。中斷響應

20、速度快。avr單片機有多個固定中斷向量入口地址，可快速響應中斷。其次，avr單片機耗能低。對于典型功耗情況，wdt關閉時為100na，更適用于電池供電的應用設備。有的器件最低1.8 v即可工作。再次，avr單片機保密性能好。它具有不可破解的位加密鎖lock bit技術，保密位單元深藏于芯片內部，無法用電子顯微鏡看到。3） i/o口功能強,具有a/d轉換等電路avr單片機的i/o口是真正的i/o口，能正確反映i/o口輸入/輸出的真實情況。工業(yè)級產品，具有大電流(灌電流)1040 ma,可直接驅動可控硅scr或繼電器，節(jié)省了外圍驅動器件。 avr單片機內帶模擬比較器，i/o口可用作a/d轉換，可組

21、成廉價的a/d轉換器。atmega48/8/16等器件具有8路10位a/d。 部分avr單片機可組成零外設元件單片機系統(tǒng)，使該類單片機無外加元器件即可工作，簡單方便，成本又低。 avr單片機可重設啟動復位,以提高單片機工作的可靠性。有看門狗定時器實行安全保護,可防止程序走亂飛,提高了產品的抗干擾能力。4） 有功能強大的定時器/計數器及通訊接口定時/計數器t/c有8位和16位,可用作比較器。計數器外部中斷和pwm(也可用作d/a)用于控制輸出，某些型號的avr單片機有34個pwm，是作電機無級調速的理想器件。avr單片機有串行異步通訊uart接口,不占用定時器和spi同步傳輸功能,因其具有高速特

22、性，故可以工作在一般標準整數頻率下,而波特率可達576k。5） 片內eepromeeprom 數據存儲器。它是作為一個獨立的數據空間而存在的，可以按字節(jié)讀寫。eeprom 的壽命至少為100,000 次擦除周期。eeprom 的訪問由地址寄存器、數據寄存器和控制寄存器決定。通過spi和jtag及并行電纜下載eeprom數據的操作6。 1.2.4 avr單片機的型號標識解釋1）型號緊跟的字母，表示電壓工作范圍。帶“v”：1.8-5.5v；若缺省，不帶“v”：2.7-5.5v。例：atmega48-20au，不帶“v”表示工作電壓為2.7-5.5v。2）后綴的數字部分，表示支持的最高系統(tǒng)時鐘。例：

23、atmega48-20au，“20”表示可支持最高為20mhz的系統(tǒng)時鐘。3）后綴第一（第二）個字母，表示封裝?！皃”：dip封裝，“a”：tqfp封裝，“m”：mlf封裝。例：atmega48-20au，“a”表示tqfp封裝。4）后綴最后一個字母，表示應用級別?！癱”：商業(yè)級，“i”：工業(yè)級（有鉛）、“u”工業(yè)級（無鉛）。例：atmega48-20au，“u”表示無鉛工業(yè)級。atmega48-20ai，“i”表示有鉛工業(yè)級7。1.2.5 avr 8-bit mcu的最大特點與其它8-bit mcu相比，avr 8-bit mcu最大的特點是：1） 哈佛結構，具備1mips / mhz的高速

24、運行處理能力。2） 超功能精簡指令集（risc），具有32個通用工作寄存器，克服了如8051 mcu采用單一acc進行處理造成的瓶頸現象。3） 快速的存取寄存器組、單周期指令系統(tǒng)，大大優(yōu)化了目標代碼的大小、執(zhí)行效率，部分型號flash非常大，特別適用于使用高級語言進行開發(fā)。4） 作輸出時與pic的hi/low相同，可輸出40ma（單一輸出），作輸入時可設置為三態(tài)高阻抗輸入或帶上拉電阻輸入，具備10ma-20ma灌電流的能力。5） 片內集成多種頻率的rc振蕩器、上電自動復位、看門狗、啟動延時等功能，外圍電路更加簡單，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。6） 大部分avr片上資源豐富：帶e2prom，pwm，rtc

25、，spi，uart，twi，isp，ad，analog comparator，wdt等。7） 大部分avr除了有isp功能外，還有iap功能，方便升級或銷毀應用程序。1.3 本論文的結構本論文包括五大部分，第一部分是緒論，其中描述了紅外無線通信技術的現狀，論文的結構和avr單片機的發(fā)展過程和現狀；第二部分是系統(tǒng)的整體設計，其中包括系統(tǒng)的整體框圖，硬件開發(fā)工具和軟件開發(fā)工具，講述了系統(tǒng)的設計的每個小框架，軟件和硬件的功能菜單的介紹；第三部分是硬件設計，包括cpu的選型，所選cpu的功能介紹，外圍電路的設計以及各模塊的功能介紹；第四部分是軟件設計，包括每個模塊的軟件設計流程圖，及主要代碼介紹；第五

26、部分是系統(tǒng)的實現，即系統(tǒng)的運行，介紹了軟硬件的運行結果。2 系統(tǒng)整體設計2.1 系統(tǒng)框圖圖2.1 系統(tǒng)框圖2.2 硬件開發(fā)工具2.2.1 protues簡介proteus軟件是來自英國labcenter electronics公司的eda工具軟件，proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它eda工具一樣的原理布圖、pcb自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動的，針對微處理器的應用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現軟件源碼級的實時調試，如有顯示及輸出，還能看到運行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，

27、您不需要別的，proteus為您建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境！尤其重要的是proteus lite可以完全免費，也可以花微不足道的費用注冊達到更好的效果;功能最強的proteus專業(yè)版也非常便宜，人人用得起，對高校還有更多優(yōu)惠。 proteus組合了高級原理布圖、混合模式spice仿真,pcb設計以及自動布線來實現一個完整的電子設計系統(tǒng)。此系統(tǒng)受益于15年來的持續(xù)開發(fā),被電子世界在其對pcb設計系統(tǒng)的比較文章中評為最好產品“the route to pcb cad”。proteus 產品系列也包含了我們革命性的vsm技術,用戶可以對基于微控制器的設計連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以

28、實時采用諸如led/lcd、鍵盤、rs232終端等動態(tài)外設模型來對設計進行交互仿真。 其功能模塊:個易用而又功能強大的isis原理布圖工具；prospice混合模型spice仿真; ares pcb設計. prospice 仿真器的一個擴展proteus vsm:便于包括所有相關的器件的基于微處理器設計的協(xié)同仿真。此外，還可以結合微控制器軟件使用動態(tài)的鍵盤，開關，按鈕，leds甚至lcd顯示cpu模型. 1)支持許多通用的微控制器,如pic,avr,hc11以及8051. 最新支持arm 2)互的裝置模型包括: led和lcd顯示,rs232終端,通用鍵盤,i2c，spi器件 3)強大的調試工

29、具,包括寄存器和存儲器,斷點和單步模式 4)iar c-spy 和keil uvision2等開發(fā)工具的源層調試 5)應用特殊模型的dll界面-提供有關元件庫的全部文件 6)最新版支持非常豐富仿真元件共7000多種，還有很多第三方模型。如mmc卡，以太網卡，ata硬盤，麥克風，等等。2.2.2 protues6新特點1)全部滿足我們提出的單片機軟件仿真系統(tǒng)的標準，并在同類產品中具有明顯的優(yōu)勢。 2)具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、rs232 動態(tài)仿真、i2c 調試器、spi 調試器、鍵盤和lcd 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生

30、器等。3)目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、avr 系列、pic12 系列、pic16 系列、pic18 系列、z80 系列、hc11系列以及各種外圍芯片。4)支持大量的存儲器和外圍芯片?？傊撥浖且豢?集單片機和spice 分析于一身的仿真軟件，功能極其強大，是其他任何一款軟件不能相比的。 圖2.2 硬件開發(fā)工具界面2.3 軟件開發(fā)工具此系統(tǒng)設計過程中使用的軟件工具是winavr。下面將介紹此軟件的安裝過程以及部分菜單項功能。2.3.1 winavr7的安裝1）運行光盤上的avr studio4.18setup.exe 程序進行安裝。方法一：a 打開“我的電腦” b

31、打開光盤驅動器所對應的盤符 c 雙擊光盤中 圖標 d 按照屏幕提示選定一個安裝路徑后進行安裝方法二： a 在“開始”菜單中選擇運行項目 b 在“運行”對話框中填入“drive:setup.exe” c 按“確定”鍵開始安裝 d 其余同方法一注意：按上述方法進行安裝后得到的是一個只可以使用30 天的未注冊版對正式版，用戶還要進行第二步的注冊才可得到一個無時間限制的正式版，win avr 正式版分標準版和專業(yè)版，在標準版中有一些功能限制，如代碼的壓縮工程和文件的配置檢查，在標準版中不可以使用13。2.3.2 avr studio 的安裝 點擊 圖標進行安裝，其他步驟與winavr相似。圖2.3 軟

32、件開發(fā)工具界面2.3.3 avr studio的部分菜單功能介紹1）彈出菜單在 avr studio 環(huán)境中單擊右鍵，那么avr studio會根據實際情況彈出相應的工具菜單。2）file menu 文件菜單new：新建一個文件，你可在編輯窗口是輸入文字或代碼。open：打開一個已以經存在的文件用于編輯文件用瀏覽窗口選擇。save： 保存當前文件，如果環(huán)境設置中設置了保存?zhèn)浞菸募?，則將原文件以.形式保存。save as：將當前文件用另外一個名稱來保存。close：關閉當前文件，如果文件有過修改系統(tǒng)會進行提示。save all：保存所有打開的文件。print ：打印當前文件。exit ：退出av

33、r studio的ide 環(huán)境。 3）edit menu ：編輯菜單。undo：撤消最后一次的修改。redo：撤消最后一次的undo。cut：剪切選擇的內容到剪帖板。copy ：拷貝選擇的內容到剪帖板。paste ：將剪帖板內容粘帖在當前光標的位置。delete： 刪除選擇的內容。find ：在編輯窗口中尋找一個文本。find in files.：在所有文件中尋找一個文本。 4）project menu：工程菜單。new project：創(chuàng)建一個新的工程文件。open project：打開一個已經存在的工程文件。close project ：關閉當前的工程文件。configeration op

34、tion：打開工程編譯選項對話框。save project ：保存當前工程。 5）build menu:構筑菜單。 build:構筑當前文件。rebuild all ：重新構筑全部文件， 注意在版本升級后對原有工程最好全部重新構 筑。3 仿真硬件電路設計3.1 cpu選型3.1.1 atmega16簡介atmega168是基于增強的avr risc 結構的低功耗8位cmos微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，atmega16 的數據吞吐率高達1mips/mhz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。atmega16 avr 內核具有豐富的指令集和32 個通用工作寄存器

35、。所有的寄存器都直接與運算邏單元(alu) 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結構大大提高了代碼效率，并且具有比普通的cisc 微控制器最高至10 倍的數據吞吐率。3.1.2 atmega16 特點1)高性能、低功耗的8位avr微處理器 2)先進的risc 結構 -131條指令 -大多數指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期 -32個8位通用工作寄存器 -全靜態(tài)工作 -工作于16mhz時性能高達16mips -只需兩個時鐘周期的硬件乘法器 3)非易失性程序和數據存儲器 -16k 字節(jié)的系統(tǒng)內可編程flash，擦寫壽命: 10,000次 -具有獨立鎖定位的可選boot代碼

36、區(qū)，通過片上boot程序實現系統(tǒng)內編程，真正 的同時讀寫操作 -512 字節(jié)的eeprom，擦寫壽命: 100,000次 -1k字節(jié)的片內sram -可以對鎖定位進行編程以實現用戶程序的加密 4)jtag 接口( 與ieee 1149.1 標準兼容) -符合jtag 標準的邊界掃描功能 -支持擴展的片內調試功能 -通過jtag 接口實現對flash、eeprom、熔絲位和鎖定位的編程 5)外設特點 -兩個具有獨立預分頻器和比較器功能的8位定時器/計數器 -一個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數器 -具有獨立振蕩器的實時計數器rtc -四通道pwm -8路10位adc，8個單端

37、通道，2個具有可編程增益（1x, 10x, 或200x）的差分 通道 -面向字節(jié)的兩線接口 -兩個可編程的串行usart -可工作于主機/ 從機模式的spi 串行接口 -具有獨立片內振蕩器的可編程看門狗定時器 -片內模擬比較器 6)特殊的處理器特點 -上電復位以及可編程的掉電檢測 -片內經過標定的rc振蕩器 -片內/片外中斷源 -l 6種睡眠模式: 空閑模式、adc 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、standby 模式以及擴展的standby模式 7)i/o和封裝 -32個可編程的i/o口 -40引腳pdip封裝, 44引腳tqfp封裝, 與44引腳mlf封裝 -工作電壓: -atmega1

38、6l：2.7 - 5.5v -atmega16：4.5 - 5.5v 8)速度等級 -8mhz atmega16l -0-16mhz atmega16 9)atmega16l在1mhz, 3v, 25c時的功耗 -正常模式: 1.1 ma -空閑模式: 0.35 ma -掉電模式: 1 a3.1.3 atmega89 的特點1） 高性能、低功耗的8位avr微控制器，先進的risc精簡指令集結構 130條功能強大的指令，大多數為單時鐘周期指令 32個8位通用工作寄存器 工作在16mhz時，具有16mips的性能 片內集成硬件乘法器（執(zhí)行速度為2個時鐘周期） 2）片內集成了較大容量的非易失性程序和

39、數據存儲器以及工作存儲器 8k字節(jié)的flash程序存儲器，擦寫次數：10000次 支持可在線編程（isp）、可在應用自編程（iap） 帶有獨立加密位的可選boot區(qū)，可通過boot區(qū)內的引導程序區(qū)（用戶自己 寫入）來實現iap編程。 512個字節(jié)的e2prom，擦寫次數：100000次 1k字節(jié)內部sram 可編程的程序加密位 3）豐富強大的外部接口（peripheral）性能 2個具有比較模式的帶預分頻器（ separate prescale）的 8位定時/計數器 1個帶預分頻器 （separat prescale），具有比較和捕獲模式的 16位定時 計數器 1個具有獨立振蕩器的異步實時時鐘

40、（rtc） 3個pwm通道，可實現任意16位、相位和頻率可調的pwm脈寬調制輸出 8通道 a/d轉換（ tqfp、mlf封裝），6路10位 a/d+2路8位a/d 6通道 a/d轉換（ pdip封裝），4路10位a/d+2路8位a/d 1個i2c的串行接口，支持主/從、收/發(fā)四種工作方式，支持自動總線仲裁 1個可編程的串行usart接口，支持同步、異步以及多機通信自動地址識別 1個支持主/從（master/slave）、收/發(fā)的spi同步串行接口 帶片內rc振蕩器的可編程看門狗定時器 片內模擬比較器 4）特殊的微控制器性能 可控制的上電復位延時電路和可編程的欠電壓檢測電路 內部集成了可選擇頻率

41、（l/2/4/8mhz）、可校準的rc振蕩器 外部和內部的中斷源18個 五種睡眠模式：空閑模式（idle）、adc噪聲抑制模式（adc noise reduction）。 省電模式（powersave）、掉電模式（powerdown）、待命模式（standby）。 5）i/o口和封裝 最多23個可編程i/o口，可任意定義i/o的輸入/輸出方向；輸出時為推挽輸 出，驅動能力強，可直接驅動led等大電流負載：輸入口可定義為三態(tài)輸入， 可以設定帶內部上拉電阻，省去外接上拉電阻。 28腳pdip封裝，32腳tqfp封裝和 32腳mlf封裝。 6）寬工作電壓 2.7v-5.5v（atmega8l） 4.

42、5v-5.5v（atmega8） 7）高運行速度 0-8mhz（atmega8l） 0-16mhz（ atmega8） 8）低功耗 正常模式（ active）：3.6ma 空閑模式（ idle mode）：1.0 ma 掉電模式（ powerdown mode）：0.5ua3.2 單片機外圍電路設計外圍電路主要包括時鐘電路的設計、單片機所需引腳的鏈接、紅外接收頭電路的設計以及按鍵的設計。3.2.1 時鐘電路的設計單片機的時鐘信號用兩種方式得到：內部振蕩方式和外部振蕩方式。本次設計應用的是的內部振蕩方式電路。atmega16芯片有如下幾種通過flash熔絲位進行選擇的時鐘源。時鐘輸入到avr時鐘

43、發(fā)生器，再分配到相應的模塊。表3.1 本系統(tǒng)中使用的是標定的內部rc振蕩器10。3.2.2 電機外圍電路的設計 圖3.1 電機外圍電路本系統(tǒng)中對電機應用的是pwm調速方式。場效應管在這里起到開關的作用。當柵極和源極之間的電壓大于開啟電壓時，場效應管導通，電機轉動；當柵極和源極的電壓小于開啟電壓時，場效應管截止，電機停止轉動。電機的轉速通過脈沖方式進行調節(jié)，即通過改變高電平的占空比來調節(jié)電機轉速。當提高高電平的占空比時，電機轉速增加；當降低高電平的占空比時，電機轉速減少。 而高電平的占空比或者說時鐘脈沖的形狀通過單片機mega16來控制。 3.2.3 單片機的引腳連接設計 單片機的引腳連接如圖3

44、.2所示。 圖3.2 單片機的引腳連接3.2.4 紅外接收頭 irlink 圖3.3 紅外接收頭 到目前為止，紅外遙控協(xié)議11已多達十種， 如： rc5、 sircs、 sony、 recs80、denon、nec、motorola、japanese、samswng 和 daewoo 等。我國家用電器的紅外遙控器的生產廠家，其編碼方式多數是按上述的各種協(xié)議進行編碼的，而用得較多的有 nec協(xié)議。這里，兼容的協(xié)議是sonysric。protues isis提供了兼容sony sirc協(xié)議的紅外信號接收組件irlink,具備一體化紅外接收頭的全部功能，使得在虛擬環(huán)境設計紅外遙控仿真系統(tǒng)成為可能。本

45、文使用pic微控制器模擬紅外遙控發(fā)射端，接收端irlink組件將解調信號送入另一片負責解碼的微控制器，通過編寫c程序，實現了虛擬平臺紅外遙控信號的收發(fā)設計仿真，并在實物應用電路通過驗證測試。 對于大量消費類電子產品中普遍使用的基于紅外線的遙控設備，由于它能有效的隔離電氣干擾，且不易影響其他電器正常運行等諸多優(yōu)點而得到廣泛應用。紅外遙控系統(tǒng)設備一般由遙控發(fā)射器、紅外接收頭、微控制器及接口電路組成。其中遙控發(fā)射器用來發(fā)射由一組串行二進制脈沖碼構成的遙控信號。為避免傳輸過程中受其他信號干擾，通常將其調制到特定的紅外載波頻率上，然后通過紅外發(fā)射二極管輸出。紅外接收裝置要濾除雜波，對特定頻率信號進行解調

46、，還原出二進制脈沖碼。常用的紅外接收裝置一體化紅外接收頭，其內部結構如圖3.4所示圖3.4 紅外接收頭內部結構 它由pin光敏二極管、低噪音放大器、限幅器、帶通濾波器、解調器以及積分器、比較器電路等集成在一起，解調出的遙控編碼信號輸入微控制器，微控制器將根據相應的紅外協(xié)議編碼格式解碼，并控制設備執(zhí)行相應的遙控動作。sirc協(xié)議使用脈寬調制（pulse width modulation）,由下圖3.5可知，邏輯“1”、“0”分別用1.2ms和600us的載波脈沖寬度表示，載波脈沖之間用600us的固定空閑周期分隔。 圖3.5 sirc協(xié)議脈寬調制 sirc 紅外數據信號格式如下圖3.6所示，在發(fā)

47、送12位編碼時，sirc協(xié)議以24ms的脈沖寬度信號作為起始信號，隨后是600us的標準空間間隔周期，接下來再發(fā)送7位命令與5位地址，且都是從低位開始發(fā)送。圖中所示編碼中的7位命令碼位“0010011”，5位地址碼為“00001”。圖3.6 sirc 紅外數據信號格式 在本系統(tǒng)中紅外遙控收發(fā)仿真部分，電路中共使用了兩片pic微控制器。由于當前版本的protues中尚沒有發(fā)送sirc載波與編碼的仿真元器件，故使用picatmega8生成載波信號，調制發(fā)送自定義的sirc協(xié)議編碼；picatmega16則通過兼容sirc的irlink組件接收并解調紅外信號。前者充當了“紅外遙控器”的角色，后者則是

48、“受控設備”。 當按下仿真電路中“發(fā)射器”端任意按鍵時，對應的12bit編碼將被“發(fā)射”到接收端的紅外接收頭（irlink）接收，經pic16f877a微控制器c程序解碼后，12bit的編碼將顯示在lcd顯示屏上，并控制電機轉速。 3.2.5 lcd顯示模塊pg160128a為一個128行160列的點陣液晶屏，他能顯示各種字符、圖形、漢字，基于t6963c內核控制，自帶字符庫，同時用戶也可以自己建立漢字、圖形庫，其在proteus中的元器件圖形如下： 圖3.7 lcd顯示模塊 液晶屏12的種類也有很多，我們經常用到的液晶屏包括：ampire128*64；lgm12641bs1r；lm016l；

49、lm020l；lm017l等等。前兩種為不帶字庫的漢字、圖形點陣液晶屏，共64行，128列，能顯示4行8列32個16*16點陣漢字或4行16列64個16*8點陣字符或者最大128*64點陣圖形。也有帶字庫的12864，功能一樣。后幾種則是帶字庫的字符點陣，不能顯示圖形。lm016l為能顯示2行16列32個字符的液晶屏；lm020l為能顯示1行16列16個字符的液晶屏；lm017l為能顯示2行32列16個字符的液晶屏。由以上介紹可知：后3種液晶不能顯示圖形，所以最先排除，因為游戲中地圖都是以圖形的形式掃描進去的；前2種液晶雖然可以顯示圖形，但屏幕較小顯示不完所有游戲界面的內容，光就地圖顯示就需要

50、128*144點陣的屏幕，而這兩種都是128*64的液晶屏，所以必須找一種更大的液晶顯示屏。最后找到pg160128a液晶屏。很明顯，這塊液晶屏是160*128點陣的屏幕，除了滿足地圖顯示外還可以顯示其他記錄信息，如關數顯示、時間顯示、步數顯示等等，完全滿足設計要求。這塊液晶和以上的很不一樣，它基于t6963c內核，引腳更多，功能更復雜，指令集也更多。各引腳的功能描述如表3.2：表3.2引腳序列引腳名稱引腳功能描述1fg信號設計引腳，此引腳為一個輸出引腳，在電路連接時懸空2vdd電源引腳，外接5v工作電壓3vss地引腳,接地4con功能不詳，在電路連接時懸空5wr寫信號腳，當引腳為低電平時數據

51、寫入t6963c中6rd讀信號腳，當引腳為低電平時數據從t6963c中讀出7ce使能信號腳，正常工作時此腳接地，當為高電平時cpu不能與t6963c通信8c/d指令、數據信號腳：當引腳為高電平且wr = l時可以寫入指令；當引腳為高電平且rd = l時可以讀t6963c狀態(tài)；當引腳為低電平且wr = l時可以寫入數據；當引腳為低電平且rd = l時可以讀出數據1118d0d7數據引腳，用于液晶屏與單片機之間的數據通信10rst復位引腳，低電平有效，起復位作用，器件內部集成了上拉電阻，正常工作時此引腳接電源19fs1字形選擇引腳fs1，用于選擇字形，當為高電平時是5*8點陣字體，當為低電平時是8*8點陣字體3.2.6 按鍵設計 按鍵設計如下： 圖3.8 按鍵設計當按下第一個鍵時，如果電機速度小于920，則速度加上100