智能型充電器的電源和顯示的設(shè)計(jì)—畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文）

1、 南 京 工 程 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)作 者： 學(xué) 號： 系 部： 自動(dòng)化 專 業(yè)： 自動(dòng)化 題 目： 智能型充電器的電源和顯示的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)者： 副教授 評閱者： 2013 年06 月 南 京畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要lcd液晶顯示已經(jīng)是人機(jī)界面的關(guān)鍵技術(shù)。本文對基于單片機(jī)的lcd液晶顯示器控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。首先在緒論中介紹了本課題的課題背景、研究意義及完成的功能。本系統(tǒng)是以單片機(jī)的基本語言匯編語言來進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲空間。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡潔明了。使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。正文中首先簡單描述系統(tǒng)硬件

2、工作原理，且附以系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖，并介紹了單片機(jī)微處理器的發(fā)展史，論述了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所應(yīng)用的各硬件接口技術(shù)和各個(gè)接口模塊的功能及工作過程, 并描述了8052、8279及sed1520外接電路接口的軟、硬件調(diào)試。其次闡述了程序的流程和實(shí)現(xiàn)過程。本文撰寫的主導(dǎo)思想是軟、硬件相結(jié)合，以硬件為基礎(chǔ)，來進(jìn)行各功能模塊的編寫。最后對我所開發(fā)的用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)lcd液晶顯示器控制原理的設(shè)計(jì)思想和軟、硬件調(diào)試作了詳細(xì)的論述。 關(guān)鍵詞單片機(jī)；微處理器；lcd； 8279畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要abstractthe lcd manifestation has been the key technique of

3、 the man-machine interface. this text to basic proceeded the research in micro controller unit liquid crystal display control system. introduced the lesson a background of this lesson and study meaning and finished functions in introduction first. this system edits collected materials the language t

4、o proceed with single the basic language of a machine the software designs, the instruction carries out the speed quick, save memory. for the sake of easy to expand with the design adoption mold a logic for turning construction, making procedure designing relation that change, software more shorter

5、and more easier to understand. make hardware control in software descended to moderate the operation. the text inside describes the system hardware work principle in brief first, and attach with the system hardware design frame diagram, combine development history that introduced the single a machin

6、e microprocessor, discuss this graduate design a function for applied each hardware connecting a people the technique connects with each one a mold piece and work processes, combine to describe in a specific way 8052,8279 and the sed1520 circumscribes the electric circuit connects oscular and soft,

7、the hardware adjusts to try. expatiated the process of the procedure the next in order with realizes process. the predominance thought that this text compose is soft, the hardware combines together, regarding hardware as the foundation, proceed the plait of each function mold piece write. develop to

8、 me finally of use the single a machine realizes the design thought that the liquid crystal display of lcd control principle with soft, the hardware adjusted to try to make the detailed treatise. keywords micro controller unit microprocessor lcd 8279 南 京 工 程 學(xué) 院畢 業(yè) 論 文作 者： 學(xué) 號： 系 部： 自動(dòng)化 專 業(yè)： 自動(dòng)化 題 目

9、： 智能型充電器的電源和顯示的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 2013年06月 南 京畢 業(yè) 論 文 中 文 摘 要 lcd液晶顯示已經(jīng)是人機(jī)界面的關(guān)鍵技術(shù)。本文對基于單片機(jī)的lcd液晶顯示器控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。首先在緒論中介紹了本課題的課題背景、研究意義及完成的功能。本系統(tǒng)是以單片機(jī)的基本語言匯編語言來進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲空間。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡潔明了。使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。正文中首先簡單描述系統(tǒng)硬件工作原理，且附以系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖，并介紹了單片機(jī)微處理器的發(fā)

10、展史，論述了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所應(yīng)用的各硬件接口技術(shù)和各個(gè)接口模塊的功能及工作過程, 并描述了8052、8279及sed1520外接電路接口的軟、硬件調(diào)試。其次闡述了程序的流程和實(shí)現(xiàn)過程。本文撰寫的主導(dǎo)思想是軟、硬件相結(jié)合，以硬件為基礎(chǔ)，來進(jìn)行各功能模塊的編寫。最后對我所開發(fā)的用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)lcd液晶顯示器控制原理的設(shè)計(jì)思想和軟、硬件調(diào)試作了詳細(xì)的論述。關(guān)鍵詞 單片機(jī)；微處理器；lcd； 8279畢 業(yè) 論 文 外 文 摘 要title the design of a charger of intelligence abstractthe lcd manifestation has been the

11、key technique of the man-machine interface. this text to basic proceeded the research in micro controller unit liquid crystal display control system.introduced the lesson a background of this lesson and study meaning and finished functions in introduction first.this system edits collected materials

12、the language to proceed with single the basic language of a machine the software designs, the instruction carries out the speed quick, save memory. for the sake of easy to expand with the design adoption mold a logic for turning construction, making procedure designing relation that change, software

13、 more shorter and more easier to understand. make hardware control in software descended to moderate the operation.the text inside describes the system hardware work principle in brief first, and attach with the system hardware design frame diagram, combine development history that introduced the si

14、ngle a machine microprocessor, discuss this graduate design a function for applied each hardware connecting a people the technique connects with each one a mold piece and work processes, combine to describe in a specific way 8052,8279 and the sed1520 circumscribes the electric circuit connects oscul

15、ar and soft, the hardware adjusts to try. expatiated the process of the procedure the next in order with realizes process. the predominance thought that this text compose is soft, the hardware combines together, regarding hardware as the foundation, proceed the plait of each function mold piece writ

16、e.develop to me finally of use the single a machine realizes the design thought that the liquid crystal display of lcd control principle with soft, the hardware adjusted to try to make the detailed treatise.keywords micro controller unit microprocessor lcd 8279前言隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn)，對高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求

17、也越來越大。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。因此需要對充電過程進(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)在競爭中領(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。由于程序存儲器為flash，因此可以不用象mask rom一樣，有幾個(gè)軟件版本就庫存幾種型號。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

18、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 是目前唯一的針對像 “c”這樣的高級語言而設(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，隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn)，對高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來越大。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

19、電。因此需要對充電過程進(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。電池充電是通過逆向化學(xué)反應(yīng)將能量存儲到化學(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度充電而損壞電。目前，市場上賣得最多的是旅行充電器，但是嚴(yán)格從充電電路上分

20、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，隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn)，對高性能、小尺寸、輕重量的電池充電器的需求也越來越大。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，需要對充電過程進(jìn)行更精確地監(jiān)控(例如對充、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)測電路、電池溫度檢測電路、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)前市場上能夠以單片方式提供flash、eeprom 和10

21、 位adc的最高效的8 位risc 微處理器。由于程序存儲器為flash，因此可以不用象mask rom一樣，有幾個(gè)軟件版本就庫存幾種型號。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 是目前唯一的針對象 “c”這樣的高級語言而設(shè)計(jì)的8 位微處理器。1.1.2常見充電

22、電池特性及其充電方式電池充電是通過逆向化學(xué)反應(yīng)將能量存儲到化學(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妷骸⒊潆婋娏骱碗姵販囟冗M(jìn)行精確地測量，在充滿電的同時(shí)避免由于過充電造成的損壞。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)值來表示。例如，電池的容量為750

23、 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。過熱 電池充電是將電能傳輸?shù)诫姵氐倪^程。能量以化學(xué)反應(yīng)的方式保存了下來。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)停止充電就會造成電池的損壞。因此，在設(shè)計(jì)電池充電器時(shí)，對溫度進(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

24、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。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程的初期電池過熱。只要電池單元電壓不超過生產(chǎn)商的規(guī)定( 典型值為2.2v)， sla 電池可以無限制地充電。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

25、。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。由于過充電會造成nimh 電池的失效，在充電過程中進(jìn)行精確地測量以在合適的時(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

26、程的初期電池過熱。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)市場是百花齊放。atmel在這種強(qiáng)大市場壓力下，發(fā)揮flash存儲器的技術(shù)特長，于1997年研發(fā)并推出了個(gè)新配置的、采用精簡指令集risc(reduced instruction se

27、t cpu)結(jié)構(gòu)的新型單片機(jī)，簡稱avr單片機(jī)。 精簡指令集risc結(jié)構(gòu)是20世紀(jì)90年代開發(fā)出來的，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)入市場的時(shí)間，簡化系統(tǒng)的維護(hù)和支持，對于由單片機(jī)組成的嵌入式系統(tǒng)來說，用高級語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語言（例如c語言、basic語言）來編寫嵌入式系統(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

28、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)，所以它的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是分開組織和尋址的。尋址空間分別為可直接訪問8m字節(jié)的程序存儲器和8m字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器。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存儲器兩種方

29、式來訪問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)，通過片上boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程

30、。512 字節(jié)的eeprom，可連續(xù)擦寫100,000 次。1k字節(jié)的片內(nèi)sram，可以對鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密。(4) 可通過jtag接口實(shí)現(xiàn)對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，能對來自端口a的8位單端輸入電壓進(jìn)行采樣。(9) 工作電壓：2.75.5v。速度等級：08mhz。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f

31、lash程序存儲器。由于avr采用16位的指令，所以一個(gè)程序存儲器的存儲單元為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，即對程序存儲和數(shù)據(jù)存取使用不同的存儲器和總線。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)?？啥啻尾翆懙膄lash具

32、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)而不必浪費(fèi)1c或電路板，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量及競爭力。4.超功能精簡指令。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，1284k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，也就是說不必將單片機(jī)芯片從系統(tǒng)上拆下，拿到萬用編程器上燒寫，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，尤其是采用smd封裝，更利

33、于產(chǎn)品微型化。6.工作電壓范圍為2.7v6.0v,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)

34、過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，通過電壓對其顯示區(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

35、成充電器設(shè)計(jì)的lcd顯示部分，其主要涉及的知識包括：(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)鍵問題是如何用atmega16l芯片控制lcd模塊及用c語言編制相應(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題也越來越多，逐漸引入了高級語言，c語言就是其中的一種。在大一時(shí)就曾接觸過c語言，由于時(shí)間較短，重視程度不夠，后來又一直沒用過，只能對它有一個(gè)大概的了解。而對于avr單片機(jī)的相關(guān)知識和液晶顯示

36、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12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38周1. 自學(xué)這次課題所涉及的相關(guān)內(nèi)容，包括c語言基礎(chǔ)知識，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912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

37、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1315周焊接調(diào)試電路，根據(jù)各部分的作用對硬件電路進(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)過前面對充電器原理、液晶模塊、atmega16l等的總體了解和掌握以及對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方式的兩種接口電路，然后對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

38、用到的各種芯片和元器件的原理和一些功能，最后對protel99的使用和pcb板的繪制以及焊接做一簡單介紹，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) 直接訪問方式pd0pd1pd2pd3pd4pd5pd6pd7rdwep2.3p2.2p2.1p2.0db0db1db2db3db4db5db6db7gndvccv0e/csa/csbr/wd/i10k 數(shù)據(jù)總線 gnd +5v電位器 負(fù)電源 1

39、 32 74ls00a11a10a9a8mpu 圖2-1 直接訪問方式電路圖 lcm接口直接訪問方式就是將液晶顯示模塊的接口作為存儲器或i/o設(shè)備直接掛在單片機(jī)總線上，單片機(jī)以訪問存儲器或i/o設(shè)備的方式操作液晶顯示模塊的工作。直接訪問方式的接口電路如圖2-1所示，在圖中，單片機(jī)通過高位地址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信號控制寄存器的選擇，e(使能)信號由rd和we共同產(chǎn)生，這樣就實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對液晶顯示模塊的電路邊接。電位器用于顯示對比度的調(diào)節(jié)。(二)間接控制方式 p1.7 p1.6

40、 p1.5 p1.4 p1.3 p1.2 p1.1 p1.0 p3.4 p3.3 p3.2 p3.1 p3.0db7db6db5db4db3db2db1db0/csa/csber/wd/ivccv0gnd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)通過對這些接口的操作，以達(dá)到對液晶顯示模塊的控制。這種方式的特點(diǎn)就是電路簡單，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

41、端，p3.1為r/w和p3.0為d/i信號。電位器用于顯示對比度的調(diào)節(jié)。通過比較再結(jié)合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際條件，由于atmega16l芯片沒有wr、rd管腳，而且為了使電路簡單且方便軟件實(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主要引腳說明以下是atmega16l的引腳配置： 圖2-3 atmega16l芯片引腳引腳說明：vcc 數(shù)字電路的電源gnd 地端口a(pa7pa0) 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稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為

42、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(pb7pb0) 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(pc7pc0) 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)位過程中

43、，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(pd7pd0) 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。avccavcc是端

44、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)通過一個(gè)低通濾波器與vcc相連。arefa/d 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。2.2.2 atmega16l的存儲器avr結(jié)構(gòu)有兩個(gè)主要的存儲空間：數(shù)據(jù)存儲器空間和程序存儲器空間，此外，atmega16l還有一個(gè)eeprom存儲器以保存數(shù)據(jù)。這三個(gè)存儲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，用于存儲程序指令代碼。因?yàn)閍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)，分開來考慮。f

45、lash存儲器至少可以擦寫10,000次。atmega16l的程序存儲器為13位，因此可以尋址8k的存儲器空間。關(guān)于用spi 或jtag 接口實(shí)現(xiàn)對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可以通過所有上述的尋址模式進(jìn)行訪問。(3) atmega16l 包含512 字節(jié)的eeprom 數(shù)據(jù)存儲器。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10

46、0,000 次擦除周期。eeprom 的訪問由地址寄存器、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，則可延長復(fù)位周期。vcc vpot vpotrese

47、t vrst vrsttime-outinterinal 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。vccreset vrsttime-out ttoutinternalreset 圖2-7 外部復(fù)位時(shí)序圖(3) 看門狗復(fù)位?？撮T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 cycletime-out reset ttout t

48、ime-outinternal reset 圖2-8 看門狗復(fù)位時(shí)序圖(4) 掉電檢測復(fù)位。掉電檢測復(fù)位功能使能，且電源電壓低于掉電檢測復(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

49、結(jié)合到本次設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，經(jīng)過比較還是選用點(diǎn)陣型lcd?，F(xiàn)就點(diǎn)陣型lcd的顯示原理、模塊特點(diǎn)等做一簡要介紹。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1616點(diǎn)陣

50、，而每個(gè)字符的大小是816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)輸出該字符對應(yīng)的字符庫中的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19264點(diǎn)陣，其中，它們的每8個(gè)像素行組成一頁，整個(gè)顯示區(qū)共分為8頁，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 127128 129 191db0db7第0頁第七頁db0db7 圖2-9 液晶屏顯示區(qū)示

51、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cs1cs2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，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；它位于第一頁和第二頁，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(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，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