基于AVR單片機的電子計時器軟硬件設(shè)計品

1、三 江 學(xué) 院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 基于AVR單片機的電子計時器軟硬件設(shè)計 電子信息學(xué)院 院（系） 電子通信工程 專業(yè)學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 職稱 指導(dǎo)教師工作單位 三江學(xué)院 起訖日期 3月1日6月3日 摘 要在電子計時器的系統(tǒng)中，AVR單片機最小系統(tǒng)以及少量的外圍電路是最基本的電路系統(tǒng)，外圍電路有比如顯示模塊。此次的任務(wù)設(shè)計所用到的芯片主要是mega16芯片，是以其為核心而設(shè)計出來的。通過AVR單片機的I/O口控制外圍電路。整個系統(tǒng)由復(fù)位模塊、按鍵模塊、數(shù)碼管模塊，蜂鳴器模塊4個模塊組成。本設(shè)計從avr單片機IO口的使用方法為切入點，使用ATmega16的內(nèi)部時鐘分頻電路，從而確定

2、出內(nèi)部的機器周期。再通過對內(nèi)部中斷程序的設(shè)置來設(shè)計出定時程序，即設(shè)計出了電子計時器的核心。然后在核心電路的基礎(chǔ)上設(shè)計出了相應(yīng)的外圍電路，使本設(shè)計能更好的完成任務(wù)要求。關(guān)鍵詞：AVR單片機；數(shù)碼管；蜂鳴器ABSTRACTElectronic timer with AVR minimum system microcontroller as the core to peripheral circuits designed in our day long life in a wide range of uses, such as our area, large construction install

3、ation in the alarm system and so on are widely used electronic timer example.In the system of the electronic timer, AVR minimum system of the MCU and peripheral circuit a circuit system is the most basic, peripheral circuits such as the display module. The use of task design the main chip is mega16

4、chip, its core is designed. Through the AVR microcontroller I/O port control circuit. The whole system consists of a reset module, a key module, digital control module, a buzzer module 4 modules.From the design method of using AVR microcontroller IO port as the breakthrough point, the internal clock

5、 frequency dividing circuit using ATmega16, so as to determine the internal machine cycle. Then the internal interrupt program to design timing program, which designed the core of the electronic timer. Then based on the core circuit is designed corresponding peripheral circuit, the design can better

6、 to complete the task requirements.Keywords: AVR microcontroller; digital tube; the buzzer目 錄第一章 關(guān)于AVR單片機11.1 AVR單片機的發(fā)展11.2 ATmega16單片機的特點21.3 ATmega16單片機3第二章 方案設(shè)計與論證6第三章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖7第四章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計94.1 顯示部分電路的設(shè)計94.1.1 LED數(shù)碼顯示管的基本原理94.1.2 數(shù)碼管顯示模塊分析94.1.3 LED顯示電路124.2 控制部分電路的設(shè)計144.2.1復(fù)位模塊144.3蜂鳴器電路的設(shè)計164.3.

7、1 無源蜂鳴器跟有源蜂鳴器的區(qū)別164.4 按鍵模塊設(shè)計194.4.1按鍵模塊原理圖194.4.2 四角按鍵封裝形式及參考尺寸20第五章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計215.1 總體系統(tǒng)的設(shè)計思路215.2 計時程序215.3 報警程序21第六章 系統(tǒng)電路的制作與調(diào)試226.1 電路硬件焊接制作226.2 調(diào)試的主要方法226.3 系統(tǒng)調(diào)試226.3.1 硬件調(diào)試226.3.2 軟件調(diào)試236.3.3 聯(lián)機調(diào)試236.3.4調(diào)試中遇到的問題及解決方法23結(jié)束語24致 謝25參考文獻26附錄A 電子計時器原理圖27附錄B 元器件清單28三江學(xué)院2014屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）第一章 關(guān)于AVR單片機1.1 A

8、VR單片機的發(fā)展AVR單片機是Atmel公司最近幾年發(fā)布的一款在精簡指令集指令架構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計出來的一款的具有很高性能指標，比較低的功耗的8位MCU。我們?nèi)粘Ｉ钪型ǔＶv的精簡指令集RISC(Reduced Insstruction Set Computer)是上個世紀90年代左右發(fā)明出來的，不得不說這款單片機是綜合了半導(dǎo)體集成技術(shù)以及必要的軟件技術(shù)性能的最新的微處理器，只是針對復(fù)雜指令集CISC（Complex Instruction Set Ccomputer）和精簡指令集相比而言。精簡指令集RISC很巧妙的避免傳統(tǒng)的復(fù)雜的指令運行模式，改之先使用頻率經(jīng)過最高的簡單指令，因為其不再使用不變

9、的指令長度，從而減少了指令尋址方式的運行周期，從而剪斷指令周期，因此增加了單片機微處理器的運算速度。AVR之所以具備了MIPS/MHzd 高速處理性能的能力，就是因為其采用這種精簡指令集機構(gòu)， AVR單片機的快速存取寄存器由32個通用寄存器組成。所有32個通用寄存器直接與邏輯運算單元（ALU）連接，單個寄存器都可以取代累加器工作，這使得微處理器可以在執(zhí)行當前指令時從而取出要執(zhí)行的下一條指令，這樣就避免了傳統(tǒng)的累加器結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的累加器和存儲器之間的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸效應(yīng)，提高了系統(tǒng)運算速度。 我們知道在以往的的精簡指令集RISC的結(jié)構(gòu)中， 分頻降低到內(nèi)部執(zhí)行周期的不是內(nèi)部的時鐘分頻系統(tǒng)而是MCU的外部晶

10、振的時鐘頻率。但是AVR單片機有內(nèi)部集成 時鐘系統(tǒng)是沒有對外部時鐘分頻的，它可以執(zhí)行一條指令通過一個時鐘周期來實現(xiàn)。 AVR單片機與c51不同的是avr只采用采用哈佛（Harvard）的總線結(jié)構(gòu)，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是嚴格分開的。微處理器直接訪問所有的ROM和RAM。 AVR單片機為什么會有ISP的功能？答案就是Atmel公司在AVR單片機上面使用了密度比較大的的不容易丟失的存儲器技術(shù)，也就是說在程序運行時，也可以對電路系統(tǒng)進行重新編譯。 AVR單片機越來越成為人們首選的一種高靈活降低開發(fā)成本的處理器，在avr高端產(chǎn)品中ATmega公司在部分單片機系統(tǒng)上綜合了在線調(diào)試的功能，這就使得用戶可以

11、很方便的隨意更改程序，同時用戶也看可以通過JATG實現(xiàn)在線調(diào)試以及下載的功能。 用高級語言編寫比如C以及BASIC語言已經(jīng)成為了一種行業(yè)趨勢，而avr不但支持匯編也支持c和basic。高級語言可以幫助用戶更好的進行移植方便業(yè)內(nèi)技術(shù)的交流。1.2 ATmega16單片機的特點 ATmega16單片機的ATmega系列AVR單片機內(nèi)部具有接口豐富，功能齊全，特性價格比較高的產(chǎn)品等優(yōu)點。如下：功耗較低以及運行性能較高的8位微處理器系統(tǒng)。先進的精簡指令集RISC結(jié)構(gòu)。 精簡指令集包含了118條指令，很大一部分是單指令周期。 工作在16MHz時具有16MIPS的性能。 硬件乘法器只需兩個時鐘周期。非易失

12、性程序以及數(shù)據(jù)存儲器 在線可編程Flash存儲器容量達到了16KB，可擦寫的次數(shù)在10000次以上。 真正的能夠進行同時進行讀寫操作功能的是可選Boot代碼區(qū)具有獨立鎖定位功能可以實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程。 線可編程EEPROM具有512B，壽命可達100000次 片內(nèi)SRAM具有1KB 外圍器件特點 頻率等分，對比和采集功能是16位定時器/計數(shù)器所具有的 10位ADC具有8路 兩個可編程的串行USART 可工作于主機/從機的SPI串行接口 片內(nèi)模擬比比較器處理器特點 上電復(fù)位電路和可編程掉電檢測 片內(nèi)經(jīng)RC振蕩器已經(jīng)過校準 片內(nèi)/片外中斷源 睡眠模式具有6種I/O口和封裝 可編程I/O接口32個 DI

13、P封裝40引腳，44引腳TQFP封裝和MLF封裝工作電壓 ATmega16L：2.75.5v ATmega16:4.55.5v速度等級 ATmega16L：08MHz、 ATmega1 016MHzATmega16的功耗 正常模式：1,1mA 空閑模式：0.35mA 掉電模式:<1uA1.3 ATmega16單片機端口A (PA7:PA0) 作為一個A / D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入.PA口也能作為8位的雙向輸出輸入端口，假如數(shù)模轉(zhuǎn)換器不使用的情況下.PA口可以使用內(nèi)部集成的上拉電阻. PA口輸出buffer可以吞吐大電流驅(qū)動器以及源能力韻的性能.當 PA0到PA7的8個輸出口當做投入使用以及被

14、外部負載拉低電壓時，將輸出電流，假設(shè)輸出IO的內(nèi)部集成上拉電阻器開始投入使用.端口是一個三態(tài)的，在系統(tǒng)復(fù)位的過程中，即使內(nèi)部集成時鐘系統(tǒng)沒有運行外部也不會被負載拉低而輸出電流。端口B (PB7:PB0) PB口是8位雙向輸入輸出的具有內(nèi)部集成的上拉電阻輸入輸出端口.該端口B out buffer具有源對稱的驅(qū)動能力.當我們使用pb口的輸入功能時，PB口電平就會就會因外部負載拉低時而輸出電流。假設(shè)內(nèi)部集成上拉電阻器投入使用時.PB口為三態(tài)的，在系統(tǒng)復(fù)位過程中，就算使系統(tǒng)時鐘沒有運行PB也可以使用不同的特殊功能。端口C (PC7:PC0) PC是位雙向輸入輸出具有內(nèi)部上拉電阻（每個位選中）的輸出輸

15、入端口.該PC口的輸出buffer具有源對稱的驅(qū)動特性能力.當把pc口作為輸入使用時，PC 口就會被外部負載拉低將輸出電流，但是此時假如拉電阻器被使用.那么PC口就會作為三態(tài)使用，端口D (PD7:PD0) 單片機的端口D具有8準位雙向輸出輸入具有內(nèi)部集成的上拉電阻系統(tǒng)的端口.該端口D輸出buffer也是具有源對稱的驅(qū)動性能.當作為輸入時。PD 口被外部拉低時將輸出電流。ATmega16芯片具有兩種封裝形式如圖1-1，圖1-2所示圖1-1 ATmega16芯片的引腳圖圖1-2 mega16封裝圖TQFP封裝 以上的ATmega16A是一種功耗比較低的微控制器CMOS 8-bit是有關(guān)于曾強的A

16、VR基礎(chǔ)的RISC（精簡指令集）架構(gòu).第二章 方案設(shè)計與論證 按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，初步確定設(shè)計系統(tǒng)由復(fù)位模塊、按鍵模塊、蜂鳴器模塊、顯示模塊共4個模塊組成，后來在顯示模塊的基礎(chǔ)上又添加了一個發(fā)光二極管，為了在單片機上電時確認是否有電源接通。 本課題的設(shè)計要求主要是對mega16芯片的熟悉與應(yīng)用，通過使用ATmega16的內(nèi)部時鐘分頻電路，從而確定出內(nèi)部的機器周期。再利用兩個外部中斷分別控制按鍵1,2，中斷響應(yīng)時執(zhí)行加減操作。相應(yīng)的外圍電路單片機最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上根據(jù)要求擴展而來，就是在，比如根據(jù)要求所加的數(shù)碼管模塊軟件設(shè)計思路：按照實驗任務(wù)的要求，初步確定此課題需要用到3個按鍵，即按鍵1控制

17、加1部分，按鍵2控制減一部分，以便確保用戶可以根據(jù)自身的定時需求隨意的更改定時時間，按鍵3是控制啟動功能，按下啟動定時功能，在加1減一操作時要保證數(shù)碼管顯示模塊可以正確顯示數(shù)字，當定時時間到時蜂鳴器即開始鳴叫報警，復(fù)位后恢復(fù)正常。硬件設(shè)計思路：電子計時器采用MEGA16單片機，包括復(fù)位模塊，按鍵開關(guān)模塊和蜂鳴器模塊以及數(shù)碼管模塊構(gòu)成。系統(tǒng)采用5v直流電池供電，通過AMS1117芯片輸出3.3v的穩(wěn)定電壓給單片機芯片，在設(shè)計電壓部分時初步的方案是采用串聯(lián)的3v紐扣電池通過硅管分壓達到要求的電壓，但后來考慮到紐扣電池的壓降以及功率輸出并不能達到單片機的要求所以采用上述方案）。各模塊通過保護電阻連接

18、（也可不接上拉電阻，因為MEGA16內(nèi)部自帶上拉電阻），系統(tǒng)各模塊通過排線連接到MEGA16單片機板上相應(yīng)端口。在單片機最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上才能實現(xiàn)電子計時器的功能，所以首先確定AVR單片機最小系統(tǒng)包括的成分。AVR最小系統(tǒng)：ATmega16 44A芯片一個TQFP封裝形式，復(fù)位電路，晶振電路，電源系統(tǒng)。在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上搭載外圍電路兩個，也就是要求的驅(qū)動數(shù)碼管電路部分和驅(qū)動蜂鳴器的電路。由于ATmega16芯片內(nèi)部自帶復(fù)位電路和十分頻時鐘系統(tǒng)，在畫最小系統(tǒng)時可以省去晶振電路和復(fù)位電路，但由于個人喜好在設(shè)計電路板時只保留了復(fù)位系統(tǒng)，省去了晶振電路。第三章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖圖3-1 電子計時器系統(tǒng)框

19、圖原理圖如圖3-2所示：圖3-2 電路原理圖PCB板圖如圖3-3所示圖3-3 PCB板圖第四章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 電路是由控制部分和顯示部分兩大部分組成。利用AVR單片機程序進行控制，并通過外圍電路數(shù)碼管模塊進行顯示。4.1 顯示部分電路的設(shè)計4.1.1 LED數(shù)碼顯示管的基本原理用單片機驅(qū)動LED數(shù)碼管有很多種方法，本實現(xiàn)采用其中的一種及動態(tài)顯示的方法。I.靜態(tài)譯碼 優(yōu)點：數(shù)碼管靜態(tài)顯示時數(shù)據(jù)顯示溫度而且運行速度快。 原因：在顯示程序執(zhí)行時，單片機將高低電平通過IO口輸出到數(shù)碼管的各個引腳后就不再控制LED，直到下次顯示時再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。 缺點：使用的電路硬件較多 原因：每個顯示驅(qū)動電

20、路控制一個顯示單元，一對一工作II.動態(tài)譯碼 優(yōu)點：所要用的電路的硬件較少，可以大幅節(jié)約的電路板空間 缺點：數(shù)據(jù)的顯示給人閃爍感，微處理器損耗時間多。 原因：動態(tài)顯示時單片機的要不斷的對IO口進行掃描刷新以獲得最新的輸出高低電平，通過人的視覺暫留效應(yīng)達到動態(tài)顯示的目的。本設(shè)計采用的是動態(tài)顯示的顯示方式。原因如下：動態(tài)掃描顯示方法在工業(yè)應(yīng)用中極為廣泛，也是在學(xué)校教學(xué)任務(wù)中作為主要講授的應(yīng)用方式。在設(shè)計本實驗時只需用到兩位一體的數(shù)碼管即可，共陰極數(shù)碼管，他們的各個同名引腳連接在一起，兩個com端共極，用來進行位選。數(shù)碼管的七個led管編成ag，通過控制不同的led段顯示相應(yīng)的數(shù)字。在共陰極工作時單

21、片機向數(shù)碼管的各個引腳發(fā)送同樣的高低電平，這時兩個數(shù)碼管就會顯示同樣的數(shù)字，這顯然不符合我們的要求。所以此時的公共com端就可以用來位選，即是給相應(yīng)的com段輸入低電平，即可控制讓某一個數(shù)碼管工作。我們所說的動態(tài)掃描就是用快速掃描的方法來回切換所要點亮的數(shù)碼管，由于速度快時間短加上人們具有的視覺停留效應(yīng)也就達到我們要求的動態(tài)顯示就好像一起亮一樣。 從上述的介紹中，可以看出動態(tài)顯示方式具有很大的實用性，尤其對IO口有限的單片機來說，動態(tài)顯示是首選方式，綜上所述動態(tài)顯示在目前的數(shù)碼管應(yīng)用中極為廣泛，了解動態(tài)顯示的原理對本設(shè)計的進行極為重要。4.1.2 數(shù)碼管顯示模塊分析用5v直流電源通過AMS11

22、17輸出3.3v給單片機供電，ATmega16的PA口通過一個8x1k的排阻連接兩位一體的數(shù)碼管，用來段選，低電平有效。PD3和PD4口用于段選，低電平有效，兩位一體的數(shù)碼管是共陰極接法，公共端是10,5.此法節(jié)省I/O口。該兩位一體數(shù)碼管公用8個引腳，PA口輸出低電平各LED管發(fā)光，通過PD3和PD4的段選作用確定是哪個數(shù)碼管有效。但這個方式使數(shù)碼管呈現(xiàn)的效果沒有靜態(tài)顯示方式的效果要好，是因為動態(tài)顯示是應(yīng)用了掃描的方法，在顯示位數(shù)比較多的時候，微處理器就要不斷的的對每個數(shù)碼管進行掃描，這在很大程度上增加微處理器的工作時間。 另附該兩位一體數(shù)碼管原理圖及封裝形式如圖4-1，4-2所示圖4-1

23、兩位一體數(shù)碼管原理圖圖4-2 兩位一體數(shù)碼管封裝兩位一體數(shù)碼管參考尺寸如圖4-3所示圖4-3 數(shù)碼管參考尺寸4.1.3 LED顯示電路設(shè)計思路：第一種方案如圖4-4所示：圖4-4 數(shù)碼管顯示模塊原理圖優(yōu)點：通過74HC595節(jié)省I/O口弊端;74HC595對程序設(shè)計要求較高，太過于繁瑣第二種方案如圖4-5所示：圖4-5 數(shù)碼管顯示模塊原理圖二優(yōu)點：采用獨立數(shù)碼管編程相對簡單缺點：占用較多I/O口，74HC595對程序設(shè)計要求較高，太過于繁瑣綜合以上的設(shè)計思路分析得出最終方案如圖4-6所示：圖4-6 數(shù)碼管顯示模塊原理圖三優(yōu)點：通過PA口直接驅(qū)動數(shù)碼管，編程簡單。PCB板制作方便缺點：占用I/O

24、口較多，但由于外接電路較少,I/O口充足，可以接受。4.2 控制部分電路的設(shè)計4.2.1復(fù)位模塊設(shè)計單片機復(fù)位系統(tǒng)的目的是使得單片機以及系統(tǒng)的中的其他寄存器能夠從一個預(yù)備的狀態(tài)也就是初始的狀態(tài)執(zhí)行。當單片機發(fā)生斷電后或者某個部分發(fā)生故障時都應(yīng)該按復(fù)位鍵使程序能夠在下次從初始狀態(tài)開始執(zhí)行。比如值000H就會在系統(tǒng)復(fù)位后給PC輸入，這就使得單片機在執(zhí)行程序時從第一個單元開始讀取相應(yīng)的指令。電源電路設(shè)計思路：第一種方案如圖4-7所示：圖4-7 電源原理圖一缺點：實際應(yīng)用中接口不方便第二種方案如圖4-8所示：圖4-8 電源原理圖二缺點：由于是USB口接口，在實際應(yīng)用中USB借口并不是很方便的就找到，從

25、用戶的角度來看在實際操作過程中并不是那么方便。最終方案如圖4-9所示：圖4-9 電源原理圖三 說明：此方案采用5v的直流電池供電，方便簡單易于實時應(yīng)用不受電源接口的限制，在任何場合都可以拿來使用。直流電源采用5v直流電池供電，通過AMS1117的作用輸出3.3v可以滿足單片機的工作電壓的需要，而且輸出電壓穩(wěn)定。 AMS1117介紹：選用器件時根據(jù)任務(wù)需要直接選用尾椎為3.3v的型號就可以了，最大輸出電流是800ma，封裝形式為SOT223，ams1117的地腳是1,2腳接輸出，3腳接輸入。電壓在5v到12v之間都是安全的，它會直接輸出一個3.3v的電壓，不用配置相應(yīng)的電阻直接接管腳就即可。4.

26、3蜂鳴器電路的設(shè)計4.3.1 無源蜂鳴器跟有源蜂鳴器的區(qū)別無源蜂鳴器的優(yōu)點是： 1。便宜 2。聲音頻率可控，可以做出“多來米發(fā)索拉西”的效果 3。在一些特例中，可以和LED復(fù)用一個控制口  有源蜂鳴器的優(yōu)點是：程序控制方便 有源蜂鳴器是目前比較常用到的一種蜂鳴器驅(qū)動電路，在有源蜂鳴器的內(nèi)部集成了諸如rc振蕩電路，還有必要的電路驅(qū)動。有源蜂鳴器優(yōu)點是用起來比較方便，但是用起來就只有一個音調(diào)，這是由固定的頻率導(dǎo)致的，這是他的缺點。  有源蜂鳴器和無源蜂鳴器的差別為：當給有源蜂鳴器輸入額定的直流電流值時其就會發(fā)出單音(新的蜂鳴器在標簽上都有注明)且持續(xù)鳴叫。但是無源蜂鳴器必須給之

27、以特定的頻率諸如方波脈沖之類的它才會發(fā)出鳴叫，這和電磁揚聲器差不多都是需要給定頻率才工作，。總結(jié)以下幾點：1）只要蜂鳴器能夠發(fā)出聲音，不管其是何種的類型的蜂鳴器，他們內(nèi)部的驅(qū)動電路以及震蕩電路一定是給定了頻率信號。 2）因此,假如我們直接輸入的信號是某種音頻脈沖信號，方波或者正玄波之類的（其他類型的周期信號也可以），像這種類型的輸入信號就可以直接驅(qū)動蜂鳴器內(nèi)部的壓電片使之發(fā)出聲音。這樣的蜂鳴器就可以稱為無源蜂鳴器。 3）同時，若是另外一種情況，當輸入的信號不是脈沖信號而是直流信號，蜂鳴器可以發(fā)出聲音，那就說明蜂鳴器內(nèi)部已經(jīng)集成設(shè)計了震蕩系統(tǒng)，只需要給一定的激勵就可以，那么這樣的蜂鳴器我們就稱為

28、有源蜂鳴器。這里所說的有源是指蜂鳴器內(nèi)部是否有集成的震蕩系統(tǒng)。振蕩系統(tǒng)由有源器件組成,所以叫做有源. 自激震蕩是有源震蕩的別名,無源震蕩有時候我們也稱為自激震蕩,. 但是在某些特定的情況下一些有源蜂鳴器也可以發(fā)生，這對有源信號脈沖的頻率以及電壓的要求比較高，這種蜂鳴器工作方式不建議使用。但是無源蜂鳴器沒有內(nèi)部集成的震蕩驅(qū)動電路系統(tǒng)，有些單位稱他為訊響器，在國標中稱為聲響器。方波是無源蜂鳴器工作的最理想的信號。       任務(wù)中蜂鳴器的驅(qū)動沒有采用mega16內(nèi)部的psw輸出，而是采用延時程序控制IO口給定高低電平用以輸出方波信號。蜂鳴器原理圖

29、如圖4-10所示：圖4-10 蜂鳴器模塊原理圖無源蜂鳴器的封裝形式如圖如圖4-11：圖4-11 蜂鳴器模塊封裝參考尺寸如圖如圖4-12所示：圖4-12 蜂鳴器原理圖封裝參考尺寸4.4 按鍵模塊設(shè)計4.4.1按鍵模塊原理圖如圖4-13所示圖4-13 按鍵模塊原理圖4.4.2 四角按鍵封裝形式及參考尺寸如圖4-14,4-15所示圖4-14 四角按鍵原理圖封裝圖4-15四角按鍵封裝參考尺寸 第五章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計5.1 總體系統(tǒng)的設(shè)計思路 按照實驗要求實現(xiàn)電子計時器的功能，包括三個部分的程序設(shè)計，一是蜂鳴器報警二按鍵程序三是數(shù)碼管程序。要實現(xiàn)按鍵1,2可以分別控制數(shù)碼管的加一減一功能達到可以隨意定時

30、多少秒，當定時時間到時蜂鳴器及開始報警。5.2 計時程序計時程序是實現(xiàn)電子計時器的核心部分，直接關(guān)系到產(chǎn)品的使用。本實現(xiàn)采用中斷tmer0來控制，定時1s。每50ms溢出中斷一次，中斷20次即可實現(xiàn)計時1s。5.3 報警程序報警采用無源蜂鳴器，編程實現(xiàn)方波輸出到蜂鳴器即可發(fā)聲。5.4 系統(tǒng)圖開始系統(tǒng)初始化計時顯示判斷按鍵是否按下加一減一圖5-1 軟件設(shè)計流程圖第六章 系統(tǒng)電路的制作與調(diào)試6.1 電路硬件焊接制作 電路硬件焊接是PCB板制作的尾聲，是檢驗PCB板制作是否可用的流程之一，也是是畢業(yè)設(shè)計的重要內(nèi)容之一，實際做出的電路板應(yīng)與PCB板尺寸一致，我們所設(shè)計的電路功能的能否實現(xiàn)很大一部分取決

31、去電路板的焊接質(zhì)量，也就是說其焊接工藝的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)的整體性能，因此電路板的焊接過程不容忽視，一個完美的電路板設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)在板子的焊接上。本設(shè)計的板子制作采用手工焊接，在焊接制作中應(yīng)遵守手工焊接的工藝流程和技術(shù)要求。6.2 調(diào)試的主要方法 單片機最小系統(tǒng)板子焊接好之后要對板子進行各項測試以確保焊接的最小系統(tǒng)可用，能滿足我們的設(shè)計要求。 測試焊接的最小系統(tǒng)功能是否完善。這是針對整個AVR單片機最小系統(tǒng)基本功能的檢測，檢測軟件是否具有完整性，檢測單片機最小系統(tǒng)是否能滿足我們的設(shè)計要求。對最小系統(tǒng)進行上電、掉電測試。上電和掉電是我們在單片機使用過程中經(jīng)常遇到的情況，為了確保單片機不會出現(xiàn)供電不穩(wěn)

32、定的情況，這個時候我們可以進行多次的開關(guān)電源的操作，以便檢查單片機是否已經(jīng)滿足了可靠性的要求。單片機最小系統(tǒng)老化檢測。在系統(tǒng)長時間工作的情況下檢測單片機最小系統(tǒng)能否滿足我們的設(shè)計要求。若有必要的話可以放置在高溫，低溫，高壓，低壓以及強弱電磁干擾的環(huán)境下測試。D和EFT等測試。在檢測我們設(shè)計的單片機最小系統(tǒng)能否滿足我們的任務(wù)需要時，我們可以通過使用各種干擾模擬器來檢測。比如靜電模擬器就是一種唱用的用來檢測單片機系統(tǒng)的抗靜電能力。在測試脈沖抗干擾能力時可以使用模擬器等等，這些只是檢測最小系統(tǒng)的一些常用的方法。對最小系統(tǒng)的數(shù)碼管顯示模塊的檢測。這是針對單片機最小系統(tǒng)的外圍電路顯示系統(tǒng)功能的測試，在單

33、片機正常工作后，對單片機燒錄顯示雙8的程序檢測數(shù)碼管模塊是否正常顯示。對數(shù)碼管模塊的調(diào)試。編寫不同的程序燒錄單片機，用單片機最小系統(tǒng)控制數(shù)碼管模塊顯示各種數(shù)字，字母，同時檢查小數(shù)點是否正常顯示。 6.3 系統(tǒng)調(diào)試6.3.1 硬件調(diào)試 單片機最小系統(tǒng)及外圍電路焊接好以后要對其做以下幾項的必要調(diào)試： 靜態(tài)測試：在電路板加工制作好以后，第一步就是對系統(tǒng)做靜態(tài)的檢測而不是急著加電。檢查線路：通過目測或者使用萬用表，跟先前畫好的單片機最小系統(tǒng)原理圖一一比對，檢查線路焊接的正確性，有無元器件放錯位置，有無斷路和短路，無虛焊的存在等。核對元件：檢查元件有沒有按照原理圖安裝正確，有沒有缺原件或者元件多余，以及

34、有沒有破壞等。6.3.2 軟件調(diào)試本實驗采用c語言編寫，調(diào)試時可以采用分塊調(diào)試方法，先調(diào)試蜂鳴器模塊，當燒錄蜂鳴器程序時蜂鳴器能否發(fā)聲。接著調(diào)試按鍵模塊， 先測試按鍵一按下能否實現(xiàn)+功能，再測試按鍵2能否有功能。然后測試能否實現(xiàn)定時功能以及定時過后蜂鳴器是否報警，最后將整個程序燒錄進芯片是否能實現(xiàn)預(yù)計功能。6.3.3 聯(lián)機調(diào)試 在電路板沒有發(fā)現(xiàn)功能不全和軟件部分都調(diào)試好的情況下，還要對板子進行必要的聯(lián)機測試。在正確連接全部外圍電路以后，同時將整個編譯的程序就行編譯如果沒有問題，就可以進行軟件硬件的系統(tǒng)測試了。系統(tǒng)聯(lián)機調(diào)試的目的就是排查軟硬件中的有可能會存在的錯誤。使最小系統(tǒng)能夠比較順利的完成預(yù)

35、定的功能，達到我們所要求的技術(shù)指標。系統(tǒng)聯(lián)機調(diào)試到能正確做到一個按鍵加一另一個按鍵減一、第三個按鍵可以正常啟動計時功能，蜂鳴器能夠做到定時時間到開始鳴叫，定時時間是可以隨意改動的。6.3.4 調(diào)試中遇到的問題及解決方法 在調(diào)試過程中反復(fù)檢查，還是沒有找到問題，這時候就要注意觀察是否要排除元器件損壞了。如果是這種情況會發(fā)生那么導(dǎo)致這類問題的因素可能有兩個：一個是在購買元器件發(fā)貨過程中時就已壞了；另一個是由于在焊接板子過程中由于焊接失誤導(dǎo)致的錯誤，可能由于元器件的正負極沒注意造成器件燒壞。元器件的型號規(guī)格和安裝焊接的要求都是跟這些錯誤緊密相關(guān)，可以先檢查這些方面，如果在檢測之后沒有發(fā)現(xiàn)問題我們可以

36、使用替換的方法篩選可能會發(fā)生的錯誤。 還有一個可能就是電源故障，在設(shè)計最小系統(tǒng)原理圖的過程中就發(fā)生了電源設(shè)計不合適的現(xiàn)象，設(shè)計時沒有考慮到電源功率的問題，就采用了兩個串聯(lián)的3v紐扣電池給mcu供電，后來經(jīng)老師的指導(dǎo)采用了簡便的usb供電，所以排除電源故障這項必不可少。在通電前，電源電壓的正負極性的位置關(guān)系到系統(tǒng)的安全，一旦正負極性弄反掉就有可能損壞電路板，所以一定要檢查電源電壓的正負極性，檢測電源經(jīng)過ams1117輸出的功率是不是可以滿足mcu及和外圍電路的功率條件。加電后首先檢查的就是各個器件的引腳上的電位，先檢查電源地之間的電壓，單片機的輸入電平要求在5v到3v之間看看是否滿足。若果調(diào)試過

37、程中出現(xiàn)比較高的地平，在調(diào)試時，就有可能會損壞仿真器等，如果高壓調(diào)試發(fā)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊就會因發(fā)熱而損壞，所以電源故障的排查至關(guān)重要。 仿真調(diào)試用在單片機不遠行的情況下。示波器、萬用表等工具是聯(lián)機仿真必須借助的開發(fā)設(shè)備，這些工具可在學(xué)校實驗室獲得?？偠灾殉绦蚓幊趟姥h(huán)是檢測脈沖信號的有效方式之一。并用軟件來配合實現(xiàn)，再利用示波器觀察。但是可以直接用示波器來觀察電平類的觸發(fā)信號。結(jié)束語 基于avrmega16最小系統(tǒng)的電子計時器最終經(jīng)過調(diào)試，和多次改進完善，使得本設(shè)計基本達到了設(shè)計要求。電子計時器可以正常實現(xiàn)我們預(yù)期的功能，按鍵1加一，按鍵2減一，按鍵3啟動計時功能，顯示模塊可以正常顯示

38、計時時間，蜂鳴器模塊可以正常響應(yīng)當定時時間到開始鳴叫的功能。當然，還可以根據(jù)需要，增加閃爍燈的功能，以使本設(shè)計更加美觀，完善?？傊?，本設(shè)計提供了一套行之有效的基于AVR單片機的電子計時器的設(shè)計方案，并且成本較低，在日常生活中具有較高的實用性。致 謝畢業(yè)設(shè)計是我們的大學(xué)學(xué)習(xí)生活的最后一項學(xué)習(xí)任務(wù)，也是我們能夠增加知識的最后一次在校學(xué)習(xí)的機會，畢業(yè)設(shè)計不僅僅是對我們大學(xué)四年學(xué)習(xí)的綜合考核，而且是對檢測我們對待學(xué)習(xí)態(tài)度的一種方式。我把他當做是一次學(xué)習(xí)的機會而不是為了完成任務(wù)而去做任務(wù)。不得不說兩個多月的課題設(shè)計過程中，我遇到了很多的困難，但是更重要的是我不僅全面的溫習(xí)了以前學(xué)過的知識點以及完善了自己

39、的知識體系，而且又重新學(xué)習(xí)了一款新的單片機，這使我的知識面更加的廣泛。與此同時，我的動手解決問題的能力，獨立分析查找問題的能力也有了很大的提升也提高了。這次的任務(wù)設(shè)計對我今后的學(xué)習(xí)工作過程中積累了些許經(jīng)驗，相信在以后的路上我會前進的更扎實。這次畢業(yè)設(shè)計之所以能夠順利地按時完成，是因為我的指導(dǎo)老師花懷海教授悉心指導(dǎo)。花懷海教授有著嚴謹?shù)慕虒W(xué)態(tài)度，有著深厚的學(xué)術(shù)造詣以及忘我的工作精神給我留下了深刻的印象，不愧是avr大師，實在令人敬佩?；☉押＝淌诘慕虒W(xué)風格是站在學(xué)生角度去思考問題，嚴格要求自己的學(xué)生，對待學(xué)生的問題進行孜孜不倦的教導(dǎo)，正因為老師的無私教誨才是我完成這次設(shè)計任務(wù)的強大根基，花懷海老師

40、在原理圖設(shè)計方面給予了我很大的幫助和思路上的開導(dǎo)，在原理圖設(shè)計期間，花懷海教授提供了很多關(guān)于原理圖的針對性的意見，在我原理圖設(shè)計上遇到的困難很耐心的進行分析講解并提出許多改進的更合理的方案，使我受醍醐灌頂認識到知識積累的重要性。同時老師也為我們的設(shè)計能夠順利的進行提供了良好的設(shè)計條件和一些必要的實驗設(shè)備，在此向老師表示由衷的感謝！當然，在我設(shè)計的過程中很多的朋友也給與了很多有創(chuàng)意的建議，感謝曾經(jīng)給我?guī)椭耐瑢W(xué)，感謝電子系的老師們?yōu)槲覀冏霎厴I(yè)設(shè)計提供的方方面面的的耐心幫助！同時，我也要感謝我的母校三江學(xué)院。大學(xué)四年，我們許多美好的回憶已經(jīng)封存在這里這。在我即將踏入工作崗位的時候，給了我這樣一個鍛

41、煉、學(xué)習(xí)的機會，不僅讓我加深了對以前知識的理解，拓寬了知識面以及完善了許多以往知識體系，而且也提高了我對所學(xué)知識的綜合的應(yīng)用能力以及動手能力。我忠心地祝愿母校的未來更美好!參考文獻1 盧坤.奚大順主編電子設(shè)計技術(shù)M.成都電子科技大學(xué)出版社，1997.P103-2102 唐競新.數(shù)字電子電路M.第1版.北京：清華大學(xué)出版社，2003.P99-1203 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)M.數(shù)字部分.第4版.北京：高等教育出版社，1998.P47-794 電子工程手冊編委會等中外集成電路簡明速查手冊M-TTL,CMOS.北京：電子工業(yè)出版社,1991.P245-3405 楊長春.論數(shù)字技術(shù)J.電子報合訂本.第0

42、113期.成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，2002.12.P13-306 彭國賢.數(shù)碼顯示 M.北京:電子工業(yè)出版社,1993.P21-507 康華光，鄒壽彬主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字技術(shù))高等教育出版，2004.P129-1808 康華光,陳大欽主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬技術(shù))高等教育出版社，2003.P269-3079 袁俊泉，孫敏琪，曹瑞主編. 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計及其應(yīng)用J.數(shù)字電子第9908期. 西安電子科技大學(xué)出版社，2002.P13-2610 李光飛，樓然苗主編.單片機課程設(shè)計實例指導(dǎo)北京航空航天大學(xué)出版社，2004.P5-3711 余永權(quán).ATMEL 系列Flash單片機原理及應(yīng)用北京：電子工業(yè)

43、出版社，1997年第一版，P8812112 李廣弟，朱月秀，王秀山單片機基礎(chǔ)修訂版北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001年第二版，P117713 蔡明生電子設(shè)計北京：高等教育出版社，2004年第一版，P4810114 劉云，成后發(fā)，尹波溫度無線傳輸技術(shù)的研究電腦與信息技術(shù)，2004年第 4期，P475015 World Health Organization. Factors regulating the immune response: report of WHO Scientific GroupR.Geneva:WHO,1970.16L. E. Sarbaugh.

44、60;Intercultural communicationM. New Brunsw-ick, N.J.U.S.A: Transaction Books, 1988.  附錄A 電子計時器原理圖附錄B：元器件清單附錄C 程序;*;AVR 匯編程序?qū)嵗?Demo.asm;*.include"m16def.inc" ;引用器件I/O配置文件;定義程序中使用的變量名.def count = r18 ;循環(huán)計數(shù)單元.def position = r19 ;.def p_temp = r20 ;LED

45、顯示位指針，取值為0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80.def count_10ms = r21 ;10 ms 計數(shù)單位.def flag_2ms = r22 ;2 ms 計數(shù)單位.def temp = r23 ;臨時變量.def temp1 = r24 ;臨時變量.def temp_int = r25 ;臨時變量（在中斷中使用）.def second = r0.def minute = r1.def hour = r2.def second1 = r3.def minute1 = r4.def hour1 = r5;中斷向量區(qū)定義，F(xiàn)lash程序空間

46、$ 000$ 029.org $000 rjmp reset ;復(fù)位處理 nop reti ;IRQ0 Handler nop reti ;IRQ1 Handler nop reti ;Timer2 Compare Handler nop reti ;Timer2 Overflow Handler nop reti ;Timer1 Capture Handler nop reti ;timer1 Compare-A Handler nop reti ;Timer1 Compare-B Handler nop rjmp time1_ovf ;Timer1 Overflow Handler nop

47、 reti ;Timer0 Overflow Handler nop reti ;SPI Transfer Complete Handler nop reti ;USART RX Complete Handler nop reti ;USART UDR Empty Handler nop reti ;USART TX Complete Handler nop reti ;ADC Convwesion Complete Handler nop reti ;E2PROM Ready Handler nop reti ;Two - wire Serial Interface Handler nop reti ;IRQ2 Handler nop reti ;Timer0 Compare Handler nop reti ;SPM Ready Handler nop;程序開始.org $02Areset: Ldi r16,high(RAMEND) ;設(shè)置堆棧指針高位 out sph,r16 Ldi r16,low(RAMEND) ;設(shè)置堆棧指針低位 out spl,r16;i/o初始化 LDI temp,0XFF; OUT ddra,temp outddr