秒節(jié)拍顯示器系統(tǒng)課件

秒節(jié)拍顯示

器系統(tǒng)的設(shè)計

馬靜芳

20115ATmega16單片機(jī)的一些性能指標(biāo)，特點及外部引腳

Atmega16單片機(jī)介紹

ATmega16是基于增強(qiáng)的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。片內(nèi)ISPFlash允許程序存儲器通過ISP串行接口，通過將8位RISCCPU與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash集成在一個芯片內(nèi)，ATmega16成為一個功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。ATmega16具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：C語言編譯器、宏匯編、程序調(diào)試器/軟件仿真器、仿真器及評估板。

ATmega16產(chǎn)品特性高性能、低功耗的8位AVR微處理器（1）先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)（2）131條指令（3）大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期（4）32個8位通用工作寄存器（5）全靜態(tài)工作（6）工作于16MHz時性能高達(dá)16MIPS（7）只需兩個時鐘周期的硬件乘法器（8）非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器（9）6K字節(jié)的系統(tǒng)片內(nèi)可編程Flash，擦寫壽命:10,000次（10）具有獨立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)，通過片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，真正的同時讀寫操作外設(shè)特點兩個具有獨立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時器/計數(shù)器（1）一個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數(shù)器（2）具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器RTC（3）四通道PWM（4）8路10位ADC，8個單端通道，2個具有可編程增益的差分通道（5）面向字節(jié)的兩線接口（6）兩個可編程的串行USART（7）可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的SPI串行接口（8）具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器（9）片內(nèi)模擬比較器

特殊的處理器特點（1）上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測（2）片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的RC振蕩器（3）片內(nèi)/片外中斷源（4）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(kuò)展的Standby模式I/O和封裝 （1）32個可編程的I/O口（2）40引腳PDIP封裝,44引腳TQFP封裝，與44引腳MLF封裝工作電壓:ATmega16：4.5-5.5V速度等級0-16MHzATmega16

ATmega16引腳功能VCC:電源正GND:電源地RESET復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。XTAL1:反向振蕩放大器與片內(nèi)時鐘操作電路的輸入端。XTAL2:反向振蕩放大器的輸出端。AVCC:端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時應(yīng)通過一個低通濾波器與VCC連接。AREF:A/D的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。

ATmega16內(nèi)核介紹

為了獲得最高的性能以及并行性，AVR采用了Harvard結(jié)構(gòu)，具有獨立的數(shù)據(jù)和程序總線。程序存儲器里的指令通過一級流水線運行。CPU在執(zhí)行一條指令的同時讀取下一條指令(在本文稱為預(yù)取)。這個概念實現(xiàn)了指令的單時鐘周期運行。程序存儲器是可以在線編程FLASH

秒節(jié)拍顯示器硬件設(shè)計通過對智能儀器課程的學(xué)習(xí)我將設(shè)計一個簡易的“秒節(jié)拍顯示器”。這個秒節(jié)拍顯示器就是用單片機(jī)控制一個LED發(fā)光二極管，讓它亮1s，暗1s，不間斷的閃爍。圖1是它的電路原理圖。秒節(jié)拍顯示器的硬件電路使用一個AVR芯片和LED發(fā)光二極管作為信號的顯示。當(dāng)ATmegal6的I/O引腳PC0口輸出為“0”時，LED導(dǎo)通發(fā)光；導(dǎo)通為“1”時LED截止熄滅。電阻R3起保護(hù)限流作用，控制LED的導(dǎo)通電流。適當(dāng)調(diào)整R3的阻值，可以調(diào)節(jié)LED的亮度，并限制流過LED和PC0口的電流，保護(hù)其不被大電流燒毀。從圖中可以知道R1為引腳的上拉電阻，保證了該引腳可靠的高電平。系統(tǒng)采用外接4MHz晶體和芯片內(nèi)部的振蕩電路組成時鐘電路，產(chǎn)生4MHz的脈沖作為系統(tǒng)的始終信號低電平（0V）。當(dāng)編程下載完成后，外部一旦釋放掉，該引腳通過R1又被拉成高電平，AVR就直接進(jìn)入了正常運行工作狀態(tài)，R1的阻值在之間，太大和太小都不合適。秒節(jié)拍顯示器軟件設(shè)計思路下圖為秒節(jié)拍顯示器的系統(tǒng)軟件流程圖。從圖中可以看出秒節(jié)拍顯示器的軟件設(shè)計重點是一個1s延時子程序。系統(tǒng)程序每隔1s（調(diào)用1s延時子程序）將PC0口的輸出電平取反，同時也控制LED的亮與暗。系統(tǒng)初始化

執(zhí)行秒延時程序PC0口電平反向輸出秒節(jié)拍顯示器的高級C語言源程序在這里給出一個通用軟件延時的子程序，每調(diào)用一次該子程序，其運行的時間為1s，每隔1s控制PC0口的輸出邏輯取反。這樣LED就會亮1s，滅1s，實現(xiàn)了秒節(jié)拍的顯示。下面是使用高級語言編寫的秒節(jié)拍發(fā)生器的C語言源程序。在程序的初始化代碼中僅僅對PORTC口進(jìn)行了設(shè)置，而沒有對AVR堆棧指針進(jìn)行初始化設(shè)置，這是由于CVAVR系統(tǒng)在編譯時會首先幫助用戶自動地設(shè)置堆棧指針，方便了用戶的使用，在C語言主程序中，由while（1）構(gòu)成無限死循環(huán)，循環(huán)中調(diào)用了延時函數(shù)delay-ms（），延時1s后將PC0口的值取反輸出，控制點亮和熄滅LED。因此程序的運行效果是每隔1s后，控制PC口的第0位輸出“1”或“0”，使LED亮1s，暗1s，形成秒節(jié)拍顯示指示。voidmain(void){//定義PortC口的工作方式PORTC=0x01;//PC口的第0位輸出“1”，LED不亮DDRC=0x01;//定