基于AVR单片机的电子计时器软硬件设计.doc

1、 三 江 学 院 本科生毕业设计（论文） 题 目 基于 AVR 单片机的电子计时器软硬件设计 电子信息学院 院（系） 电子通信工程 专业 学生姓名 学号 指导教师 职称 指导教师工作单位 三江学院 起讫日期 3 月 1 日 6 月 3 日 摘 要 在电子计时器的系统中， AVR 单片机最小系统以及少量的外围电路是最基本的电路系统，外围电路有比如显示 模块。此次的任务设计所用到的芯片主要是mega16 芯片，是以其为核心而设计出来的。通过 AVR 单片机的 I/O 口控制外围电路。整个系统由复位模块、按键模块、数码管模块，蜂鸣器模块 4 个模块组成。 本设计从 avr 单片机 IO 口的使用方法

2、为切入点 ， 使用 ATmega16 的内部 时钟分频电路 ，从而确定出内部的机器周期。再通过对内部中断程序的设置来设计出定时 程序，即设计出了电子 计时器 的核心。 然后在核心电路的基础上设计出了相应的外围电路，使本设计能更好的完成任务要求 。 关键词 ： AVR 单片机；数码管；蜂鸣器 ABSTRACT Electronic timer with AVR minimum system microcontroller as the core to peripheral circuits designed in our day long life in a wide range of uses

3、, such as our area, large construction installation 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.

4、The use of task design the main chip is mega16 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 po

5、rt as the breakthrough point, the internal clock 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 corresp

6、onding peripheral circuit, the design can better to complete the task requirements. Keywords: AVR microcontroller; digital tube; the buzzer目 录 第一章 关于 AVR 单片机 . 1 1.1 AVR单片机的发展 . 1 1.2 ATmega16单片机的特点 . 2 1.3 ATmega16单片机 . 3 第二章 方案设计与论证 . 6 第三章 系统总体结构框 图 . 7 第四章 系统的硬件设计 . 9 4.1 显示部分电路的设计 . 9 4.1.1 LED

7、数码显示管的基本原理 . 9 4.1.2 数码管显示模块分析 . 10 4.1.3 LED显示电路 . 12 4.2 控制部分电路的设计 . 14 4.2.1 复位模块 . 14 4.3蜂鸣器电路的设计 . 16 4.3.1 无源蜂鸣器跟有源蜂鸣器的区别 . 16 4.4 按键模块设计 . 19 4.4.1 按键模块原理图 . 19 4.4.2 四角按键封装形式及参考尺寸 . 19 第五章 系统的软件设计 . 21 5.1 总体系统的设计思路 . 21 5.2 计时程序 . 21 5.3 报警程序 . 21 第六章 系统电路的制作与调试 . 22 6.1 电路硬件焊接制 作 . 22 6.2

8、调试的主要方法 . 22 6.3 系统调试 . 22 6.3.1 硬件调试 . 22 6.3.2 软件调试 . 23 6.3.3 联机调试 . 23 6.3.4 调试中遇到的问题及解决方法 . 23 结束语 . 25 致 谢 . 26 参考文献 . 27 附录 A 电子计时器原理图 . 28 附录 B 元器件清单 . 29 三江学院 2014 届本科生毕业设计（论文） 1第一章 关于 AVR 单片机 1.1 AVR 单片机的发展 AVR 单片机是 Atmel 公司最近几年发布的一款在精简指令集指令架构的基础上设计出来的一款的具有很高性能指标，比较低的功耗的 8 位 MCU。我们日常生活中通常讲

9、的精简指令集 RISC(Reduced Insstruction Set Computer)是上个世纪 90 年代左右发明 出来的，不得不说这款单片机是综合了半导体集成技术以及必要的软件技术性能的最新的微处理器，只是针对复杂指令集 CISC（ Complex Instruction Set Ccomputer）和精简指令集相比而言。精简指令集 RISC 很巧妙的避免传统的复杂的指令运行模式，改之先使用频率经过最高的简单指令，因为其不再使用不变的指令长度，从而减少了指令寻址方式的运行周期，从而剪断指令周期，因此增加了单片机微处理器的运算速度。 AVR 之所以具备了 MIPS/MHzd 高速处理性

10、能的能力，就是因为其采用这种精简指令集机构， AVR 单片机的快速存取寄存器由 32 个通用寄存器组成。所有 32 个通用寄存器直接与逻辑运算单元（ ALU）连接，单个寄存器都可以取代累加器工作，这使得微处理器可以在执行当前指令时从而取出要执行的下一条指令，这样就避免了传统的累加器结构导致的累加器和存储器之间的数据传输瓶颈效应，提高了系统运算速度。 我们知道在以往的的精简指令集 RISC 的结构中， 分频降低到内部执行周期的不是内部的时钟分频系统而是 MCU 的外部晶振的时钟频率。但是 AVR 单片机有内部集成 时钟系统是没有对外部时钟分频的，它可以执行一条指令通 过一个时钟周期来实现。 AV

11、R 单片机与 c51 不同的是 avr 只采用采用哈佛（ Harvard）的总线结构，程序存储器和数据存储器是严格分开的。微处理器直接访问所有的 ROM 和RAM。 AVR 单片机为什么会有 ISP 的功能？答案就是 Atmel 公司在 AVR 单片机上面使用了密度比较大的的不容易丢失的存储器技术，也就是说在程序运行时，也可以对电路系统进行重新编译。 AVR 单片机越来越成为人们首选的一种高灵活降低开发成本的处理器，在avr 高端产品中 ATmega 公司在部分单片机系统上综合了在线调试的功能 ，这就使得用户可以很方便的随意更改程序，同时用户也看可以通过 JATG 实现在线调试以及下载的功能。

12、 用高级语言编写比如 C 以及 BASIC 语言已经成为了一种行业趋势，而 avr不但支持汇编也支持 c 和 basic。高级语言可以帮助用户更好的进行移植方便业三江学院 2014 届本科生毕业设计（论文） 2内技术的交流。 1.2 ATmega16 单片机的 特点 ATmega16 单片机的 ATmega 系列 AVR单片机内部具有接口丰富，功能齐全，特性价格比较高的产品等优点。如下： 功耗较低以及运行性能较 高的 8 位微处理器系统。 先进的精简指令集 RISC 结构。 精简指令集包含了 118 条指令，很大一部分是单指令周期。 工作在 16MHz 时具有 16MIPS 的性能。 硬件乘法

13、器只需两个时钟周期。 非易失性程序以及数据存储器 在线可编程 Flash 存储器容量达到了 16KB，可擦写的次数在 10000 次以上。 真正的能够进行同时进行读写操作功能的是可选 Boot 代码 区具有独立锁定位功能可以实现系统内编程。 线可编程 EEPROM 具有 512B，寿命可达 100000 次 片内 SRAM 具有 1KB 外围器件特点 频率等分，对比和采集功能是 16 位定时器 /计数器所具有的 10 位 ADC 具有 8 路 两个可编程的串行 USART 可工作于主机 /从机的 SPI 串行接口 片内模拟比比较器 处理器特点 上电复位电 路和可编程掉电检测 片内经 RC 振荡

14、器已经过校准 片内 /片外中断源 睡眠模式具有 6 种 I/O 口和封装 可编程 I/O 接口 32 个 DIP 封装 40 引脚， 44 引脚 TQFP 封装和 MLF 封装 工作电压 ATmega16L： 2.75.5v ATmega16:4.55.5v 速度等级 ATmega16L： 08MHz、 三江学院 2014 届本科生毕业设计（论文） 3ATmega1 016MHz ATmega16 的功耗 正常模式： 1,1mA 空闲模式： 0.35mA 掉电模式 :1uA 1.3 ATmega16 单片机 端口 A (PA7:PA0) 作为一个 A / D 转换器的模拟输入 .PA 口也能作

15、为 8 位的双向输出输入端口，假如数模转换器不使用的情况下 .PA口可以使用内部集成的上拉电阻 . PA口输出buffer可以吞吐大电流驱动器以及源能力韵的性能 .当 PA0到 PA7的 8个输出口当做投入使用以及被外部负载拉低电压时，将输出电流，假设输出 IO 的内部集成上拉电阻器开始投入使用 .端口是一个三态的，在系统复位的过程中，即使内部集成时钟系统没有运行外部也不会被负载拉低而输出电流。 端口 B (PB7:PB0) PB口是 8位双向输入输出的具有内部集成的上拉电阻输入输出端口 .该端口B out buffer 具有源对称的驱动能力 .当我们使用 pb 口的输入功能时， PB 口电平

16、就会就会因外部负载拉低时而输出电流。假设内部集成上拉 电阻器投入使用时 .PB 口为三态的，在系统复位过程中，就算使系统时钟没有运行 PB 也可以使用不同的特殊功能。 端口 C (PC7:PC0) PC 是位双向输入输出具有内部上拉电阻（每个位选中）的输出输入端口 .该PC 口的输出 buffer 具有源对称的驱动特性能力 .当把 pc 口作为输入使用时， PC 口就会被外部负载拉低将输出电流，但是此时假如拉电阻器被使用 .那么 PC 口就会作为三态使用， 端口 D (PD7:PD0) 单片机的端口 D具有 8准位双向输出输入具有内部集成的上拉电阻系统的端口 .该端口 D 输出 buffer 也是具有源对称的驱动性能 .当作为输入时。 PD 口被外部拉低时将输出电流。 ATmega16 芯片具有两种封装形式如图 1-1，图 1-2 所示 三江学院 2014 届本科生毕业设计（论文） 4图 1-1 ATmega16 芯片的引脚图 三江学院 2014 届本科生毕业设计（论文） 5图 1-2 mega16 封装图 TQFP 封装 以上的 ATmega16A是一种功耗比较低的微控制器 CMOS 8-bit是有关于曾强的AVR 基础的 RISC（精简指令集）架构 .