畢業(yè)設(shè)計(jì)----智能充電器的電源和顯示設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　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

2、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

3、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</p><p><b>　　第一章　概述</b></p><p><b>　　第一節(jié)　緒論</b></p>

4、;<p><b>　　1.1.1課題背景</b></p><p>　　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)

5、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。</p><p>　　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。</

6、p><p>　　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，

7、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：</p><p>　　圖1-1 智能充電器基本框圖</p><p>　　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MA

8、SK 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

9、對象 “C”這樣的高級語言而設(shè)計(jì)的8 位微處理器。</p><p>　　1.1.2常見充電電池特性及其充電方式</p><p>　　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。</p><p>　　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)

10、小時(shí)) 需要能夠?qū)卧妷?、充電電流和電池溫度進(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。</p><p>　　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。</p><p>　　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。

11、例如，電池的容量為750 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。</p><p>　　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

12、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。</p><p>　　現(xiàn)代消費(fèi)類電器主要使用如下四種電池：</p><p>　　? 密封鉛酸電池 (SLA)</p><p>　　? 鎳鎘電池 (NiCd)</p><p>　　? 鎳氫電池(NiMH)</p>

13、<p>　　? 鋰電池(Li-Ion)</p><p>　　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。</p><p>　　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)， SL

14、A 電池可以無限制地充電。</p><p>　　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。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。</p><

15、;p>　　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。</p><p>　　鋰電池 (Li-I

16、on) 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。</p><p>　　1.1.3 主要芯片的選擇</p><p>　　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

17、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 Set CPU)結(jié)構(gòu)的新型單片機(jī)，簡稱AVR單片機(jī)。&

18、lt;/p><p>　　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)

19、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)。</p><p>　　AVR單片機(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

20、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)。</p><p>　　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存儲器兩種方式來訪問32個(gè)通用工作寄存器。<

21、/p><p>　　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： </p><p>　　(1) 8位CPU。</p><p>　　(2) 先進(jìn)的RISC 結(jié)構(gòu)：&

22、lt;/p><p>　　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</p><p>　　32個(gè)8 位通用工作寄存器</p><p><b>　　全靜態(tài)工作</b></p><p>　　(3) 非易失性數(shù)據(jù)和程序存儲器：</p><p>　　16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，擦寫壽命可達(dá)到1

23、0,000 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。</p><p>　　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。</p><p>　　(4) 可通過JTAG接口實(shí)現(xiàn)對FLASH、EEPROM的編程。</p><p>　　(5) 32個(gè)可編程的

24、I/O引線，40引腳PDIP封裝。</p><p>　　(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。</p><p>　　(7) 片內(nèi)/ 片外中斷源。</p><p>　　(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。</p><p&

25、gt;　　(9) 工作電壓：2.7－5.5V。</p><p>　　速度等級：0－8MHz。</p><p>　　AVR單片機(jī)的主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　1.片內(nèi)集成可擦寫10000次以上的Flash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

26、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)。</p><p>　　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。</

27、p><p>　　3.高度保密(LOCK)?？啥啻尾翆懙腇LASH具有多重密碼保護(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。</p><p>　　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，128~4K字節(jié)SRAM可靈活使用

28、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。</p><p>　　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，更利于產(chǎn)品微型化。</p><p>　　6.工作電壓范圍為2.7V~6.0V,電

29、源抗干擾性能強(qiáng)。</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p>

30、;<p>　　1.1.4液晶顯示模塊的選擇</p><p>　　LCD顯示模塊是一種被動顯示器，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)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

31、形。</p><p>　　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):</p><p><b>　　顯示質(zhì)量高</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　數(shù)字式接口</b>&

32、lt;/p><p>　　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。</p><p><b>　　體積小，重量輕</b></p><p><b>　　功率消耗小</b></p><p>　　液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因此耗電量比其它顯示器要小得多。</p>

33、<p>　　第二節(jié)　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求</p><p>　　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)是完成充電器設(shè)計(jì)的LCD顯示部分，其主要涉及的知識包括：</p><p>　　自學(xué)AVR單片機(jī)的相關(guān)內(nèi)容。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)電源電路。</b></p><p>　　設(shè)計(jì)128*64

34、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)。</p><p>　　手工焊接和ICCAVR編譯器的應(yīng)用。</p><p>　　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

35、，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：</p><p>　　表1-1 畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度表</p><p>　　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)，

36、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)。</p><p>　　第二章 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　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用到的各種芯

37、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。 </p><p>　　第一節(jié) 液晶顯示模塊兩種訪問方式接口電路的選擇</p><p>　　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

38、為液晶顯示模塊。</p><p>　　(一) 直接訪問方式</p><p><b>　　數(shù)據(jù)總線</b></p><p><b>　　GND</b></p><p><b>　　+5V</b></p><p><b>　　電位器</b&g

39、t;</p><p><b>　　負(fù)電源</b></p><p><b>　　1</b></p><p><b>　　3</b></p><p><b>　　74LS00</b></p><p><b>　　A11<

40、/b></p><p><b>　　A10</b></p><p><b>　　A9</b></p><p><b>　　A8</b></p><p>　　MPU 圖2-1 直接訪問方式電路圖 LCM接口</p><p>　　

41、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

42、邊接。電位器用于顯示對比度的調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　(二)間接控制方式</b></p><p><b>　　10K</b></p><p><b>　　負(fù)電源</b></p><p><b>　　GND </b></p><

43、p>　　MPU LCM接口</p><p>　　圖2-2 間接控制方式電路圖</p><p>　　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

44、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)。</p><p>　　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。</p><p>　　第二節(jié) 硬件電路主要芯片&

45、lt;/p><p>　　2.2.1 ATmega16L主要引腳說明</p><p>　　以下是ATmega16L的引腳配置：</p><p>　　圖2-3 ATmega16L芯片引腳</p><p><b>　　引腳說明：</b></p><p>　　VCC 　　　　　　　數(shù)字電路的電源</p&

46、gt;<p>　　GND 　　　　　　　地</p><p>　　端口A(PA7～PA0) 　端口A 作為A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。</p><p>　　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A

47、處于高阻狀態(tài)。</p><p>　　端口B(PB7～PB0) 　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)。</p><p>　　端口C(PC7～PC0) 　端口C 為8 位雙向I/O 口，具有可編

48、程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，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。</p><p>　　端口D((PD7～PD0) 端口D 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。

49、其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，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)。</p><p>　　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。</p><p>　　XTAL1 　　　　　　反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端。</p&g

50、t;<p>　　XTAL2 　　　　　　反向振蕩放大器的輸出端。</p><p>　　AVCC　　　　　　　AVCC是端口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。</p><p>　　AREF　　　　　　　A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。</p><p>　　2.2.2 Atmega1

51、6L的存儲器</p><p>　　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)。</p><p>　　(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)锳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)Fla

52、sh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。</p><p>　　Flash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。</p><p>　　(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

53、址、帶預(yù)減量的間接尋址和帶后增量的間接尋址。</p><p>　　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。</p><p>　　(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100,000 次擦除周

54、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。</p><p>　　2.2.3 Atmega16L的時(shí)鐘電路</p><p>　　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：</p><p>　　圖2-4 晶體振蕩器連接圖</p><p>　　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

55、出，考慮到其最大頻率不超過8MHz，這里選用的晶振為7.3728MHz。</p><p>　　2.2.4 Atmega16L的系統(tǒng)復(fù)位</p><p>　　Atmega16L有五個(gè)復(fù)位源：</p><p>　　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。</p>

56、<p>　　Vcc Vpot Vpot</p><p>　　RESET Vrst Vrst</p><p><b>　　TIME-OUT<

57、;/b></p><p>　　INTERINAL tTOUT tTOUT</p><p><b>　　RESET</b></p><p>　　圖2-5 RESET引腳與VCC相連時(shí)， 圖2-6 RESE

58、T引腳由外部控制時(shí),</p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位電平 單片機(jī)的復(fù)位電平</p><p>　　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。</p><p><b>　　Vcc</b></p><p>　　RESET

59、 Vrst</p><p>　　TIME-OUT tTOUT</p><p><b>　　INTERNAL</b></p><p><b>　　RESET </b></p><p>　　圖2-7 外部復(fù)位時(shí)序圖</p&

60、gt;<p>　　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。看門狗計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)晶振的復(fù)位脈沖。</p><p><b>　　Vcc </b></p><p><b>　　RESET </b></p><p>　　WDT 1 XTAL Cycle

61、</p><p><b>　　TIME-OUT </b></p><p>　　RESET tTOUT </p><p><b>　　TIME-OUT</b></p><p><b>　　INTERNAL</b></p>&

62、lt;p><b>　　RESET</b></p><p>　　圖2-8 看門狗復(fù)位時(shí)序圖</p><p>　　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。</p><p>　　JTAG AVR復(fù)位。復(fù)位寄存器為1時(shí)MCU復(fù)位。</p><p>　　第三節(jié)　LCD液晶顯示

63、 </p><p>　　2.3.1 LCD的顯示原理</p><p>　　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

64、有優(yōu)缺點(diǎn)，但結(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。</p><p>　　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

65、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。</p><p>　　在本模塊中，每個(gè)漢字的大小是16×16點(diǎn)陣，而每個(gè)字符的大小是8×16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

66、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</p><p><b>　　8個(gè)列數(shù)據(jù)即可。</b></p><p>　　上面已經(jīng)介紹到，MGLS-19264液晶模塊中液晶屏顯示區(qū)為192×64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

67、圖如下：</p><p>　　左區(qū) 中區(qū) 右區(qū)</p><p>　　圖2-9 液晶屏顯示區(qū)示意圖</p><p>　　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。</p><p>　　MGLS-1

68、9264LCM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：</p><p>　　表2-1 MGLS的片選定義表</p><p>　　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，

69、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，第二行的“電”就應(yīng)該表示為(0.2.0)，其它字符依

70、此設(shè)計(jì)即可。</p><p>　　2.3.2 液晶顯示控制驅(qū)動器</p><p>　　HD61202及其兼容液晶顯示控制器是一種帶有驅(qū)動輸出的圖形液晶顯示控制器，而在小規(guī)模點(diǎn)陣液晶顯示模塊上使用液晶顯示驅(qū)動器組成液晶顯示驅(qū)動控制系統(tǒng)是非常有益的，這將使液晶顯示模塊的硬件電路簡單化，從而降低模塊的成本，同時(shí)也提高了對軟件功能的要求。許多顯示功能如光標(biāo)、字符庫、閃爍都需要由軟件編制而成。HD6

71、1203和HD61202就是這類液晶顯示驅(qū)動控制器套件。之所以稱它們?yōu)樘准且驗(yàn)镠D61203和HD61202必須配套使用，通常有12864和19264兩種規(guī)格。其特點(diǎn)如下：</p><p>　　1．內(nèi)藏64*64=4096位顯示RAM，RAM中每位數(shù)據(jù)對應(yīng)LCD屏上的一個(gè)點(diǎn)的亮、暗狀態(tài)。</p><p>　　2．HD61202及其兼容控制器是列驅(qū)動器，具有64路列驅(qū)動輸出。</p&

72、gt;<p>　　3．HD61202及其兼容控制驅(qū)動器讀、寫時(shí)序與68系列微處理妻相符，因此它可直接與68系列微處理器借口相聯(lián)。</p><p>　　4．HD61202及其兼容控制器的占空比為1/32~1/64。</p><p>　　2.3.3 液晶顯示模塊的特點(diǎn)</p><p>　　MGLS-12864圖形液晶顯示模塊的驅(qū)動和控制系統(tǒng)是由一片KS01

73、07B或兼容驅(qū)動器( HD61203 )作為行驅(qū)動器和兩片KS0108B或兼容驅(qū)動器(HD61203) 作為列驅(qū)動器組成的。</p><p>　　它的主要技術(shù)參數(shù)及其供電特點(diǎn)如下：</p><p>　　電源：DC+5V，模塊內(nèi)自帶用于LCD驅(qū)動的負(fù)壓電路。</p><p>　　顯示內(nèi)容：12864全屏幕點(diǎn)陣。</p><p>　　指令形式：七

74、種指令。</p><p>　　接口形式：與控制器采用8位數(shù)據(jù)總線和8位控制線相連。</p><p>　　工作環(huán)境：－10~+50℃。</p><p>　　模塊應(yīng)用有三種電源：邏輯電源、液晶驅(qū)動電壓、背光電壓。</p><p>　　本次選用的模塊是雙電源供電（VDD/V0），需要提供一個(gè)液晶驅(qū)動電壓，用以調(diào)節(jié)對比度，接在液晶模塊的V0引腳上，由

75、于液晶的對比度會隨著溫度的變化而相應(yīng)變化，所以其液晶顯示驅(qū)動電壓值應(yīng)隨著溫度作相應(yīng)的調(diào)整，這里采用了一個(gè)電位器，調(diào)整電壓值。</p><p>　　背光供電為3.8-4.1V的支流電源，選用電源太大不僅增加功耗，更有可能損壞背光燈和縮短模塊的使用壽命。</p><p>　　MGLS-12864的邏輯電路圖如下：</p><p>　　圖2-8 MGLS-12864的

76、邏輯電路圖</p><p>　　MGLS-12864液晶顯示模塊一共有20個(gè)引腳，它的接口定義如下：</p><p>　　表2-2 MGLS-12864的接口電路</p><p>　　第四節(jié) 電源電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　在本次的設(shè)計(jì)中，要供電給mega16和LCD顯示模塊兩部分，而一個(gè)LM7805的輸出電流不足，所以本人打算將meg

77、a16和顯示模塊分別供電，所以實(shí)際電路中用到了兩片7805。下面就一個(gè)電源電路給出設(shè)計(jì)方案，另一個(gè)同樣原理。</p><p><b>　　5V電源電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　加圖</b></p><p>　　圖2-9 5V的電源電路設(shè)計(jì)原理圖</p><p>　　上圖是LM78

78、××作為輸出電壓固定的典型電路圖，正常工作時(shí)，輸入、輸出電壓差為3-8V。輸入電壓PS為9V。電路中接入電容C5用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩和抑止電路引入的干擾，C11是有極性的電解電容，以減小穩(wěn)壓電壓輸出端由輸入電源引入的電平干擾。D1是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端短路時(shí)，給輸出電容器C11一個(gè)放電電路，防止C11兩端電壓作用于調(diào)壓管的be結(jié)，造成調(diào)壓管be結(jié)擊穿而損壞。其中C5、C11兩個(gè)電容只是起濾波作

79、用選用的大小沒有特別的要求。</p><p>　　第五節(jié) 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　經(jīng)過對以上對ATmega16L芯片的端口、存儲器、時(shí)鐘電路、以及復(fù)位電路和LCD液晶顯示等原理的介紹后，現(xiàn)在就可以完成對這部分硬件電路的設(shè)計(jì)了。再結(jié)合前面的分析采用間接訪問的方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與液晶顯示模塊之間的連接。LCD模塊的8位數(shù)據(jù)線接在了Atmega16L芯片B口的8位數(shù)據(jù)線上，這里用了一個(gè)74

80、LS24作為鎖存器使它們間接連接在一起。LCD的EN、D/I、CS1、CS2、R/W分別連接到PA3~PA7上，其詳細(xì)的接法見下圖</p><p>　　圖2-10 硬件接線圖</p><p>　　第六節(jié) PROTEL99的應(yīng)用簡介</p><p>　　經(jīng)過前面的努力，智能充電器硬件電路的設(shè)計(jì)在本人及同組人的共同努力下已經(jīng)完成，接下來便是根據(jù)前面的設(shè)計(jì)用軟件畫出其原理

81、圖并生成ＰＣＢ板。PROTEL99SE是一個(gè)全32位的電路板設(shè)計(jì)軟件，使用該軟件可以容易地設(shè)計(jì)電路原理圖、畫元件圖、設(shè)計(jì)電路板圖、畫元件封裝圖和電路仿真。</p><p>　　在這里主要用它來繪制電路原理圖和生成印制電路板。原理圖的設(shè)計(jì)步驟如下：</p><p>　　設(shè)置原理圖設(shè)計(jì)環(huán)境。其中，工作環(huán)境設(shè)置是使用Design/Options和Tool和Preferences菜單進(jìn)行的，畫原理

82、圖環(huán)境的設(shè)置主要包括圖紙大小、捕捉柵格、電氣柵格、模板設(shè)置等。</p><p>　　放置元件，將電氣和電子元件放置在圖紙上。</p><p>　　原理圖布線。元件一旦放置在原理圖上，不需要用導(dǎo)線將元件連接起來，連接時(shí)一定要符合電氣規(guī)則。</p><p>　　編輯和調(diào)整。編輯元件的屬性。包括元件名、參數(shù)、封裝圖等。調(diào)整元件和導(dǎo)線的位置等操作。</p>&

83、lt;p>　　本次設(shè)計(jì)所用的主要元件屬性如下：</p><p>　　表2-3 主要元件表</p><p>　　檢查原理圖。使用電氣規(guī)則功能(ERC)檢查原理圖的連接是否合理和正確。給出檢查報(bào)告，若有錯誤則要根據(jù)錯誤進(jìn)行改正。</p><p>　　生成網(wǎng)絡(luò)表。所謂網(wǎng)絡(luò)表就是元件名、封裝、參數(shù)及元件之間的連接表，通過該表可以確認(rèn)各個(gè)元件和它們之間的關(guān)系。</

84、p><p><b>　　打印原理圖。</b></p><p>　　對電路板的設(shè)計(jì)主要分為以下幾個(gè)步驟；</p><p>　　使用原理圖編輯器設(shè)計(jì)原理圖，進(jìn)行電氣檢查(ERC)并生成原理圖的網(wǎng)絡(luò)表。</p><p>　　進(jìn)入電路板(PCB)環(huán)境，使用電路向?qū)Т_定電路板的層數(shù)、尺寸等電路板參數(shù)。</p><p

85、>　　使用Design/Netlist菜單，調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表。</p><p>　　由于在前面的元件封裝不規(guī)范，這里面出現(xiàn)了許多錯誤，通過請教老師及自己的不懈努力，花了數(shù)天的時(shí)間才全部改了出來。</p><p>　　布置元件，就是將元件合理地分布在電路板上。自動布置元件或人工布置元件，多次布置直到自己滿意為止。</p><p>　　人工布線是畫電路板的基礎(chǔ)，但比較耗

86、時(shí)和費(fèi)力，另外由于自身經(jīng)驗(yàn)的不足，只得先采用自動布線，在此基礎(chǔ)上作了適當(dāng)?shù)男薷摹?lt;/p><p>　　完成修飾等工作，完成整個(gè)電路板的設(shè)計(jì)。</p><p>　　接下來是焊接的工作，這部分相對來說并不陌生，在大二時(shí)曾進(jìn)行過電子課程的實(shí)習(xí)，主要就是完成收音機(jī)的焊接。雖然以后接觸得比較少，但通過幾天的練習(xí)，還是基本圓滿地完成了任務(wù)。焊接通常要求：①焊點(diǎn)接觸良好，尤其避免虛焊的產(chǎn)生；②焊點(diǎn)要有足

87、夠的機(jī)械強(qiáng)度以保證被焊點(diǎn)不致滑落；③焊點(diǎn)表面應(yīng)美觀，有光澤。這塊板子面積不算大(約90cm70cm)，元器件引腳多，看起來很密集。從焊下來的結(jié)果來看，焊點(diǎn)還可以，也算比較美觀，最關(guān)鍵的是沒有短路的情況發(fā)生。</p><p>　　焊接完成后，整個(gè)硬件電路原理、繪制原理路、焊接等工作已全部完成，下面轉(zhuǎn)到軟件部分的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　第三章 軟件設(shè)計(jì)</b>

88、</p><p>　　由于本人主要負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)軟件部分，而本人之前對C語言這門課的學(xué)習(xí)不是非常的精通，因此在著手本章之前本人對C語言以及AVR單片機(jī)與C語言編程方面的書籍做了認(rèn)真仔細(xì)的回顧、學(xué)習(xí)和再研究，這樣才對下面設(shè)計(jì)工作的開展打下了基礎(chǔ)。在本章里，本人將先介紹C語言開發(fā)的優(yōu)勢，然后介紹LCD的顯示原理、模塊的軟件特性等,接下來便是最主要的整個(gè)程序的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.1.用C語

89、言開發(fā)單片機(jī)的優(yōu)勢</p><p>　　C語言是一種編譯型的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，具有簡單的語法結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的處理功能，具有運(yùn)行速度快、編譯效率高，移植性好和可讀性強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)便件的直接操作。用C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，可以大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而開發(fā)出大規(guī)模、高性能的應(yīng)用系統(tǒng)。其優(yōu)勢如下：</p><p>　　可以大幅度加快開發(fā)進(jìn)度，程

90、序量越大，用C語言就越有優(yōu)勢。</p><p>　　無需精通單片機(jī)指令集和具體的硬件，也能夠編出符合硬件實(shí)際專業(yè)水平的程序。</p><p>　　可以實(shí)現(xiàn)軟件的結(jié)構(gòu)化編程，使得軟件的邏輯結(jié)構(gòu)變得清晰、有條理、便于開發(fā)小組計(jì)劃任務(wù)、分工合作。源程序的可讀性和可維護(hù)性都很好。</p><p>　　省去了人工分配單片機(jī)資源的工作，在匯編語言中要為每一個(gè)子程序分配單片機(jī)的資

91、源。在使用C語言后，只要在代碼中申明一下變量的類型，編譯器就會自動分配相關(guān)資源，根本不需要人工干預(yù)，從而有效地避免了人工分配單片機(jī)資源的差錯。</p><p>　　匯編語言的可移植性很差，而C語言只要將一些與硬件相關(guān)的代碼作適當(dāng)?shù)男薷?，就可以方便地移植到其它種類的單片機(jī)上。</p><p>　　C語言提供auto、static、flash等存儲類型，針對單片機(jī)的程序存儲空間、數(shù)據(jù)存儲空間及

92、EEPROM空間自動為變量合理地分配空間，而且C語言提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，極大地增強(qiáng)了程序處理能力和靈活性。C編譯器能夠自動實(shí)現(xiàn)中斷服務(wù)程序的現(xiàn)場保護(hù)和恢復(fù)，并且提供常用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫，供用戶使用。并且C編譯器能自動生成一些硬件的初始化代碼。</p><p>　　對于一些復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)，可以通過移植(或C編譯器提供)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　正由于C語言在系統(tǒng)開發(fā)中的優(yōu)勢，這

93、次設(shè)計(jì)的所有程序設(shè)計(jì)都將采用C語言編寫，且通過ICCAVR編譯器操作AVR的硬件資源。</p><p>　　3.2 液晶顯示漢字或字符的原理</p><p>　　LCD本身不發(fā)光只是調(diào)節(jié)光的亮度，目前市面上的LCD顯示器都是利用液晶的扭曲一向列效應(yīng)制成，這是一種電場效應(yīng)，夾在兩片導(dǎo)電玻璃電極間的液晶經(jīng)過一定處理，它內(nèi)部的分子呈直角扭曲，當(dāng)線性偏振光透過其偏振面便會旋轉(zhuǎn)一個(gè)直角。當(dāng)在玻璃電極

94、上加上電壓后，在電場作用下，液晶的扭曲結(jié)構(gòu)消失，偏振光便可以直接通過。當(dāng)去掉電場后液晶分子又恢復(fù)取扭曲結(jié)構(gòu)。把這樣的液晶置于兩個(gè)偏振片之間，改變偏振片相對位置就可以得到白底黑子或黑底白字的顯示形式。結(jié)合以上知識具體顯示原理如下：</p><p>　　( 1 ) 線段的顯示</p><p>　　點(diǎn)陣圖形式液晶由M*N個(gè)顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應(yīng)1字節(jié)的

95、8位，即每行由16字節(jié)，共16*8=128個(gè)點(diǎn)組成，屏上64*16個(gè)顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的00H~00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)(000)=FFH時(shí)，如屏的左上角顯示一條短亮線，長度為8個(gè)點(diǎn)；當(dāng)(3FFH)=FFH時(shí)，則顯示屏的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)(000H)=FFH，(001H)=00H，(002H)=FFH，(003H)=00H，…

96、(00EH)=FFH，(00FH)=00H時(shí)，則在屏的頂部顯示一條由8段亮線和8段暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。</p><p>　　( 2 ) 字符的顯示</p><p>　　用LCD顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由6*8或8*8點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏上某幾個(gè)位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同的位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點(diǎn)亮，為“0”的

97、不亮，這樣一來就組成某個(gè)字符。但對于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器 (如HD61202)來說，顯示字符就比較簡單了，可讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。</p><p>　　( 3 ) 漢字的顯示</p><p>　　漢字的顯示一般采用圖形方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼，每個(gè)漢字占32B，

98、分左右兩半部，各占16B，左邊為1、3、5…右邊為2、4、6…根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找到顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的一字節(jié)，光標(biāo)位置加1，送第二字節(jié)，按行按列對齊，送第三字節(jié)……直到32B顯示完就可在LCD上得到一個(gè)完整的漢字。</p><p>　　3.3 LCD模塊的指令說明</p><p>　　要完成顯示程序的設(shè)計(jì)，必須了解LCD液晶模塊的指

99、令系統(tǒng)。這里采用的LCD是北京精電蓬遠(yuǎn)顯示技術(shù)公司生產(chǎn)的MGLS系列圖形液晶顯示模塊，其內(nèi)藏KS0108B/HD61202控制器。</p><p>　　KS0108B及其兼容控制驅(qū)動器( HD61202 )的指令系統(tǒng)比較簡單，一共只有7條指令，從作用上可分為兩類。第一條指令和第二條指令為顯示狀態(tài)設(shè)置類；其余指令為數(shù)據(jù)讀/寫操作指令。下面是各個(gè)指令的功能：</p><p><b>

100、　　讀狀態(tài)指令</b></p><p>　　狀態(tài)字是計(jì)算機(jī)了解HD61202及其兼容控制驅(qū)動器當(dāng)前狀態(tài)，或是HD61202及其兼容控制驅(qū)動器向計(jì)算機(jī)提供其內(nèi)部狀態(tài)的唯一的信息渠道。狀態(tài)字為一字節(jié)，其中僅有3位有效位，它們是：</p><p>　　BUSY表示當(dāng)前HD61202接口控制電路運(yùn)行狀態(tài)。BUSY=1表示HD61202正在處理計(jì)算機(jī)發(fā)來的指令或數(shù)據(jù)。此時(shí)接口電路被封鎖，

101、不能接受除讀狀態(tài)字以外的任何操作。BUSY=0表示HD61202接口電路已處于“準(zhǔn)備好”狀態(tài)，等待計(jì)算機(jī)的訪問。</p><p>　　ON/OFF表示當(dāng)前的顯示狀態(tài)。ON/OFF=1表示關(guān)顯示狀態(tài)；ON/OFF=0表示開顯示狀態(tài)。</p><p>　　RESET表示當(dāng)前HD61202的工作狀態(tài)，即反映RST端的電平狀態(tài)。當(dāng)RST為低電平狀態(tài)時(shí)，HD61202處于復(fù)位工作狀態(tài)，RESET=1

102、；當(dāng)RST為高電平狀態(tài)時(shí)，HD61202為正常工作狀態(tài)，RESET=0。</p><p>　　在指令設(shè)置和數(shù)據(jù)讀寫時(shí)要注意狀態(tài)字中的BUSY標(biāo)志。只有在BUSY=0時(shí)，計(jì)算機(jī)對HD61202的操作才能有效，因此計(jì)算機(jī)在每次對HD61202操作之前，都要讀出狀態(tài)字以判斷BUSY是不為“0”。若不為“0”，則計(jì)算機(jī)需要等待，直至BUSY=0為止。</p><p><b>　　顯示開關(guān)

103、指令</b></p><p>　　該指令設(shè)置顯示開／關(guān)觸發(fā)器的狀態(tài)，由此控制顯示數(shù)據(jù)鎖存器的工作方式，從而控制顯示屏上的顯示狀態(tài)。D位為顯示開／關(guān)控制位。當(dāng)D=1為開顯示設(shè)置，顯示數(shù)據(jù)鎖存器正常工作，顯示屏上呈現(xiàn)所需的顯示效果。此時(shí)在狀態(tài)字中ON/OFF=0；當(dāng)D=0為關(guān)顯示設(shè)置，顯示數(shù)據(jù)鎖存器被置零，顯示屏呈不顯示狀態(tài)，但顯示存儲器并沒有被破壞，在狀態(tài)字中ON/OFF=1。</p>&

104、lt;p><b>　　顯示起始行設(shè)置指令</b></p><p>　　該指令設(shè)置了顯示起始行寄存器的內(nèi)容。HD61202有64行顯示的管理能力，該指令中L5~L0為顯示起始行的地址，取值在0~3FH( 1~64行)范圍內(nèi)，它規(guī)定了顯示屏上最頂一行所對應(yīng)的顯示存儲器的行地址。如果定時(shí)間隔地，等間距地修改( 如加1或減1)顯示起始行寄存器的內(nèi)容，則顯示屏將呈現(xiàn)顯示內(nèi)容向上或向下平滑滾動的顯

105、示效果。</p><p><b>　　頁面地址設(shè)置指令</b></p><p>　　該指令設(shè)置了頁面地址——X地址寄存器的內(nèi)容。HD61202將顯示存儲器分成8頁，指令代碼中P2-P0就是要確定當(dāng)前所要選擇的頁面地址，取值范圍為0-7H,代表第1-8頁。該指令規(guī)定了以后的讀／寫操作將在哪一個(gè)頁面上進(jìn)行。</p><p><b>　　列

106、地址設(shè)置指令</b></p><p>　　該指令設(shè)置了Y地址計(jì)數(shù)器的內(nèi)容，C5~C0=0~3FH( 1~64 )代表了某一頁面上的某一個(gè)單元地址，隨后的一次讀或?qū)憯?shù)據(jù)將在這個(gè)單元上進(jìn)行。Y地址計(jì)數(shù)器具有自動加1功能，在每上次讀／寫數(shù)據(jù)后它將自動加1，所以在連續(xù)進(jìn)行讀／寫數(shù)據(jù)時(shí)，Y地址計(jì)數(shù)器不必每次都設(shè)置一次。</p><p>　　頁面地址的設(shè)置和列地址的設(shè)置將顯示存儲器單元唯一

107、的確定下來，為后來的顯示數(shù)據(jù)的讀／寫作了地址的選通。</p><p><b>　　寫數(shù)據(jù)指令</b></p><p>　　該操作將8位數(shù)據(jù)寫入先前已確定的顯示存儲器的單元內(nèi)。操作完成后列地址計(jì)數(shù)器自動加1。</p><p><b>　　讀數(shù)據(jù)指令</b></p><p>　　該操作將HD61202接

108、口部的輸出寄存器內(nèi)容讀出，然后列地址計(jì)數(shù)器自動加一。必須注意的是，進(jìn)行讀操作之前，必須有一次空讀操作，緊接著再讀才會讀出所要讀的單元中的數(shù)據(jù)。</p><p>　　3.4 液晶顯示界面</p><p>　　本著簡單明了的基本思想前面提到，結(jié)合液晶顯示模塊的相關(guān)知識，設(shè)計(jì)出如下界面：</p><p>　　圖3-1 LCD界面顯示</p><p&g

109、t;　　這次設(shè)計(jì)采用的液晶顯示模塊本是由北京精電公司所造的圖形式的MGLS-12864芯片，其用一片KS0107B或兼容驅(qū)動器( HD61203 )作為行驅(qū)動器和三片KS0108B或兼容驅(qū)動器(HD61203) 作為列驅(qū)動器組成的。</p><p>　　液晶顯示的第一行為“智能型充電器”，由左起第四列開始顯示，這樣正好左右平均分配。第二行左起頂格顯示“電池”，表示對充電電池的選擇，可進(jìn)行“鋰電、鎳鎘、鎳氫、鉛酸”

110、四種電池的選取，第三行顯示電池的節(jié)數(shù)，第四行顯示狀態(tài)，可以在“快充、涓充、充滿、放電”四個(gè)選項(xiàng)間進(jìn)行選取，第二行到第四行左起分別顯示電壓、電流和溫度數(shù)值。由此可見，左邊的兩選項(xiàng)在充放電的過程中是不變的，而右邊的三個(gè)參數(shù)在充電過程中隨時(shí)發(fā)生變化。</p><p>　　3.5 系統(tǒng)程序流程圖</p><p>　　為了方便程序的設(shè)計(jì)，使自己在設(shè)計(jì)過程中做到思路清晰，設(shè)計(jì)起來游刃有余。這里首先畫出

111、了程序流程圖，后面根據(jù)次流程圖具體設(shè)計(jì)程序，現(xiàn)具體分析如下：</p><p><b>　　(一)主程序流程圖</b></p><p>　　這次設(shè)計(jì)課題的主要內(nèi)容是在充電器的充電過程中，采集參數(shù)，進(jìn)行電壓、電流、溫度的實(shí)時(shí)顯示。其主流程圖設(shè)計(jì)如下：</p><p><b>　?。?）</b></p><p