畢業(yè)設(shè)計----模擬路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p>　　模擬路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 引言2</b></p><p>　　2 總體方案設(shè)計2</p><p>　　3 分電路設(shè)計和論證3</p><p>　　3.1 按鍵、顯示模塊電路設(shè)計

2、3</p><p>　　3.2．時鐘模塊5</p><p>　　3.3 聲光報警模塊6</p><p>　　3.4 信號采集模塊的設(shè)計7</p><p>　　3.5.路燈控制模塊9</p><p>　　3.6支路控制系統(tǒng)設(shè)計9</p><p>　　3.7.電源模塊12</p&

3、gt;<p>　　3.8 復(fù)位電路12</p><p>　　3.9 恒流源模塊13</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計19</b></p><p><b>　　4.1流程圖19</b></p><p>　　4.2 源程序23</p><p>　　

4、5 軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試27</p><p>　　5.1硬件調(diào)試27</p><p>　　5.2 軟件調(diào)試27</p><p><b>　　6 附錄28</b></p><p>　　附錄1 系統(tǒng)原理圖28</p><p>　　附錄 2 程序清單29</p><p>

5、;<b>　　7 參考文獻46</b></p><p>　　摘要：本系統(tǒng)以AVR低功耗單片機系列ATMEGA16L為核心組成支路控制系統(tǒng)，采用專用時鐘芯片實現(xiàn)精確的時鐘功能，設(shè)定并顯示開關(guān)燈時間。該控制系統(tǒng)能根據(jù)環(huán)境明暗變化自動開燈和關(guān)燈，以達到節(jié)能要求。ATMEGA16L是一款高性能、低功耗的8位AVR微處理器，使系統(tǒng)在低功耗的狀態(tài)下穩(wěn)定工作。系統(tǒng)采用線路簡單、體積小的專用時鐘芯片DS1

6、302，DS1302工作時功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW。使用DS1302不但使電路功耗降低，而且節(jié)省IO口資源。采用低功耗的字符型液晶作為顯示器件，顯示更為直觀。</p><p>　　使用光敏電阻來檢測環(huán)境明暗的變化，光敏電阻在不同光強下電阻值會發(fā)生明顯變化，單片機內(nèi)部AD采集電阻值的變化量達到檢測目的。采用對射式收發(fā)一體光電傳感器檢測物體的運動，使用靈敏光電傳感器更有效地實現(xiàn)在物體運動過程中路燈

7、的自動控制，達到節(jié)能的要求。當(dāng)路燈電路出現(xiàn)故障時，單片機采集路燈電路采樣點的電壓后處理采集到的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動報警功能。該系統(tǒng)基于可靠的硬件設(shè)計和穩(wěn)定的軟件算法實現(xiàn)題目基本要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：ATMEGA16L 功耗 節(jié)能 光電傳感器 </p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 基于Atme

8、g16L單片機的路燈控制系統(tǒng)的研究</p><p>　　當(dāng)今單片機的發(fā)展相當(dāng)迅速，產(chǎn)品更新?lián)Q代周期也越來越短，其結(jié)構(gòu)不斷改進，功能日益增強，性能價格比越來越高。目前全世界單片機制造商有很多家，產(chǎn)品有很多系列。它們在我國均得到了廣泛使用。</p><p>　　本課題中我所采用的ATmega16芯片是8位單片機的佼佼者。ATmega16是基于增強的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控

9、制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。</p><p>　　路燈控制系統(tǒng)是生產(chǎn)生活和城市道路建設(shè)中必備的系統(tǒng)之一。根據(jù)設(shè)計題目要求，基于單片機為中心，通過Atmeg16l單片機實現(xiàn)對路燈定時開關(guān)及時間顯示的控制。光敏電阻部分電路通過可根據(jù)外界環(huán)境明暗的變化，能夠自動進行開燈和關(guān)燈。光電傳感器可以感應(yīng)在

10、一定范圍內(nèi)移動的物體，產(chǎn)生信號送給單片機實現(xiàn)燈依次點亮的控制。通過對Atmeg16l單片機進行編程，使用單片機的兩個端口分別對兩只路燈進行控制，并設(shè)定不同的開燈和關(guān)燈時間。路燈故障時，支路控制器產(chǎn)生低電平，送入Atmeg16l單片機，產(chǎn)生報警信號。并將燈的狀態(tài)等信息顯示在1602液晶屏上。</p><p>　　由于本人水平有限，該課題設(shè)計并不完善，諸多的不足不妥之處難免存在。敬請讀者批評指正。</p>

11、<p><b>　　2 總體方案設(shè)計</b></p><p>　　2.1. 方案一：題目要求設(shè)計一個模擬路燈控制系統(tǒng)，實現(xiàn)支路控制器對單元控制器的有效控制。本系統(tǒng)采用ATMEGA16L單片機為主控芯片，采用對射式收發(fā)一體的光電傳感器采集由于物體運動所產(chǎn)生的信號，信號經(jīng)單片機分析處理后控制路燈的亮滅,同時將時間顯示出來。支路控制器的時鐘采用精確的時鐘芯片并由字符型液晶作為顯示，利

12、用按鍵設(shè)定、修改開關(guān)燈時間。系統(tǒng)采用光敏電阻分壓的方式感應(yīng)周圍環(huán)境明暗的變化，支路控制系統(tǒng)采集分壓值經(jīng)單片機處理后來控制路燈的變化。當(dāng)路燈出現(xiàn)故障后路燈電路中采樣點的電壓值會發(fā)生變化，單片機根據(jù)變化量進行相應(yīng)的處理。將地址編號顯示在 1602液晶屏上,并且實現(xiàn)聲光報警。</p><p>　　2.2.方案二：與方案一不同的是方案二選用AT89S52芯片，采用紅外對管對物體的移動進行檢測，時鐘由單片機定時器實現(xiàn)。&l

13、t;/p><p>　　方案比較：與AT89S52相比，ATMEGA16L在性能上具有明顯的優(yōu)勢，可選用的資源也多得多。故采用方案一。</p><p>　　本系統(tǒng)以ATMEGA16L為控制核心。整個系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示：</p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　3 分電路設(shè)計和論證</p

14、><p>　　3.1 按鍵、顯示模塊電路設(shè)計</p><p>　　3.1.1 方案一：采用掃描方式工作的獨立式按鍵、采用液晶顯示屏。</p><p>　　對于獨立式按鍵來說，如果設(shè)置過多按鍵，顯然會占用較多I/O口，給布線帶來不便，此方案適用于按鍵較少的情況。但此方案實現(xiàn)簡單，硬件電路冰不復(fù)雜，軟件編程也容易。</p><p>　　液晶顯示屏（L

15、CD）具有功耗小、輕薄短小無輻射危險，平面直角顯示以及影象穩(wěn)定不閃爍，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強等特點。</p><p>　　3.1.2 方案二：4×4矩陣式鍵盤、采用LED七段數(shù)碼管顯示。。</p><p>　　此方案需要占用8個I/O口，采用行列掃描的方式工作，即每個程序的執(zhí)行周期要對鍵盤進行至少一次的掃描，這就占用了系統(tǒng)的時間，增長了程序的執(zhí)行周期，變相的減緩了溫

16、度的讀取速度，本系統(tǒng)需要的I/O口比較多，該方案占用的資源比較多。數(shù)碼管硬件接線麻煩，占用的I/O口比LCD要多，浪費資源，而且走線繁瑣，不利于系統(tǒng)的擴展。</p><p>　　綜合考慮我選擇方案一來進行設(shè)計。</p><p>　　顯示電路我們采用1602字符型液晶顯示。</p><p>　　關(guān)于1602我們并不陌生，它是工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32

17、個字符。（16列2行）1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線。VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣，其中：</p><p>　　寄存器選擇控制表　　 </p><p>　　注：關(guān)于E=H脈沖——開始時初始化E為0，然后置E為1，再清0. </p><p>　　busy flag（

18、DB7）：在此位為被清除為0時，LCD將無法再處理其他的指令要求。</p><p><b>　　1602的字符集</b></p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000

19、001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。 </p><p>　　因為1602識別的是ASCII碼，試驗可以用ASCII碼直接賦值，在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如'A’。</p><p>　　圖2 1602顯示及按鍵電路</p><p>　　通過按鍵可以調(diào)節(jié)和設(shè)定路燈的開關(guān)時間，控制整條支路按

20、時開燈和關(guān)燈，并在字符液晶上顯示出來。字符型液晶因具有體積小、功耗低、壽命長、價格低、接口控制方便及顯示操作簡單等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。我們這里用到的是1602液晶，1602液晶為5V電壓驅(qū)動，帶背光，可顯示2行，每行16個字符，不能顯示漢字，內(nèi)置128個字符的ASCII字符集庫，只有并口接口，無串口接口。</p><p><b>　　3.2．時鐘模塊</b></p><p&

21、gt;　　3.2.1 方案一 使用1MHZ石英晶體振蕩器。</p><p>　　石英晶體振蕩器頻率準(zhǔn)確，外圍元件少，易于調(diào)試。電路搭建容易，維修簡單方便，價格低廉。但是此方案會占用較多單片機I/O端口，顯然在此不太實用。</p><p>　　3.2.2 方案二 用單極晶體管觸發(fā)電路提供時序脈沖。</p><p>　　此方案是用LC震蕩回路產(chǎn)生脈沖，然后對脈沖進行整形

22、，這種方法得到的脈沖頻率難以準(zhǔn)確，而且電路難以調(diào)試。</p><p>　　3.2.3 方案三采用能精確定時的專用時鐘芯片DS1302</p><p>　　DS1302芯片線路簡單、體積小，易于操作，且價格低廉。它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時。</p><p>　　故綜上所述我選用方案三。電路如下圖。 </p><p><

23、b>　　圖3 時鐘電路</b></p><p>　　為實現(xiàn)精確的時鐘功能并節(jié)省單片機IO口資源，該設(shè)計使用專用的接口方式為串行的時鐘芯片DS1302，該芯片線路簡單、體積小，易于操作，且價格低廉。DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進

24、行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細(xì)電流充電的能力。另外該芯片有備份電源引腳，可以在斷電后仍能工作，以保證時鐘的準(zhǔn)確性。DS1302與單片機之間能簡單的采用同步串行方式進行通信，僅需用到三個口線：（1）RES（

25、復(fù)位），（2）I/O（數(shù)據(jù)線），（3）SCLK（串行時鐘）。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏</p><p>　　3.3 聲光報警模塊</p><p>　　本設(shè)計采用LED作為光報警器件，蜂鳴器作為聲報警器件。在光報警硬件設(shè)計方面，本系統(tǒng)只有在溫度正常時，蜂鳴

26、器沒有聲響發(fā)出。本系統(tǒng)采用聲光報警的原因是：</p><p>　　一：從聲、光兩方面著手，刺激人的視覺和聽覺。這從感官方面來講，提供了雙保險設(shè)計。</p><p>　　二：在電路設(shè)計方面來講，當(dāng)聲或是光中的一方出現(xiàn)問題時，另一方面還可以正常報警，從硬件上提供了雙保險設(shè)計。</p><p><b>　　圖4 聲光報警電路</b></p>

27、;<p>　　當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，蜂鳴器會發(fā)出警報聲，同時報警指示燈也會點亮。</p><p>　　3.4 信號采集模塊的設(shè)計</p><p>　　3.4.1 方案一 采用光電傳感器檢測物體的移動，由光敏電阻檢測環(huán)境明暗的變化</p><p>　　信號采集模塊包括物體檢測模塊和環(huán)境明暗檢測模塊，兩者功能如下：</p><p>　　

28、物體檢測模塊：該模塊需要檢測物體的移動，并根據(jù)物體的移動進行路燈開關(guān)的自動控制。基于此目的采用探測距離遠、靈敏度高的反射式光電傳感器進行檢測，當(dāng)傳感器檢測到小車時，傳感器給單片機一個信號，然后單片機對路燈進行合理控制，達到題目要求。</p><p>　　環(huán)境明暗檢測模塊：該模塊需要檢測環(huán)境光的變化，根據(jù)環(huán)境光的明暗進行路燈開關(guān)的自動控制?；诖艘蟛捎糜晒饷綦娮杞M成的分壓電路進行檢測。光敏電阻器又稱光導(dǎo)管，特性是

29、在特定光的照射下，其阻值迅速減小，可用于檢測可見光。在不同的光強下，光敏電阻的電阻值會發(fā)生明顯變化，光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光通過檢測不同光強下電阻值的變化量來控制路燈的開和關(guān)。</p><p>　　3.4.2 方案二 超聲波檢測</p><p>　　機械振動在介質(zhì)中的傳播過程叫做波，人耳能夠感受到頻率高于16赫

30、茲，低于20000赫茲的彈性波，所以在這個頻率范圍內(nèi)的彈性波又叫聲波。頻率小于10赫茲的彈性波又叫次聲波，頻率高于20000赫茲的彈性波叫做超聲波。次聲波和超聲波人耳都不能感受。</p><p>　　超聲波測距作為一種非接觸性的檢測方法，因其結(jié)構(gòu)簡單緊湊、可靠性高、價格低廉、實時性強等優(yōu)點，近年來已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，如液位測量，修路過程中路面平整檢測，汽車倒車?yán)走_，機器人輔助視覺識別系統(tǒng)等。但因超聲波在空氣中傳播

31、時受到諸如環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速等影響，傳統(tǒng)的超聲波測距系統(tǒng)精度普遍較低。由于超聲波測距的不穩(wěn)定，我們需要復(fù)雜的超聲波處理電路，處理程序算法也比較復(fù)雜，我們不采用。</p><p>　　3.4.3 方案三 紅外傳感器檢測</p><p>　　紅外線是介于可見光和微波之間的一種電磁波，因此，它不僅具有可見光直線傳播、反射、折射等特性，還具有微波的某些特性，如較強的穿透能力和能貫穿某些不透明物質(zhì)

32、等。紅外傳感器包括紅外發(fā)射器件和紅外接收器件。自然界的所有物體只要溫度高于絕對零度都會輻射紅外線，因而，紅外傳感器須具有更強的發(fā)射和接收能力。</p><p>　　紅外傳感器的的測距基本原理為發(fā)光管發(fā)出紅外光，光敏接收管接收前方物體反射光，據(jù)此判斷前方是否有障礙物。根據(jù)發(fā)射光的強弱可以判斷物體的距離，它的原理是接收管接收的光強隨反射物體的距離而變化的，距離近則反射光強，距離遠則反射光弱。</p>&

33、lt;p>　　目前，使用較多的一種傳感器-紅外光電開關(guān)，它的發(fā)射頻率一般為38 kHz左右，探測距離一般比較短，通常被用作近距離障礙目標(biāo)的識別。</p><p>　　由于方案二需要復(fù)雜的超聲波處理電路，處理程序算法也比較復(fù)雜，我們不采用。</p><p>　　而方案三需要安裝紅外對管也比較麻煩，所以我采用方案一。模塊電路如下：</p><p><b>

34、;　　圖5 采樣電路</b></p><p>　　光電傳感器原理：光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢姽廪D(zhuǎn)換成某種電量的傳感器。光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負(fù)載電阻相串聯(lián)，當(dāng)無光照時，它與普通二極管一樣，反向電流很?。ǎ?#181;A），稱為光敏

35、二極管的暗電流；當(dāng)有光照時，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。光敏三級管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個極——發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開

36、窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。在無光照時管子流過的電流為暗電流Iceo=（1+β）Icbo（很?。?，比一般三極管的穿透電流還??；當(dāng)有</p><p>　　3.5.路燈控制模塊</p><p>　　3.5.1方案一：用晶閘管電子開關(guān)控制LED燈的開關(guān)</p><p>　　晶閘管電子開關(guān)

37、充分利用了電壓過零觸發(fā)、電流過零切除、開關(guān)無觸點、響應(yīng)速度快等晶閘管特性，可使電容上的電壓從零快速上升到額定工作電壓。而在斷開時，晶閘管上的電流過零切除．可實現(xiàn)電容器投入無涌流、切除無過壓、投切無電弧的快速動態(tài)補償功能，故能較好地解決電容器投切時產(chǎn)生的暫態(tài)沖擊問題。但是，晶閘管在導(dǎo)通狀態(tài)下存在較大的管壓降(1 V左右)，故在工作時，要考慮消耗功率和其產(chǎn)生和散發(fā)的大量熱量，而這會使運行和維護的成本加大。</p><p&

38、gt;　　3.5.2 方案二 采用繼電器控制LED燈的開關(guān)</p><p>　　電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉

39、觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。</p><p>　　此方案非常適用于AVR單片機電路，資源占用少，硬件電路也相對簡單得多。故我們采用該方案。</p><p><b>　　圖6 路燈控制電路</b></p><p>　　該模塊采用節(jié)能的1W LED燈，當(dāng)電路出現(xiàn)故障時，單片機通過內(nèi)部AD采集電路采樣點的電壓變化

40、量后對數(shù)據(jù)進行處理,通過繼電器控制路燈。</p><p>　　3.6支路控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　3.6.1 方案一 采用AVR單片機系列的ATmega16芯片作為電路的核心處理模塊。</p><p>　　ATmega16芯片功能強大，51系列單片機所有能實現(xiàn)的功能它基本都能實現(xiàn)，而且比51系列更為強大，使用更為靈活。而且，ATmega16單片機具有更多的資

41、源，比如他自帶的AD轉(zhuǎn)換模塊，可以在硬件設(shè)計的時候省略外圍的AD轉(zhuǎn)換電路。軟件編程呢也更為靈活。</p><p>　　3.6.2 方案二 采用AT89s52單片機</p><p>　　該單片機性價比雖然比較好，但功能相比而言確實要少很多，資源也不像AVR單片機系列那么豐富，運用方面相對較單一點。而且需要加的外圍電路會更加復(fù)雜。</p><p>　　綜合各方面考慮我選

42、擇了方案一。核心電路如圖：</p><p>　　圖7 支路控制系統(tǒng)</p><p>　　支路控制系統(tǒng)是模擬路燈控制系統(tǒng)的核心，該系統(tǒng)采用ATMEL公司的ATMEGA16L單片機作為主控制芯片來實現(xiàn)對受控對象的控制。與AT89S52相比，ATMEGA16L是一款高性能、低功耗的8位AVR微處理器，具有速度快、輸出電流大、工作電壓范圍寬、成本低等優(yōu)點，是一款性價比很高的單片機。</p

43、><p>　　ATmega16單片機的產(chǎn)品特性：</p><p>　　? 高性能、低功耗的 8 位 AVR® 微處理器</p><p>　　? 先進的RISC結(jié)構(gòu)</p><p>　　– 131 條指令 – 大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期</p><p>　　–32 個8 位通用工作寄存器</p>

44、<p><b>　　– 全靜態(tài)工作</b></p><p>　　– 工作于16 MHz 時性能高達16 MIPS</p><p>　　– 只需兩個時鐘周期的硬件乘法器</p><p>　　? 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器</p><p>　　– 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash </p>&l

45、t;p>　　擦寫壽命: 10,000 次</p><p>　　– 具有獨立鎖定位的可選Boot 代碼區(qū)</p><p>　　通過片上Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程</p><p><b>　　真正的同時讀寫操作</b></p><p>　　– 512 字節(jié)的EEPROM</p><p>　　擦

46、寫壽命: 100,000 次</p><p>　　–1K 字節(jié)的片內(nèi)SRAM</p><p>　　– 可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密</p><p>　　? JTAG 接口( 與IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)兼容 )</p><p>　　– 符合JTAG標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能</p><p>　　– 支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)

47、試功能</p><p>　　– 通過JTAG接口實現(xiàn)對 Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程</p><p><b>　　? 外設(shè)特點</b></p><p>　　– 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</p><p>　　– 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

48、</p><p>　　– 具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器RTC</p><p><b>　　– 四通道PWM</b></p><p>　　–8路 10 位ADC</p><p><b>　　8 個單端通道</b></p><p>　　TQFP 封裝的7 個差分通道</p&g

49、t;<p>　　2個具有可編程增益 （1x, 10x, 或200x）的差分通道</p><p>　　– 面向字節(jié)的兩線接口</p><p>　　– 兩個可編程的串行USART</p><p>　　– 可工作于主機/從機模式的 SPI串行接口</p><p>　　– 具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器</p>&

50、lt;p><b>　　– 片內(nèi)模擬比較器</b></p><p>　　? 特殊的處理器特點</p><p>　　– 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測</p><p>　　– 片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的RC 振蕩器</p><p>　　– 片內(nèi)/片外中斷源</p><p>　　–6種睡眠模式 : 空閑模式、A

51、DC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及</p><p>　　擴展的Standby 模式</p><p><b>　　? I/O和封裝</b></p><p>　　– 32 個可編程的I/O口</p><p>　　–40 引腳PDIP封裝 , 44 引腳 TQFP 封裝,與 44 引腳MLF封裝&l

52、t;/p><p><b>　　? 工作電壓:</b></p><p>　　– ATmega16L：2.7 - 5.5V</p><p>　　–ATmega16：4.5 - 5.5V</p><p><b>　　? 速度等級</b></p><p>　　– 0 - 8 MHz AT

53、mega16L</p><p>　　– 0 - 16 MHz ATmega16</p><p>　　? ATmega16L在 1 MHz, 3V, 25°C時的功耗</p><p>　　– 正常模式: 1.1 mA</p><p>　　– 空閑模式: 0.35 mA</p><p>　　– 掉電模式: <

54、; 1 µA</p><p><b>　　3.7.電源模塊</b></p><p>　　3.7.1方案一：采用穩(wěn)壓電路提供穩(wěn)壓電源。</p><p>　　采用三端集成穩(wěn)壓電路提供穩(wěn)壓電源供電，電源的穩(wěn)壓性能好，直流輸出特性好，系統(tǒng)可以穩(wěn)定工作。</p><p>　　3.7.2方案二：采用四只干電池提供電源。&l

55、t;/p><p>　　該方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，成本低；缺點是輸出功率不高，只能勉強推動單片機，適合小電流負(fù)載。該方案中需要能提供LED電源，干電池?zé)o法提供這么大的電流。而且在整個系統(tǒng)工作的過程中，電壓會隨著時間的推移而不斷降低，進而造成系統(tǒng)出現(xiàn)死機等情況。 </p><p>　　方案一電路結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，完全可以滿足電路正常工作的要求。故選擇方案一。電路圖如下：</p>

56、<p>　　圖8 5V穩(wěn)壓電路</p><p>　　電源是系統(tǒng)中最重要的模塊之一，輸入電源經(jīng)穩(wěn)壓塊后輸出穩(wěn)定的+5V電源，用以驅(qū)動整個系統(tǒng)。</p><p><b>　　3.8 復(fù)位電路</b></p><p>　　3.8.1 方案一：上電復(fù)位</p><p>　　該方案電路簡單，可靠性高，但是只有當(dāng)系統(tǒng)上電

57、時，自動復(fù)位。而當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)死機情況的時候，要把整個系統(tǒng)斷電。</p><p>　　3.8.2 方案二：按鍵復(fù)位</p><p>　　該方案并不復(fù)雜而且比方案一更加可靠，更便捷。只需按下鍵盤即可實現(xiàn)復(fù)位操作。</p><p>　　按鍵復(fù)位電路如下圖：</p><p><b>　　圖9 復(fù)位電路</b></p>

58、<p><b>　　3.9 恒流源模塊</b></p><p>　　3.9.1 恒流源原理</p><p>　　恒流源是輸出電流保持不變的電流源，而理想的恒流源為： a)不因負(fù)載(輸出電壓)變化而改變。 b)不因環(huán)境溫度變化而改變。 c)內(nèi)阻為無限大。   &

59、#160;          恒流源之電路符號：          理想的恒流源       

60、;      實際的流源</p><p>　　圖10 恒流源理想的恒流源，其內(nèi)阻為無限大，使其電流可以全部流出外面。實際的恒流源皆有內(nèi)阻R。 </p><p>　　2.三極管的恒流特性： </p><p>　　圖11 三極管恒流特性</p><p>

61、　　從三極管特性曲線可見，工作區(qū)內(nèi)的IC受IB影響，而VCE對IC的影響很微。 因此，只要IB值固定，IC亦都可以固定。 輸出電流IO即是流經(jīng)負(fù)載的IC。 </p><p>　　電流鏡電路Current Mirror： 電流鏡是一個輸入電流IS與輸出電流IO相等的電路：  </p><p>　　圖1

62、2 電流鏡電路Q1和Q2的特性相同，即VBE1 = VBE2，β1 = β2。    三極管之β受溫度的影響，但利用電流鏡像恒流源，不受β影響，主要依靠外接電阻R經(jīng) Q2去決定輸出電流IO（IC2 = IO）。 </p><p>　　

63、3.9.2方案一:    </p><p>　　從左邊看起:基極偏壓</p><p>　　所以 VE=VB - 0.6=1.0V 又因為射極電阻是1K,流經(jīng)射極電阻的電流是

64、 所以流經(jīng)負(fù)載的電流就就是穩(wěn)定的1mA</p><p>　　3.9.3方案二：利用PNP三極管供應(yīng)電流給負(fù)載電路。電路如下圖：   </p><p>　　這個有一點不同:利用PNP三極管供應(yīng)電流給負(fù)載電路.首先,利用二極管0.6 V的壓降,提供8.2 V基極偏壓(

65、10 – 3 x 0.6 = 8.2). 4.7 K電阻只是用來形成通路,而且不希望(也不會)有很多電流流經(jīng)這個電阻。 VE=VB + 0.6=8.8V，PNP晶體的560歐姆電阻兩端電位差是1.2V, 所以電流是2mA。 </p><p>　　如果只用一個三極管不能滿足需求,可以用兩

66、個三極管架成:    </p><p>　　或是    </p><p>　　3.9.4方案三：利用電位器采樣電壓值，通過集成運放組組成恒流源。已達到輸出可調(diào)電流的恒流源的目的。</p><p&g

67、t;<b>　　電路圖如下所示：</b></p><p><b>　　圖13 恒流源電路</b></p><p>　　圖中的第一組運放電路是跟隨器，對輸入的電壓取樣電路進行阻抗變換。最前面的雙向開關(guān)負(fù)責(zé)將正負(fù)12V電壓接入，這個電壓是運放的供電電壓，并提供給其他線路作為電源輸入，C24和C25電容是運放正負(fù)電源端的濾波電容，緊靠運放電源引腳。R1

68、1和電位器RW4組成了一個電壓取樣電路，通過改變電位器RW4滑動端的位置取出不同的電壓值，同時這個取出的電壓值也是輸出電流的正比例控制值，電位器滑動頭的電壓就按照串聯(lián)分壓的方式計算得出，后端的R15和電容C20作為取出電壓信號的阻容濾波電路，因為后端接的是運放的正端，電位器的滑動頭不輸出電流。運放的1腳輸出的電壓等于3腳的電壓，既是電位器滑動端的電壓值。運放上面的R12和D9是供電電源12V的指示電路，12V通過開關(guān)供給后D9發(fā)光指示電

69、壓正常。</p><p>　　后面的一組運放是實現(xiàn)電壓到恒流的轉(zhuǎn)換，電路中有正反饋也有負(fù)反饋，但線路是穩(wěn)定的狀態(tài)，計算的時候運放也是按照虛短和虛斷的分析方式，C21是電壓信號的濾波電容，假設(shè)第一組運放1腳輸出的電壓是V，第二組運放5腳正端的電壓是V1，那么電阻RS1左端的電壓值為2V1，因為電阻R16和R18是相同的數(shù)值。電阻RS1右端的電壓按照R13和R14分壓電路計算的話數(shù)值是V1-(V-V1)=2V1-V，

70、這樣我們就可以計算出RS1兩端的電壓是V，所以流過RS1電阻的電流是恒定的，另外考慮到RX1和R13相對RS1和負(fù)載的阻值不在同一個數(shù)量級，比他們大好多倍，因此流過RS1的電流基本都流向負(fù)載，很少量的電流流向R13和RX1，所以輸出的電流基本是恒定的。在以上的計算中V1的數(shù)值是不確定的，他是根據(jù)負(fù)載的大小變化的，但是不論V1的數(shù)值怎么變化，通過計算可以知道流過電阻RS1的電流是不變的，以為它兩端的電壓是V，而V這個電壓值是第一組運放的輸

71、出，在電位器不調(diào)節(jié)的時候V的數(shù)值是固定的，流過RS1的電流不變，所以輸出電流也不變，實現(xiàn)恒流控制。</p><p>　　后面一組運放電路中Q4三極管的作用時增大運放的電流輸出能力，因為負(fù)載比較小，運放驅(qū)動能力可能不夠，R19基本沒有作用在電路中，RX1可能是負(fù)載或者假負(fù)載，比如輸出不接任何負(fù)載，電流基本都流過RX1，如果不接RX1，在沒有負(fù)載的情況下輸出就是電壓最大值接近12V，在這種電壓輸出下，運放的正負(fù)端會有

72、較大的壓差，有可能會損壞運放358。同時在線路的設(shè)計上也要保證負(fù)載流過恒定電流產(chǎn)生的電壓值不能超過12V，如果超過電源供電電壓，不能實現(xiàn)恒流工作性能。</p><p>　　RX1不取沒事，取小了對負(fù)載不好，要比負(fù)載大10倍以上，要忽略流過他的電流。</p><p>　　由于方案三可以更好的對輸出電流進行控制，進而達到對路燈條光的目的。故本系統(tǒng)采用方案三的恒流源電路，以實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。<

73、;/p><p><b>　　4 軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1流程圖</b></p><p>　　4.1.1主程序流程圖</p><p><b>　　圖10 流程圖</b></p><p>　　C語言表達能力和運算能力比較強，且具有很好

74、的可移植性和硬件控制能力。采用ICC AVR編譯器。ICC AVR是眾多AVR單片機應(yīng)用開發(fā)軟件中的優(yōu)秀軟件之一，界面友好，易學(xué)易用。</p><p>　　該系統(tǒng)能完成基本功能部分，傳感器檢測物體運動的最大誤差為正負(fù)1cm，光敏電阻在正常光照情況下電阻值為2K，在強光下電阻值為200歐姆，在黑暗情況下2M.。路燈電路正常時采樣點電壓為3V左右，在開路故障時電壓為0V。</p><p>　　

75、4.1.2 按鍵子程序流程圖：</p><p>　　4.1.3 界面顯示子程序流程圖：</p><p>　　4.1.4 報警子程序流程圖： </p><p><b>　　4.2 源程序</b></p><p><b>　　4.2.1主程序</b></p><p>　　//**

76、***************主函數(shù)***********************</p><p>　　Void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　AD_init();</p><p>　　DDRB|=0x50;</p><p>　　DDRD|=BIT(0)

77、;</p><p>　　PORTD|=BIT(0);</p><p>　　if(chuangan_press())</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(turn1==1)</p><p><b>　　{</b></p><p&

78、gt;　　switch(chuangan_scan())//判斷車的方向，左還是右</p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 1:turn=1;</p><p><b>　　break;</b></p><p>　　case 3:turn=3;</p>&l

79、t;p>　　break; </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　switch(turn)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 1: zu

80、o_turn();</p><p><b>　　break;</b></p><p>　　case 3: you_turn();</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>

81、　　}</b></p><p>　　begin_AD();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.2.2按鍵子程序</p><p>　　/*******************************************</p><p>　　函數(shù)名稱: k

82、ey_press</p><p>　　功 能: 檢測是否有鍵按下</p><p><b>　　參 數(shù): 無</b></p><p>　　返回值 : 鍵按下時為1，否則為0</p><p>　　/********************************************/</p>

83、<p>　　uchar key_press()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar temp;</p><p><b>　　KEY_OUT;</b></p><p>　　KEY_OUT_H;</p><p><b>　　

84、KEY_IN;</b></p><p>　　temp=KEY_DATA;</p><p>　　temp&=0XF8;</p><p>　　if(temp==0XF8)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　return 0;</b&

85、gt;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　return 1;</b></p><p><b>　　}&

86、lt;/b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　函數(shù)名稱: key_scan</p><p>　　功 能: 返回鍵值</p><p><b>　　參 數(shù): 無</b></p><p>　　返回值 : key</p>

87、<p>　　/********************************************/</p><p>　　uchar key_scan()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar key;</p><p>　　delay(10);</p><

88、;p>　　if(key_press())</p><p><b>　　{</b></p><p>　　key=KEY_DATA;</p><p>　　key&=0XF8;</p><p>　　switch(key)</p><p><b>　　{</b><

89、/p><p>　　case 0X78: </p><p><b>　　key=0x0;</b></p><p><b>　　break;</b></p><p>　　case 0XB8:</p><p><b>　　key=0x1;</b></p>

90、;<p><b>　　break;</b></p><p>　　case 0XD8: </p><p><b>　　key=0x2;</b></p><p><b>　　break;</b></p><p>　　case 0XE8:</p><

91、p><b>　　key=0x3;</b></p><p>　　PORTB&=~BIT(4);</p><p>　　PORTB&=~BIT(6);</p><p><b>　　break; </b></p><p>　　case 0XF0:</p><p>

92、;<b>　　key=0x4;</b></p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　default:</b></p><p>　　key=16; </p><p><b>　　}</b></p>

93、;<p>　　while(key_press());</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　key=16;</b></p

94、><p><b>　　}</b></p><p>　　return key;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.2.3界面顯示子程序</p><p>　　/*******************************************<

95、/p><p>　　函數(shù)名稱: LCD1602_write_com(uchar com)</p><p>　　功 能: 向1602液晶寫入一個字節(jié)指令</p><p>　　參 數(shù): com是指令</p><p><b>　　返回值 : 無</b></p><p>　　/**********

96、**********************************/</p><p>　　void LCD1602_write_com(uchar com)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　LCD_RS_L;</b></p><p><b>　　LCD

97、_RW_L;</b></p><p>　　LCD_DATA=com;</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　LCD_OE_H;</b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><

98、;p><b>　　LCD_OE_L;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*******************************************</p><p>　　函數(shù)名稱: LCD1602_write_dat(uchar dat)</p><p

99、>　　功 能: 向1602液晶寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù)</p><p>　　參 數(shù): dat是數(shù)據(jù)</p><p><b>　　返回值 : 無</b></p><p>　　/**********************************************/</p><p>　　void LCD16

100、02_write_dat(uchar dat)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　LCD_RS_H;</b></p><p><b>　　LCD_RW_L;</b></p><p>　　LCD_DATA=dat;</p>

101、<p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　LCD_OE_H;</b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　LCD_OE_L;</b></p><p><b&

102、gt;　　}</b></p><p>　　4.2.4 報警子程序</p><p>　　void begin_AD()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar AD0,AD1,AD2;</p><p>　　ADMUX=0X20; //外部參考電壓

103、AVCC,選通AD0路</p><p>　　ADCSRA|=BIT(6); //ADC轉(zhuǎn)換開始</p><p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　AD0=ADCH;</b></p><p><b>　　delay(1);</b></p&

104、gt;<p>　　ADMUX=0X21; ////外部參考電壓AVCC,選通AD1路</p><p>　　ADCSRA|=BIT(6); //ADC轉(zhuǎn)換開始</p><p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　AD1=ADCH;</b></p><

105、;p>　　ADMUX=0X22; ////外部參考電壓AVCC,選通AD2路</p><p>　　ADCSRA|=BIT(6); //ADC轉(zhuǎn)換開始</p><p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　AD2=ADCH;</b></p><p>　　

106、if(AD0<=20)//光敏</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PORTB|=BIT(6);</p><p>　　PORTB|=BIT(4);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(AD0>=150)<

107、/p><p><b>　　{</b></p><p>　　PORTB&=~BIT(6);</p><p>　　PORTB&=~BIT(4);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(AD1>=200)//報警1</p>

108、<p><b>　　{</b></p><p>　　PORTD&=~BIT(0);</p><p><b>　　error=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p&

109、gt;<p><b>　　{</b></p><p>　　PORTD|=BIT(0);</p><p><b>　　error=0;</b></p><p>　　display(0x80+0x04,' ');</p><p>　　display(0x80+0x05,&#

110、39; ');</p><p>　　display(0x80+0x06,' ');</p><p>　　display(0x80+0x07,' ');</p><p>　　display(0x80+0x08,' ');</p><p>　　display(0x80+0x09,'

111、');</p><p>　　display(0x80+0x0a,' ');</p><p>　　display(0x80+0x0b,' ');</p><p>　　display(0x80+0x0c,' ');</p><p><b>　　}</b></p&g

112、t;<p>　　if(AD2>=150)//報警2</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PORTD&=~BIT(0);</p><p><b>　　error=2;</b></p><p><b>　　}</b></p&

113、gt;<p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　PORTD|=BIT(0);</p><p><b>　　error=0;</b></p><p>　　display(0x80+0x04,' '

114、;);</p><p>　　display(0x80+0x05,' ');</p><p>　　display(0x80+0x06,' ');</p><p>　　display(0x80+0x07,' ');</p><p>　　display(0x80+0x08,' ');&

115、lt;/p><p>　　display(0x80+0x09,' ');</p><p>　　display(0x80+0x0a,' ');</p><p>　　display(0x80+0x0b,' ');</p><p>　　display(0x80+0x0c,' ');</

116、p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　5 軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試</p><p>　　硬件設(shè)計和軟件設(shè)計是電子設(shè)計中不可缺少的內(nèi)容，為了滿足設(shè)計的功能和指標(biāo)的要求，我們必須在開始設(shè)計時就考慮到硬件與軟件的協(xié)調(diào)；不然會增加軟件實現(xiàn)時困難和復(fù)雜程度，有時即

117、使硬件和軟件單獨能用，卻不能使他們組成的系統(tǒng)工作，故在設(shè)計的過程中必須考慮軟硬件的處理能力以及它們的接口是否兼容，實現(xiàn)軟硬件的信號過渡。</p><p><b>　　5.1硬件調(diào)試</b></p><p><b>　　1.正確焊接硬件。</b></p><p>　　一般來講，焊料不能過少，也不能過多，不能有虛焊，脫焊等現(xiàn)象

118、出現(xiàn)。焊接的時間不能過長，過長會造成焊盤的脫落，絕緣層的燒毀，影響電路的電器性能。焊接時間也不能過短，過短會造成冷焊，虛焊脫焊，等現(xiàn)象。一般以5秒鐘為宜。焊接結(jié)束后清理焊點上的殘渣，以免殘渣對焊點產(chǎn)生腐蝕作用，造成電路功能性故障。</p><p>　　2.正確安裝硬件，檢查硬件的電氣連接是否可靠。電路是否完整，有無短路、斷路現(xiàn)象存在。</p><p>　　3.上電測試硬件，看硬件能否工作。

119、注意，上電前一定要先檢測電源正負(fù)級是否短路。加穩(wěn)壓管VD1,VD2可以有效保護LED燈，防止因電流過大二燒壞LED。在調(diào)試時發(fā)現(xiàn)電源線太長會起分壓作用，影響我們的供電電壓。故，在關(guān)鍵器件的供電一定要直接接電源輸出端和共地點。</p><p>　　4. 測試系統(tǒng)性能，將測得參數(shù)與設(shè)計參數(shù)比較，若兩者不符，修改軟件，重復(fù)軟硬件調(diào)試的所有步驟，直到兩者相符為止。</p><p><b>

120、;　　5.2 軟件調(diào)試</b></p><p>　　1.通過ICC AVR對程序進行編寫編譯，調(diào)試。編譯成功之后拷入單片機進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。</p><p>　　2.程序拷貝成功后與硬件進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，觀看現(xiàn)象，檢查系統(tǒng)功能能否按要求正常完成。</p><p><b>　　6 附錄</b></p><p>　　附錄

121、1 系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　附錄 2 程序清單</b></p><p>　　/******************************************/</p><p>　　#include <iom16v.h>//包含型號頭文件</p><p>　　#include &l

122、t;macros.h>//包含"位"操作頭文件</p><p>　　#include "b.c"</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　/************

123、***1602控制位的宏定義**************************/</p><p>　　#define LCD_OUT DDRC=0XFF //數(shù)據(jù)端設(shè)為輸出</p><p>　　#define LCD_C_DDR DDRD|=0XE0 //控制端設(shè)為輸出 </p><p>　　#

124、define LCD_DATA PORTC //發(fā)送數(shù)據(jù)端</p><p>　　#define LCD_RS_H PORTD|=BIT(PD5); //操作的是命令</p><p>　　#define LCD_RS_L PORTD&=~BIT(PD5); //操作的是數(shù)據(jù)</p><p>　　#defi

125、ne LCD_RW_H PORTD|=BIT(PD6); //從1602讀</p><p>　　#define LCD_RW_L PORTD&=~BIT(PD6); //向1602寫</p><p>　　#define LCD_OE_H PORTD|=BIT(PD7); //1602使能</p><p>　　#define L

126、CD_OE_L PORTD&=~BIT(PD7); //1602不使能</p><p>　　#define LCDa_CURON0x0E// 顯示光標(biāo)</p><p>　　#define LCDa_CURFLA0x0F// 打開光標(biāo)閃爍</p><p>　　/******************RTC常量***********

127、*******/ </p><p>　　#define RTC_CLK PB7</p><p>　　#define RTC_DATA PB5</p><p>　　#define RTC_CS PC7</p><p>　　#define RD 0x01</p><p>　　#defi