智能充电柜的设计.doc

河南城建学院 毕业设计（论文）题 目智能充电柜的设计系 别电气与电子工程系专业电气工程及其自动化班级 1214071学号04学生姓名王佼指导教师徐安峰 发放日期2011年3月10日河南城建学院教务处制河南城建学院本科毕业设计（论文）一、主要任务与目标：1.本次设计主要任务：研究智能充电柜的设计， 并完成一下内容：（1）自学AVR单片机的相关内容。（2）设计电源电路。（3）设计128*64液晶显示控制电路（4）用C语言编制LCD显示程序，用图形方式显示充电器电压、电流等参数。2.本次设计拟达到以下主要目标：（1）培养学生严谨治学的作风和求真务实的科学态度；（2）培养学生分析问题，灵活应用所学知识解决问题的能力；（3）培养学生通过利用各种渠道获取自己所需知识信息的能力；（4）培养学生工作方案的论证、分析、执行的能力；（5）培养学生利用资料进行系统设计的能力；（6）培养学生利用计算机进行大量数据计算得出可用结果的能力；（7）培养学生利用各种绘图软件绘制工程图纸的能力；（8）培养学生的实验研究和数据处理能力；（9）培养学生分工协作以及团队合作的能力；（10）提高科技论文写作方面的能力；二、主要内容与基本要求：主要内容：设计一个智能充电柜的显示部分及所用的直流稳压电源。本设计基本要求：1.努力学习、勤于实践、勇于创新，保质保量的完成毕业设计任务书规定的任务。（2（ 2.遵守纪律，保证出勤，因事、因病不能坚持正常设计，应事先向指导教师请假，否则作为旷课处理。无论任何原因，不参加时间达到1/4者，取消答辩资格，成绩按不及格处理。（3） 3.独立完成规定的设计任务，不弄虚作假，不抄袭和拷贝别人的工作内容。否则毕业设计成绩按不及格处理。4.毕业设计说明书必须符合学院有关规范要求，否则不能取得参加答辩的资格。5.每天认真书写毕业设计日志，日志主要记载学生在毕业设计过程中所涉及的学术问题，指导教师定时检查，并给予指导评定。三、计划进度：1.毕业设计起止时间： 第5周第14周 2.毕业设计进度安排 第5周 ：毕业设计正式开始 ； 学生导师见面，确定毕业设计小组中每个学生的具体研究任务，借阅查阅有关学术资料，撰写并提交开题报告。 第6周 对相关知识信息进行收集整理研究，初步确定设计方案第7周 第12周：完成具体设计任务。第13周：打印论文图纸，按照要求装订论文 ；撰写答辨提纲，进行预答辩。第14周： 毕业设计总结工作，参加答辩会。 3.毕业答辩预定时间：第14周周末四、主要参考文献：1谭浩强著 C程序设计(第二版) 清华大学出版社 19992沈文、Eagle、詹卫前编著 AVR单片机C语言开发入门指导 清华大学出版社 20033金春林、邱慧芳、张皆喜编著 AVR系列单片机C语言编程与应用实例 清华大学出版社 20034武锋、陈新建编著 PIC单片机C语言开发入门 北京航空航天大学出版社 20055夏路易、石宗义编著 电路原理图与电路板设计教程 北京希望电子出版社 20026图形液晶显示模块使用手册(第二版) 北京精电蓬远显示技术有限公司7郭永贞主编 数字电子技术 西安电子科技大学出版社 20008吴国经主编 单片机应用技术 中国电力出版社 20049徐泳龙主编 单片机原理及应用 机械工业出版社 200410陆坤、奚大顺等编著 电子设计技术 199711卢胜利主编 智能仪器设计与实现 重庆大学出版社 200312王兆安、黄俊主编 电力电子技术(第四版) 机械工业出版社 200213K.Alexander，N.O.Sadiku Fundamentals of electric Circuits 清华大学出版社 2000指导教师（签名）： 年 月 日教研室审核意见： （建议就任务书的规范性；任务书的主要内容和基本要求的明确具体性；任务书计划进度的合理性；提供的参考文献数量；是否同意下达任务书等方面进行审核。） 教研室主任签名： 年 月 日注：任务书必须由指导教师和学生互相交流后，由指导老师下达并交教研室主任审核后发给学生，最后同学生毕业论文等其它材料一起存档。成绩评定成绩评定说明一、答辩前每个学生都要将自己的毕业设计（论文）在指定的时间内交给指导，教师，由指导教师审阅，写出评语并预评分。二、答辩工作结束后，答辩小组应举行专门会议按学校统一的评分标准和评分办法，在参考指导教师预评结果的基础上，评定每个学生的成绩。系对专业答辩小组提出的优秀和不及格的毕业设计（论文），要组织系级答辩,最终确定成绩，并向学生公布。三、各专业学生的最后成绩应符合正态分布规律。四、具体评分标准和办法见平顶山工学院毕业设计（论文）工作条例中附录2。五、答辩小组评分包括两部分：（1）学生答辩情况的得分和评阅教师评分；（2）指导教师对学生毕业设计（论文）的评分毕业设计（论文）成绩评定班级 1214071 姓名 王佼 学号 04综合成绩： 分（折合等级 ）答辩小组组长签字 年 月 日答辩小组评定意见一、评语（根据学生答辩情况及其论文质量综合评定）。二、评分（按下表要求评定）评分项目答 辩 小 组 评 分评 阅 教 师 评 分合计（40分）完成任务情 况（5分）毕业设计（论文）质量（5分）表达情况（5分）回答问题情 况（5分）质 量（正确性、条理性、创造性、实用性）（10分）成果的技术水平（科学性、系统性）（10分）答辩小组成员签字 年 月 日 毕业答辩说明1、答辩前，答辩小组成员应详细审阅每个答辩学生的毕业设计（论文），为答辩做好准备，并根据毕业设计（论文）质量标准给出实际得分。2、严肃认真组织答辩，公平、公正地给出答辩成绩。3、指导教师应参加所指导学生的答辩，但在评定其成绩时宜回避。4、答辩中要有专人作好答辩记录。指导教师评定意见一、对毕业设计（论文）的学术评语（应具体、准确、实事求是）： 签字： 年 月 日二、对毕业设计（论文）评分按下表要求综合评定评分表评分项目（分值）工作态度与 纪 律（10分）毕业设计（论文）完成任务情况与水平（工作量与质量）（20分）独 立工作能力（10分）基础理论和基本技能（10分）创 新能 力（10分）合 计（60分）得分河南城建学院本科毕业设计（论文） 目录 目 录摘 要IThe design of a charger of intelligenceII前 言1第一章 概 述21.1课题背景21. 2充电电池特性及其充电方式31.2.1电池的安全充电31.2.2电池的背景知识31.2.3充电方法的判定41.2.3停止充电的判别方法51.3 主要芯片的选择61. 4液晶显示模块的选择8第二章 硬件电路设计92.1 液晶显示模块两种访问方式接口电路的选择92.1.1直接访问方式92.1.2间接控制方式92.2硬件电路主要芯片112.2.1 ATmega16L主要引脚说明112.2.2 Atmega16L的存储器132.2.3 Atmega16L的时钟电路142.2.4 Atmega16L的系统复位1423 LCD液晶显示162.3.1 LCD的显示原理162.3.2 液晶显示控制驱动器182.3.3 液晶显示模块的特点182.4 电源电路的设计202.5硬件电路设计21第三章 软件设计233.1.用C语言开发单片机的优势233.2 液晶显示汉字或字符的原理243.3 LCD模块的指令说明243.4 液晶显示界面27第四章 系统程序流程图284.1主程序流程图284.2控制程序流程图294.3显示程序流程图30第五章 远程监控部分325.1电池种类的区分显示325.2电池节数的区分显示325.3电压电流和温度的显示32第六章 毕业设计总结336.1主要成果336.2经验总结和感谢33参考文献35附录A 程序36附录B65河南城建学院本科毕业设计（论文） 摘要 摘 要LCD液晶显示已经是人机界面的关键技术。本文对基于单片机的LCD液晶显示器控制系统进行了研究。首先在绪论中介绍了本课题的课题背景、研究意义及完成的功能。本系统是以c语言来进行软件设计，指令的执行速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。使硬件在软件的控制下协调运作。正文中首先简单描述系统硬件工作原理，且附以系统硬件设计框图，并介绍了单片机微处理器的发展史，论述了本次毕业设计所应用的各硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程, 并描述了8052、8279及SED1520外接电路接口的软、硬件调试。其次阐述了程序的流程和实现过程。本文撰写的主导思想是软、硬件相结合，以硬件为基础，来进行各功能模块的编写。最后对我所开发的用单片机实现LCD液晶显示器控制原理的设计思想和软、硬件调试作了详细的论述关键字：单片机；LCD； 8279The design of a charger of intelligenceAbstractThe LCD manifestation has been the key technique of the man-machine interface. This text to basic proceeded the research in Micro Controller Unit liquid crystal display control system.Introduced the lesson a background of this lesson and study meaning and finished functions in introduction first.This system edits collected materials the language to proceed with single the basic language of a machine the software designs, the instruction carries out the speed quick, save memory. For the sake of easy to expand with the design adoption mold a logic for turning construction, making procedure designing relation that change, software more shorter and more easier to understand. Make hardware control in software descended to moderate the operation.The text inside describes the system hardware work principle in brief first, and attach with the system hardware design frame diagram, combine development history that introduced the single a machine microprocessor, discuss this graduate design a function for applied each hardware connecting a people the technique connects with each one a mold piece and work processes, combine to describe in a specific way 8052,8279 and the SED1520 circumscribes the electric circuit connects oscular and soft, the hardware adjusts to try. Expatiated the process of the procedure the next in order with realizes process. The predominance thought that this text compose is soft, the hardware combines together, regarding hardware as the foundation, proceed the plait of each function mold piece write.Develop to me finally of use the single a machine realizes the design thought that the liquid crystal display of LCD control principle with soft, the hardware adjusted to try to make the detailed treatise.Keywords Micro Controller Unit Microprocessor LCD 8279II66河南城建学院本科毕业设计（论文） 前言前 言随着越来越多的电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。AVR 已经在竞争中领先了一步，被证明是下一代充电器的完美控制芯片。Atmel AVR 微处理器是当前市场上能够以单片方式提供Flash、EEPROM 和10 位ADC的最高效的8 位RISC 微处理器。由于程序存储器为Flash，因此可以不用象MASK ROM一样，有几个软件版本就库存几种型号。Flash 可以在发货之前再进行编程，或是在PCB贴装之后再通过ISP 进行编程，从而允许在最后一分钟进行软件更新。EEPROM 可用于保存标定系数和电池特性参数，如保存充电记录以提高实际使用的电池容量。10位A/D 转换器可以提供足够的测量精度，使得充好后的容量更接近其最大容量。而其他方案为了达到此目的，可能需要外部的ADC，不但占用PCB 空间，也提高了系统成本。AVR 是目前唯一的针对像 “C”这样的高级语言而设计的8 位微处理器。C 代码似的设计很容易进行调整以适合当前和未来的电池，而本次智能型充电器显示程序的编写则就是用C语言写的。由于我所设计的智能充电柜是又多个充电器组合在一起，故，就本设计就只说阐述了一个充电器电路的设计。河南城建学院本科毕业设计（论文） 第一章 概述第一章 概 述1.1课题背景如今，随着越来越多的电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。与此同时，对充电电池的性能和工作寿命的要求也不断地提高。从20世纪60年代的商用镍镉和密封铅酸电池到近几年的镍氢和锂离子技术，可充电电池容量和性能得到了飞速的发展。目前各种电器使用的充电电池主要有镍镉电池（NiCd）、镍氢电池（NiMH）、锂电池（Li-Ion）和密封铅酸电池（SLA）四种类型。电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的。由于使用的化学物质的不同，电池有自己的特性。设计充电器时要仔细了解这些特性以防止过度充电而损坏电。我公司所设计的用电器所用电池主要有镍镉电池（NiCd）、镍氢电池（NiMH）、锂电池（Li-Ion）和密封铅酸电池（SLA）四种类型，而且，我公司生产的用电器大部分是每个工人必有一个的，使用充电器是不能满足要求的，而且造价昂贵，因此，我公司根据客户要求，设计了可供这四种电池充电的智能充电柜。由于这四种电池的特性不同，为防止损坏，需要对充电过程进行更精确地监控(例如对充、放电电流、充电电压、温度等的监控)，以缩短充电时间，达到最大的电池容量，并防止电池损坏。因此，智能型充电电路通常包括了恒流恒压控制环路、电池电压监测电路、电池温度检测电路、外部显示电路(LED或LCD显示)等基本单元。其框图如下：图1.1 智能型充电电路框图Atmel AVR 微处理器是当前市场上能够以单片方式提供Flash、EEPROM 和10 位ADC的最高效的8 位RISC 微处理器。由于程序存储器为Flash，因此可以不用象MASK ROM一样，有几个软件版本就库存几种型号。Flash 可以在发货之前再进行编程，或是在PCB贴装之后再通过ISP 进行编程，从而允许在最后一分钟进行软件更新。EEPROM 可用于保存标定系数和电池特性参数，如保存充电记录以提高实际使用的电池容量。10位A/D 转换器可以提供足够的测量精度，使得充好后的容量更接近其最大容量。而其他方案为了达到此目的，可能需要外部的ADC，不但占用PCB 空间，也提高了系统成本。AVR 是目前唯一的针对象 “C”这样的高级语言而设计的8 位微处理器。1. 2充电电池特性及其充电方式电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的，由于使用的化学物质的不同，电池的特性也不同，其充电的方式也不大一样。1.2.1电池的安全充电 现代的快速充电器( 即电池可以在小于3 个小时的时间里充满电，通常是一个小时) 需要能够对单元电压、充电电流和电池温度进行精确地测量，在充满电的同时避免由于过充电造成的损坏。1.2.2电池的背景知识我公司生产的电器主要使用如下四种电池： 密封铅酸电池 (SLA) 镍镉电池 (NiCd) 镍氢电池(NiMH) 锂电池(Li-Ion)在正确选择电池和充电算法时需要了解这些电池的背景知识。密封铅酸电池(SLA) 密封铅酸电池主要用于成本比空间和重量更重要的场合，如UPS和报警系统的备份电池。SLA 电池以恒定电压进行充电，辅以电流限制以避免在充电过程的初期电池过热。只要电池单元电压不超过生产商的规定( 典型值为2.2V)， SLA 电池可以无限制地充电。镍镉电池(NiCd) NiCd 电池目前使用得很普遍。它的优点是相对便宜，易于使用；缺点是自放电率比较高。典型的NiCd 电池可以充电1000 次。失效机理主要是极性反转。在电池包里第一个被完全放电的单元会发生反转。为了防止损坏电池包，需要不间断地监控电压。一旦单元电压下降到1.0V 就必须停机。NiCd 电池以恒定电流的方式进行充电。镍氢电池(NiMH) 在轻重量的手持设备中如手机、手持摄象机，等等镍氢电池是使用最广的。这种电池的容量比NiCd 的大。由于过充电会造成NiMH 电池的失效，在充电过程中进行精确地测量以在合适的时间停止是非常重要的。和NiCd 电池一样，极性反转时电池也会损坏。NiMH 电池的自放电率大概为20%/ 月。和NiCd 电池一样，NiMH 电池也为恒定电流充电。锂电池 (Li-Ion) 和本文中所述的其他电池相比，锂电池具有最高的能量/ 重量比和能量/ 体积比。锂电池以恒定电压进行充电，同时要有电流限制以避免在充电过程的初期电池过热。当充电电流下降到生产商设定的最小电流时就要停止充电。过充电将造成电池损坏，甚至爆炸。1.2.3充电方法的判定 SLA 电池和锂电池的充电方法为恒定电压法要限流； NiCd 电池和NiMH 电池的充电方法为恒定电流法，且具有几个不同的停止充电的判断方法。最大充电电流 最大充电电流与电池容量(C) 有关。最大充电电流往往以电池容量的数值来表示。例如，电池的容量为750 mAh，充电电流为750 mA，则充电电流为1C (1 倍的电池容量)。若涓流充电时电流为C/40，则充电电流即为电池容量除以40。过热 电池充电是将电能传输到电池的过程。能量以化学反应的方式保存了下来。但不是所有的电能都转化为了电池中的化学能。一些电能转化成了热能，对电池起了加热的作用。当电池充满后，若继续充电，则所有的电能都将转化为电池的热能。在快速充电时这将使电池快速升温，若不及时停止充电就会造成电池的损坏。因此，在设计电池充电器时，对温度进行监控并及时停止充电是非常重要的。1.2.3停止充电的判别方法电池的不同应用场合及工作环境限制了对判断停止充电的方法的选择。有时候温度不容易测得，但可以测得电压，或者是其他情况。本文以电压变化率(-dV/dt) 为基本的判断停止充电的方法，而以温度和绝对电压值为辅助和备份。但是本文所描述的硬件支持以下讲述的所有的方法。t 时间这是决定何时停止充电的最简单的方法。通常用于快速充电时的后备方案。有时也作为普通充电 (14 - 16 小时) 方法的基本方案。适用于各种电池。V 电压当电压超出上限时停止充电。通常与恒定电流充电配合使用。最大电流由电池决定，通常为1C。为了防止充电时电流过大导致电池过热，此时电流限制是非常关键的。这个方法是锂电池的基本充电和停止方案。实际锂电池充电器往往在达到最大电压之后还继续进行第二阶段的充电，以达到100% 的电池容量。对于NiCd 电池和NiMH 电池本方法可以作为后备的判断停止充电方案。-dV/dt 电压变化率这个判断停止充电的方法利用了负的电压变化率。对于某些类型的电池，当电池充满后继续充电将导致电压的下降。此时本方案就非常合适了。这个方法通常用于恒定电流充电，适用于对NiCd 电池和NiMH 电池的快速充电。I 电流当充电电流小于某个预先设定的数值时停止充电。通常用于恒定电压充电法。适用于SLA电池和锂电池。T 温度绝对温度可以作为NiCd 电池和NiMH电池停止充电的依据，但是更适合于作为备份方案。温度超出设定值时任何电池都得停止充电。dT/dt 温度上升速率快速充电时温度的变化率可以作为停止充电的依据。请参考电池生产商的规范(NiCd电池的典型值为1oC/min) 适用于NiCd 电池NiMH 电池。DT 超出环境温度的温度值当电池温度和环境温度之差超过一定门限时需要停止充电。此方法可以作为NiCd 电池和SLA 电池停止充电的方案。在寒冷环境中充电时这个方法比绝对温度判定法更好由于大多数系统往往只有一个温度探头，只好将充电之前的温度作为环境温度。dV/dt = 0 零电压差这个方法与-dV/dt 方法极其类似，而且在电压不会再升高的情况下更准确。 适用于NiCd电池和NiMH 电池。本参考设计完全实现了电池充电器设计的最新技术，可以对各种流行的电池类型进行快速充电而无须修改硬件，从而围绕单个硬件平台实现一个完整的充电器产品系列。只需要将新的充电算法通过ISP 下载到处理器的FLASH 存储器就可以得到新的型号。很显然，这种方法可以大大缩短新产品上市的时间，而且只需要库存一种硬件。本设计提供完整的适合SLA、NiCd、NiMH 和Li-Ion 电池的库函数。1.3 主要芯片的选择ATMEL公司是世界上有名的生产高性能、低功耗、非易失性存储器和各种数字模拟IC芯片的半导体制造公司。在单片机微控制器方面，ATMEL公司有AT89, AT90和ARM三个系列单片机的产品。由于8051本身结构的先天性不足和近年来各种采用新型结构和新技术的单片机的不断涌现，现在的单片机市场是百花齐放。ATMEL在这种强大市场压力下，发挥Flash存储器的技术特长，于1997年研发并推出了个新配置的、采用精简指令集RISC(Reduced Instruction Set CPU)结构的新型单片机，简称AVR单片机。精简指令集RISC结构是20世纪90年代开发出来的，综合了半导体案成技术和软例-性能的新结构。AVR单片机采用RISC结构，具有1MIPS/ MHz的高速运行处理能力。为了缩短产品进入市场的时间，简化系统的维护和支持，对于由单片机组成的嵌入式系统来说，用高级语言编程已成为一种标准编程方法。AVR结构单片机的开发日的就在于能够更好地采用高级语言（例如C语言、BASIC语言）来编写嵌入式系统的系统程序，从而能高效地开发出目标代码。为了对目标代码大小、性能及功耗进行优化，AYR单片机的结构中采用了大型快速存取寄存器组和快速的单周期指令系统。AVR单片机运用Harvard结构，在前一条指令执行的时候就取出现行的指令，然后以一个周期执行指令。在其他的CISC以及类似的RISC结构的单片机中，外部振荡器的时钟被分频降低到传统的内部指令执行周期，这种分频最大达12倍(8051)。AVR单片机是用一个时钟周期执行一条指令的，它是在8位单片机中第一个真正的RISC结构的单片机。由于AVR单片机采用了Harvard结构，所以它的程序存储器和数据存储器是分开组织和寻址的。寻址空间分别为可直接访问8M字节的程序存储器和8M字节的数据存储器。同时，由32个通用工作寄存器所构成的寄存器组被双向映射，因此，可以采用读写寄存器和读写片内快速SRAM存储器两种方式来访问32个通用工作寄存器。AVR主要有单片机有ATtiny、AT90和ATmega三种系列，其结构和基本原理都相类似。本次设计所用到的Atmega16L芯片便是ATmega系列中的一种，在这里作为充电器的核心部件。它是一种具有40引脚的高性能、低功耗的8位微处理器。其功能特性如下： (1) 8位CPU。(2) 先进的RISC 结构：131 条指令 大多数指令执行时间为单个时钟周期32个8 位通用工作寄存器全静态工作(3) 非易失性数据和程序存储器：16K 字节的系统内可编程Flash，擦写寿命可达到10,000 次以上。具有独立锁定位的可选Boot代码区，通过片上Boot程序实现系统内编程。512 字节的EEPROM，可连续擦写100,000 次。1K字节的片内SRAM，可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密。(4) 可通过JTAG接口实现对FLASH、EEPROM的编程。(5) 32个可编程的I/O引线，40引脚PDIP封装。(6) 两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/ 计数器，一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/ 计数器。(7) 片内/ 片外中断源。(8) 具有一个10位的AD转换器，能对来自端口A的8位单端输入电压进行采样。(9) 工作电压：2.75.5V。速度等级：08MHz。AVR单片机的主要特点如下：1.片内集成可擦写10000次以上的Flash程序存储器。由于AVR采用16位的指令，所以一个程序存储器的存储单元为16位，即XXXX*1116(也可理解为8位，即2*XXXX*8)。AVR的数据存储器还是以8个Bit(位)为一个单元，因此AVR还是属于8位单片机。2.采用CMOS工艺技术，高速度(50ns)、低功耗、具有SLEEP(休眠)功能。AVR的指令执行速度可达50ns (20MHz)。AVR运用Harvard结构概念，具有预取指令的特性，即对程序存储和数据存取使用不同的存储器和总线。当执行某一指令时，下一指令被预先从程序存储器中取出，这使得指令可以在每一个时钟周期内执行。3.高度保密(LOCK)。可多次擦写的FLASH具有多重密码保护锁死(LOCK)功能，因此可低成本高速度地完成产品商品化，并且可多次更改程序(产品升级)而不必浪费1C或电路板，大大提高了产品的质量及竞争力。4.超功能精简指令。具有32个通用作寄存器(相当于8051中的32个累加器)，克服了单一累加器数据处理造成的瓶须现象，1284K字节SRAM可灵活使用指令计算，并可用功能很强的C语言编程，易学、易写、易移植。5.程序写入器件可以并行写入(用编程器写入)，也可使用串行在线编程(ISP)方法下载写入，也就是说不必将单片机芯片从系统上拆下，拿到万用编程器上烧写，而可直接在电路板上进行程序的修改、烧写等操作，方便产品升级，尤其是采用SMD封装，更利于产品微型化。6.工作电压范围为2.7V6.0V,电源抗干扰性能强。7.AVR单片机还在片内集成了可擦写100000次的PROM数据存储器，等于又增加了一个芯片，可用于保存系统的设定参数、固定表格和掉电后的数据，既方便了使用，减小了系统的空间，又大大提高了系统的保密性。8.有8位和16位的计数器定时器(C/T)，可作比较器、计数器、外部中断和PWM（也可作D/A ）用于控制输出。1. 4液晶显示模块的选择LCD显示模块是一种被动显示器，具有功耗低，显示信息大，寿命长和抗干扰能力强等优点，在低功耗的单片机系统中得到大量使用。液晶显示模块和键盘输入模块作为便携式仪表的通用器件，在单片机系统的开发过程中也可以作为常用的程序和电路模块进行整体设计。液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就显示黑色，这样即可显示出图形。在单片机系统中使用液晶显示模块作为输出器件有以下优点:(1) 显示质量高液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，因此液晶显示器画质高而且不会闪烁。(2) 数字式接口液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单。(3) 体积小，重量轻(4) 功率消耗小液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因此耗电量比其它显示器要小得多。河南城建学院本科毕业设计（论文） 第二章 硬件电路设计第二章 硬件电路设计经过前面对充电器原理、液晶模块、ATmega16L等的总体了解和掌握以及对各种元器件和电路图的分析和比较后，现在就可以开始进入硬件电路的设计了。在本章里，首先将介绍一下液晶模块访问方式的两种接口电路，然后对LCD显示电路原理图作一个详细的介绍，接着介绍充电电路中所用到的各种芯片和元器件的原理和一些功能。2.1 液晶显示模块两种访问方式接口电路的选择单片机与液晶显示模块之间的连接方式分为直接访问方式和为间接控制方式两种。如图2-1和图2-2所示，其中左为单片机，右为液晶显示模块。2.1.1直接访问方式直接访问方式就是将液晶显示模块的接口作为存储器或I/O设备直接挂在单片机总线上，单片机以访问存储器或I/O设备的方式操作液晶显示模块的工作。直接访问方式的接口电路如图2-1所示，在图中，单片机通过高位地址A11控制CSA，A10控制CSB，以选通液晶显示屏上各区的控制器；同时用地址A9作为R/W信号控制数据总线的数据流向；用地址A8作为D/I信号控制寄存器的选择，E(使能)信号由RD和WE共同产生，这样就实现了单片机对液晶显示模块的电路边接。电位器用于显示对比度的调节。2.1.2间接控制方式间接控制方式是单片机通过自身的或系统中的并行接口与液晶显示模块连接。单片机通过对这些接口的操作，以达到对液晶显示模块的控制。这种方式的特点就是电路简单，控制时序由软件实现，可以实现高速单片机与液晶显示模块的接口。电路图如图2-2所示。在图中以 P1口作为数据口，P3.4为CSA，P3.3为CSB，P3.2为使能端，P3.1为R/W和P3.0为D/I信号。电位器用于显示对比度的调节。PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7RDWEP2.3P2.2P2.1P2.0DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7GNDVCCV0E/CSA/CSBR/WD/I10K数据总线GND +5V电位器 负电源3 1 2 A11 A10 A9 A8 MPU LCM接口图2. 1 直接访问方式电路图数据总线 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P3.4 P3.3 P3.2 P3.1 P3.0DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0/CSA/CSBER/WD/IVCCV0GND电位器+5V 10K 负电源 GND MPU LCM接口图2. 2 间接控制方式电路图通过比较再结合本次设计的实际条件，由于Atmega16L芯片没有WR、RD管脚，而且为了使电路简单且方便软件实现，所以最终决定采用间接控制的方式来设计LCD显示电路。2.2硬件电路主要芯片2.2.1 ATmega16L主要引脚说明以下是ATmega16L的引脚配置：图2. 3 ATmega16L芯片引脚引脚说明：VCC 数字电路的电源GND 地端口A(PA7PA0) 端口A 作为A/D 转换器的模拟输入端。端口A 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A 处于高阻状态。端口B(PB7PB0) 端口B 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B 处于高阻状态。端口C(PC7PC0) 端口C 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C 处于高阻状态。如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚PC5(TDI)、PC3(TMS)与PC2(TCK)的上拉电阻被激活。端口D(PD7PD0) 端口D 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D处于高阻状态。RESET 复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。XTAL1 反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。XTAL2 反向振荡放大器的输出端。AVCCAVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC相连。AREFA/D 的模拟基准输入引脚。2.2.2 Atmega16L的存储器AVR结构有两个主要的存储空间：数据存储器空间和程序存储器空间，此外，Atmega16L还有一个EEPROM存储器以保存数据。这三个存储器都为线性的平面结构。(1) Atmega16L具有16K字节的在线编程Flash，用于存储程序指令代码。因为AVR指令为16位或32位，故Flash组织成8K16的形式。用户程序的安全性要根据Flash程序存储器的两个区：引导(Boot) 程序区和应用程序区，分开来考虑。Flash存储器至少可以擦写10,000次。Atmega16L的程序存储器为13位，因此可以寻址8K的存储器空间。关于用SPI 或JTAG 接口实现对Flash 的串行下载，将在软件部分作详细的介绍。(2) 数据存储器的寻址方式分为5种：直接寻址、带偏移量的间接寻址、间接寻址、带预减量的间接寻址和带后增量的间接寻址。ATmega16L的全部32个通用寄存器、64个I/O寄存器及1024个字节的内部数据SRAM可以通过所有上述的寻址模式进行访问。(3) ATmega16L 包含512 字节的EEPROM 数据存储器。它是作为一个独立的数据空间而存在的，可以按字节读写。EEPROM 的寿命至少为100,000 次擦除周期。EEPROM 的访问由地址寄存器、数据寄存器和控制寄存器决定。2.2.3 Atmega16L的时钟电路单片机的时钟用于产生工作所需要的时序，其连接电路如下图：图2. 4 晶体振荡器连接图XTAL1 与XTAL2 分别为用作片内振荡器的反向放大器的输入和输出，考虑到其最大频率不超过8MHz，这里选用的晶振为7.3728MHz。2.2.4 Atmega16L的系统复位Atmega16L有五个复位源：(1) 上电复位。电源电压低于上电复位门限Vpot时，MCU复位。如果在单片机加Vcc电压的同时，保持RESET引脚为低电平，则可延长复位周期。Vcc Vpot VpotRESET Vrst VrstTIME-OUTINTERINAL tTOUT tTOUT RESET 图2. 5 RESET引脚与VCC相连时， 图2. 6 RES