利用AVR单片机设计一个高精度的数字计时器

1、利用AVR 单片机设计一个高精度的数字计时器。赵 林（广西交通技师学院，广西，南宁，530001）【摘 要】AVR 单片机用高级语言编程，极容易地实现系统移植，并且加快了软件的开发过程。本文以设计数字秒表为例阐述如何用AVR 单片机设计一个高精度的数字计时器。以体现该单片机具有指令执行速度快，可在线编程技术，多软件支持，操作方便，性价比高等特点。在教学中极具推广意义。【关键字】AVR 单片机；计数器；模块一、 现状数字秒表能连续、可靠、稳定地工作；同时还具有体积小，功耗低等特点，便于携带使用方便。数字秒表是采用数字电路实现对“分、秒、毫秒”数字显示的计时装置。由于数字集成电路的发展和石英晶体振

2、荡器的广泛应用，使得数字秒表的精度远远超过老式钟表计时器。AVR 单片机是由ATMEL 公司研发出的增强型内置Flash 的RISC(Reduced Instruction Set CPU 精简指令集高速8位单片机。它可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域，一般分为ATtiny 系列、AT90S 系列、ATmega 系列，产品类型多。与其他类型单片机相比，具有指令执行速度快，在线编程技术ISP ，并可对其反复擦写1万次以上等；与此同时，支持AVR 开发软件多，操作方便，性价比高，教学中有推广意义。二、 分析与设计2.1 存在问题与对策传统MCS51系

3、列单片机的所有数据处理都基于一个累加器 因此累加器与程序存储器、数据存储器之间的数据转换就成了单片机的瓶颈；在AVR 单片机中，寄存器由32个通用工作寄存器组成并且任何一个寄存器都能充当累加器，从而有效避免累加器的瓶颈效应，提高系统性能。AVR 系列的单片机不仅具有良好的集成性能，而且都具备在线编程接口，其中的Mega 系列还具备JTAG 仿真和下载功能；含有片内看门狗电路、片内程序Flash 、同步串行接口SPI ； 多数AVR 单片机还内嵌了A D 转换器、EEP ROM 、模拟比较器、PWM 定时计数器等多种功能；AVR 单片机的I O 接口具有很强的驱动能力，灌入电流可直接驱动继电器、

4、LED 等元件，从而省去驱动电路，节约系统成本。2.2 功能模块根据秒表设计需求，可以将设计过程分为3大模块：程序设计模块、电路仿真模块和程序下载模块。主要功能模块如图1所示。（1）程序设计模块程序设计模块采用目前与AVR 系列单片机配套的AVR C 高级语言编译器ICC_ AVR ，用C 语言对秒表功能进行描述。（2）电路仿真模块采用Proteus 对秒表电路进行绘制，然后把程序写入芯片进行仿真。（3）程序下载模块在此模块中，自行设计内带有芯片的智能并行下载通讯线，采用并行接口串行通讯的方法进行程序下载。 图1 秒表设计模块图2.4 设计过程和关键技术（1）ICCAVR 软件的应用首先打开I

5、CCAVR 软件，建立秒表的工程文件，然后点击工具栏中“New File ”并将秒表源程序写入；文件保存为C 程序文件。再将该C 程序文件加载到工程文件中去，并点击工具栏中“Build Project”完成文件的编译。如图2所示。 图2 工程文件的建立（2）Proteus 软件的应用第一, 运行Proteus 软件, 出现主界面窗口。选中模型选择工具栏中的“选择元件” 符号, 并点击挑选元件按钮“P ”, 跳出挑选元件的对话框“Pick Devices ”, 从挑选元件对话框中选择控制电路所需的元件并装入元件列表单中。如图3所示。 图3 元件的选择第二, 从元件列表中一一单击选中所用元件, 再

6、移动鼠标到原理图编辑窗口适当位置并用左键单击, 逐一放好所有元件, 最后用鼠标左键分别单击元件的引脚进行连线, 画出原理图。第三, 写入程序。用鼠标右键单击芯片, 芯片变红, 再用鼠标左键单击芯片,在跳出的“Edit Component” 对话框的“Program File ”项中输入程序文件的路径, 再点“OK ”, 即可将程序写入芯片。如图4所示。 图4 加载程序第四, 仿真。用鼠标左键单击原理图中的播放键, 激活仿真环境, 即可进行仿真控制。电路图的绘制与仿真如图5所示。 图5 电路图的绘制与仿真（3）程序的下载在完成程序编写和电路仿真达到了设计要求后，通过ICCAVR 软件工具栏中选择“ISP Dialog ”功能，利用该页面中的“Program FLASH/EEPROM” 将程序通过并行串口下载到实验板上的单片机