智能充电器的电源和显示的设计Word下载.docx

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其如图1.1所示。

图1.1智能充电器基本框图

AtmelAVR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MASKROM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（ReducedInstructionSetCPU）结构的新型单片机，简称AVR单片机[1]。

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，AVR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：

2.7－5.5V。

　　速度等级：

0－8MHz。

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）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，128~4K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2.7V~6.0V,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。

1.3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。

（5）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。

2设计方案

智能充电器的设计包括硬件和软件两大部分，本人的主要任务是完成充电器设计的LCD显示部分，其主要涉及的知识包括：

（1）自学AVR单片机的相关内容。

（2）设计电源电路。

（3）设计128*64液晶显示控制电路和用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。

（4）手工焊接和ICCAVR编译器的应用。

这次设计要解决的关键问题是如何用Atmega16L芯片控制LCD模块及用C语言编制相应的显示程序．随着单片机的开发应用，其相应的汇编编程和所暴露的问题也越来越多，逐渐引入了高级语言，C语言就是其中的一种[2]。

3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。

3.1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3.1和图3.2所示，其中左为单片机，右为液晶显示模块。

（一）直接访问方式

图3.1直接访问方式电路图

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3.1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。

（二）间接控制方式

图3.2间接控制方式电路图

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。

图3.2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。

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。

3.2硬件电路主要芯片

3.2.1ATmega16L主要引脚说明

以下是ATmega16L的引脚配置：

图3.3ATmega16L芯片引脚

引脚说明：

VCC：

数字电路的电源

GND：

地

端口A（PA7～PA0）：

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。

端口B（PB7～PB0）：

端口B为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。

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（PC7～PC0）：

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