畢業(yè)論文-基于單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)【精校排版】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　基于單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要III</b></p><p>

2、　　AbstractIV</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題的背景及其意義1</p><p>　　1.2 系統(tǒng)整體方案設(shè)想1</p><p>　　1.2.1 系統(tǒng)硬件方案設(shè)想1</p><p>　　1.2.2 系統(tǒng)軟件方案設(shè)想

3、2</p><p>　　1.3 本設(shè)計(jì)要完成的任務(wù)2</p><p>　　第二章 方案的分析與論證4</p><p>　　2.1 主控系統(tǒng)分析與論證4</p><p>　　2.2 顯示器件的選擇6</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1

4、 外圍輸入電路8</p><p>　　3.1.1 音頻輸入電路8</p><p>　　3.1.2 光電池輸入電路9</p><p>　　3.1.3 磁場輸入電路9</p><p>　　3.1.4 電壓輸入電路10</p><p>　　3.2 串口電平轉(zhuǎn)換電路11</p><p&

5、gt;　　3.3 鍵路盤電11</p><p>　　3.4 顯示電路12</p><p>　　3.5 主控器ATMEGA16電路14</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1 系統(tǒng)主程序流程圖14</p><p>　　4.2 數(shù)據(jù)采集中斷服務(wù)子程序流程圖18&

6、lt;/p><p>　　4.3 數(shù)據(jù)采集與顯示程序流程圖20</p><p>　　總結(jié)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21</p><p><b&g

7、t;　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b>　　附錄23</b></p><p><b>　　致謝42</b></p><p>　　基于單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨

8、著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也迅速地得到應(yīng)用。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)用這一系統(tǒng)可對生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)進(jìn)行采集，監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本提供信息和手段。在科學(xué)研究中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得大量的動(dòng)態(tài)信息，是研究瞬間物理過程的有力工具，也是獲取科學(xué)奧秘的重要手段之一。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從嚴(yán)格的意義上來說，應(yīng)該是用計(jì)算機(jī)控制的多路數(shù)據(jù)自動(dòng)檢測或巡回檢測，并且能夠?qū)?shù)據(jù)實(shí)行存儲(chǔ)、處理

9、、分析計(jì)算以及檢測的數(shù)據(jù)中提取可用的信息，供顯示、記錄、打印或描繪的系統(tǒng)。本文采用ATMEGA16單片機(jī)作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制核心，系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、系統(tǒng)控制模塊、鍵盤模塊、顯示模塊等幾部分。系統(tǒng)通過ATMEGA16對多通道的數(shù)據(jù)流進(jìn)行控制，經(jīng)過處理后在LCD12864上進(jìn)行顯示。</p><p>　　關(guān)鍵詞：ATMEGA16；數(shù)據(jù)采集；A/D轉(zhuǎn)換；LCD12864</p>&l

10、t;p>　　The design of data collection system base on singlechip</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid development of computer technology and penetration, rapid data acqui

11、sition system has been applied. In the production process, the system can be applied to the production process parameters for site acquisition, monitoring and recording, To improve product quality, reduce costs and provi

12、de information means. In scientific research, application of dynamic data acquisition system can obtain a lot of information is a powerful tool to study physical processes instant. one of the impor</p><p>　　

13、Data acquisition system, from the strict sense, is to be used computer control of multi-channel data automatic detection or circuit testing, and can be implemented for data storage, processing, analysis and calculation,

14、and testing data, extracting usable information for display, records, print or portray system. The design of the data acquisition system used as a control ATMEGA16 MCU core D conversion system is divided into modules, th

15、e system control module, keyboard module, module and other p</p><p>　　Keywords：ATMEGA16，The data collect，A/Dtransform，LCD12864</p><p><b>　　緒 論</b></p><p><b>　　課題的背

16、景及其意義</b></p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也迅速地得到應(yīng)用。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)用這一系統(tǒng)可對生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)進(jìn)行采集，監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本提供信息和手段。在科學(xué)研究中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得大量的動(dòng)態(tài)信息，是研究瞬間物理過程的有力工具，也是獲取科學(xué)奧秘的重要手段之一?？傊?，不論在哪個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集與處理越及時(shí)，工作效率就越高，取得的經(jīng)濟(jì)效

17、益也越高。 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展對通信起了巨大的推動(dòng)作用。計(jì)算機(jī)和通信緊密結(jié)合可以構(gòu)成靈活多樣的通信控制系統(tǒng)也可以構(gòu)成強(qiáng)有力的信息處理系統(tǒng)，這樣對社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。數(shù)據(jù)通信是電子計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的必然產(chǎn)物。計(jì)算機(jī)與它的終端之間需要數(shù)據(jù)通信，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間更需要數(shù)據(jù)通信。此處在遙測、遙感、雷達(dá)、自動(dòng)控制等系統(tǒng)中都要用到計(jì)算機(jī)，因而都需要數(shù)據(jù)通信。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從嚴(yán)格的意義上來說，

18、應(yīng)該是用計(jì)算機(jī)控制的多路數(shù)據(jù)自動(dòng)檢測或巡回檢測，并且能夠?qū)?shù)據(jù)實(shí)行存儲(chǔ)、處理、分析計(jì)算以及檢測的數(shù)據(jù)中提取可用的信息，供顯示、記錄、打印或描繪的系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)輸出及顯示這四個(gè)部分組成。輸入通道要實(shí)現(xiàn)對被測對象的檢測，采樣和信號轉(zhuǎn)換工作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理要用存儲(chǔ)器把采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行管理和調(diào)用。數(shù)據(jù)處理就是從采集到的原始數(shù)據(jù)中，刪除有關(guān)干擾噪聲，無關(guān)

19、信息和必要的信息，提取出反映被測對象特征的重要信息。另外，就是對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以便于檢索；或者把數(shù)據(jù)恢復(fù)成原來的物理量形式，以可輸出的形態(tài)在輸出設(shè)備上輸出，例如打印，顯示，繪圖等。數(shù)據(jù)輸出及顯示就是把數(shù)據(jù)以適當(dāng)?shù)男问竭M(jìn)行輸出和顯示。</p><p><b>　　系統(tǒng)整體方案設(shè)想</b></p><p>　　1.2.1 系統(tǒng)硬件方案設(shè)想</p>&l

20、t;p>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)輸出及顯示這四個(gè)部分組成。輸入通道要實(shí)現(xiàn)對被測對象的檢測，采樣和信號轉(zhuǎn)換工作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理要用存儲(chǔ)器把采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行管理和調(diào)用。數(shù)據(jù)處理就是從采集到的原始數(shù)據(jù)中，刪除有關(guān)干擾噪聲，無關(guān)信息和必要的信息，提取出反映被測對象特征的重要信息。另外，就是對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以便于檢索；或者把數(shù)據(jù)恢復(fù)成原來的物理量形式，以可輸出的形態(tài)

21、在輸出設(shè)備上輸出，例如打印，顯示，繪圖等。數(shù)據(jù)輸出及顯示就是把數(shù)據(jù)以適當(dāng)?shù)男问竭M(jìn)行輸出和顯示。</p><p>　　本系統(tǒng)的硬件的組成部分分為數(shù)據(jù)采集模塊、處理與控制模塊、鍵盤模塊、顯示模塊四部分，采用ATMEGA16微處理器作為本設(shè)計(jì)的核心，對各個(gè)模塊的信號進(jìn)行處理分析。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過對多路數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過ATMEGA16單片機(jī)進(jìn)行處理和分析，最后將數(shù)據(jù)顯示在LCD顯示器上。本設(shè)計(jì)正是通過這個(gè)方案對數(shù)據(jù)進(jìn)

22、行采集、處理、顯示，以達(dá)到數(shù)據(jù)采集的目的。</p><p>　　1.2.2 系統(tǒng)軟件方案設(shè)想</p><p>　　對于軟件這個(gè)部分，關(guān)鍵是怎樣通過軟件來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各種功能。因此，從軟件的角度來講，需要找到一種算法，以便于能利用該算法實(shí)現(xiàn)對所有數(shù)據(jù)流的采集、處理與傳輸，從而能使該系統(tǒng)能兼容所有的數(shù)據(jù)采集流。</p><p>　　1.3 本設(shè)計(jì)要完成的任務(wù)&

23、lt;/p><p>　　以單片機(jī)ATMEGA16為核心，結(jié)合其它器件一起設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要功能是實(shí)現(xiàn)一個(gè)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)的原理框圖如圖1.1所示：</p><p>　　圖1.1 系統(tǒng)原理圖</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求和方案的設(shè)想，總結(jié)一下本設(shè)計(jì)要做的具體的工作主要有以下幾個(gè)方面:</p><p>　　1、 分析與論證本設(shè)

24、計(jì)所采用的方案，包括主控系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等的分析、以及這些模塊的功能等。在對設(shè)計(jì)要求充分分析的基礎(chǔ)上，劃分功能模塊，選擇需要的硬件設(shè)備。</p><p>　　2、 收集大量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方面的資料— 包括文字資料和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)規(guī)律，找到能夠統(tǒng)一對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和識別的方法，這是設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一步。對設(shè)想的方案仔細(xì)論證，確定下來以后，根據(jù)選擇的硬件設(shè)備完成原理圖的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3、

25、 根據(jù)劃分的功能模塊，編寫操作程序。這也是本設(shè)計(jì)中很重要的一個(gè)工作，確定編程時(shí)要盡量做到界面美觀，操作簡便。</p><p>　　第二章 方案的分析與論證</p><p>　　2.1 主控系統(tǒng)分析與論證</p><p>　　選用ATMEGA16芯片為主控器，系統(tǒng)的原理框圖如圖2.1所示：</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)原理框圖<

26、;/p><p>　　ATMEGA16芯片管腳圖，如圖2.2所示：</p><p>　　圖 2.2 ATMEGA16芯片管腳圖</p><p>　　ATMEGA16芯片功能介紹：</p><p>　　ATmega16 是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16 的

27、數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)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。AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和32 個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元（ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。</p><p>　　ATmega16 有如下特點(diǎn)：</p><p

28、>　　16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即RWW)，512 字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)SRAM，32 個(gè)通用I/O 口線，32 個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益(TQFP 封裝) 的ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看

29、門狗定時(shí)器，一個(gè)SPI 串行端口，以及六個(gè)可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。 工作于空閑模式時(shí)CPU 停止工作，而USART、兩線接口、A/D 轉(zhuǎn)換器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止CPU 和除了異步定時(shí)器與ADC 以外所有I/O

30、模塊的工作，以降低ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開關(guān)噪聲； Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消</p><p>　　本芯片是以Atmel 高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi)ISP Flash 允許程序存儲(chǔ)器通過ISP 串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過運(yùn)行于AVR 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)(Appli

31、cationFlash Memory)。在更新應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)時(shí)引Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了RWW 操作。 通過將8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash 集成在一個(gè)芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。ATmega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：C 語言編譯器、宏匯編、 程序調(diào)試器/ 軟件仿真器、仿

32、真器及評估板。[1]</p><p><b>　　引腳說明：</b></p><p>　　VCC 數(shù)字電路的電源</p><p><b>　　GND 地</b></p><p>　　端口A(PA7..PA0) 端口A 做為A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口A 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上

33、拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動(dòng)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 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(dòng)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

34、。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)。端口B 也可以用做其他不同的特殊功能。</p><p>　　端口C(PC7..PC0) 端口C 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(dòng)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

35、出現(xiàn)引腳PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口C 也可以用做其他不同的特殊功能。</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。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動(dòng)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)。端口D

36、 也可以用做其他不同的特殊功能。</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。持續(xù)時(shí)間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(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><p>　　XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。</p><p>　　AVCC AVCC

37、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 連接。</p><p>　　AREF A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。[2]</p><p>　　2.2 顯示器件的選擇</p><p>　　液晶顯示器(LCD)具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其它顯示器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。近幾年來被廣泛用于單片機(jī)控制的

38、智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。LCD可分為段位式LCD、字符式LCD和點(diǎn)陣式LCD。其中，段位式LCD和字符式LCD只能用于字符和數(shù)字的簡單顯示，不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求；而點(diǎn)陣式LCD不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng)、動(dòng)畫功能、分區(qū)開窗口、反轉(zhuǎn)、閃爍等功能，用途十分廣泛。本文介紹了點(diǎn)陣式液晶顯示器MGLS12864與單片機(jī)的接口及編程的方法，同時(shí)介紹了創(chuàng)建8×1

39、6字符和16×16點(diǎn)陣漢字的方法，及常用的字符顯示和漢字顯示程序。</p><p>　　考慮到此系統(tǒng)的實(shí)用性,選擇LCD作為顯示器件。</p><p>　　綜上論證，選擇ATMEGA16單片機(jī)為核心，選擇LCD12864做為顯示器件來設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?；诖怂枷?，對系統(tǒng)的硬件，軟件的設(shè)計(jì)以及電路原理圖展開設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　系統(tǒng)的

40、硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　經(jīng)過方案論證的過程之后，我們選定了采用單片機(jī)ATMEGA16作為核心的方案，其系統(tǒng)總方框圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)總原理框圖</p><p>　　3.1 外圍輸入電路</p><p>　　3.1.1 音頻輸入電路</p><p>　

41、　音頻輸入電路主要原理：外部的聲音信號通過麥克風(fēng)采集，然后經(jīng)過音頻功率放大電路放大后輸入單片機(jī)。</p><p>　　TDA2822集成功放電路常用在隨身聽、便攜式的DVD等音頻放音用；功率不是很大但以可以滿足您的聽覺要求了，且有電路簡單、音質(zhì)好、電壓范圍寬等特點(diǎn)，是業(yè)余制作小功放的較佳選擇。音頻采集電路圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 音頻采集電路</p>

42、<p><b>　　光電池輸入電路</b></p><p><b>　　電路工作原理：</b></p><p>　　將外部的光信號采集放大后輸入單片機(jī)。</p><p>　　硅光電池是一個(gè)大面積的光電二極管，它被設(shè)計(jì)用于把入射到它表面的光能轉(zhuǎn)化為電能，因此，可用作光電探測器和光電池，被廣泛用于太空和野外便攜式儀

43、器等的能源。光電池的基本結(jié)構(gòu)圖如圖3.3所示。</p><p>　　當(dāng)半導(dǎo)體PN結(jié)處于零偏或反偏時(shí)，在它們的結(jié)合面耗盡區(qū)存在一內(nèi)電場，當(dāng)有光照時(shí)，入射光子將把處于介帶中的束縛電子激發(fā)到導(dǎo)帶，激發(fā)出的電子空穴對在內(nèi)電場作用下分別飄移到N型區(qū)和P型區(qū)，當(dāng)在PN結(jié)兩端加負(fù)載時(shí)就有一光生電流流過負(fù)載。光電池的電路圖如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 光電池電路</p>

44、<p><b>　　磁場輸入電路</b></p><p>　　霍爾器件是一種磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用。霍爾器件以霍爾效應(yīng)為其工作基礎(chǔ)。  　　霍爾器件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá)1MHZ），耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。  　 霍爾線性器

45、件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動(dòng)、無回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá)μm級）。取用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達(dá)－55℃～150℃?；魻栯娐穲D如圖3.5所示。 </p><p>　　圖3.5 霍爾電路</p><p>　　CS3501特性參數(shù)</p><p>　　型號 Vcc/V 

46、線性范圍/mT 工作溫度/℃ 靈敏度S/mV/mT 靜態(tài)輸出電壓Vo/V   min typ max min typ max   CS3501 8～12 ±100 －20～＋85 3.5 7.0 － 2.5 3.6 5.0&l

47、t;/p><p>　　型號 IOUT/mA Ro/kΩ Icc/mA  乘積靈敏度V/A·0.1T  輸出形式 引腳排列 外形結(jié)構(gòu)   typ max  1  2  3  4   CS3

48、501 4.0 0.1 10 20 － 射極輸出 VCC 地 輸出 － CI/P </p><p><b>　　電壓輸入電路</b></p><p>　　電路通過滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)將電壓輸入信號輸入單片機(jī)，如圖3.6所示。</p><p>

49、;　　圖3.6 電壓輸入電路</p><p>　　3.2 串口電平轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　串口通訊對單片機(jī)而言意義重大，不但可以實(shí)現(xiàn)將單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X端，而且也能實(shí)現(xiàn)電腦對單片機(jī)的控制，比如可以很直觀地把紅外遙控器鍵值的數(shù)據(jù)碼顯示在電腦上，可以使編寫紅外遙控程序時(shí)方便不少，起到仿真器的某些功效。</p><p>　　ATMEGA16單片機(jī)和電腦之間可

50、以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如電腦的串口是RS232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。我們采用了三線制連接串口，也就是說和電腦的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的GND、第2腳的RXD、第3腳的TXD。 </p><p>　　Max232產(chǎn)品是

51、由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。</p><p>　　該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。串口電平轉(zhuǎn)換電路如圖3.7所示。</p>&

52、lt;p>　　圖3.7 串口電平轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　3.3 鍵盤電路</p><p>　　鍵盤電路主要是通過手動(dòng)對單片機(jī)進(jìn)行控制，如圖3.8所示。</p><p><b>　　電路有四個(gè)按鍵；</b></p><p>　　K1：SET K2：UP K3：DOWN K4：ENT</

53、p><p>　　圖3.8 鍵盤電路</p><p><b>　　3.4 顯示電路</b></p><p>　　液晶顯示器(LCD)具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其它顯示器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。近幾年來被廣泛用于單片機(jī)控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。LCD可分為段位式LCD、字符式LCD和點(diǎn)陣式LCD。其中，段位式LCD和字符式LCD只

54、能用于字符和數(shù)字的簡單顯示，不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求；而點(diǎn)陣式LCD不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng)、動(dòng)畫功能、分區(qū)開窗口、反轉(zhuǎn)、閃爍等功能，用途十分廣泛。本文介紹了點(diǎn)陣式液晶顯示器LCD12864與單片機(jī)的接口及編程的方法，同時(shí)介紹了創(chuàng)建8×16字符和16×16點(diǎn)陣漢字的方法，及常用的字符顯示和漢字顯示程序。</p><p>　　單

55、片機(jī)可通過數(shù)據(jù)總線與控制信號直接采用存儲(chǔ)器訪問形式、I/O設(shè)備訪問形式控制該液晶顯示模塊。單片機(jī)對液晶顯示模塊的操作可分為兩部分,即左半屏和右半屏操作。</p><p>　　功能介紹：LCD12864(黃色背光)是一款具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)

56、ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。LCD12584引腳功能表如表3.1所示：</p><p>　　

57、表3.1 LCD12864引腳功能表</p><p>　　LCD12864管腳圖如圖3.10所示：</p><p>　　圖3.10 LCD12864</p><p>　　3.5 主控器ATMEGA16電路</p><p>　　整個(gè)硬件電路以ATMEGA16單片機(jī)為核心，單片機(jī)對輸入的音頻信號、光信號、磁信號、電壓等信號進(jìn)行處理，通過按鍵

58、對單片機(jī)進(jìn)行控制，最后將信號在LCD上進(jìn)行顯示。</p><p>　　選用高性能、低功耗的8位ATMEGA16單片機(jī)，它具有如下特點(diǎn)：16KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即RWW)；512B EEPROM；1KB SRAM；32個(gè)通用I/O口線；32個(gè)通用工作寄存器；3個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T/C)；可編程串行接口；低功耗空閑和掉電方式等。[3]ATMGA16主電路圖如圖3.11

59、所示。</p><p><b>　　芯片特性：</b></p><p>　　1、高性能、低功耗的 8 位AVR® 微處理器</p><p>　　2、先進(jìn)的RISC 結(jié)構(gòu)</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

60、器</p><p><b>　　—全靜態(tài)工作</b></p><p>　　—工作于16 MHz 時(shí)性能高達(dá)16 MIPS</p><p>　　—只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器</p><p>　　3、非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</p><p>　　—16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash</p&g

61、t;<p>　　—擦寫壽命: 10,000 次</p><p>　　4、具有獨(dú)立鎖定位的可選Boot 代碼區(qū)</p><p>　　5、通過片上Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程</p><p>　　6、真正的同時(shí)讀寫操作</p><p>　　—512 字節(jié)的EEPROM</p><p>　　—擦寫壽命: 100

62、,000 次</p><p>　　—1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM</p><p>　　—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>　　7、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)試功能</p&g

63、t;<p>　　—通過JTAG 接口實(shí)現(xiàn)對Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程</p><p><b>　　外設(shè)特點(diǎn)</b></p><p>　　—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</p><p>　　—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><

64、p>　　—具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC</p><p><b>　　—四通道PWM</b></p><p>　　—8路10 位ADC</p><p><b>　　8 個(gè)單端通道</b></p><p>　　—TQFP 封裝的7 個(gè)差分通道</p><p>　　10、

65、各具有可編程增益（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(gè)可編程的串行USART</p><p>　　—可工作于主機(jī)/ 從機(jī)模式的SPI 串行接口</p><p>　　—具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器</p><p><b>　　—

66、片內(nèi)模擬比較器</b></p><p><b>　　特殊的處理器特點(diǎn)</b></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、ADC 噪聲

67、抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及擴(kuò)展的Standby 模式</p><p><b>　　I/O 和封裝</b></p><p>　　—32 個(gè)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</p><p><b>　

68、　工作電壓:</b></p><p>　　—ATmega16：4.5 - 5.5V</p><p><b>　　速度等級： </b></p><p>　　—0 - 16 MHz ATmega16[4]</p><p>　　圖3.11 ATMEGA16的主電路</p><p>&l

69、t;b>　　系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　系統(tǒng)主程序流程</b></p><p>　　系統(tǒng)主程序的流程圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 主程序流程圖[5]</p><p>　　數(shù)據(jù)采集中斷服務(wù)子程序流程</p><p>　　數(shù)據(jù)采集中斷服

70、務(wù)子程序的流程圖如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 數(shù)據(jù)采集中斷服務(wù)子程序流程圖[6]</p><p>　　數(shù)據(jù)采集與顯示程序流程</p><p>　　數(shù)據(jù)采集與顯示流程圖如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 數(shù)據(jù)采集與顯示程序流程圖[7]</p><p><b>　　總 結(jié)<

71、/b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用ATMEGA16單片機(jī)作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制核心，系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、系統(tǒng)控制模塊、鍵盤模塊、顯示模塊等幾部分。系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)流包括音頻信號,光信號,磁信號,電壓引號。這些信號傳輸?shù)紸TMEGA單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)的處理將數(shù)據(jù)顯示在LCD12864上。[8]</p><p>　　系統(tǒng)是由硬件與軟件協(xié)調(diào)運(yùn)作實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的功能，其

72、中硬件電路由數(shù)據(jù)采集外圍電路，串口電平轉(zhuǎn)換電路，CPU控制電路，鍵盤電路，顯示電路組成。軟件由驅(qū)動(dòng)子程序組成。 </p><p>　　在元件及調(diào)制方面，由于采用的電路使用了很多集成電路。外圍元件不是很多，所以調(diào)試應(yīng)該不會(huì)太難。一般只要電路焊接無誤，稍加調(diào)試應(yīng)該會(huì)正常工作。電路中除集成電路外，對各電子元件也無特別要求。</p><p>　　該系統(tǒng)各部分采用模塊化設(shè)計(jì)， 各個(gè)模塊之間獨(dú)

73、立性強(qiáng)?？刂撇糠植捎每删幊涛⑻幚砥鳎梢栽诓辉黾酉到y(tǒng)硬件的情況下方便地對系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)與升級。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]EEPW百科.ATmega16單片機(jī)[Z].北京：EEPW百科，2010.</p><p>　　[2]百度百科.ATmega16單片機(jī)[Z].北京：百度百科，2010.<

74、/p><p>　　[3]謝自美.電子線路設(shè)計(jì)·試驗(yàn)·測試[J].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002. 298~316.</p><p>　　[4]微雪電子.ATmega16簡介[Z].北京：微雪電子，2010.</p><p>　　[5]萬光毅,嚴(yán)義.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010. 73~74.</p>

75、;<p>　　[6]元紅妍,張鑫.電子綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教程[M].濟(jì)南：山東大學(xué)出版社，2004. 3.</p><p>　　[7]Prote199原理圖與PCB設(shè)計(jì)[Z].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000. 67~68.</p><p>　　[8]何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001. 17~18.</p>

76、<p>　　[9]吳建新,朱定華,饒志強(qiáng).模擬電子技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008. </p><p>　　[10]戴焯.傳感與檢測技術(shù)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2003. </p><p>　　[11]李群芳,肖看.單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用—嵌入式系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.</p><p>　　[12]何希才

77、,鄒炳強(qiáng).通用電子電路應(yīng)用400例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005. </p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　一、電路原理圖</b></p><p><b>　　二、程序清單</b></p><p>　　源程序名稱： 

78、0;      １２８×６４液晶模塊</p><p>　　程序功能：           　　　　本程序是用 ATmega16 控制１２８×６４液晶模塊（控制芯片：HD61202／3）顯示 的源程序文件。#inc

79、lude "ATmega16.h"                 /* 包含目標(biāo)器件芯片的頭部文件 */ #include "LCDM_HD61202_128D64.h" &#

80、160;    /* 本程序的頭部文件 */ #include "DELAY.H"                    /* 包含延時(shí)函

81、數(shù)的頭部文件 */ #include "Lattice_Character.h"        /* 包含字符點(diǎn)陣數(shù)據(jù)表的頭部文件 */              &

82、#160;               　程序指令代碼清單 /*---------------------------------------------------------------------------- 函數(shù)功能：    本函數(shù)用于

83、控制液晶模塊的ＭＣＵ輸入／輸出引腳的初始化操作。 備注：        本函數(shù)僅在主函數(shù)中調(diào)用一次即可，除非釋放各控制引</p><p>　　/*---------------------------------------------------------------------------- 函數(shù)功能：  

84、;  本函數(shù)用于在液晶屏幕上在指定坐標(biāo)位置（x，y）顯示單個(gè)點(diǎn)陣字符的操作。 函數(shù)入口參數(shù)：x ----------------- Ｘ軸坐標(biāo)，其數(shù)值范圍：x ≤６３。               y -----------------&

85、#160;Ｙ軸坐標(biāo)，其數(shù)值范圍：y ≤７。               *pdc_address ------ 顯示字符點(diǎn)陣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址，即指向存儲(chǔ)點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的指針。         &#

86、160;     dc_row_num -------- 顯示字符行點(diǎn)數(shù)，其數(shù)值范圍：x ≤１２７。               dc_column_num ----- 顯示字符列點(diǎn)數(shù)，其數(shù)值范圍：

87、x ≤６３。 備注：        ①．參數(shù) y（Ｙ軸坐標(biāo)）的數(shù)值范圍：y ≤７。               ②．在移植程序時(shí)，請注意 *pdc_address 參

88、數(shù)前的 flash 關(guān)鍵字，此關(guān)鍵字     </p><p>　　/*---------------------------------------------------------------------------- 函數(shù)功能：    本函數(shù)用于在液晶屏幕上顯示歡迎和警告頁的操作。運(yùn)行完本函數(shù)將顯示：

89、              “歡迎”------------------ 第一頁，６４×６４點(diǎn)陣。               “鄭重警

90、告”-------------- 第二頁，３２×３２點(diǎn)陣。               “本產(chǎn)品和嵌入的軟 ------- 第三頁，１６×１６點(diǎn)陣。         

91、        件受著作權(quán)法及國                 際著作權(quán)條約和其          &#

92、160;      它知識產(chǎn)權(quán)法和條                 約的保護(hù)，未經(jīng)其           

93、0;     所有者的書面授權(quán)                 不得擅自復(fù)制或傳             

94、    播，否則將受到在                 法律許可的范圍內(nèi)              &#

95、160;  最大可能的起</p><p>　　// Declare your global variables here void main(void) { // Declare your local variables here   register

96、60;Uchar8 i;   register Uchar8 j;   register Uchar8 k; // Port C initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In

97、0;Func2=In Func1=In Func0=In  // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T  PORTC=0x00; DDRC=0x00; // Timer/Counter 

98、0 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 0 Stopped // Mode: Normal top=FFh // OC0 o</p><p><b>

99、　　致 謝</b></p><p>　　走的最快的總是時(shí)間，來不及感嘆，大學(xué)生活已近尾聲，四年多的努力與付出，隨著本次論文的完成，將要?jiǎng)澫峦昝赖木涮枴?lt;/p><p>　　從課題選擇到具體的寫作過程，無不凝聚著老師的心血和汗水。老師要指導(dǎo)很多同學(xué)的論文，加上本來就有的教學(xué)任務(wù)，抽出時(shí)間來指導(dǎo)我們。在我的畢業(yè)論文寫作期間，老師為我提供了種種專業(yè)知識上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，