智能型充电器的电源和显示的设计本科毕业设计 51页

前言随着越来越多的手持式电器的出现，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。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。n毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　指导教师签名：　　　　　日　　期：　　　　　使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　n学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日n指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神□优□良□中□及格□不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度□优□良□中□及格□不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力□优□良□中□及格□不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性□优□良□中□及格□不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）指导教师：（签名）单位：（盖章）年月日n评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年月日n教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况□优□良□中□及格□不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况□优□良□中□及格□不及格3、学生答辩过程中的精神状态□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格评定成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）年月日教学系意见：系主任：（签名）年月日n南京工程学院毕业设计说明书(论文)1　概述1　绪论1.1.1课题背景如今，随着越来越多的手持式电器的出现，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。目前，市场上卖得最多的是旅行充电器，但是严格从充电电路上分析，只有很少部分充电器才能真正意义上被称为智能充电器，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、轻重量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、安全地充电，因此，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：46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)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。1.1.2常见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。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。充电方法SLA电池和锂电池的充电方法为恒定电压法要限流；NiCd46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)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750mAh，充电电流为750mA，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。现代消费类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。46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)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。1.1.3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(ReducedInstructionSetCPU)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ATmega46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)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.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。46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)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。1.1.4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。46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)2　毕业设计任务和要求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。在大一时就曾接触过C语言，由于时间较短，重视程度不够，后来又一直没用过，只能对它有一个大概的了解。而对于AVR单片机的相关知识和液晶显示模块的使用，则完全是一片空白。这次毕业设计，就不得不花大量的时间在这些基础知识的学习上。为了更有效地完成这个课题，特列出了如下计划：表1-1毕业设计进度表起止时间工作内容第1~2周熟悉课题的基本要求，查阅相关资料，初步拟定设计的整体方案，完成开题报告。第3~8周1.自学这次课题所涉及的相关内容，包括C语言基础知识，AVR单片机（主要是Atmega16L芯片）和ICCAVR编译器的使用以及液晶显示的相关内容。并设计一些简单的实际电路，熟练所学内容并加以巩固。2.熟悉绘图软件Protel99的使用。第9~12周1.设计LCD显示电路，电源电路，用Protel99绘制原理图，和同学一起完成整个充电电路原理图，并绘制印制电路板。2.编写显示程序。第13~15周焊接调试电路，根据各部分的作用对硬件电路进行调试，最后联机调试。最后数周写毕业设计论文，完成全部毕业设计。46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)这次毕业设计是由郭伟同学和本人共同合作完成，由他完成充电部分的硬件电路的设计，和这边的显示部分相结合，共同完成智能充电器的设计。46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)2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，最后对PROTEL99的使用和PCB板的绘制以及焊接做一简单介绍，然后再将自己的设计思想和同组人所设计的两部分结合，达成统一。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。(一)直接访问方式PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7RDWEP2.3P2.2P2.1P2.0DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7GNDVCCV0E/CSA/CSBR/WD/I10K数据总线GND+5V电位器负电源13274LS00A11A10A9A846n南京工程学院毕业设计说明书(论文)MPU图2-1直接访问方式电路图LCM接口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。(二)间接控制方式P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0/CSA/CSBER/WD/IVCCV0GND电位器+5V10K负电源GNDMPULCM接口图2-2间接控制方式电路图46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)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。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硬件电路主要芯片2.2.1ATmega16L主要引脚说明以下是ATmega16L的引脚配置：图2-3ATmega16L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/O46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)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(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。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(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((PD7～PD0)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。AVCC　　　　　　　AVCC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。AREF　　　　　　　A/D的模拟基准输入引脚。2.2.2Atmega16L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，Atmega46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)16L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。2.2.3Atmega16L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。2.2.4Atmega16L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。46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)VccVpotVpotRESETVrstVrstTIME-OUTINTERINALtTOUTtTOUTRESET图2-5RESET引脚与VCC相连时，图2-6RESET引脚由外部控制时,单片机的复位电平单片机的复位电平(1)外电复位。引脚RESET上的低电平持续时间大于最小脉冲宽度时MCU复位。VccRESETVrstTIME-OUTtTOUTINTERNALRESET图2-7外部复位时序图(2)看门狗复位。看门狗使能并且看门狗定时器溢出时复位发生。看门狗计数器溢出时，将产生一个晶振的复位脉冲。VccRESETWDT1XTALCycleTIME-OUTRESETtTOUTTIME-OUTINTERNALRESET图2-8看门狗复位时序图46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)(1)掉电检测复位。掉电检测复位功能使能，且电源电压低于掉电检测复位门限Vpot时MCU即复位。(2)JTAGAVR复位。复位寄存器为1时MCU复位。3　LCD液晶显示2.3.1LCD的显示原理液晶显示器是一种功耗极低的显示器。随着液晶显示技术的发展，LCD显示器的规格众多，其专用驱动芯片也相互配套，使LCD在控制和仪表系统中广泛应用提供了极大的方便。根据LCD显示原理的不同，常见和常用的LCD可以分为字符型LCD和点阵型LCD两种。不同的显示原理使得这两种LCD的指令系统、接口和功能等是不相同的，各有优缺点，但结合到本次设计的实际要求，经过比较还是选用点阵型LCD。现就点阵型LCD的显示原理、模块特点等做一简要介绍。要想在液晶模块上显示一个汉字或字符，需要3个最基本的控制操作：分别向3个控制器写指令代码、写显示数据和读显示数据。这里要特别引起注意的是完成这3项操作的前提条件是KS0108B控制器处于准备好的状态，即BUSY=0，由模块的软件特性知道，当BUSY=1时，系统的接口电路处于被封锁的状态，是不能接受除读状态指令外的任何操作的。因此在访问控制器之前，一定要判断控制器的当前状态。具体到软件设计时，则需设计一判忙程序，在判断BUSY=0后，再往下进行操作。在本模块中，每个汉字的大小是16×16点阵，而每个字符的大小是8×16点阵，即字符的宽度为汉字的1/2。它们都是以二维数组的格式存放在ROM中。向液晶模块显示一个汉字的过程就是：由液晶屏显示区的指定字符行的指定列开始，连续输出该字符对应的字符库中的16个列数据，如果是显示字符，则输出8个列数据即可。上面已经介绍到，MGLS-19264液晶模块中液晶屏显示区为192×64点阵，其中，它们的每8个像素行组成一页，整个显示区共分为8页，每64列为一个区，这样，它就有左、中、右3个区，它的显示区示意图如下：左区中区右区012…62636465…127128129…191DB0…DB7第0页46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)……第七页DB0…DB7图2-9液晶屏显示区示意图液晶模块显示字符是从上到下，从左到右进行显示的。假设定义从最左上角开始显示，则先从上到下显示第0页的第一列，依次从左向右开始显示。MGLS-19264LCM的显示部分为左、中、右3个区，可以由CS片选的取值分别进行控制，其接口的片选定义如下：表2-1MGLS的片选定义表CS1CS2选中区域00左区01中区10右区11未选有了上面的知识，就可以编写显示界面这一块程序。由于每个汉字或字符在图中位置是固定的，只要定义了相应的选区及X、Y地址，就可以显示出具体的位置。用lr来表示汉字的区域，当lr=0，表示左区；lr=1，表示中区；lr=2，表示右区。X表示页面，Y表示列地址。则(lr.X.Y)就可以定义出这个字在屏上的实际位置。以第一行的“智”字为例，这个字位于模块的左区，则lr=0；它位于第一页和第二页，则X=0；它位于列地址的48-63字节，Y=48，那么“智”就可以通过(0.0.48)精确地表示出它的位置。这里要注意的是每个汉字占用的行地址是两页，如“智”字占的就是X0和X1，即第二行的汉字其X=2而不是1。因此，第二行的“电”就应该表示为(0.2.0)，其它字符依此设计即可。2.3.2液晶显示控制驱动器46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)HD61202及其兼容液晶显示控制器是一种带有驱动输出的图形液晶显示控制器，而在小规模点阵液晶显示模块上使用液晶显示驱动器组成液晶显示驱动控制系统是非常有益的，这将使液晶显示模块的硬件电路简单化，从而降低模块的成本，同时也提高了对软件功能的要求。许多显示功能如光标、字符库、闪烁都需要由软件编制而成。HD61203和HD61202就是这类液晶显示驱动控制器套件。之所以称它们为套件是因为HD61203和HD61202必须配套使用，通常有12864和19264两种规格。其特点如下：1．内藏64*64=4096位显示RAM，RAM中每位数据对应LCD屏上的一个点的亮、暗状态。2．HD61202及其兼容控制器是列驱动器，具有64路列驱动输出。3．HD61202及其兼容控制驱动器读、写时序与68系列微处理妻相符，因此它可直接与68系列微处理器借口相联。4．HD61202及其兼容控制器的占空比为1/32~1/64。2.3.3液晶显示模块的特点MGLS-12864图形液晶显示模块的驱动和控制系统是由一片KS0107B或兼容驱动器(HD61203)作为行驱动器和两片KS0108B或兼容驱动器(HD61203)作为列驱动器组成的。它的主要技术参数及其供电特点如下：(1)电源：DC+5V，模块内自带用于LCD驱动的负压电路。(2)显示内容：12864全屏幕点阵。(3)指令形式：七种指令。(4)接口形式：与控制器采用8位数据总线和8位控制线相连。(5)工作环境：－10~+50℃。(6)模块应用有三种电源：逻辑电源、液晶驱动电压、背光电压。(7)本次选用的模块是双电源供电（VDD/V0），需要提供一个液晶驱动电压，用以调节对比度，接在液晶模块的V0引脚上，由于液晶的对比度会随着温度的变化而相应变化，所以其液晶显示驱动电压值应随着温度作相应的调整，这里采用了一个电位器，调整电压值。(8)背光供电为3.8-4.1V的支流电源，选用电源太大不仅增加功耗，更有可能损坏背光灯和缩短模块的使用寿命。46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)MGLS-12864的逻辑电路图如下：HD61202*LCD:VGLS-1286412864DOTS64HD61202(1)HD61202(2)6464VDDVSSV0/CSA/CSBDB0DB7D/IR/WE图2-8MGLS-12864的逻辑电路图MGLS-12864液晶显示模块一共有20个引脚，它的接口定义如下：表2-2MGLS-12864的接口电路序号符号状态功　　能１D7三态数据总线２D6三态数据总线３D5三态数据总线4D4三态数据总线5D3三态数据总线6D2三态数据总线46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)7D1三态数据总线8D0三态数据总线9E输入R/W=“L”，E的下降沿锁存数据线R/W=“H”，E为“H”时，数据由控制器输出至数据线10R/W输入R/W=“L”，E=“H”数据由控制器输出数据线R/W=“H”，E的下降沿，数据由数据线输入到控制器11D/I输入D/I=“L”，表示DB7~DB0为显示数据D/I=“H”，表示DB7~DB0为显示指令12V0—液晶显示器驱动电压13VCC—电源正14GND—电源地15CS1输入片选信号16CS2输入片选信号17VOUT—LCD负压驱动电压18RET输入复位信号19LED+—显示模块背光电源20LED-—显示模块背光电源4电源电路的设计在本次的设计中，要供电给mega16和LCD显示模块两部分，而一个LM7805的输出电流不足，所以本人打算将mega16和显示模块分别供电，所以实际电路中用到了两片7805。下面就一个电源电路给出设计方案，另一个同样原理。5V电源电路的设计加图图2-95V的电源电路设计原理图上图是LM78××46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)作为输出电压固定的典型电路图，正常工作时，输入、输出电压差为3-8V。输入电压PS为9V。电路中接入电容C5用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑止电路引入的干扰，C11是有极性的电解电容，以减小稳压电压输出端由输入电源引入的电平干扰。D1是保护二极管，当输入端短路时，给输出电容器C11一个放电电路，防止C11两端电压作用于调压管的be结，造成调压管be结击穿而损坏。其中C5、C11两个电容只是起滤波作用选用的大小没有特别的要求。5硬件电路设计经过对以上对ATmega16L芯片的端口、存储器、时钟电路、以及复位电路和LCD液晶显示等原理的介绍后，现在就可以完成对这部分硬件电路的设计了。再结合前面的分析采用间接访问的方式实现单片机与液晶显示模块之间的连接。LCD模块的8位数据线接在了Atmega16L芯片B口的8位数据线上，这里用了一个74LS24作为锁存器使它们间接连接在一起。LCD的EN、D/I、CS1、CS2、R/W分别连接到PA3~PA7上，其详细的接法见下图46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)图2-10硬件接线图6PROTEL99的应用简介经过前面的努力，智能充电器硬件电路的设计在本人及同组人的共同努力下已经完成，接下来便是根据前面的设计用软件画出其原理图并生成ＰＣＢ板。PROTEL99SE是一个全32位的电路板设计软件，使用该软件可以容易地设计电路原理图、画元件图、设计电路板图、画元件封装图和电路仿真。在这里主要用它来绘制电路原理图和生成印制电路板。原理图的设计步骤如下：(1)设置原理图设计环境。其中，工作环境设置是使用Design/Options和Tool和Preferences菜单进行的，画原理图环境的设置主要包括图纸大小、捕捉栅格、电气栅格、模板设置等。(2)放置元件，将电气和电子元件放置在图纸上。(3)原理图布线。元件一旦放置在原理图上，不需要用导线将元件连接起来，连接时一定要符合电气规则。(4)编辑和调整。编辑元件的属性。包括元件名、参数、封装图等。调整元件和导线的位置等操作。本次设计所用的主要元件属性如下：表2-3主要元件表说明编号封装元件名称单片机U1DIP-40Atmega16LCDJ2DIP-20LCD模块电阻RAXIAL0.3RES2电容CRAD0.1CAP锁存器U5DIP-2074LS245NPN三极管QTO462N2222A晶体XXTAL-1XTAL通用运放U2A，U2BDIP8LM358(5)检查原理图。使用电气规则功能(ERC)检查原理图的连接是否合理和正确。给出检查报告，若有错误则要根据错误进行改正。46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)(1)生成网络表。所谓网络表就是元件名、封装、参数及元件之间的连接表，通过该表可以确认各个元件和它们之间的关系。(2)打印原理图。对电路板的设计主要分为以下几个步骤；(1)使用原理图编辑器设计原理图，进行电气检查(ERC)并生成原理图的网络表。(2)进入电路板(PCB)环境，使用电路向导确定电路板的层数、尺寸等电路板参数。(3)使用Design/Netlist菜单，调入网络表。由于在前面的元件封装不规范，这里面出现了许多错误，通过请教老师及自己的不懈努力，花了数天的时间才全部改了出来。(4)布置元件，就是将元件合理地分布在电路板上。自动布置元件或人工布置元件，多次布置直到自己满意为止。人工布线是画电路板的基础，但比较耗时和费力，另外由于自身经验的不足，只得先采用自动布线，在此基础上作了适当的修改。(5)完成修饰等工作，完成整个电路板的设计。接下来是焊接的工作，这部分相对来说并不陌生，在大二时曾进行过电子课程的实习，主要就是完成收音机的焊接。虽然以后接触得比较少，但通过几天的练习，还是基本圆满地完成了任务。焊接通常要求：①焊点接触良好，尤其避免虚焊的产生；②焊点要有足够的机械强度以保证被焊点不致滑落；③焊点表面应美观，有光泽。这块板子面积不算大(约90cm70cm)，元器件引脚多，看起来很密集。从焊下来的结果来看，焊点还可以，也算比较美观，最关键的是没有短路的情况发生。焊接完成后，整个硬件电路原理、绘制原理路、焊接等工作已全部完成，下面转到软件部分的设计。46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)3软件设计由于本人主要负责设计软件部分，而本人之前对C语言这门课的学习不是非常的精通，因此在着手本章之前本人对C语言以及AVR单片机与C语言编程方面的书籍做了认真仔细的回顾、学习和再研究，这样才对下面设计工作的开展打下了基础。在本章里，本人将先介绍C语言开发的优势，然后介绍LCD的显示原理、模块的软件特性等,接下来便是最主要的整个程序的设计。3.1.用C语言开发单片机的优势C语言是一种编译型的结构化程序设计语言，具有简单的语法结构和强大的处理功能，具有运行速度快、编译效率高，移植性好和可读性强等多种优点，可以实现对系统便件的直接操作。用C语言来编写目标系统软件，可以大大缩短开发周期，且明显地增加软件的可读性，便于改进和扩充，从而开发出大规模、高性能的应用系统。其优势如下：(1)可以大幅度加快开发进度，程序量越大，用C语言就越有优势。(2)无需精通单片机指令集和具体的硬件，也能够编出符合硬件实际专业水平的程序。(3)可以实现软件的结构化编程，使得软件的逻辑结构变得清晰、有条理、便于开发小组计划任务、分工合作。源程序的可读性和可维护性都很好。(4)省去了人工分配单片机资源的工作，在汇编语言中要为每一个子程序分配单片机的资源。在使用C语言后，只要在代码中申明一下变量的类型，编译器就会自动分配相关资源，根本不需要人工干预，从而有效地避免了人工分配单片机资源的差错。(5)汇编语言的可移植性很差，而C语言只要将一些与硬件相关的代码作适当的修改，就可以方便地移植到其它种类的单片机上。(6)C语言提供auto、static、flash等存储类型，针对单片机的程序存储空间、数据存储空间及EEPROM46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)空间自动为变量合理地分配空间，而且C语言提供复杂的数据类型，极大地增强了程序处理能力和灵活性。C编译器能够自动实现中断服务程序的现场保护和恢复，并且提供常用的标准函数库，供用户使用。并且C编译器能自动生成一些硬件的初始化代码。(1)对于一些复杂系统的开发，可以通过移植(或C编译器提供)的实时操作系统来实现。正由于C语言在系统开发中的优势，这次设计的所有程序设计都将采用C语言编写，且通过ICCAVR编译器操作AVR的硬件资源。3.2液晶显示汉字或字符的原理LCD本身不发光只是调节光的亮度，目前市面上的LCD显示器都是利用液晶的扭曲一向列效应制成，这是一种电场效应，夹在两片导电玻璃电极间的液晶经过一定处理，它内部的分子呈直角扭曲，当线性偏振光透过其偏振面便会旋转一个直角。当在玻璃电极上加上电压后，在电场作用下，液晶的扭曲结构消失，偏振光便可以直接通过。当去掉电场后液晶分子又恢复取扭曲结构。把这样的液晶置于两个偏振片之间，改变偏振片相对位置就可以得到白底黑子或黑底白字的显示形式。结合以上知识具体显示原理如下：(1)线段的显示点阵图形式液晶由M*N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16*8=128个点组成，屏上64*16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的00H~00FH的16字节的内容决定，当(000)=FFH时，如屏的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当(3FFH)=FFH时，则显示屏的右下角显示一条短亮线；当(000H)=FFH，(001H)=00H，(002H)=FFH，(003H)=00H，…(00EH)=FFH，(00FH)=00H时，则在屏的顶部显示一条由8段亮线和8段暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。(2)字符的显示用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6*8或8*8点阵组成，既要找到和显示屏上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同的位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮，这样一来就组成某个字符。但对于内带字符发生器的控制器(如HD61202)来说，显示字符就比较简单了，可让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)(3)汉字的显示汉字的显示一般采用图形方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码，每个汉字占32B，分左右两半部，各占16B，左边为1、3、5…右边为2、4、6…根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找到显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的一字节，光标位置加1，送第二字节，按行按列对齐，送第三字节……直到32B显示完就可在LCD上得到一个完整的汉字。3.3LCD模块的指令说明要完成显示程序的设计，必须了解LCD液晶模块的指令系统。这里采用的LCD是北京精电蓬远显示技术公司生产的MGLS系列图形液晶显示模块，其内藏KS0108B/HD61202控制器。KS0108B及其兼容控制驱动器(HD61202)的指令系统比较简单，一共只有7条指令，从作用上可分为两类。第一条指令和第二条指令为显示状态设置类；其余指令为数据读/写操作指令。下面是各个指令的功能：1.读状态指令R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB010BUSY0ON/OFFREST0000状态字是计算机了解HD61202及其兼容控制驱动器当前状态，或是HD61202及其兼容控制驱动器向计算机提供其内部状态的唯一的信息渠道。状态字为一字节，其中仅有3位有效位，它们是：BUSY表示当前HD61202接口控制电路运行状态。BUSY=1表示HD61202正在处理计算机发来的指令或数据。此时接口电路被封锁，不能接受除读状态字以外的任何操作。BUSY=0表示HD61202接口电路已处于“准备好”状态，等待计算机的访问。ON/OFF表示当前的显示状态。ON/OFF=1表示关显示状态；ON/OFF=0表示开显示状态。RESET表示当前HD61202的工作状态，即反映RST端的电平状态。当RST为低电平状态时，HD61202处于复位工作状态，RESET=1；当RST为高电平状态时，HD61202为正常工作状态，RESET=0。在指令设置和数据读写时要注意状态字中的BUSY标志。只有在BUSY=0时，计算机对HD61202的操作才能有效，因此计算机在每次对HD61202操作之前，都要读出状态字以判断BUSY是不为“0”。若不为“0”46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)，则计算机需要等待，直至BUSY=0为止。1.显示开关指令R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00000111111/0该指令设置显示开／关触发器的状态，由此控制显示数据锁存器的工作方式，从而控制显示屏上的显示状态。D位为显示开／关控制位。当D=1为开显示设置，显示数据锁存器正常工作，显示屏上呈现所需的显示效果。此时在状态字中ON/OFF=0；当D=0为关显示设置，显示数据锁存器被置零，显示屏呈不显示状态，但显示存储器并没有被破坏，在状态字中ON/OFF=1。2.显示起始行设置指令R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00011显示起始行(0-63)该指令设置了显示起始行寄存器的内容。HD61202有64行显示的管理能力，该指令中L5~L0为显示起始行的地址，取值在0~3FH(1~64行)范围内，它规定了显示屏上最顶一行所对应的显示存储器的行地址。如果定时间隔地，等间距地修改(如加1或减1)显示起始行寄存器的内容，则显示屏将呈现显示内容向上或向下平滑滚动的显示效果。3.页面地址设置指令R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00010111页号(0~7)该指令设置了页面地址——X地址寄存器的内容。HD61202将显示存储器分成8页，指令代码中P2-P0就是要确定当前所要选择的页面地址，取值范围为0-7H,代表第1-8页。该指令规定了以后的读／写操作将在哪一个页面上进行。4.列地址设置指令R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00001显示列地址(0~63)该指令设置了Y地址计数器的内容，C5~C0=0~3FH(1~64)代表了某一页面上的某一个单元地址，随后的一次读或写数据将在这个单元上进行。Y地址计数器具有自动加1功能，在每上次读／写数据后它将自动加1，所以在连续进行读／写数据时，Y地址计数器不必每次都设置一次。46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)页面地址的设置和列地址的设置将显示存储器单元唯一的确定下来，为后来的显示数据的读／写作了地址的选通。1.写数据指令R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB001写　　数　　　据该操作将8位数据写入先前已确定的显示存储器的单元内。操作完成后列地址计数器自动加1。2.读数据指令R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB011　　　读　　显　　示　　数　　据该操作将HD61202接口部的输出寄存器内容读出，然后列地址计数器自动加一。必须注意的是，进行读操作之前，必须有一次空读操作，紧接着再读才会读出所要读的单元中的数据。3.4液晶显示界面本着简单明了的基本思想前面提到，结合液晶显示模块的相关知识，设计出如下界面：智能型充电器　　　电池：　　　电压：V节数；　　　电流：A状态：　　　温度：℃图3-1LCD界面显示这次设计采用的液晶显示模块本是由北京精电公司所造的图形式的MGLS-12864芯片，其用一片KS0107B或兼容驱动器(HD61203)作为行驱动器和三片KS0108B或兼容驱动器(HD61203)作为列驱动器组成的。液晶显示的第一行为“智能型充电器”，由左起第四列开始显示，这样正好左右平均分配。第二行左起顶格显示“电池”，表示对充电电池的选择，可进行“锂电、镍镉、镍氢、铅酸”四种电池的选取，第三行显示电池的节数，第四行显示状态，可以在“快充、涓充、充满、放电”46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)四个选项间进行选取，第二行到第四行左起分别显示电压、电流和温度数值。由此可见，左边的两选项在充放电的过程中是不变的，而右边的三个参数在充电过程中随时发生变化。3.5系统程序流程图为了方便程序的设计，使自己在设计过程中做到思路清晰，设计起来游刃有余。这里首先画出了程序流程图，后面根据次流程图具体设计程序，现具体分析如下：(一)主程序流程图这次设计课题的主要内容是在充电器的充电过程中，采集参数，进行电压、电流、温度的实时显示。其主流程图设计如下：按键调节采样V、A、T显示V、A、T充满？结束YN初始化采集电池电压＞0开始Y有电池无电池等待扫描按键有键按下？YNN（1）46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)图3-2　主程序流程图(二)控制程序流程图要想在液晶模块上显示一个字符或汉字，首先必须得对控制字进行写指令代码、写显示数据和读显示数据3项操作。完成这3项工作都必须保证控制器处于不忙的情况下，这就必须有一个判忙子程序，其流程图如下：开始读左边控制器的状态字驱动器忙？送状态字返回YN图3-3判忙程序流程图(三)显示程序流程图根据上面采用的方法设置汉字的初始值(lr46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)、X、Y)，当显示完第一列的8字节以后，跳到第二列又从上往下显示。由于一个汉字每一列有16字节，则当一页的16列显示完，只相当于显示的汉字的上半部分，则再次跳到下一页的初始位，进行汉字下半部分的显示，值到16列显示完成，才表示一个汉字全部显示结束。通过上面的介绍，一个汉字的显示流程图编写如下：满16列？NY汉显完成，继续吗？NY返回设lr、X、Y初始值lr—选取控制器X—页面值，Y—列地址值开始显示显示满16列？NYX+1显示下半部分开始初始化图3-4汉字显示流程图46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)按上面的流程图，就可以进行显示程序的设计了。具体程序详见附录的程序清单。4系统调试1系统调试软件介绍完成对系统的硬、软件设计后，就可以对系统进行调试了。本次设计本人采用了ICCAVR编译器作为系统的开发工具，进行程序的烧录和仿真。4.1.1ICCAVR编译器简介(一)ICCAVR是ImageCraft公司针对AVR单片机而开发的一个C语言编译,它具有以下几个特点:1.支持不带SRAM的单片机器件。2.带嵌入式的应用程序编译器。3.带全局优化器。4.支持在线编程(STK200/300)。5.ICCAVR是一个运行于Windows9X/NT的集成开发环境(ODE)，它包括单片机软件开发所需要的编辑器、工程管理器和C编译器。6.ICCAVR采用了工程的组织形式。程序的所有源文件全部以工程的一个要素保存在工程中，并且程序的编辑和编译也都在这个环境中进行。工程管理器最后还能生成HEX格式的烧录文件和COFF格式的仿真文件。(二)ICCAVR支持的数据类型数据类型就是数据的不同表示形式，它们按照被描叙数据的性质及其所占存储空间的大小来划分。ICCAVR的C编译器可以支持4种数据类型，它们分别是:基本数据类型、构造类型、指针类型和空类型。1.基本数据类型基本数据类型包括字符型(UnsignChar和SignedChar)、整型(UnsignedInt和SignedInt)、长整型(UnsignedLong和Signed46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)long)、浮点型(Float)和双精度型(Double〕。基本数据类型不只有再分性，它不可以再分解为其他的数据类型。2.构造数据类型构造数据类塑包括数组型(Array)、结构体类型(Smuct)、公用体类型(Union)和枚举类刑(Enum)。构造数据类型由若干个基本数据类型采用构造的方法成，因此，每个构造数据类烈都可以分解成若干个基本数招类型。3.指针类型指针是一种用来专门存放所指对象地址的变量，它指向计算机内的一个内存单元。指针的处理具有较高的灵活性，使用它可以有效地表示复杂的数据结构，有效地使用内存空间，方便地处理数组，因此，它是C语言中一种非常重要的数据类型。4.空类型空类型也就是Void类型。在调用函数时，函数通常都会返同一个函数值。这个返回的函数值的数据类型可以在函数定义和函数说明中由用户指定。但有一些函数，它只进行一定的处理，在调用后并不需要返回某个函数值，那么这种函数可以定义为“空类型”。当一个计算的几个运算分量的数据类型不相同时.要根据一些规则把它们转换成某个共同的数据类型。这种转换可自动进行，也可以人工强制转换。通常来说，编译器会把“窄”的数据类型自动转换成“宽”数据类型，以保证计算信息不被丢失。4.1.2ICCAVR的主要设置点击菜单中“Tools”栏中的“ApplicationBuilder”命令，打开应用构筑向导对话框，其框图如4-1所示。框图主要有以下页面：⑴CPU选项：可对芯片的种类、频率、是否使用看门狗以及是否使用INT0和INT1等进行选择。在这里选择M16芯片，7.3728频率，使用看门狗。⑵PORTS选项：可以设计I/O的属性，其关系如下：表4-1Ports选项中符号与端口实际设定Direction:“1”Value:“1”Direction:“1”Value:“1”Direction:“1”Value:“1”Direction:“1”Value:“1”PORTA0xff0x000xff0x00DDRA0x000x000xff0xff46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)图4-1应用构筑向导框Ports的设定在具体调试过程中设定。Memory选项：可以设定是否扩展SRAM，是否插入等待周期等内存信息。这里选中“Enableexternalmemory”和“Waitstates”的复选框。46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)图4-2应用构筑向导框Timer0选项：可以设定是否使用Timer0，是否打开Timer0溢出中断以及设定Timer0的周期。在这里选中“Usetimer0”和“Overflowinterrupt”的复选框。在“DesiredUnits”中设定100ms，“Rescaleselect”为1024。46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)图4-3应用构筑向导框Timer1选项：同Timer0相同，还可设定比较寄存器以及输入捕获等功能。在这里暂不作任何设定。2调试过程为了巩固前面所学的知识，培养对AVR单片机学习的兴趣，同时也为了学会并熟练掌握ICCAVR编译器的应用，为最后的联机调试打下基础。在这里设计了一些最简单的单片机系统实例进行调试，其核心部件采用Atmega16L芯片。一个最简单的单片机系统的开发也需要电路设计、单片机器件选择和程序编写3个步骤。对于单片机系统，最简单的功能无非是控制输出电平的高低。单片机的最简单系统是指单片机能正常工作所必须的外围元件，主要由单片机、晶振电路和复位电路组成。46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)同传统的单片机系统一样，Atmega16L的晶振电路也分为外部时钟模式和内部时钟模式两种，其内部时钟电路如下图：XTAL2XTAL1MPUGNDC1C2图4-4晶振电路鉴于Atmega16L的主频范围为0-8MHz，这里选用的是晶振为7.3728MHz。复位电路采用了上电复位电路，其电路图如下：RESET+RGND1K22UfVCCMPU图4-5复位电路注意这一点和有51系列的单片机是不同的，Atmega16的RST是低电平复位，而8051系列单片机是高电平才发生复位，换句话说，这两种单片机复位电路的设计完全相反。了解了以上两部分电路，再配合I/O接口中，就可以进行电路的设计了。46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)本来这次是准备在面包板上完成实验的，但后来觉得引脚插在面包板里面，松紧不一，且面包板是一个长条形，如果做到后面的实现随着线的增多，空间跨度太大，影响视觉，某根线一旦出了问题也不易检查，综合各方面考虑，最后选用了一次性万用板来进行，这和印制电路板差不多，是通过焊接焊上去的，这既美观，出了问题也方便查找并解决。编写好的程序通过并行通信下裁AVR-ISP烧到板子里面，其下裁电缆的电源由目标板提供，其管脚如下：图4-6目标板管脚图使用广东双龙电子提供的MCU下载程序软件，用数据线将ISP下载插座同电脑相连。就可以进行程序的调试了。其中下载软件界面如图5-4所示。将“通信参数设计及器件选择”栏中的“AT89C52”改为“Atmega16”。146n南京工程学院毕业设计说明书(论文)图4-7MCU下载程序软件界面图当下载软件的(1)区域出现“擦除完成，编程开始”字样时，表示它已和AVR的ISP插座连接好，可以进行程序下载的操作了。否则，将显示“程序编程连接失败”的字样。在第一次进行操作时，也出现了连接失败的信号。软件是最新下载的，通过万用表检查，软件周围的接线都没有问题，显然不是自身的问题。再经仔细检查，原来是Atmega16L的芯片的5V电源掉线了。单片机不能运作，当然没法进行程序的下载了。虽然这一过程花了不少时间，吃一堑，长一智，从这也看出了进行电子创作的严谨性，不通过细心的观察，冷静的分析，是不可能完成的。前面说到，测试单片机的最简单系统最简单的就是控制输出电平的高低，这里采用发光二极管作为它的输出器件，用二极管的亮或灭表示自己设计的单片机系统是否能够正常工作。具体进行了以下实际电路的设计。（一）一个灯的闪烁。通过上面的介绍，Atmega16L有32个I/O输出口，作为第一功能时，它们是没有区别的。这次主要用它的B口进行实验。在万用板上插上Atmega16L芯片，按上面的方法接上晶振电路和复位电路。接通电源(5V),用万用表测B0口压降，测得电压+5V，可知系统正常。在B0端接上一发光二极管。发光二极管是由于其两端的电压差超出其导通压降时开始工作，它的压降通常为1.7V-1.9V。且工作电流也要满足该二极管的发光要求。满足了这两点，发光二极管就可以开始发光了。控制B0口电平的高低，就可以实现二极管的亮灭了。打开ICCAVR编译器，按照上面的步骤进行构筑向导框的操作。在PORTS的选项中，把B口设置为输出口，值为“1”。其它按上面的设置，进入到IDE环境。编辑显示程序，编辑窗口里面已经有初始化程序、看门狗程序等基本程序。只要进行主函数的编写就可以了。要让输出口电平发生转换，采用了两种方法。一种是用延时的办法。初始设B0口为0，二极管不亮，经过一定时间的延时后，B0口变为1，二极管发光。再过相同时间，B0口再为0…按上述步骤循环，就可以实现二极管的亮灭了。46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)编写程序，由于这里采用的是C语言编写，程序相对来说比较简单，延时程序如下：voiddelay_1ms(void){unsignedinti;for(i=1;i<(unsignedint)(xtal*143-2;i++);}xtal是晶振频率，这里采用的是7.3728MHz，从理论上讲，应出现1ms左右的延时。编译器上通过以后，可以进行程序的下载。选中“Flash”存储器，选择保存的路径。二极管出现了快速的亮灭交替显示。将143设置为143000，将周期提高到近1s，实际运行时，小灯的闪动明显变慢，基本达到了预期目标。第二种利用中断。主程序将B0口置1，使小灯发亮。在timer0中设置计数操作，当到达一定的数值时，B0口跳为0。程序跳到timer0中运行，实现中断。然后跳出中断，每计数到一固定的数值时，程序就执行中断操作。第一次运行时，小灯发亮，但不闪烁。检查电路，接线完好，程序是编译通过的，语法上不可能有毛病。程序设计的思想也应该没有错误。反复读写程序，结果发现没有调用看门狗复位程序。看门狗可以保证程序执行过程中不会复位，而当程序陷入死循环后，能保证在允许的时间里复位。把看门狗程序放在timer0里面，重新下载，就发现小灯可以闪烁了。（二）灯的循环显示这一实验主要实现在B口接8个小灯，让小灯从B0到B7逐个发亮。通过上面的两种方法的比较，当小灯个数较多时，对逐个实现延时比较麻烦。而采用中断实现时，初设小灯全部发亮，当每计数到一固定时间时，点亮1个灯，8个灯全亮时作为总的循环时间，用for语句实现，里面用switch…case语句分为8种情况。设置的时间不同，其循环时间就不一样。经过运行，小灯的显示达到了预期目标。在一段时间里，用发光二极管作为主要输出工具，本人在指导老师和同学的大力帮助下，实现了一个又一个实验，期间出现了不少问题，但最终都顺利得到了解决。为最后实现LCD的显示迈出了重要的一步。146n南京工程学院毕业设计说明书(论文)6毕业设计总结1主要成果本次毕业设计在自己的努力，同学的帮助，老师的指点下已全部完成，结果重要，过程也很珍贵，因为好的结果必然得经过一个艰辛的过程，而从这个坚信的过程中我获得了珍贵的经验和教训，仔细认真的总结将对自己是个质的提升。现先将此次毕业设计的成果简要汇报如下：•完整的电池充电器设计方案•模块化的“C”源代码•支持多数电池类型•快速充电算法•充电参数易修改•片内EEPROM可用于存储电池信息•支持在线编程，低成本2经验总结和感谢当毕业论文写到这里的时候，为期一学期四个月的毕业设计基本要画上句号了，四个月的时间可以说长也可以说短，但这一百多天的时间里，在刘启新老师的耐心指导下，自己可谓有了一个全新的提高。与同组人郭伟的通力配合下，毕业设计也较顺利圆满地完成了。此次我的毕业设计的课题是“智能充电器的设计”，是由我和郭伟同学共同设计完成的。同组同学主要负责充电器硬件电路部分的设计，而我则主要设计LCD显示部分，主要包括LCD电源电路原理图的设计和C程序的编写。46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)一开始拿到这个课题确实也是一头的雾水，不知道该如何的下手，也就在毕业设计的开始阶段，刘老师为我们指出了此课题的大概方向和需要查阅的相关书籍以及在后面会遇到的主要问题，当时可谓受益颇多。接下来便是查阅相关的文献资料，由于本人主要负责软件部分，而C语言由于当时学的不是很精通，所以我用了两周左右的时间对C语言重新学习了一遍，这也为后面的实际编程打了下了基础。结合本次的设计，我也需了解控制芯片ATmega16L的相关知识，特别是它的智力指令系统，而之前我们只学习过51系列单片机，所以对于这一部分也是相当的重要。AVR单片机是一种全新配置的精简指令集单片机。它吸取了PIC和8051单片机的优点，符合了目前单片机的应用趋势。AtmelAVR微处理器是当今市场上能够以单片方式提供Flash，EEPROM和10位ADC的最高效的8位微处理器，其程序可以多次更改而不必浪费单片机和电路板，而且其程序采用C语言编程，具有汇编语言编程所不可比拟的优势。因此，AVR被证明是下一代充电器的完美控制芯片。在学习了相关于本次设计的知识后，我与同组同学便开始了实际的设计部分，在这个过程中确实也遇到了相当的问题和困难，比如电源电路的设计具体参数的设定等，在此我也要感谢潘清明老师在此过程中给与的耐心指导。同组人在硬件电路设计好后我的软件部分也做好了，接下来便是实际的调试，最后在刘老师以及实验室个老师的指导以及自己的努力下，本次毕业设计完成！实践是检验真理的唯一标准，经过几年的理论学习而这次在即将走向工作岗位的时候能将理论与实践相结合的机会来锻炼自己可谓是难得的一次提高，在此感谢学校为我们安排的这个教学环节，也感谢在此次设计过程中给与我极大帮助和理解的刘老师以及所有实验室的老师和同学们。46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)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200213．K.Alexander，N.O.SadikuFundamentalsofelectricCircuits清华大学出版社200046n南京工程学院毕业设计说明书(论文)学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者（本人签名）：年月日学位论文出版授权书本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》(以下简称“章程”)，愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。论文密级：□公开□保密（___年__月至__年__月）(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)作者签名：_______导师签名：______________年_____月_____日_______年_____月_____日46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)独创声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。 作者签名:二〇一〇年九月二十日 毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定） 作者签名:二〇一〇年九月二十日46n南京工程学院毕业设计说明书(论文)致谢时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。最后，我要特别感谢我的导师赵达睿老师、和研究生助教熊伟丽老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。46