智能型充电器的电源和显示的设计 第6页

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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，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。                

第一节 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

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

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图2-2 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。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。

第二节 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(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。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。

2.2.2 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8K 16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：若图片无法显示请联系QQ752018766                    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                 V_pot                                     V_pot

RESET                V_rst                                                V_rst

TIME-OUT

INTERINAL          t_TOUT                                              t_TOUT

  RESET

  图2-5  RESET引脚与VCC相连时，              图2-6  RESET引脚由外部控制时,

           单片机的复位电平                         单片机的复位电平

(2)    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。

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                         图2-7  外部复位时序图

(3)    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。

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                    图2-8 看门狗复位时序图

(4)    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。

(5)    JTAG AVR复位。复位寄存器为1时MCU复位。

第三节　LCD液晶显示   

2.3.1 LCD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

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