基于avr單片機的電子計時器軟硬件設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 PA 口通過一個 8x1k 的排阻連接兩位一體的數碼管，用來段選，低電平有效。 PD3 和PD4 口用于段選，低電平有效，兩位一體的數碼管是共陰極接法，公共端是 10,5.此法節省 I/O 口。該兩位一體數碼管公用 8 個引腳， PA 口輸出低電平各 LED 管發光，通過 PD3 和 PD4 的段選作用確定是哪個數碼管有效。 但 這個方式使數碼管呈現的效果沒有 靜態顯示方式 的效果要好 ， 是因為動態顯示是應用了掃描的方法，在顯示位數比較多的時候，微處理器就 要不斷的的對每個數碼管進行掃描，這在很大程度上增加微處理器的工作時間。 另附該兩位一體數碼管原理圖及封裝形式如圖 41， 42 所示 圖 41 兩位一體數碼管原理圖 三江學院 2021 屆本科生 畢業設計（論文） 11 圖 42 兩位一體數碼管封裝 兩位一體數碼管參考尺寸如圖 43 所示 三江學院 2021 屆本科生 畢業設計（論文） 12 圖 43 數碼管參考尺寸 LED 顯示電路 設計思路： 第一種方案如圖 44 所示： 三江學院 2021 屆本科生 畢業設計（論文） 13 圖 44 數碼管顯示模塊原理圖 優點：通過 74HC595 節省 I/O 口 弊端 。74HC595 對程序設計要求較高，太過于繁瑣 第二種方案如圖 45 所示： 圖 45 數碼管顯示模塊原理圖二 優點：采用獨立數碼管編程相對簡單 三江學院 2021 屆本科生 畢業設計（論文） 14 缺點：占用較多 I/O 口， 74HC595 對程序設計要求較高，太過 于繁瑣 綜合以上的設計思路分析得出最終方案如圖 46 所示： 圖 46 數碼管顯示模塊原理圖三 優點：通過 PA 口直接驅動數碼管，編程簡單。 PCB 板制作方便 缺點：占用 I/O 口較多，但由于外接電路較少 ,I/O 口充足，可以接受。 控制部分電路的設計 復位模塊 設計 單片機復位 系統的目的是使得單片機以及系統的中的其他寄存器能夠從一個預備的狀態也就是初始的狀態執行。當單片機發生斷電后或者某個部分發生故障時都應該按復位鍵使程序能夠在下次從初始狀態開始執行。比如值 000H就會在系統復位后給 PC 輸入 ，這就使得單片機在執行程序時從第一個單元開始讀取相應的指令。 電源電路設計思路： 第一種方案如圖 47 所示： 三江學院 2021 屆本科生 畢業設計（論文） 15 圖 47 電源原理圖一 缺點：實際應用中接口不方便 第二種方案如圖 48 所示 ： 圖 48 電源原理圖二 缺點：由于是 USB 口接口，在實際應用中 USB 借口并不是很方便的就找到，從用戶的角度來看在實際操作過程中并不是那么方便。 最終方案如圖 49 所示： 圖 49 電源原理圖三 說明：此方案采用 5v 的直流電池供電，方便簡單易于實時應用不受電源接口的限制，在任何場合都可以拿來 使用。直流電源采用 5v 直流電池供電，通過AMS1117 的作用輸出 可以滿足單片機的工作電壓的需要，而且輸出電壓穩定。 AMS1117 介紹：選用器件時根據任務需要直接選用尾椎為 的型號就可以了，最大輸出電流是 800ma，封裝形式為 SOT223， ams1117 的地腳是 1,2 腳三江學院 2021 屆本科生 畢業設計（論文） 16 接輸出， 3 腳接輸入。電壓在 5v 到 12v 之間都是安全的，它會直接輸出一個 的電壓，不用配置相應的電阻直接接管腳就即可。 蜂鳴器電路的設計 無源蜂鳴器跟有源蜂鳴器的區別 ?無源蜂鳴器的優點是： 1。便宜 2。聲音頻率可控，可以做出“多來米發索拉西”的效果 3。在一些特例中，可以和 LED 復用一個控制口 ?有源蜂鳴器的優點是：程序控制方便 有源蜂鳴器是目前比較常用到的一種蜂鳴器驅動電路，在有源蜂鳴器的內部集成了諸如 rc 振蕩電路，還有必要的電路驅動。有源蜂鳴器優點是用起來比較方便，但是用起來就只有一個音調，這是由固定的頻率導致的，這是他的缺點。 有源蜂鳴器和無源蜂鳴器的差別為：當給有源蜂鳴器輸入額定的直流電流值時其就會發出單音 (新的蜂鳴器在標簽上都有注明 )且持續 鳴叫。但是無源蜂鳴器必須給之以特定的頻率諸如方波脈沖之類的它才會發出鳴叫，這和電磁揚聲器差不多都是需要給定頻率才工作。總結以下幾點： 1）只要蜂鳴器能夠發出聲音，不管其是何種的類型的蜂鳴器，他們內部的驅動電路以及震蕩電路一定是給定了頻率信號。 2）因此 ,假如我們直接輸入的信號是某種音頻脈沖信號，方波或者正玄波之類的（其他類型的周期信號也可以），像這種類型的輸入信號就可以直接驅動蜂鳴器內部的壓電片使之發出聲音。這樣的蜂鳴器就可以稱為無源蜂鳴器。 3）同時，若是另外一種情況，當輸入的信號不是脈 沖信號而是直流信號，蜂鳴器可以發出聲音，那就說明蜂鳴器內部已經集成設計了震蕩系統，只需要給一定的激勵就可以，那么這樣的蜂鳴器我們就稱為有源蜂鳴器。這里所說的有源是指蜂鳴器內部是否有集成的震蕩系統。振蕩系統由有源器件組成 ,所以叫做有源 . 自激震蕩是有源震蕩的別名 ,無源震蕩有時候我們也稱為自激震蕩 ,. 但是在某些特定的情況下一些有源蜂鳴器也可以發生，這對有源信號脈沖的頻率以及電壓的要求比較高，這種蜂鳴器工作方式不建議使用。但是無源蜂鳴器沒有內部集成的震蕩驅動電路系統，有些單位稱他為訊響器，在國標中稱為聲響器。方 波是無源蜂鳴器工作的最理想的信號。 任務中蜂鳴器的驅動沒有采用 mega16 內部的 psw 輸出，而是采用延時程序控制 IO 口給定高低電平用以輸出方波信號。 蜂鳴器原理圖如圖 410 所示： 三江學院 2021 屆本科生 畢業設計（論文） 17 圖 410 蜂鳴器模塊原理圖 無源蜂鳴器的封裝形式如圖如圖 411： 三江學院 2021 屆本科生 畢業設計（論文） 18 圖 411 蜂鳴器模塊封裝 參考尺寸如圖如圖 412 所示 ： 圖 412 蜂鳴器原理圖封裝參考尺寸 三江學院 2021 屆本科生 畢業設計（論文） 19 按鍵模塊設計 按鍵模塊原理圖 如圖 413 所示 圖 413 按鍵模塊原理圖 四角按鍵封裝形式及參考尺寸 如圖 414,415 所示 三江學院 2021 屆本科生 畢業設計（論文） 20 圖 414 四角按鍵原理圖封裝 圖 415 四角按鍵封裝參考尺寸 三江學院 2021 屆本科生 畢業設計（論文） 21 第五章 系統的軟件設計 總體系統的設計思路 按照實驗要求實現電子計時器的功能，包括三個部分的程序設計，一是蜂鳴器報警二按鍵程序三是數碼管程序。要實現按鍵 1,2 可以分別控制數碼管的加一減一功能達到可以隨意定時多少秒，當定時時間到時蜂鳴器及開始報警。 計時程序 計時程序是實現電子計時器的核心部分，直接關系到產品的使用。本實現采用中斷 tmer0 來控制，定時 1s。每 50ms 溢出中斷一次，中斷 20 次即可實現計時 1s。 報警程序 報警采用無源蜂鳴器，編程實現方波輸出到蜂鳴器即可發聲。 系統圖 圖 51 軟件設計流程圖 開始 系統初始化 計時顯示 判斷按鍵是否按下 減一 加一 三江學院 2021 屆本科生 畢業設計（論文） 22 第六章 系統電路的制作與調試 電路硬件焊接制 作 電路 硬件焊接是 PCB板制作的尾聲，是檢驗 PCB板制作是否可用的流程之一，也是是畢業設計的重要內容之一，實際做出的電路板應與 PCB 板尺寸一致，我們所設計的電路功能的能否實現很大一部分取決去電路板的焊接質量，也就是說其焊接工藝的好壞直接關系到系統的整體性能，因此電路板的焊接過程不容忽視，一個完美的電路板設計應體現在板子的焊接上。本設計的板子制作采用手工焊接，在焊接制作中應遵守手工焊接的工藝流程和技術要求。 調試的主要方法 單片機最小系統板子焊接好之后要對板子進行各項測試以確保焊接的最小系統可用，能 滿足我們的設計要求。 ⑴ 測試焊接的最小系統功能是否完善。這是針對整個 AVR 單片機最小系統基本功能的檢測，檢測軟件是否具有完整性，檢測單片機最小系統是否能滿足我們的設計要求。 ⑵對最小系統進行上電、掉電測試。上電和掉電是我們在單片機使用過程中經常遇到的情況，為了確保單片機不會出現供電不穩定的情況，這個時候我們可以進行多次的開關電源的操作，以便檢查單片機是否已經滿足了可靠性的要求。 ⑶單片機最小系統老化檢測。在系統長時間工作的情況下檢測單片機最小系統能否滿足我們的設計要求。若有必要的話可以放置 在高溫，低溫，高壓，低壓以及強弱電磁干擾的環境下測試。 ⑷ D 和 EFT 等測試。在檢測我們設計的單片機最小系統能否滿足我們的任務需要時，我們可以通過使用各種干擾模擬器來檢測。比如靜電模擬器就是一種唱用的用來檢測單片機系統的抗靜電能力。在測試脈沖抗干擾能力時可以使用模擬器等等，這些只是檢測最小系統的一些常用的方法。 ⑸對最小系統的數碼管顯示模塊的檢測。這是針對單片機最小系統的外圍電路顯示系統功能的測試，在單片機正常工作后，對單片機燒錄顯示雙 8 的程序檢測數碼管模塊是否正常顯示。 ⑹對數碼管模塊的調試。編 寫不同的程序燒錄單片機，用單片機最小系統控制數碼管模塊顯示各種數字，字母，同時檢查小數點是否正常顯示。 系統調試 硬件調 試 單片機最小系統及外圍電路焊接好以后要對其做以下幾項的必要調試： 三江學院 2021 屆本科生 畢業設計（論文） 23 ① 靜態測試：在電路板加工制作好以后，第一步就是對系統做靜態的檢測而不是急著加電。 ② 檢查線路：通過目測或者使用萬用表，跟先前畫好的單片機最小系統原理圖一一比對 ，檢查線路焊接的正確性，有無元器件放錯位置，有無斷路和短路，無虛焊的存在等。 ③ 核對元件：檢查元件有沒有按照原理圖安裝