基于ATmega16的计算系统设计 报告.docx
- 文档编号:23909677
- 上传时间:2023-05-22
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:467.74KB
基于ATmega16的计算系统设计 报告.docx
《基于ATmega16的计算系统设计 报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于ATmega16的计算系统设计 报告.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于ATmega16的计算系统设计报告
题目:
基于ATmega16的计算系统设计
摘要:
该系统是以单片机为核心,利用矩阵键盘、1602液晶和ATmega16单片机开发智能计算系统。
液晶以时序控制,通过对矩阵键盘扫描,并将结果通过1602液晶显示。
程序通过JTAG端口下载。
关键词:
ATmega16;1602液晶;Matrixkeyboard;JTAG
Abstract:
Thissystembasedonsinglechip,usingmatrixliquidcrystalandkeyboard,1602ATmega16microcontrollerdevelopingintelligentcomputingsystems.LCDtocontrolsequence,throughtothematrixkeypadscanning,andsendtheresultsthrough1602LCDdisplay.ProgramthroughJTAGportdownload.
Keywords:
ATmega16;1602LCD;Matrixkeyboard;JTAG
前言
通过1602,矩阵键盘与ATmega16实现简单的计算功能,其中1602的数据端接到单片机PA口,矩阵键盘接到单片机的PB口,其余管脚参照相关资料连接。
绘制PCB图并转印到双面铜板上,腐蚀后焊接元器件,并检查连接性。
1.可行性分析与方案论证
1.1设计思想:
用ATmega16进行矩阵键盘扫描,假定16个按键分别为0到9,及加减乘除算符和清零算符。
当按下相应按键,单片机扫描到按键被按下,并分析被按下键所被假设的数字或运算,并将数字或结果输出到1602液晶显示。
计算最大值为9999的整数运算。
1.2电路:
1.2.1键盘:
将16个按键按矩阵键盘接到ATmega16的PB口,当PB0到PB3输出低电平时,检测PB4到PB7是否有低电平,最后判断是哪个按键被按下。
1.2.21602液晶:
将8条数据线连接到单片机PA口,并接8个上拉电阻,RS关键接单片机PC0,R/W接地,E使能管脚接单片机PC1,其他接口接相应器件,当单片机判断完按键相应功能后,将结果通过PA口输出到液晶显示,完成计算器模拟功能。
2.硬件电路设计
2.1硬件流程流程:
2.2单元电路设计:
2.2.1液晶相关电路:
1602液晶外形如图2-2-1-1所示,工业字符型液晶,能够同时显示16x02即32个字符(16列2行)。
1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD,多出来的2条线是背光电源线。
VCC(15脚)和地线GND(16脚),其控制原理与14脚的LCD完全一样,其中具体引脚如图2—2所示。
图2-2-1-1
图2-2-1-2
因为第三管脚为对比度调节管脚,所以我在该管脚上接上滑动变阻器来使电路的对比度可调,具体电路如图2-2-1-3所示。
图2-2-1-3
2.2.2矩阵键盘电路设计:
由于采用十六个按键,如果采用独立按键的方式进行连接,会占用过多管脚,所以采用了矩阵键盘的接法连接到单片机的PB口。
电路如图2-2-2-1。
其中高四位进行扫描,低四位读取判断键值。
图2-2-2-1
2.2.3JTAG电路设计:
ATmega16单片机支持ISP和JTAG在线仿真功能,因为JTAG可以在线仿真,并且能够将仿真的文件写入到单片机中,所以我决定采用JTAG端口进行文件烧录。
JTAG(JointTestActionGroup;联合测试行动小组)是一种国际标准测试协议(IEEE1149.1兼容),主要用于芯片内部测试。
现在多数的高级器件都支持JTAG协议,如DSP、FPGA器件等。
标准的JTAG接口是4线:
TMS、TCK、TDI、TDO,分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。
JTAG最初是用来对芯片进行测试的,JTAG的基本原理是在器件内部定义一个TAP(TestAccessPort;测试访问口)通过专用的JTAG测试工具对进行内部节点进行测试。
JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起,形成一个JTAG链,能实现对各个器件分别测试。
现在,JTAG接口还常用于实现ISP(In-SystemProgrammable在线编程),对FLASH等器件进行编程。
JTAG编程方式是在线编程,传统生产流程中先对芯片进行预编程现再装到板上因此而改变,简化的流程为先固定器件到电路板上,再用JTAG编程,从而大大加快工程进度。
JTAG接口可对PSD芯片内部的所有部件进行编程
具有JTAG口的芯片都有如下JTAG引脚定义:
TCK——测试时钟输入;
TDI——测试数据输入,数据通过TDI输入JTAG口;
TDO——测试数据输出,数据通过TDO从JTAG口输出;
TMS——测试模式选择,TMS用来设置JTAG口处于某种特定的测试模式。
可选引脚TRST——测试复位,输入引脚,低电平有效。
根据ATmega16的数据手册,如图2-2-3-1可以知道PC5到PC2口为JTAG的下载口,这也是为液晶和矩阵键盘没有选择PC口的原因,因为下载可能会造成程序不稳定。
图2-2-3-1
JTAG的具体电路设计如图2-2-3-2所示
图2-2-3-2
单片机的连接如图2-2-3-3所示
图2-2-3-3
2.2.4总原理图:
一般的单片机都会有时钟电路,但是由于ATmega16内有一个8MHZ的时钟电路,而且本次设计对时钟要求并不严格,所以就省略了时钟电路的设计。
总原理图如图2-2-4-1所示。
图2-2-4-1
2.3PCB图:
在原理图绘制的时候便将每个元件的封装写好了,于是直接更新PCB,手动将生成的元件摆整齐,因为手工加工电路板,工艺达不到厂家加工的那么好,所以我在protel的规则里将焊盘大小改为2mm,将信号线宽度改为1.5mm,由于考虑地线和电源线的抗干扰性,将地线和电源线改为了2mm,底层布线首选为水平,顶层布线首选为竖直,进而能使得自动布线后的版图能给更加的美观。
经过设置后开始自动布线,再次由于工艺的限制,如果顶层的线与元器件的管脚直接相连会造成焊接上的不便,于是手动将大量的连接到器件管脚的顶层线用底层线引出并防止过孔,才完成了PCB的设计。
如图2-3-1。
2.4制版,焊接,调试:
2.4.1JTAG制版:
由于第一次做双层板,没有经验,出现了许多错误,不过在学长的指导下顺利完成了板子的制作,不过对孔的时候由于转印纸不平,导致最后出来的板子中间部分的孔有些偏差,不过不影响焊接,不过也给我以后制版提供了经验。
2.4.2焊接:
当焊接的时候发现按键由于设计的和实体一样大,导致在钻孔和转印上产生的孔的偏差影响了按键的安装,下次设计时应该出分考虑其他的影响因素,以免造成在制作的不便。
整体来说焊接顺利,因为之前有过数电模电的焊接经验,加上老师在课堂上的指导,所以基本上焊接的比较漂亮,过孔用减下来的元器件引脚充当,连接很好,信号稳定。
2.4.3调试:
当焊接完成后对板子进行了信号完整性检查,用万用表依照电路图检测信号是否完好,基本信号都比较好,因为之前制版时进行了铺铜,所以检测是否有器件与铜面导通,结果发现按键方面,由于孔与设计的焊盘偏差,导致焊接完成后按键与铜面相连接,于是手工去除了管脚旁边的铜,才通过检测。
等待程序写入。
3.总结:
由于采用的是AVR单片机进行的设计,全新的单片机也带来了全新的设计,通过上网查找资料,对单片机的内部资源及其引脚有了初步的认识。
这次设计我采用了16个按键,一个AVR单片机,一个1602液晶屏,与一个JTAG端口进行数据传输。
首先,通过对数据手册的分析,我将液晶屏数据端口连接到PA口,在PD7.,PD6口分别安排了液晶的RS和E,并将读写端口接地,液晶的第三端口接到了滑动变阻器上以达到改变液晶对比度的功能。
第二,对键盘的设计。
键盘采用了矩阵键盘的设计方式,高四位输出数据,低四位检测数据,并接上拉电阻保证了端口的高电平状态,进而方便检测,而端口的选择,本来打算用的PC口,而在设计JTAG时,发现PC口被JTAG占用,不能采用,于是采用了PB口进行对键盘数据的处理。
第三,JTAG设计。
这部分设计比较简单,通过数据手册,将对应的管脚连接到AVR上专用的管脚上便可以了。
第四,PCB设计与调试。
PCB的设计要充分发挥空间,并且不浪费空间,再设计前对元器件大小进行了测量,尤其是液晶屏的占用空间,避免了器件焊接上过于拥挤的问题。
并且在设计时对于PROTEL99的应用也进一步熟练,出了一些问题,如制版完成后,发现部分地信号在自动布线时没能连接上,后来通过分析发现,在画原理图时,没连接上的部分的地的标识我用的是GROUND而不是GND,早上更新PCB时没能连接的错误,给我今后设计PCB敲响了警钟,由于第一次使用双面板,对很多地方都在自己摸索,造成了很多不必要的错误,浪费了很多时间与资源。
但也学会了许多的东西。
希望今后还能有机会进行实验,来锻炼自己。
4.参考文献
[1]王松武,《电子创新设计与实践》国防工业出版社
[2]黄智伟,《全国电子大赛设计系列丛书》北京航空航天大学出社
[3]康华光,《电子技术基础模拟部分(第四版)》高等教育出版社
.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于ATmega16的计算系统设计 报告 基于 ATmega16 计算 系统 设计