基于ATmega16单片机的电子时钟设计说明Word格式文档下载.docx

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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

具有独立振荡器的实时计数器RTC

四通道PWM

8路10位ADC，8个单端通道，2个具有可编程增益（1x,10x,或200x）的差分通道

面向字节的两线接口

两个可编程的串行USART

可工作于主机/从机模式的SPI 

串行接口

具有独立片振荡器的可编程看门狗定时器

片模拟比较器

特殊的处理器特点

上电复位以与可编程的掉电检测

片经过标定的RC振荡器

片/片外中断源

6种睡眠模式:

空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby模式以与扩展的Standby模式uI/O和封装

32个可编程的I/O口

2.4工作电压:

　ATmega16L：

2.7-5.5V

　ATmega16：

4.5-5.5V

2.5ATmega16引脚功能

VCC电源正

　GND 

电源地

　端口A（PA7..PA0）做为A/D 

转换器的模拟输入端。

端口A为8位双向I/O口，具有可编程的部上拉电阻。

其输出缓冲器具

ATmega引脚图

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）为8位双向I/O口，具有可编程的部上拉电阻。

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。

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B也可以用做其他不同的特殊功能.

　端口C（PC7..PC0）为8位双向I/O口，具有可编程的部上拉电阻。

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C也可以用做其他不同的特殊功能。

　端口D（PD7..PD0）为8位双向I/O口，具有可编程的部上拉电阻。

作为输入使用时，若部上拉电阻使能，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。

端口D也可以用做其他不同的特殊功能.

　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。

持续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。

　XTAL1反向振荡放大器与片时钟操作电路的输入端。

　XTAL2反向振荡放大器的输出端。

　AVCCAVCC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连接。

　AREFA/D的模拟基准输入引脚。

2.6AVR单片机的应用区域

AVR单片机应用区域包括：

空调控制板、打印机控制板、智能电表、智能手电筒、LED控制屏和医疗设备等领域。

3162液晶显示屏介绍

162液晶模块是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字等。

3.1162液晶屏显示屏的引脚定义

首先，我们来看162的引脚定义，162的引脚是很整齐的SIP单列直插封装。

表1是液晶屏的引脚定义。

表1接口信号说明表

编号

符号

引脚说明

1

VSS

9

D2

Data1/0

2

VDD

电源正极

10

D3

3

VEE

液晶显示偏压信号

11

D4

4

RS

数据命令/选择端（H/L）

12

D5

5

R/W

读/写信号（H/L）

13

D6

6

E

使能信号

14

D7

7

D0

15

LEDA

背光源正极

8

D1

16

LEDK

背光源

该液晶屏采用标准的16脚接口，我们只需要关注一下几个管脚:

1脚：

VSS为地电源。

2脚：

VDD接5V正电源。

3脚:

VEE,液晶屏显示偏压信号，用于调整液晶屏的显示对比度，一般会外界电位器用以调整偏压信号，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“阴影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。

4脚:

RS，数据/命令选择端，即对寄存器进行选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

5脚:

R/W,读写选择端，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

6脚:

E，使能信号，其实时162的逐句控制时钟信号，利用该信号的上升沿实现对液晶屏的数据传输。

7~14脚:

8位双向数据线。

15脚：

背光阳极。

16脚：

背光阴极。

3.2162液晶显示屏的指令说明

162液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。

（说明：

1为高电平、0为低电平）。

162液晶屏部模块共有11条控制指令，如表2所示。

表2控制命令表

序号

指令

清屏

光标返回

*

输入方式

I/D

S

显示开关

D

C

B

移位

S/C

R/L

功能设置

DL

N

F

CGRAM地址设置

A5A4A3A2A1A0

DDRAM地址设置

A6A5A4A3A2A1A0

忙标志/读地址计数器

BF

AC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0

CGRAM/DDRAM数据写

写数据

CGRAM/DDRAM数据读

读数据

指令1：

清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置

指令2：

光标复位，光标返回到地址00H

指令3：

光标和显示模式设置

I/D：

光标移动方向，高电平右移，低电平左移

S:

屏幕上所有文字是否左移或者右移。

高电平表示有效，低电平则无效

指令4：

显示开关控制。

D：

控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示

C：

控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标

B：

控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁

指令5：

光标或显示移位S/C：

高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标

指令6：

功能设置命令

DL：

高电平时为4位总线，低电平时为8位总线

N：

低电平时为单行显示，高电平时双行显示

F:

低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符

指令7：

字符发生器RAM地址设置

指令8：

DDRAM地址设置

指令9：

读忙信号和光标地址BF：

忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。

指令10：

写数据

指令11：

读数据

3.3162液晶显示屏的时序

在操作液晶屏，我们应该对它的工作时序非常熟悉，这里介绍了162液晶显示屏的两个写时序：

写指令和写入数据。

写指令，即设置162液晶显示屏的工作方式：

需要把RS置为低电平，RW置为低电平，然后将数据送到数据口D0~D7，最后E引脚一个高脉冲将数据写入。

写数据，即在液晶屏上实现显示时：

需要把RS置为高电平，RW置为低电平，然后将数据送到D0~D7，最后E引脚一个高脉冲将数据写入。

图1162液晶显示屏时序图

注意：

162液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。

当然，162提供了读忙信号的方法：

当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号。

3.4162液晶屏的RAM地址映射与标准字库表

液晶模块部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了128个不同的点阵字符图形，这些字符有：

阿拉伯数字、英文字母的大小写和常用的符号等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。

要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符。

液晶屏第一行的首地址是80H，第二行的首地址是C0H。

表3是液晶屏的GROM中的字符代码与图形对应关系。

表3字符代码与图形对应表

0000

0010

0011

0100

0101

0110

0111

GRAM

P

\

p

0001

！

A

Q

a

”

R

b

#

c

$

T

d

t

%

U

e

u

&

V

f

v

’

G

W

g

w

1000

（

H

X

h

x

1001

）

I

Y

i

y

1010

:

J

Z

j

1011

+

;

K

[

k

{

1100

<

L

¥

l

|

1101

-

=

M

]

m

}

1110

.

>

^

n

→

1111

/

?

O

_

o

←

4ds1302芯片介绍

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。

实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。

工作电压宽达2.5～5.5V。

采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。

DS1302的外部引脚分配如图2所示与部结构如图3所示。

DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。

图2引脚图

图3部结构

各引脚的功能为：

Vcc1：

主电源；

Vcc2：

备份电源。

当Vcc2>

Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2<

Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。

SCLK：

串行时钟，输入，控制数据的输入与输出；

I/O：

三线接口时的双向数据线；

CE：

输入信号，在读、写数据期间，必须为高。

该引脚有两个功能：

第一，CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；

其次，CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。

DS1302有下列几组寄存器：

1DS1302有关日历、时间的寄存器共有12个，其中有7个寄存器（读时81h～8Dh，写时80h～8Ch），存放的数据格式为BCD码形式。

表4Ds1302有关日历、时间的寄存器

度寄存器

写寄存器

BIT7

BIT6

BIT5

BIT4

BIT3

BIT2

BIT1

BIT0

围

81h

80h

CH

10秒

秒

00—59

83h

82h

10分

分

85h

84h

12/～24

10A/P

时

1-12/0-23

87h

86h

10日

日

1—31

89h

88h

10月

月

1—12

8Bh

8Ah

周日

1—7

8Dh

8Ch

10年

年

00—99

8Fh

8Eh

WP

——

小时寄存器（85h、84h）的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。

当为高时，选择12小时模式。

在12小时模式时，位5是，当为1时，表示PM。

在24小时模式时，位5是第二个10小时位。

秒寄存器（81h、80h）的位7定义为时钟暂停标志（CH）。

当该位置为1时，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；

当该位置为0时，时钟开始运行。

控制寄存器（8Fh、8Eh）的位7是写保护位（WP），其它7位均置为0。

在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP位必须为0。

当WP位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。

②DS1302有关RAM的地址

DS1302中附加31字节静态RAM的地址见表所示。

表5静态RAM

读地址

写地址

数据围

C1h

C0h

00—FFh

C3h

C2h

C5h

C4h

、

FDh

FCh

③DS1302的工作模式寄存器

所谓突发模式是指一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。

表6工作模式

工作模式寄存器

读寄存器

时钟突发模式寄存器

CLOCKBURST

BFh

BEh

RAM突发模式寄存器

RAMBURST

FFh

FEh

④此外，DS1302还有充电寄存器等。

2读写时序说明

DS1302是SPI总线驱动方式。

它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。

要想与DS1302通信，首先要先了解DS1302的控制字。

RAM

A4

A3

A2

A1

A0

RD

～CK

～WR

控制字（即地址与命令字节）

控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。

位6：

如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；

位5至位1（A4～A0）：

指示操作单元的地址；

位0（最低有效位）：

如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。

控制字总是从最低位开始输出。

在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从最低位（0位）开始。

同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。

数据读写时序如图4。

图4数据读写时序

5仿真软件介绍

5.1PROTUES简介

Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机与外围器件。

它是目前最好的仿真单片机与外围器件的工具。

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。

5.2PROTUES的特点

1.原理布图

2.PCB自动或人工布线

3.SPICE电路仿真

4.互动的电路仿真。

用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

5.仿真处理器与其外围电路。

可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。

还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示与输出，能看到运行后输入输出的效果。

配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Protues建立了完备的电子设计开发环境。

5.3PROTUES工作界面介绍

PROTUES的工作界面是一种标准的windows界面，如下图所示，包括标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。

图5PROTUES界面图

6硬件设计

6.1系统框图

本系统所包含模块：

主控芯片ATmega16、LCD1602液晶显示模块、独立键盘模块、指示灯电路、DS1302时钟模块、以与电源。

另外还有背光电压显示电路。

图6

6.2PROTUES仿真图与电路原理图

PROTUES仿真图

电路原理图

6.3独立键盘

该键盘是三路独立的按键回路，当D端口读取的电平为高电平时不动作，说明没有按键按下；

当任意一个电路的按键按下时，该段口读取的电平就为低电平执行相应的操作。

按钮主要功能：

K1：

按下此按钮可以执行对时间的更改且相应的时间指示灯点亮；

对应键值为：

00001011。

K2：

按下此按钮可以实现时间地址的切换并且相应的指示灯点亮；

00001101。

K3：

按下此按钮可以执行对时间的增1操作，对应键值为：

00001110。

图7

6.4背光电压显示

电位器的中间分为两路，一路接液晶的Vee端，另一路接单片机PA3端。

经过软件处理后将值显示在液晶屏上。

模数转换：

AD转换结果：

ADC=Vin*1024/Vref

ADC多工选择寄存器－ADMUX

图8

图9

Bit7:

6–REFS1:

0:

参考电压选择

如Table83所示，通过这几位可以选择参考电压。

如果在转换过程中改变了它们的设置，只有等到当前转换结束（ADCSRA寄存器的ADIF置位）之后改变才会起作用。

如果在AREF引脚上施加了外部参考电压，部参考电压就不能被选用了。

表7参考电压选择

REFS1

REFS0

参考电压选择