基于avr单片机的风火轮设计.docx
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基于avr单片机的风火轮设计
基于avr单片机的风火轮设计
摘要
本课题研究的对象是用单片机控制安装在自行车车轮辐条上的led动态显示,使其能呈现出各种有趣的风火轮发光图像。
这会让我们的自行车在夜晚更加炫目有个性,而且提高夜晚骑车的安全性。
电路系统以avr单片机为核心,霍尔开关产生的电平为信号源,测算出车轮转动一圈所需时间,从而分时段控制led的发亮。
本文首先介绍本系统所需要的两个芯片atmega8和74hc595,阐述了其的功能结构及其应用。
然后介绍本设计的总体方案并附上基本原理图,并且对单片机和接口设计和各自工作原理进行详细说明。
最后谈到该系统的软件设计并附上程序。
关键词:
风火轮,霍尔开关,74HC595,单片机
DesignofHotWheelsbasedonAvrMCU
Abstract
TheobjectofthisresearchisSCMsothatitledtoadynamicdisplayshowingavarietyofcommonimages,itsapplicationwillenableustomoreofabikeatnighttherearedazzlingpersonality,butalsotoimprovethesafetyofnightriding.Thesystemissingle-chipmicrocomputerasthecoreavrHallswitchforthesignalsourceoftheresponse,measuredaroundthetimerequiredfortherotationofthewheels,whichledattimestocontrolthedisplay.Thispaperfirstintroducesthesystemrequiredtwochipsatmega8and74hc595,describedthefunctionofitsstructureanditsapplication.Andthenintroducethedesignoftheoverallprogramwiththebasicprinciplesofmap,andsingle-chipmicrocomputerandinterfacedesignandprincipleoftheirworkindetail.Finally,onthesystemwiththesoftwaredesignprocess.
Keyword:
fenghuolun,Hallswitch,74hc595,scm
目录
摘要························································1
英文摘要····················································1
第一章绪论·················································3
1.1本课题的目的及研究意义·······························3
1.2本课题的应解决的主要问题······························3
1.3本章小结··············································3
第二章风火轮系统概述·······································4
2.1风火轮系统功能需求····································4
2.2风火轮结构设计·········································4
2.3本章小结························4
第三章系统模块设计······················5
3.1主要元器件介绍··········································5
3.1.1atmega8:
avr单片机···································5
3.1.274hc595:
32位串行led显示驱动器······················6
3.2各模块组成设计······················7
3.2.1感应电路设计··········································8
3.2.2信号处理电路·········································8
3.2.332位led驱动模块····································8
第三章软件设计···············································9
第一章绪论
1.1本课题的目的及研究意义
数字电路产品在生活中有着极其广泛的应用,包括计算机、数字通信、智能仪器仪表、自动控制及航天等领域。
这些给人们生活,工作等方面带来了极大的方便。
风火轮是一种非常有用的创新设计,我国是自行车大国,漆黑的夜晚我们骑车往往不是很安全,后方行人往往不太容易察觉,但这项设计很大的解决了这个问题,有了它夜晚我们的自行车会发出亮光,会让别的行人注意,从而减少事故。
并且风火轮绚丽的图案,会使我们的生活更有乐趣。
本课题包含了感应电路,数码管驱动电路,单片机程序下载电路,控制电路等四个部分的设计。
通过对四个部分的设计,要求实现风火轮的基本功能。
其中单片机中集成了定时,中断电路。
此次研究旨在对自己专业知识的掌握程度进行检验,加强解决电子方面常见实际问题的能力,掌握一般电子电路设计方法与设计步骤,积累实际电子制作经验,实现向更复杂更实用的应用领域的过渡。
目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。
1.2本课题的应解决的主要问题
本课题研究通过单片机等集成电路实现led动态显示。
在设计过程中需要解决的主要问题有:
第一:
如何让LED在特定的时间点亮,从而组成图案
第二:
图像点阵取样
第三:
不需要使用时,风火轮如何休眠。
1.3本章小结
本章说明了课题的研究意义、研究目的、应解决的主要问题等各方面的内容。
从宏观角度对本次毕业设计的背景、目的、内容、思路等进行了阐述。
第二章风火轮系统概述
2.1风火轮系统功能需求
本课题研究的对象是led动态显示系统,该系统以avr单片机为核心,通过读取霍尔开关捕捉车轮每转一周的电平跳变,用timer0计算出这个时间。
用这个时间的1/256做为每条显示射线的持续时间,由timer1控制输出。
再经74hc595,从而驱动数码管。
其大致结构图如下:
2.2风火轮结构设计
车轮转动感应电路
信号处理电路
发光二极管驱动电路
显示装置电路
处理器程序下载,电源控制电路
风火轮结构框图
将系统的功能需求结构化后,不难发现,整体的设计思路及方向更加明确,整个系统主要可划分为三个模块:
(1)感应模块---进行车轮的转圈所需时间的测定,并转成电信号给信号处理器
(2)信号处理模块---包含定时计数器,外部中断电路,休眠模式
(3)LED驱动模块---接收处理器传来的信号,驱动串联的LED
2.3本章小结
本章主要阐述了风火轮的基本工作原理和系统的功能需求,并对系统的结构进行了阐述。
在说明系统功能需求的过程中,详细叙述了系统所需实现的基本功能,使得整个设计清晰明了。
第三章系统模块设计
3.1芯片介绍
3.1.1atmega8:
avr单片机
Atmega8是atmel公司在2002年第一季度推出的一款新型avr高档单片机。
芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路,采用小引脚封装(本系统采用的是MLF32),相比先前的单片机,有着更多的接口,更好的省电性,抗干扰性和稳定性,而且价格便宜,在应用市场极具竞争力。
主要性能如下:
●高性能的、低功耗的8位avr微控制器,先进的RISC精简指令集结构
●较大容量非易失性程序和数据存储器以及存储器
●强大的外部接口性能
●特殊的微控制器性能
●I/O口和封装(32脚mlf封装)
●宽工作电压(4.5V)
●高运行速度(0~8MHZ)
●低功耗(4MHZ,3V,25)
1.1.2管脚及内部结构
1.1.3管脚封装参见图1
1.1.4内部结构参见图2
(图1)Atmega8芯片引脚图
(图2)Atmega8单片机系统结构图
Atmega8的外部管脚定义如下:
VCC电源正(数字):
4.5V
GND电源地
信号处理模块主要部分
3.1.274hc595:
32位串行led显示驱动器
74hc595特点如下:
●8位串行输入
●8位串行或并行输出
●存储状态寄存器,三种状态
●输出寄存器可以直接清除
●100MHz的移位频率
●输出能力:
●并行输出,总线驱动
●串行输出;标准
●中等规模集成电路
●串行到并行的数据转换
74hc595引脚图
表74hc595的引脚功能
符号
引脚
描述
Q0…Q7
15,1,2,3,4,5,6,7
并行数据输出
GND
8
地
Q7’
9
串行数据输出
MR
10
主复位(低电平)
SHCP
11
移位寄存器时钟输入
STCP
12
存储寄存器时钟输入
OE
13
输出有效(低电平)
DS
14
串行数据输入
VCC
16
电源
3.2各模块组成设计
3.2.1感应电路设计
感应电路是整个系统的信号源,我选用的是霍尔开关,车轮每转一圈,就会产生一个下降沿沿波形,由此波形处理器判断时间。
3.2.2信号处理电路
程序下载时,AVR处于SPI从机方式,接口总线时钟SCK,MOSI为从机数据输入,MOSO为从机数据为输出。
PB6系统复位引脚,TXD为USART总线的数据输出口,RXD为USART总线的数据输出口。
AVR为主机方式时,MOS0为主机数据输入。
单片机有两个外部中断INTO,INT1,INT0用于按键检测,长按键大于3s,系统即处于休眠状态,INT1霍尔传感器触发(下降沿)。
还用到了Atmega8内部集成的定时器计数器T0,T/C1.T0所选时钟经256分频,一旦TCNT0的计数值与OCRA1的数据相等,T/C1中断。
促发LED驱动模块。
3.2.332位led驱动模块
74HC595端口9串接下一595的SER端口,公用CLK,RCLK。
四片595串接组成32LED驱动模块。
3.3本章小结
本章介绍了抢答器中使用到的主要元器件的管脚图、功能表,着重介绍了三个模块(感应电炉、信号处理、驱动电路)的设计和工作过程,使得整个风火轮系设计理念和工作过程很清晰呈现了出来。
风火轮原理图
第三章软件设计
编译软件WINAVR,经编译获得hex文件,PROGISP烧录FLASH
编译程序如下:
#include
#include
#include
#include
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