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基于AVR单片机的控制系统设计

作者:时间:2013-12-12来源:网络收藏
引言

现在许多的系统都采用了多通道Input/Output的设计,的设计也日趋复杂、庞大,所以有必要将控制电路单独分离出来。过去许多系统均采用C51系列单片机作为控制电路,但其功能有限,电路设计较为复杂、影响了系统的稳定性,也不易扩展。本文介绍的由美国ATMEL公司生产,采用RISC指令集,内置RAM及可以擦写数千次的FLASH,采用哈佛结构,速度较快。ATmega128为此系列中功能最强大的一款,用于设计能适应现时复杂系统的要求。

介绍

ATMEL公司是世界上著名的高性能低功耗非易失性存储器和数字集成电路的一流半导体制造公司。由ATMEL公司开发,是过去12年里第一个新发布的8位RISCMCU,执行大多数指令只需一个时钟周期速度快(8MHzAVR≈200MHzC51)。其32个通用寄存器直接与ALU相连,消除了运算瓶颈;同时由于C编译专家的参与,C代码效率极高;用户在享受C语言带来的极大便利的同时无需担心消耗更多的资源。芯片内嵌可串行下载或自我编程的FLASH和E2PROM。具有以下功能:电压检测BOD复位源寄存器看门狗、PWM、10位A/D、模拟比较器、UART、I2C、SPI、实时时钟等。具有Idle/Power-Save和Power-Down等低功耗运行模式,可电平中断唤醒PowerDown。同时具有完整产品线,FLASH从1KB到128KB,E2PROM从64B到4KB,SRAM从128B到4KB,引脚数从8到64。

其中Atmeg128为AVR系列中的代表性产品之一。相比其它产品,该芯片有以下特性:

(1)先进的RISC结构:133条功能强大的指令,大部分在单时钟周期内完成,32×8个通用工作寄存器+外设控制寄存器,最高可工作在16MHz下,性能可达16MIPS;片内带有执行时间为2个时钟周期的硬件乘法器。
(2)程序和数据存储区:128kB在线可编程Flash存储器,可反复擦写1000次;可通过独立的加密位选择引导程序代码段,可通过片内引导程序实现在线系统编程,写操作时真正可读;4kB的EEPROM存储区,可反复擦写100,000次。4kB的片内SRAM存储区,可外部扩展为64kB。

系统硬件设计框架

硬件系统主要由CPU(AVR单片机)、人机操作和显示接口(液晶显示、键盘、指示灯和蜂鸣器)、通信接口组成。系统框图如图1所示

基于AVR单片机的控制系统设计

图1 系统硬件设计框图

CPU为核心处理器件,通过I/O接口方式或A/D总线方式与液晶、显示键盘、指示灯和蜂鸣器交互,作者实现了两个版本,分别采用I/O方式和A/D总线方式。通信接口主要用到了UART接口和扩展的网络接口。其中UART提供了RS-232和RS-485接口,RS-232提供全双工单对单通信同时,而RS-485以主/从方式与系统的多个部分通信,可用于多通道的输入输出设备。该芯片本身并不带网络接口,通过扩展一个W3100A连接RT-L8201(L)芯片,实现TCP/IP协议栈,从而使设备可以接入LAN,实现在LAN内的远程控制管理和监控。

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