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1、 基于ATmega16单片机的电子时钟设计物理与电子工程学院 电子信息科学与技术专业（职教） 2009级 罗德龙指导教师 宋培森摘 要：随着科学技术的发展电子时钟在日常的生活中应用的相当的多。本文介绍了一款基于ATmega16单片机为主控芯片的数字电子时钟设计。其中主要包括ATmega16单片机、独立键盘、DS1302芯片、LCD1602液晶显示、以及相关外围电路并在PROTUES仿真平台上运行。关键词：ATmega16单片机；DS1302芯片；独立键盘；LCD1602 Abstract：With the development of science and technology electr
2、onic clock in the daily life of the application is quite long. This paper introduces a single chip processor as the main control chip based on ATmega16 digital electronic clock design. Include ATmega16 microcontroller, independent keyboard, DS1302 chip LCD1602, liquid crystal display (LCD), and rela
3、ted peripheral circuit and in PROTUES simulation platform operation. Key words：ATmega16 microcontroller；DS1302 chip；Independent keyboard；LCD1602 1 前言液晶显示器以其微功耗、体积小、显示容丰富、超薄轻巧等许多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。本文中详细介绍了基于ATmega16单片机控制下的162液晶屏显示设计，此设计基于ds1302的时钟电路方便实用，电路设计简单。2 AVR单片机介绍2.1 AVR单片机简介AVR单片机是1
4、997年由ATMEL公司研发出的增强型置Flash的RISC精简指令集高速8位单片机。AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪表仪器、通讯设备、家用电器等各个领域。1997年，由Atmel公司挪威设计中心的A先生和V先生，利用Atmel公司的Flash新技术，共同研发出RISC精简指令集高速8位单片机，简称AVR。2.2 Atmega16简介ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmeg
5、a16 AVR 核具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与运算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的数据吞吐率。ATmega16 有如下特点:16K字节的系统可编程Flash(具有同时读写的能力)，512 字节EEPROM，1K 字节SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG 接口，支持片调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C),片/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接
6、口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益的ADC ，具有片振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。2.3 ATmega16产品特性高性能、低功耗的8位AVR微处理器先进的RISC 结构131条指令大多数指令执行时间为单个时钟周期32个8位通用工作寄存器全静态工作工作于16MHz时性能高达16MIPS只需两个时钟周期的硬件乘法器非易失性程序和数据存储器16K 字节的系统可编程Flash，擦写寿命: 10,000次具有独立锁定位的可选Boot代码区，通过片上Boot程序实现系统编程，真正的同时读写操作512 字节的EEPROM，擦写寿命: 100,
7、000次1K字节的片SRAM可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密JTAG 接口( 与IEEE 1149.1 标准兼容)符合JTAG 标准的边界扫描功能支持扩展的片调试功能通过JTAG 接口实现对Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程外设特点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PWM8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
8、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及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 模式以及扩展的Standby模式 u I/O和封装32个可编程的I/O口2.4 工作电压:ATmega16L：2.7 - 5.5VATmega16： 4.5 - 5.5V2.5 ATmega16 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
9、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。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。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。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
10、输出电流。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。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。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
11、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。AVCC AVCC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。AREF A/D 的模拟基准输入引脚。2.6 AVR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。3 162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。3.1 162液晶屏显示屏的引脚定义首
12、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编号符号引脚说明1VSS电源地9D2Data 1/02VDD电源正极10D3Data 1/03VEE液晶显示偏压信号11D4Data 1/04RS数据命令/选择端(H/L)12D5Data 1/05R/W读/写信号(H/L)13D6Data 1/06E使能信号14D7Data 1/07D0Data 1/015LEDA背光源正极8D1Data 1/016LEDK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
13、 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。714脚:8位双向数据线。15脚：背光阳极。16脚：背光阴极。3.2 162液晶显示屏的指令说明162液晶模块
14、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RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清屏00000000012光标返回000000001*3输入方式00000001I/DS4显示开关0000001DCB5移位000001S/CR/L*6功能设置00001DLNF*7CGRAM地址设置0001A5 A4 A3 A2 A1 A08DDRAM地址设置001A6 A5 A4 A3 A2 A1 A09忙标志/读地址计数器01BFAC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC010CGRAM/DDRAM数据写10写数据11CGRAM/DDRAM数据读11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
