揭秘AVR單片機(jī)高性能便攜式儀表電路 —電路圖天天讀（75）

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)。微電子技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)化儀表已逐漸發(fā)展成為具有微處理器系統(tǒng)的智能化儀表。便攜式智能儀表因其攜帶方便。操作方便。界面友好。人機(jī)接口豐富。功耗低等特性，使得其在當(dāng)今生活中越來越普及。本文以ATMEL 公司生產(chǎn)的高性能AVR 單片機(jī)ATXmega128A1為核心，設(shè)計(jì)了一種高可靠、低功耗、多用途的便攜式儀表電路，并對(duì)其硬件進(jìn)行了分析。

　　無線通信電路設(shè)計(jì)

　　在儀表使用過程中，當(dāng)兩臺(tái)儀表需要相互通信或者不便于與PC 機(jī)進(jìn)行有線連接的情況下，需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行無線傳輸。而能夠進(jìn)行無線傳輸也成為諸多儀器儀表適應(yīng)多條件。多功能的體現(xiàn).Zigbee 是近年新興的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，功耗小。成本低，在應(yīng)用中有著突出優(yōu)勢(shì)。其連接時(shí)間短，大大降低了通信數(shù)據(jù)的碰撞概率；最大可達(dá)到65535個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，使得其具有優(yōu)越的組網(wǎng)能力；其數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行加密處理，因而具有較高的網(wǎng)絡(luò)安全性能。

　　Zigbee 無線傳輸技術(shù)具有較廣泛的應(yīng)用前景。設(shè)計(jì)使用了AT86RF212芯片，它是一款低功耗。低電壓700/800/900 MHz 頻段無線收發(fā)器，提供了天線和MCU 之間的完整無線電接口，支持ZigBee 技術(shù)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，支持6LoW PAN 技術(shù)與高數(shù)據(jù)傳輸速率的ISM 的應(yīng)用，其外圍電路連接如圖2所示。

　　信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)

　　本模塊使用TLV2543作為電壓幅值的采集，在采集數(shù)據(jù)之前需進(jìn)行必要的電壓變換。芯片接口連接如圖3所示。多路數(shù)據(jù)采集通道擴(kuò)展了MCU 的不足，在進(jìn)行控制中可使用單路或多路通道信號(hào)采集，其具有11路轉(zhuǎn)換通道，12bits 的電壓轉(zhuǎn)換精度，最高可達(dá)10靤的轉(zhuǎn)換速率.AD 芯片使用單片機(jī)SPI1接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其基準(zhǔn)電壓由REF3030芯片提供。
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　　擴(kuò)展字庫(kù)電路設(shè)計(jì)

　　為了使儀表的應(yīng)用范圍更加廣泛，設(shè)計(jì)加入了集通數(shù)碼科技公司生產(chǎn)的GT23L16M2Y字符芯片， 以滿足顯示時(shí)界面中的較多字符需要。其內(nèi)部包含11&TImes;12點(diǎn)陣與15&TImes;16點(diǎn)陣，有對(duì)于多種制式漢字及字符的支持。單片機(jī)利用漢字源碼的函數(shù)計(jì)算，得到漢字點(diǎn)陣在芯片中的地址，讀取到點(diǎn)陣數(shù)據(jù)后，通過口線傳輸給單片機(jī)以供顯示。芯片可選PLII 與SPI 接口，為了節(jié)約口線，本儀表使用SPI 接口模式，與CPU 的連接如圖4所示。

　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)

　　儀表在野外操作時(shí)，當(dāng)需要采集數(shù)據(jù)較多而又無法將數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸至上位機(jī)時(shí)，就需要大容量。掉電非易失的存儲(chǔ)設(shè)備。在長(zhǎng)期數(shù)據(jù)對(duì)比分析時(shí)，也需要保存較大批量的數(shù)據(jù)記錄，單片機(jī)本身自帶128K 字節(jié)的flash 存儲(chǔ)和8K 字節(jié)的SRAM 存儲(chǔ)以及2K 字節(jié)的EEPROM存儲(chǔ)單元。但在掉電之后，F(xiàn)LASH 存儲(chǔ)無法保存數(shù)據(jù)，需要一個(gè)大容量的存儲(chǔ)空間開保留已經(jīng)記錄的批量數(shù)據(jù)。

　　本設(shè)計(jì)采用了Atmel 公司生產(chǎn)的ATDB011D 存儲(chǔ)器，內(nèi)部集成了1M 字節(jié)的Flash 存儲(chǔ)，有最高達(dá)66MHz 的數(shù)據(jù)存取速度，其使用SPI 接口與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。與單片機(jī)的連接電路如圖5所示。

　　USB 通信接口設(shè)計(jì)

　　USB 接口在儀器儀表的使用中以相當(dāng)普遍，在與計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接數(shù)據(jù)傳輸過程中，其端口小巧。支持熱插拔操作等特性，使得其成為眾多便攜儀表的首選。本設(shè)計(jì)使用CP2102芯片，將單片機(jī)串行端口轉(zhuǎn)換為USB 端口，作為一個(gè)虛擬端口使用，簡(jiǎn)化了通訊連接方式和單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)。其與CP2101完全引腳兼容，其符合USB 2.0規(guī)范：最高全速（12Mbps）；支持USB 的掛起狀態(tài)，可以和支持COM 口的PC 機(jī)連接通訊使用。集成的USB 收發(fā)器無需外部電阻，外圍電路簡(jiǎn)單，連接電路如圖6所示。

　　顯示接口電路

　　儀表的顯示質(zhì)量直接關(guān)乎用戶的使用體驗(yàn)，傳統(tǒng)儀表的屏幕多為單色或者尺寸較小，彩色屏幕可以在界面中對(duì)重要內(nèi)容進(jìn)行突出顯示，增強(qiáng)用戶的人機(jī)交互視覺效果。儀表使用了型號(hào)HY32B 彩色顯示器，兼顧了顯示速率。電量消耗和用戶視覺效果。其搭載了3.2英寸TFT LCD 彩色顯示屏和驅(qū)動(dòng)電路，顯示分辨率為320&TImes;240，其接口有多種選擇，包括3-線.4-線SPI 和6/9/16-bits6800/8080并行接口以及6/16/18-bit RGB 接口。為了提高數(shù)據(jù)傳輸速度，數(shù)據(jù)信號(hào)使用16位并行傳輸。接口如圖7所示。

電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評(píng)分析：

　　Xmega 作為一款較新型的高性能單片機(jī)，其應(yīng)用和開發(fā)還有待進(jìn)一步的挖掘。本文以實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用為基礎(chǔ)，給出了具體的外圍電路設(shè)計(jì)及軟件流程，為其在工業(yè)中的應(yīng)用提供了一種參考。采用Atmel picoPower 技術(shù)，所有器件均可使用1.6V 工作電壓，其內(nèi)部增加集成了全速USB高速高精度模擬系統(tǒng)，并有效減輕了處理器負(fù)載。其集成度更高，更有效的降低了系統(tǒng)總功耗和成本。特別適宜計(jì)量。工業(yè)。醫(yī)療和消費(fèi)領(lǐng)域的儀器儀表設(shè)備應(yīng)用。
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