基于ATmega162的智能儀器設(shè)計

　　ATmega 162是ATMEL公司推出的一款基于AVRRISC的低功耗CMOS的8位單片機。ATmega 162通過在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令，可以達到接近1 MIPS／MHz的性能，從而使得設(shè)汁人員可以在功耗和執(zhí)行速度之間取得平衡。AVR核將32個通用工作寄存器和豐富的指令集連接在一起。所有的工作寄存器都與ALU算術(shù)邏輯單元直接相連，允許在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行的單條指令，同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)提高了代碼效率，使AVR得到了比普通CISC單片機高將近10倍的性能。本文采用ATmega 162開發(fā)了鍵盤一液晶顯示器、無位置傳感器兩相直流無刷電機和異步串行通訊口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送3個系統(tǒng)。實驗證明，采用ATmega 162開發(fā)的這些系統(tǒng)性能可靠、成本較低、軟件設(shè)計靈活、硬件接口功能豐富，為今后系統(tǒng)升級創(chuàng)造了良好條件。

　　2 ATmega162的結(jié)構(gòu)及特點

　　ATmega162具有35個可編程的I／O口線，有40腳PDIP，44腳TQFP及44腳MLF等多種封裝。4個8位雙向I／O口A，B，C，D，一個帶內(nèi)部上拉電阻的3位雙向I／O口。每個端 口都有對應(yīng)的3個I／O端口寄存器，分別是數(shù)據(jù)寄存器PORTx、方向寄存器器DDRx和輸入引腳寄存器PINx。當DDxn寫入0時，對應(yīng)的Pxn配置為輸入引腳，置PORTxn為1時，配置該引腳的內(nèi)部上拉電阻有效。當DDxn為1時，對應(yīng)的Pxn配置為輸出引腳，PORTxn中的數(shù)據(jù)為外部引腳的輸出電平，即為1，端口引腳被強制驅(qū)動為高，輸出高電平(輸出電流)；清零PORTxn，端口引腳被強制拉低，輸出低電平(吸入電流)。在復(fù)位過程中，即使是在系統(tǒng)時鐘還未啟振的情況下，端口為三態(tài)口。還可以作為地址／數(shù)據(jù)復(fù)用口，提供ATmega162的許多特殊接口功能。C口提供JTAG接口的功能。在允許JTAG接口狀態(tài)下，引腳PC7(TDD，PC5(TMS)和PC4(TCK)的內(nèi)部上拉電阻總是處于有效方式(包括復(fù)位時)。

　　ATmega162具有以下特點：16 kB的同時具有讀寫能力的在線編程FLASH；512 B E2PROM；1 kB SRAM存儲器；35個通用I／O口；1個外部存儲器接口；32個通用工作寄存器；1個具有邊界掃描功能的JTAG接口；支持在線編譯、編程以及仿真調(diào)試；支持對FLASH，E2PROM、芯片熔絲位和保密鎖定位的編程；4個具有比較模式的靈活的定時器／計數(shù)器，2個具有比較模式的帶預(yù)分頻器的8位定時器／計數(shù)器，2個帶預(yù)分頻器，具有比較和捕獲模式的16位定時器／計數(shù)器，具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器；6個PWM通道；內(nèi)外中斷源；上電復(fù)位和可編程的電壓檢測電路；內(nèi)部可校準的RC振蕩器；2個可編程的UART接口；具有內(nèi)部時鐘的可編程的看門狗定時器；SPI串行接口；BOOT區(qū)具有獨立的加密位，可通過片內(nèi)的引導(dǎo)程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程，寫操作時真正可讀；全靜態(tài)操作；片內(nèi)帶有執(zhí)行時間為2個時鐘周期的硬件乘法器；以及5種可通過軟件選擇的節(jié)電模式。

　　ATmega 162采用了ATMEL的高密度非易失性內(nèi)存技術(shù)生產(chǎn)，片內(nèi)FLASH可以通過SPI接口+通編程器，或通過JTAG接口，或使用自引導(dǎo)BOOT程序進行編程和自編程。利用自引導(dǎo)BOOT程序，可以使芯片在工作過程中通過任一硬件串行通訊接口下載應(yīng)用程序，并寫入到FLASH的應(yīng)用程序區(qū)中(IAP)。在更新FLASH的應(yīng)用程序區(qū)代碼時，處在FLASH的BOOT區(qū)中的自引導(dǎo)程序?qū)⒗^續(xù)執(zhí)行，實現(xiàn)了同時讀寫的功能。由于將增強的RISC8位CPU與在系統(tǒng)編程和在應(yīng)用編程的FLASH存儲器集成在一個芯片內(nèi)，ATmega 162成為功能強大的單片機，為多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。

　　2.1 ATmega162與其他同類器件的比較

　　在控制領(lǐng)域使用最平凡的CPU無非就3種：51系列、AVR系列、PIC系列。而ATMEL公司新推出的90系列單片機內(nèi)含高速閃存FLASH，是基于增強精簡指令RISC(Reduced Instruction Set CPU)結(jié)構(gòu)的單片機，簡稱AVR單片機，該系列單片機在吸收PIC及8051單片機的優(yōu)點的基礎(chǔ)上，做出了重大的改進。

　　由于本設(shè)計中的主CPU需要對溫度數(shù)據(jù)進行運算及轉(zhuǎn)換，因此一般的51系列CPU是很難勝任的，而且在圖形顯示中加入了星星閃動的動畫和LOADING的讀取數(shù)據(jù)的動畫，所以更是要求主CPU有極快的運算速度和程序的可復(fù)制性的優(yōu)點。故經(jīng)過多種方案的比較后，最后決定選用AVR系列中的ATmega162作為主CPU，同時ATmega162擁有2個串行通信口，完全可以滿足與計算機的通信。

  2.2 溫度檢測器件的比較

　　做溫度的檢測可以有很多種方法，比較常用的就是用一個A／D轉(zhuǎn)換器再接一個溫度傳感器，而我們慣用的A／D傳感器是0809(8路A／D轉(zhuǎn)換器)，傳感器就可以根據(jù)自己的實際情況來選擇了，一般選擇的原則是要滿足測量溫度的范圍，精度和靈敏度。就本設(shè)計來說，需要測量的溫度范圍是室溫(0～100℃)，精度可以是1℃，靈敏度1 s左右就可以了。所以并沒選用0809來做，而是在市面上選擇了一個常用來做環(huán)境溫度檢測用的集成芯片——DS18B20，封裝是TOP92的，使用單總線來傳輸數(shù)據(jù)。從成本的角度來看18B20一片是15元左右，比AD0809的價格便宜近一半，而且還可以省去購買傳感器的錢，當然是在可以滿足測量要求的前提下。

　　3 ATmega162的設(shè)計應(yīng)用

　　根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，本設(shè)計使用AVR單片機中的ATmega162作為主控制CPU，使用89C2051作為輔助CPU來采集數(shù)字溫度傳感器DS18B20傳送出來的溫度值，并通過8位端口的連接，傳送溫度值給ATmega162，從而實現(xiàn)多路溫度值的采集。再通過ATmega162運算處理，實現(xiàn)多路溫度的數(shù)字顯示，同時還可以顯示其相應(yīng)的溫度柱狀圖。

　　ATmega162可以在線仿真和在線固化，當需 要在線仿真時應(yīng)把仿真器的TCK，TDO，TMS，TDI腳分別上拉4.7 kΩ的電阻后和ATmega162對應(yīng)的引腳連接起來。再把仿真器的NSRST與ATmega162的RST連接，仿真器的VTRES和ATmega162的VCC連接，并把仿真器和ATmega162共地。當程序在線仿真時，其程序已經(jīng)自動固化到CPU中了，這樣就避免了像89C51那樣出現(xiàn)固化失敗的問題，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　3.1 ATmega162與鍵盤及液晶顯示器的設(shè)計

　　本設(shè)計中ATmega162采用的是3.686 4 MHz外接晶振。復(fù)位方式選用的是上電復(fù)位，AVR有3種復(fù)位方式(上電復(fù)位、外部復(fù)位、看門狗復(fù)位)，因為考慮到工作電壓不穩(wěn)定的因素，采用上電復(fù)位其復(fù)位電路可以確保只有當VCC達到一個安全電平時，器件才能開始工作。

　　鍵盤是各種CPU不可缺少的輸入工具，通過他可以輸入程序和數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)人機對話。鍵盤的按鍵排成3