揭秘AVR單片機高性能便攜式儀表電路 —電路圖天天讀（75）

　　隨著(zhù)計算機技術(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。人機接口豐富。功耗低等特性，使得其在當今生活中越來(lái)越普及。本文以ATMEL 公司生產(chǎn)的高性能AVR 單片機ATXmega128A1為核心，設計了一種高可靠、低功耗、多用途的便攜式儀表電路，并對其硬件進(jìn)行了分析。

　　無(wú)線(xiàn)通信電路設計

　　在儀表使用過(guò)程中，當兩臺儀表需要相互通信或者不便于與PC 機進(jìn)行有線(xiàn)連接的情況下，需要將數據進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸。而能夠進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸也成為諸多儀器儀表適應多條件。多功能的體現.Zigbee 是近年新興的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)標準，功耗小。成本低，在應用中有著(zhù)突出優(yōu)勢。其連接時(shí)間短，大大降低了通信數據的碰撞概率；最大可達到65535個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，使得其具有優(yōu)越的組網(wǎng)能力；其數據傳輸進(jìn)行加密處理，因而具有較高的網(wǎng)絡(luò )安全性能。

　　Zigbee 無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)具有較廣泛的應用前景。設計使用了AT86RF212芯片，它是一款低功耗。低電壓700/800/900 MHz 頻段無(wú)線(xiàn)收發(fā)器，提供了天線(xiàn)和MCU 之間的完整無(wú)線(xiàn)電接口，支持ZigBee 技術(shù)IEEE 802.15.4標準，支持6LoW PAN 技術(shù)與高數據傳輸速率的ISM 的應用，其外圍電路連接如圖2所示。

　　信號采集電路設計

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

　　為了使儀表的應用范圍更加廣泛，設計加入了集通數碼科技公司生產(chǎn)的GT23L16M2Y字符芯片， 以滿(mǎn)足顯示時(shí)界面中的較多字符需要。其內部包含11&TImes;12點(diǎn)陣與15&TImes;16點(diǎn)陣，有對于多種制式漢字及字符的支持。單片機利用漢字源碼的函數計算，得到漢字點(diǎn)陣在芯片中的地址，讀取到點(diǎn)陣數據后，通過(guò)口線(xiàn)傳輸給單片機以供顯示。芯片可選PLII 與SPI 接口，為了節約口線(xiàn)，本儀表使用SPI 接口模式，與CPU 的連接如圖4所示。

　　數據存儲電路設計

　　儀表在野外操作時(shí)，當需要采集數據較多而又無(wú)法將數據及時(shí)傳輸至上位機時(shí)，就需要大容量。掉電非易失的存儲設備。在長(cháng)期數據對比分析時(shí)，也需要保存較大批量的數據記錄，單片機本身自帶128K 字節的flash 存儲和8K 字節的SRAM 存儲以及2K 字節的EEPROM存儲單元。但在掉電之后，FLASH 存儲無(wú)法保存數據，需要一個(gè)大容量的存儲空間開(kāi)保留已經(jīng)記錄的批量數據。

　　本設計采用了Atmel 公司生產(chǎn)的ATDB011D 存儲器，內部集成了1M 字節的Flash 存儲，有最高達66MHz 的數據存取速度，其使用SPI 接口與單片機進(jìn)行數據傳輸。與單片機的連接電路如圖5所示。

　　USB 通信接口設計

　　USB 接口在儀器儀表的使用中以相當普遍，在與計算機進(jìn)行直接數據傳輸過(guò)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。本設計使用CP2102芯片，將單片機串行端口轉換為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的程序設計。其與CP2101完全引腳兼容，其符合USB 2.0規范：最高全速（12Mbps）；支持USB 的掛起狀態(tài)，可以和支持COM 口的PC 機連接通訊使用。集成的USB 收發(fā)器無(wú)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(hù)的使用體驗，傳統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重要內容進(jìn)行突出顯示，增強用戶(hù)的人機交互視覺(jué)效果。儀表使用了型號HY32B 彩色顯示器，兼顧了顯示速率。電量消耗和用戶(hù)視覺(jué)效果。其搭載了3.2英寸TFT LCD 彩色顯示屏和驅動(dòng)電路，顯示分辨率為320&TImes;240，其接口有多種選擇，包括3-線(xiàn).4-線(xiàn)SPI 和6/9/16-bits6800/8080并行接口以及6/16/18-bit RGB 接口。為了提高數據傳輸速度，數據信號使用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)評分析：

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